第1章過(guò)程控制基本概念

1、過(guò)程裝備控制技術(shù)過(guò)程裝備控制技術(shù)李臻峰李臻械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 B21122021-12-11講課講課: 28學(xué)時(shí)（第學(xué)時(shí)（第9-15）(18學(xué)時(shí)過(guò)程控制，學(xué)時(shí)過(guò)程控制，10學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)PLC)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn): 4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) (第第16周周 時(shí)間？）時(shí)間？）安排安排:上課上課,課堂討論課堂討論,習(xí)題習(xí)題,實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn),課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)立即復(fù)習(xí)立即復(fù)習(xí): 拉普拉斯變換拉普拉斯變換 (提問(wèn)、考試提問(wèn)、考試)32021-12-11n本課程的考核本課程的考核:n平時(shí)平時(shí) (出勤、回答問(wèn)題、作業(yè)等）出勤、回答問(wèn)題、作業(yè)等） 15%n實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 15% n期末考試期末考試 70%42021-12

2、-11n主要參考文獻(xiàn)：主要參考文獻(xiàn)：n1.張?jiān)缧Ｖ骶?，過(guò)程控制裝置及系統(tǒng)設(shè)計(jì)張?jiān)缧Ｖ骶?，過(guò)程控制裝置及系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京：北京大學(xué)出版社，北京大學(xué)出版社，2010.8 n（第第1、2、3、4章章）n2.鄧則民，鄧則民， 程良倫，程良倫， 謝光漢謝光漢 編，電器與可編程編，電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)控制器應(yīng)用技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年年10月月 n（第四、九、十一章第四、九、十一章）第第1章章 基本概念基本概念The Basic Concept of Control Systems過(guò)程控制：連續(xù)量的控制過(guò)程控制：連續(xù)量的控制過(guò)程自動(dòng)化過(guò)程自動(dòng)化自動(dòng)控制自動(dòng)控制反導(dǎo)系統(tǒng)

3、Missile Defense Systemn彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)(ballistic missile defense system )，攔截?cái)撤絹?lái)襲的戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈的武器系統(tǒng)。它包括彈道導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)、 目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)、 反彈道導(dǎo)彈導(dǎo)彈、引導(dǎo)系統(tǒng)和指揮控制通信系統(tǒng)。反彈道導(dǎo)彈導(dǎo)彈是防御系統(tǒng)的攔截器，按攔截空域分為高空（大氣層外）和低空（大氣層內(nèi)）攔截導(dǎo)彈。它是在地空導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，通常是兩級(jí)或三級(jí)有翼導(dǎo)彈，由發(fā)射井垂直發(fā)射，以對(duì)付全方位來(lái)襲的戰(zhàn)略導(dǎo)彈。62021-12-1172021-12-1182021-12-1192021-12-11102021-12-11教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)

4、，了解通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，了解過(guò)程自動(dòng)化過(guò)程自動(dòng)化的主要內(nèi)容并復(fù)的主要內(nèi)容并復(fù)習(xí)掌握一些基本概念。了解過(guò)程習(xí)掌握一些基本概念。了解過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的的組成、方組成、方框圖、分類、過(guò)渡過(guò)程及其品質(zhì)指標(biāo)以及過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)框圖、分類、過(guò)渡過(guò)程及其品質(zhì)指標(biāo)以及過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究計(jì)研究的基本內(nèi)容。通過(guò)具體實(shí)例能夠?qū)⒗碚撆c實(shí)際問(wèn)題的基本內(nèi)容。通過(guò)具體實(shí)例能夠?qū)⒗碚撆c實(shí)際問(wèn)題相對(duì)應(yīng)，有助于更好的理解本章的內(nèi)容。相對(duì)應(yīng)，有助于更好的理解本章的內(nèi)容。PLC 、Process control、 Microprocessor、Embedded system （食品工業(yè)、汽車、鋼鐵、化工）（食品工業(yè)、汽車、

5、鋼鐵、化工）112021-12-11n問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出n自動(dòng)控制在實(shí)際過(guò)程中是如何進(jìn)行的？自動(dòng)控制在實(shí)際過(guò)程中是如何進(jìn)行的？n如何設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的自動(dòng)控制系統(tǒng)？如何設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的自動(dòng)控制系統(tǒng)？n除了自動(dòng)控制原理，還需要了解哪些知識(shí)？除了自動(dòng)控制原理，還需要了解哪些知識(shí)？n對(duì)于復(fù)雜的過(guò)程對(duì)象，如何實(shí)施有效控制？對(duì)于復(fù)雜的過(guò)程對(duì)象，如何實(shí)施有效控制？n現(xiàn)代化的工廠是如何自動(dòng)控制的？現(xiàn)代化的工廠是如何自動(dòng)控制的？n。122021-12-11132021-12-11142021-12-11152021-12-11162021-12-11引例引例 （鋼廠掄大鐵鍬鋼廠掄大鐵鍬-西門子自動(dòng)化西門子

