控制系统基本概念（化工）ppt课件.ppt

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1、《化工仪表及自动化》生物专09—1班总课时：4×12实验：0授课教师：司徒莹课程介绍《化工仪表自动化》是利用自动控制学科、仪器仪表科学及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科的一门综合课程。通过本课程的学习，能了解和掌握化工过程控制与仪表的基本知识，领会自动控制系统的组成及原理概述：生产过程自动化是工业企业现代化水平的一个重要标志。生产过程自动化：用自动化装置来管理生产过程的方法就是生产过程自动化。自动调节系统是自动化生产的核心部分，只有自动调节系统才能自动地排除各种干扰因素对工艺参数（主要四大参数p、h、q、t）的影响，使它们始终保持在预先规定的数值上，保证生产维持在正常或最佳的工艺操作状

2、态。§1.1生产过程自动化的主要内容:生产过程自动化，一般要包括四个方面的内容。自动检测系统:信号联锁系统：自动操纵系统：自动控制系统：利用各种检测仪器对主要工艺参数进行指示或记录，“了解”生产的任务。对某此关键性参数设有自动信号联锁装置。当工艺参超过了允许范围，系统自动地发出声光报警信号，以提示及时采取措施。根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性的操作。对生产中某些关键性参数进行自动调节，使它们在受到干扰的影响而偏离正常状态时，能自动地调回到规定的的数值范围内。图1-1热交换器自动检测系统示意图§1.2自动控制系统的组成及方块图人工控制自动控制图1-2人工操作图图1-3液位自动控制

3、系统图一、自动控制系统的组成a、被控对象（对象）b、检测变送器c、控制器d、执行器(自动化装置)辅助装置图1-3液位自动控制系统图二、自动控制系统的方框图方框：表示一个组成部分，称环节。环节箭头连线：表示信号传递关系。圆圈：比较环节，表示信号相加减。+-1、简单控制系统方框图：被控对象执行器控制器检测元件及变送器＋－被控对象执行器控制器检测元件及变送器＋－被控变量y给定值xz测量值操纵变量q控制信号p偏差e干扰ƒ控制器图1-5蒸汽加热器温度控制系统当进料流量或温度变化等因素引起出口物料温度变化时，可以将该温度变化测量后送至温度控制器TC。温度控制器的输出送至控制阀，以改变加热蒸汽量来维持出口物

4、料的温度不变。被控变量：需要控制的工艺参数给定值（或设定值）：对应于生产过程中被控变量的期望值测量值：由检测元件的到的被控变量的实际值。操纵变量（或控制变量）：受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量成为操作变量，它调节阀的输出信号。干扰（或外界扰动）：引起被控变量偏离给定值的，除操作变量以外的各种因素。偏差信号：给定值与测量值的差，在反馈系统中，调节器是根据偏差信号的大小来控制操作变量的。控制信号：控制器将偏差按一定规律计算得到的量。2、控制系统常用术语：§1.3自动控制系统的分类分类方法很多，最经常使用的是按给定值的特点（是否变化？如何变化？）来划分。定值控制系统随动控制系统

5、程序控制系统一、控制系统的过渡过程自动控制系统静态与动态：静态1（e=0)干扰作用e0控制作用静态2（e=0)动态（过渡过程）§1.4控制系统的过渡过程及其性能指标阶跃干扰：ƒt发散振荡过程等幅振荡过程衰减振荡过程非振荡的单调过程0不稳定稳定二、控制系统的性能指标：余差e最大偏差A(或超调量σ):衰减比n回复时间ts(过渡过程时间、调整时间)振荡周期T质量指标主要有五项：(衰减振荡过程)举例图1-11温度控制系统过渡过程曲线某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。解最大偏差A＝230-200

6、＝30℃余差C＝205-200＝５℃由图上可以看出，第一个波峰值B＝230-205＝25℃，第二个波峰值B′＝210－205＝5℃，故衰减比应为B:B′＝25:5＝5:1。振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，故周期T＝20-5＝15（min）过渡时间为22min。(过渡时间与规定的被控变量限制范围大小有关，假定被控变量进入额定值的±2％，就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围为200×（±2％）＝±4℃，这时，可在新稳态值（205℃）两侧以宽度为±４℃画一区域，上图中以画有阴影线的区域表示，只要被控变量进入这一区域且不再越出，过滤过程就可以认为已经结束。)三、影响控制系统过渡过程品质的主要因

7、素一个自动控制系统可以概括成两大部分，即工艺过程部分（被控对象）和自动化装置部分。前者指与该自动控制系统有关的部分。后者指为实现自动控制所必需的自动化仪表设备，通常包括测量与变送装置、控制器和执行器等三部分。对于一个自动控制系统，过渡过程品质的好坏，在很大程度上决定于对象的性质。例如在前所述的温度控制系统中，属于对象性质的主要因素有：换热器的负荷大小，换热器的结构、尺寸、材质等，换热器内的换热情况