6、自動(dòng)化 漫灌漫灌-滴灌滴灌 熬稀飯熬稀飯-化工反應(yīng)罐化工反應(yīng)罐）隨著工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程向大型化、規(guī)模化、集成隨著工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程向大型化、規(guī)?；?、集成化方向的發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的性能要求越來(lái)越高?；较虻陌l(fā)展，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的性能要求越來(lái)越高。此外，隨著資源的枯竭，以及日益嚴(yán)峻的環(huán)此外，隨著資源的枯竭，以及日益嚴(yán)峻的環(huán)保和安全生產(chǎn)形勢(shì)，對(duì)過(guò)程工業(yè)提出了保和安全生產(chǎn)形勢(shì)，對(duì)過(guò)程工業(yè)提出了更高的指更高的指標(biāo)要求標(biāo)要求，由此導(dǎo)致一個(gè)現(xiàn)代化的過(guò)程生產(chǎn)工廠在，由此導(dǎo)致一個(gè)現(xiàn)代化的過(guò)程生產(chǎn)工廠在運(yùn)行操作方面變得越來(lái)越復(fù)雜。運(yùn)行操作方面變得越來(lái)越復(fù)雜。為此，采用安全可靠高效的為此，采用安全可靠高效的過(guò)程控制裝置過(guò)程控制裝置

7、實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程生產(chǎn)的優(yōu)化控制就顯得尤為重要?，F(xiàn)對(duì)過(guò)程生產(chǎn)的優(yōu)化控制就顯得尤為重要。從理論和實(shí)踐方面掌握過(guò)程控制知識(shí)，了解從理論和實(shí)踐方面掌握過(guò)程控制知識(shí)，了解過(guò)程檢測(cè)與控制裝置過(guò)程檢測(cè)與控制裝置的基本工作原理以及過(guò)程控的基本工作原理以及過(guò)程控制的基本理論，對(duì)于從事過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)及相關(guān)產(chǎn)制的基本理論，對(duì)于從事過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)及相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的人員具有重要意義。品設(shè)計(jì)開發(fā)的人員具有重要意義。172021-12-111.1 過(guò)程自動(dòng)化的主要內(nèi)容過(guò)程自動(dòng)化的主要內(nèi)容n過(guò)程工程過(guò)程工程：在各種各樣的生產(chǎn)過(guò)程中，其具體的：在各種各樣的生產(chǎn)過(guò)程中，其具體的操作步驟以及流程等。操作步驟以及流程等。n過(guò)程控制工程過(guò)程

8、控制工程：工業(yè)中的過(guò)程控制是指對(duì)工業(yè)的：工業(yè)中的過(guò)程控制是指對(duì)工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中如生產(chǎn)過(guò)程中如溫度、壓力、流量、液位和成分溫度、壓力、流量、液位和成分(與與離散量比較離散量比較)等工藝參數(shù)等工藝參數(shù)加以要求，加以要求，采用一定的方采用一定的方法對(duì)上述工藝參數(shù)加以調(diào)節(jié)控制，使得各個(gè)參數(shù)法對(duì)上述工藝參數(shù)加以調(diào)節(jié)控制，使得各個(gè)參數(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中在生產(chǎn)過(guò)程中保持在所要求的（保持在所要求的（空調(diào)溫度控制隨季節(jié)不同；空調(diào)溫度控制隨季節(jié)不同；外部溫度隨季節(jié)也不同外部溫度隨季節(jié)也不同）范圍內(nèi)）范圍內(nèi)。182021-12-11成本（便宜是首位）、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化n過(guò)程自動(dòng)化過(guò)程自動(dòng)化：是指在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用各種自：是指

9、在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用各種自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量、檢驗(yàn)、計(jì)算、控制、監(jiān)視等，以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量、檢驗(yàn)、計(jì)算、控制、監(jiān)視等，以代替代替“人人”來(lái)操縱機(jī)器設(shè)備。來(lái)操縱機(jī)器設(shè)備。 過(guò)程自動(dòng)化一般包括過(guò)程自動(dòng)化一般包括自動(dòng)檢測(cè)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)保護(hù)自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)自動(dòng)操縱操縱和和自動(dòng)調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)等方面的內(nèi)容。（等方面的內(nèi)容。（熬稀飯熬稀飯-化工罐化工罐）n人工人工-機(jī)器，哪個(gè)便宜用哪個(gè)。近機(jī)器，哪個(gè)便宜用哪個(gè)。近10幾年來(lái)世界生產(chǎn)力的部分倒退。幾年來(lái)世界生產(chǎn)力的部分倒退。n一個(gè)新技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)中的基本條件：設(shè)備成本、產(chǎn)品質(zhì)量、長(zhǎng)期穩(wěn)定性一

10、個(gè)新技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)中的基本條件：設(shè)備成本、產(chǎn)品質(zhì)量、長(zhǎng)期穩(wěn)定性n世界工業(yè)水平的階梯分布世界工業(yè)水平的階梯分布192021-12-111.1 過(guò)程自動(dòng)化的主要內(nèi)容過(guò)程自動(dòng)化的主要內(nèi)容工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)過(guò)程控制的要求總體上可以歸工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)過(guò)程控制的要求總體上可以歸納為三項(xiàng)基本要求：即納為三項(xiàng)基本要求：即安全性（爆炸、低溫、粉安全性（爆炸、低溫、粉塵）、經(jīng)濟(jì)性（成本）和穩(wěn)定性（不容易損壞）塵）、經(jīng)濟(jì)性（成本）和穩(wěn)定性（不容易損壞）。 過(guò)程自動(dòng)化一般多用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較先進(jìn)、工過(guò)程自動(dòng)化一般多用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較先進(jìn)、工藝穩(wěn)定、批量大、需要節(jié)約大量勞動(dòng)力的工業(yè)生藝穩(wěn)定、批量大、需要節(jié)約大量勞動(dòng)力的工業(yè)生產(chǎn)，以及危險(xiǎn)

11、性場(chǎng)合的生產(chǎn)活動(dòng)中。產(chǎn)，以及危險(xiǎn)性場(chǎng)合的生產(chǎn)活動(dòng)中。過(guò)程控制裝過(guò)程控制裝置置是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的核心內(nèi)容部分，是實(shí)現(xiàn)過(guò)是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的核心內(nèi)容部分，是實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化的程自動(dòng)化的硬件條件。硬件條件。過(guò)程自動(dòng)化在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展中起過(guò)程自動(dòng)化在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展中起到了越來(lái)越重要的作用。而過(guò)程自動(dòng)化的程度已到了越來(lái)越重要的作用。而過(guò)程自動(dòng)化的程度已經(jīng)成為衡量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)經(jīng)成為衡量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志重要標(biāo)志。202021-12-111.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成在日常的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，所有的生產(chǎn)過(guò)程在日常的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，所有的生產(chǎn)過(guò)程都是在相應(yīng)的溫

12、度、壓力、流量、濃度、成分、都是在相應(yīng)的溫度、壓力、流量、濃度、成分、厚度和液位等厚度和液位等工藝條件工藝條件下進(jìn)行的。下進(jìn)行的。因此，為了滿足相對(duì)應(yīng)的工藝要求，就必須因此，為了滿足相對(duì)應(yīng)的工藝要求，就必須對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程加以控制，使其能夠?qū)ζ渖a(chǎn)過(guò)程加以控制，使其能夠穩(wěn)定穩(wěn)定在保證生在保證生產(chǎn)要求的范圍之內(nèi)進(jìn)行。產(chǎn)要求的范圍之內(nèi)進(jìn)行。為了實(shí)現(xiàn)控制的要求，可以對(duì)其過(guò)程采用為了實(shí)現(xiàn)控制的要求，可以對(duì)其過(guò)程采用自自動(dòng)控制動(dòng)控制。 212021-12-111.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成n下面以鍋爐燃燒過(guò)程為例，來(lái)說(shuō)明其自動(dòng)控制系下面以鍋爐燃燒過(guò)程為例，來(lái)說(shuō)明其自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成。統(tǒng)的組成。

13、圖圖1-1 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖222021-12-111.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成n鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)有三大鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)有三大任務(wù)任務(wù) 第第一，維持汽壓恒定一，維持汽壓恒定第二，保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性第二，保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性第三，調(diào)節(jié)引風(fēng)量與送風(fēng)量以保證爐膛壓力不變第三，調(diào)節(jié)引風(fēng)量與送風(fēng)量以保證爐膛壓力不變n鍋爐燃燒控制系統(tǒng)一般有三個(gè)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)一般有三個(gè)被控變量被控變量蒸汽壓蒸汽壓煙氣含氧量煙氣含氧量爐膛負(fù)壓爐膛負(fù)壓n一般有三個(gè)一般有三個(gè)操縱變量操縱變量燃料量燃料量送風(fēng)量送風(fēng)量引風(fēng)量引風(fēng)量232021-12-111.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

14、的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成n完整的過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)中各部分定義完整的過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)中各部分定義（鍋爐、導(dǎo)彈鍋爐、導(dǎo)彈）（過(guò)程）自動(dòng)控制（過(guò)程）自動(dòng)控制（過(guò)程）自動(dòng)控制系統(tǒng)（過(guò)程）自動(dòng)控制系統(tǒng)被控對(duì)象被控對(duì)象測(cè)量元件和變送器測(cè)量元件和變送器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器執(zhí)行器被控變量被控變量c(t)給定值給定值r(t)測(cè)量值測(cè)量值b(t)操縱變量操縱變量m(t)干擾干擾d(t)偏差信號(hào)偏差信號(hào)e(t)242021-12-11給定裝置校正裝置放大元件輸入信號(hào)) (tr比較元件偏差信號(hào))(te控制量控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象受控系統(tǒng)（被控量）) (ty擾動(dòng)反饋裝置（檢測(cè)元件）主反饋信號(hào))(tb輸出信號(hào)252021-

15、12-111.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成n例例1-1 圖圖1-2所示為某廠的自力式儲(chǔ)槽水位控制系所示為某廠的自力式儲(chǔ)槽水位控制系統(tǒng)。其中儲(chǔ)槽為被控對(duì)象；儲(chǔ)槽中的水的液位為統(tǒng)。其中儲(chǔ)槽為被控對(duì)象；儲(chǔ)槽中的水的液位為被控變量；進(jìn)水流量為操縱變量。被控變量；進(jìn)水流量為操縱變量。圖圖1-2 儲(chǔ)槽水位控制系統(tǒng)儲(chǔ)槽水位控制系統(tǒng)262021-12-111.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成在該系統(tǒng)中，當(dāng)出水量在該系統(tǒng)中，當(dāng)出水量突然增大突然增大時(shí)，出水量時(shí)，出水量大于進(jìn)水量，使水位下降，浮球下移，通過(guò)杠桿大于進(jìn)水量，使水位下降，浮球下移，通過(guò)杠桿裝置帶動(dòng)針形閥下移，增大了進(jìn)水量，使得出水

16、裝置帶動(dòng)針形閥下移，增大了進(jìn)水量，使得出水量與進(jìn)水量之差隨之減小，水位下降變緩，直至量與進(jìn)水量之差隨之減小，水位下降變緩，直至進(jìn)水量與出水量又相等，水位停止下降，重新穩(wěn)進(jìn)水量與出水量又相等，水位停止下降，重新穩(wěn)定在某一位置，從而實(shí)現(xiàn)了水位自動(dòng)控制。定在某一位置，從而實(shí)現(xiàn)了水位自動(dòng)控制。272021-12-111.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖在研究控制系統(tǒng)的過(guò)程中，為了能夠更清楚在研究控制系統(tǒng)的過(guò)程中，為了能夠更清楚更直觀地表示出控制系統(tǒng)中各個(gè)組成部分之間的更直觀地表示出控制系統(tǒng)中各個(gè)組成部分之間的相互影響和信息的聯(lián)系，一般采用方框圖來(lái)表示相互影響和信息的聯(lián)系，一般采用方框圖來(lái)表

17、示控制系統(tǒng)的組成以及每部分的作用?？刂葡到y(tǒng)的組成以及每部分的作用。所謂所謂方框圖方框圖就是表示系統(tǒng)各單元、部件之間就是表示系統(tǒng)各單元、部件之間（電）信號(hào)（電）信號(hào)傳遞關(guān)系的一種傳遞關(guān)系的一種數(shù)學(xué)圖示模型數(shù)學(xué)圖示模型，這是，這是控制理論中描述復(fù)雜系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)便方法?？刂评碚撝忻枋鰪?fù)雜系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)便方法。方框圖適用于線性和非線性系統(tǒng)。方框圖適用于線性和非線性系統(tǒng)。282021-12-111.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖n方框圖的組成和繪制方框圖的組成和繪制方框圖由方框圖由信號(hào)線信號(hào)線、分支點(diǎn)分支點(diǎn)、相加點(diǎn)相加點(diǎn)和和方框圖方框圖單元單元組成。組成。圖圖1-3 方框圖的基本組成單元方框

18、圖的基本組成單元292021-12-111.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖圖圖1-3（d）中的方框圖單元表示對(duì)信號(hào)進(jìn)行）中的方框圖單元表示對(duì)信號(hào)進(jìn)行拉普拉斯變換（拉氏變換），其輸出量等于方框拉普拉斯變換（拉氏變換），其輸出量等于方框圖單元的輸入量與傳遞函數(shù)的乘積，即圖單元的輸入量與傳遞函數(shù)的乘積，即傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)定義為零初始條件下系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）定義為零初始條件下系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸出拉普拉斯變換與輸入拉普拉斯變換之比。的輸出拉普拉斯變換與輸入拉普拉斯變換之比。21( )XG s X302021-12-111.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖n環(huán)節(jié)的基本連接形式環(huán)節(jié)的基

19、本連接形式串聯(lián)串聯(lián)并聯(lián)并聯(lián)反饋連接反饋連接圖1-4 串聯(lián)環(huán)節(jié)圖1-5 并聯(lián)環(huán)節(jié)圖1-6 反饋連接312021-12-111.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖n串聯(lián)串聯(lián)根據(jù)圖根據(jù)圖1-4可以得出以下的等式：可以得出以下的等式：由此，可以推得下面的函數(shù)：由此，可以推得下面的函數(shù)：因此，因此，整個(gè)整個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：21132211( )( )( )( )( )( ) .( )( )( )( )( )( )nnnnnXsG s X sXsG s XsXsGs XsY sG s Xs121( )( )( )( ).( )( )nY sG sG s G sG sX s12

20、( )( )( ).( )nG sG s G sG s322021-12-111.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖n并聯(lián)并聯(lián)并聯(lián)環(huán)節(jié)輸入量都相同，輸出量的代數(shù)和作并聯(lián)環(huán)節(jié)輸入量都相同，輸出量的代數(shù)和作為環(huán)節(jié)組的輸出。每個(gè)環(huán)節(jié)的輸入量都等于為環(huán)節(jié)組的輸出。每個(gè)環(huán)節(jié)的輸入量都等于X(s),環(huán)節(jié)組的總輸出為環(huán)節(jié)組的總輸出為 又因?yàn)橛忠驗(yàn)楣使室虼瞬⒙?lián)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為因此并聯(lián)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為1( )( )niiY sX s1122( )( )( ),( )( )( ),.,( )( )( )nnX sG s X sXsG s X sXsG s X s1( )( )( )niiY sX sG

21、s1( )( )( )( )niiY sG sG sX s332021-12-111.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖n反饋連接反饋連接在圖在圖1-6的反饋連接中，反饋連接環(huán)節(jié)總的傳的反饋連接中，反饋連接環(huán)節(jié)總的傳遞函數(shù)遞函數(shù)G(s)的輸出的輸出Y(s)在經(jīng)過(guò)環(huán)節(jié)在經(jīng)過(guò)環(huán)節(jié)H(s)后成為反后成為反饋信號(hào)饋信號(hào)B(s),反饋信號(hào)又送到環(huán)節(jié)反饋信號(hào)又送到環(huán)節(jié)G(s)的輸入端。的輸入端。在信號(hào)的合點(diǎn)上有：在信號(hào)的合點(diǎn)上有：即有即有正反饋連接環(huán)節(jié)組成的傳遞函數(shù)，那么其分母是正反饋連接環(huán)節(jié)組成的傳遞函數(shù)，那么其分母是1-G1(s)H(s)。1( )( )( ) ( )( )( )( )E s

22、X sH s Y sY sE s G s11( )( )( )( )1( )( )G sY sG sX sG s H s342021-12-111.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖n閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)是指在控制系統(tǒng)中將被控量反閉環(huán)控制系統(tǒng)是指在控制系統(tǒng)中將被控量反饋到系統(tǒng)輸入端，對(duì)控制作用產(chǎn)生影響的一類控饋到系統(tǒng)輸入端，對(duì)控制作用產(chǎn)生影響的一類控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。R(s)表示給定輸入量表示給定輸入量D(s)表示擾動(dòng)輸入量表示擾動(dòng)輸入量C(s)表示被控量表示被控量E(s)稱為誤差稱為誤差G1(s)和和G2(s)表示前向通道的傳遞函數(shù)表示前向通道的傳遞函

23、數(shù)B(s)稱為反饋H(s)為反饋通道傳遞函數(shù)圖1-7 閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖352021-12-111.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類n按給定值變化規(guī)律分類按給定值變化規(guī)律分類恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)n按控制作用的形式分類按控制作用的形式分類連續(xù)控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)以及繼電作用控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)以及繼電作用控制系統(tǒng)n按系統(tǒng)的特性分類按系統(tǒng)的特性分類線性控制系統(tǒng)線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)n按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化分類按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化分類定常系統(tǒng)定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)n按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分

24、類按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng)和復(fù)合控制系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng)和復(fù)合控制系統(tǒng)n按控制系統(tǒng)閉環(huán)回路的數(shù)目分類按控制系統(tǒng)閉環(huán)回路的數(shù)目分類單回路控制系統(tǒng)和多回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)和多回路控制系統(tǒng)n自適應(yīng)控制系統(tǒng)自適應(yīng)控制系統(tǒng)n預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)n魯棒控制系統(tǒng)魯棒控制系統(tǒng)n專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)n模糊控制模糊控制n人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)n學(xué)習(xí)控制學(xué)習(xí)控制362021-12-11372021-12-111.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程及其品質(zhì)指標(biāo)（自動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程及其品質(zhì)指標(biāo)（微波微波）n在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控變量不隨時(shí)間變化的平在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控變量不隨時(shí)間變化的

25、平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)(也稱也稱靜態(tài)靜態(tài))；n被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)。n當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入(設(shè)定值與干擾設(shè)定值與干擾)和輸和輸出均恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對(duì)平衡出均恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對(duì)平衡狀態(tài)，即上面所講的穩(wěn)態(tài)。狀態(tài)，即上面所講的穩(wěn)態(tài)。n當(dāng)系統(tǒng)受到干擾作用，平衡被破壞，使被控變量當(dāng)系統(tǒng)受到干擾作用，平衡被破壞，使被控變量發(fā)生改變，系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和輸出信號(hào)都處于變發(fā)生改變，系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和輸出信號(hào)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，這種狀態(tài)就稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。動(dòng)狀態(tài)之中，這種狀

26、態(tài)就稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。 干擾作用控制作用（平衡破壞）（克服干擾）穩(wěn)態(tài)I(平衡)動(dòng)態(tài)過(guò)程穩(wěn)態(tài)（平衡）382021-12-111.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程及其品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程及其品質(zhì)指標(biāo)n自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，被控變量隨時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，被控變量隨時(shí)間變化的過(guò)程稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程或控間變化的過(guò)程稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程或控制過(guò)程，也就是系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)過(guò)渡到另一制過(guò)程，也就是系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)過(guò)渡到另一平衡狀態(tài)的過(guò)程。平衡狀態(tài)的過(guò)程。穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程不穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程不穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程圖圖1-15 控制系統(tǒng)過(guò)渡

27、過(guò)程幾種基本形式曲線控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程幾種基本形式曲線392021-12-111.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程及其品質(zhì)指標(biāo)（自動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程及其品質(zhì)指標(biāo)（股票、房產(chǎn)股票、房產(chǎn)）n過(guò)渡過(guò)程的品質(zhì)指標(biāo)過(guò)渡過(guò)程的品質(zhì)指標(biāo)衰減比：衰減比：過(guò)渡過(guò)程曲線同方向的前后相鄰兩個(gè)波的幅值之比過(guò)渡過(guò)程曲線同方向的前后相鄰兩個(gè)波的幅值之比余差：余差：過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之差過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之差最大偏差：最大偏差：整個(gè)過(guò)渡過(guò)程中，被控變量偏離設(shè)定值的最大值整個(gè)過(guò)渡過(guò)程中，被控變量偏離設(shè)定值的最大值過(guò)渡過(guò)程時(shí)間過(guò)渡過(guò)程時(shí)間：從干擾使被控變量開始變化起，到控制系統(tǒng)又建：從干擾

28、使被控變量開始變化起，到控制系統(tǒng)又建立新的平衡狀態(tài)，被控變量又重新穩(wěn)定為止所經(jīng)歷的這段時(shí)間立新的平衡狀態(tài)，被控變量又重新穩(wěn)定為止所經(jīng)歷的這段時(shí)間振蕩周期與振蕩頻率振蕩周期與振蕩頻率：過(guò)渡過(guò)程曲線從第一個(gè)波峰到第二個(gè)波峰：過(guò)渡過(guò)程曲線從第一個(gè)波峰到第二個(gè)波峰之間的時(shí)間稱為振蕩周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率之間的時(shí)間稱為振蕩周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率圖圖1-16 過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)示意圖過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)示意圖402021-12-111.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程及其品質(zhì)指標(biāo)（自動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程及其品質(zhì)指標(biāo)（文章文章9）n對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能基本要求對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能基本要求自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是：根據(jù)被

29、控對(duì)象自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是：根據(jù)被控對(duì)象和環(huán)境的特性，在各種擾動(dòng)因素作用下，使系統(tǒng)和環(huán)境的特性，在各種擾動(dòng)因素作用下，使系統(tǒng)的被控量能夠按照預(yù)定的規(guī)律變化。的被控量能夠按照預(yù)定的規(guī)律變化。對(duì)于恒值系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要求系統(tǒng)的被控量維持對(duì)于恒值系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要求系統(tǒng)的被控量維持在期望值附近；對(duì)于隨動(dòng)控制系統(tǒng)而言，要求系在期望值附近；對(duì)于隨動(dòng)控制系統(tǒng)而言，要求系統(tǒng)的被控量緊緊跟隨輸入量的變化。統(tǒng)的被控量緊緊跟隨輸入量的變化。穩(wěn)定性：決定一個(gè)控制系統(tǒng)能否實(shí)際應(yīng)用的首要條件穩(wěn)定性：決定一個(gè)控制系統(tǒng)能否實(shí)際應(yīng)用的首要條件準(zhǔn)確性：衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的重要指標(biāo)準(zhǔn)確性：衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的重要指標(biāo)快速性：抗擾動(dòng)時(shí)間快速性

30、：抗擾動(dòng)時(shí)間412021-12-111.6 過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容首先要滿足安全性的要求；首先要滿足安全性的要求； 其次，為了獲得效益，工廠必須使產(chǎn)品滿足產(chǎn)其次，為了獲得效益，工廠必須使產(chǎn)品滿足產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求；品質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求； 此外，控制系統(tǒng)應(yīng)該促進(jìn)裝置平滑、穩(wěn)定的運(yùn)此外，控制系統(tǒng)應(yīng)該促進(jìn)裝置平滑、穩(wěn)定的運(yùn)行，避免關(guān)鍵過(guò)程變量的過(guò)多振蕩；行，避免關(guān)鍵過(guò)程變量的過(guò)多振蕩； 最后，控制系統(tǒng)還應(yīng)該考慮環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。最后，控制系統(tǒng)還應(yīng)該考慮環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。422021-12-11n過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟選擇被控變量與輸入變量選擇被控變

31、量與輸入變量確定控制方案確定控制方案選擇硬件設(shè)備選擇硬件設(shè)備給出控制器的設(shè)定給出控制器的設(shè)定432021-12-111.6 過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容n被控變量與輸入變量的選擇被控變量與輸入變量的選擇被控變量被控變量對(duì)控制目標(biāo)起重要影響對(duì)控制目標(biāo)起重要影響可直接控制目標(biāo)質(zhì)量可直接控制目標(biāo)質(zhì)量傳遞函數(shù)比較簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性較好傳遞函數(shù)比較簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性較好可測(cè)量其他能夠可靠測(cè)量的被控變量可測(cè)量其他能夠可靠測(cè)量的被控變量輸入變量輸入變量對(duì)所選定的被控變量影響較大對(duì)所選定的被控變量影響較大變化范圍較大變化范圍較大對(duì)被控變量作用效應(yīng)較快對(duì)被控變量作用效應(yīng)較快在

32、復(fù)雜系統(tǒng)中，對(duì)相應(yīng)的被控變量有直接影響，而對(duì)在復(fù)雜系統(tǒng)中，對(duì)相應(yīng)的被控變量有直接影響，而對(duì)其他輸出變量的影響應(yīng)該盡可能的小其他輸出變量的影響應(yīng)該盡可能的小442021-12-111.6 過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容（過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容（文章文章9）n控制方案的確定控制方案的確定控制結(jié)構(gòu)控制結(jié)構(gòu)1) 反饋控制反饋控制：利用被控變量的直接測(cè)量值調(diào)節(jié)控制變：利用被控變量的直接測(cè)量值調(diào)節(jié)控制變量，使被控變量保持在預(yù)期值。這類系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)量，使被控變量保持在預(yù)期值。這類系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有廣泛的適應(yīng)性，被控對(duì)象一般可以得到構(gòu)簡(jiǎn)單，具有廣泛的適應(yīng)性，被控對(duì)象一般可以得到較好的控制。較

33、好的控制。2) 前饋控制前饋控制：利用擾動(dòng)量的直接測(cè)量值，調(diào)節(jié)控制變：利用擾動(dòng)量的直接測(cè)量值，調(diào)節(jié)控制變量，使被控變量保持在預(yù)期值。與反饋控制不同，前量，使被控變量保持在預(yù)期值。與反饋控制不同，前饋控制本質(zhì)上是在系統(tǒng)存在比較顯著、出現(xiàn)頻繁擾動(dòng)饋控制本質(zhì)上是在系統(tǒng)存在比較顯著、出現(xiàn)頻繁擾動(dòng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)干擾的一種補(bǔ)償控制，以有效抑制擾動(dòng)對(duì)被時(shí)對(duì)系統(tǒng)干擾的一種補(bǔ)償控制，以有效抑制擾動(dòng)對(duì)被控量的影響?？亓康挠绊憽?52021-12-11控制算法控制算法在控制方案確定以后，需要選擇合適的控制算法，根在控制方案確定以后，需要選擇合適的控制算法，根據(jù)控制算法進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。據(jù)控制算法進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。 46202

34、1-12-111.6 過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容n硬件設(shè)備的選擇硬件設(shè)備的選擇包含傳感器、測(cè)量?jī)x表、控制裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和報(bào)警、包含傳感器、測(cè)量?jī)x表、控制裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和報(bào)警、保護(hù)、連鎖等部件。過(guò)程控制系統(tǒng)硬件選擇的原則是保證保護(hù)、連鎖等部件。過(guò)程控制系統(tǒng)硬件選擇的原則是保證控制目標(biāo)和控制方案的實(shí)施?？刂颇繕?biāo)和控制方案的實(shí)施?？刂蒲b置控制裝置簡(jiǎn)單的過(guò)程控制系統(tǒng)可以選擇單回路控制器，對(duì)于比簡(jiǎn)單的過(guò)程控制系統(tǒng)可以選擇單回路控制器，對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng)需要用計(jì)算機(jī)控制。較復(fù)雜的系統(tǒng)需要用計(jì)算機(jī)控制。傳感器和測(cè)量?jī)x器傳感器和測(cè)量?jī)x器1) 可靠性原則：能長(zhǎng)期而穩(wěn)定地完成規(guī)定

35、功能的能力可靠性原則：能長(zhǎng)期而穩(wěn)定地完成規(guī)定功能的能力2) 實(shí)用性原則：執(zhí)行具體功能要求的能力和水平實(shí)用性原則：執(zhí)行具體功能要求的能力和水平3) 先進(jìn)性原則先進(jìn)性原則472021-12-111.6 過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容n控制器的設(shè)定控制器的設(shè)定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)最后一個(gè)階段就是給出控制器的設(shè)置?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)最后一個(gè)階段就是給出控制器的設(shè)置。例如，如果考慮適用例如，如果考慮適用PI控制，控制器的增益控制，控制器的增益Kc和積分和積分時(shí)間時(shí)間將設(shè)定為額定值。通常會(huì)在控制系統(tǒng)安裝后，使用將設(shè)定為額定值。通常會(huì)在控制系統(tǒng)安裝后，使用PID控制器整定策略對(duì)額定設(shè)定值進(jìn)行

36、調(diào)整?？刂破髡ú呗詫?duì)額定設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整。482021-12-11492021-12-111.6 過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容n過(guò)程安全問(wèn)題過(guò)程安全問(wèn)題在現(xiàn)代化的過(guò)程在現(xiàn)代化的過(guò)程加工工廠中，過(guò)程的加工工廠中，過(guò)程的安全依賴于安全依賴于多保護(hù)層多保護(hù)層原理。原理。一般分為一般分為四層四層：最內(nèi)層，過(guò)程設(shè)計(jì)自最內(nèi)層，過(guò)程設(shè)計(jì)自身提供了一層保護(hù)。身提供了一層保護(hù)。緊接著的兩層是由基緊接著的兩層是由基本過(guò)程控制系統(tǒng)以及本過(guò)程控制系統(tǒng)以及報(bào)警操作或干預(yù)兩層報(bào)警操作或干預(yù)兩層組成。最后一層是安組成。最后一層是安全互鎖系統(tǒng)，又稱為全互鎖系統(tǒng)，又稱為安全儀表系統(tǒng)或緊急安全儀表

37、系統(tǒng)或緊急停車系統(tǒng)。停車系統(tǒng)。圖圖1-17 過(guò)程安全的多保護(hù)層過(guò)程安全的多保護(hù)層502021-12-111.7 過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例 （略）略）例：例：合成氨過(guò)程是一個(gè)典型化工生產(chǎn)過(guò)程。生產(chǎn)合成氨過(guò)程是一個(gè)典型化工生產(chǎn)過(guò)程。生產(chǎn)技術(shù)和工藝過(guò)程日趨復(fù)雜，對(duì)過(guò)程的控制亦提出技術(shù)和工藝過(guò)程日趨復(fù)雜，對(duì)過(guò)程的控制亦提出了更高要求。在此就合成氨生產(chǎn)過(guò)程中的變換爐了更高要求。在此就合成氨生產(chǎn)過(guò)程中的變換爐的控制系統(tǒng)作簡(jiǎn)單介紹。的控制系統(tǒng)作簡(jiǎn)單介紹。合成氨生產(chǎn)過(guò)程中變換工序是一重要環(huán)節(jié)，合成氨生產(chǎn)過(guò)程中變換工序是一重要環(huán)節(jié)，它將一氧化碳和水蒸氣反應(yīng)，變換為氫氣和二氧它將一氧化碳和水蒸氣反

38、應(yīng)，變換為氫氣和二氧化碳。主要反應(yīng)為化碳。主要反應(yīng)為222CO+H OCO +HQ512021-12-111.7 過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例1. 變換爐的變比值控制變換爐的變比值控制有時(shí)，可直接用變換氣出口氣體中有時(shí)，可直接用變換氣出口氣體中CO濃度，濃度，采用采用變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)。根據(jù)變換反應(yīng)機(jī)理，將反。根據(jù)變換反應(yīng)機(jī)理，將反應(yīng)物流量按一定比值控制，再根據(jù)應(yīng)物流量按一定比值控制，再根據(jù)CO濃度及時(shí)調(diào)濃度及時(shí)調(diào)整比值設(shè)定值。整比值設(shè)定值。根據(jù)工藝測(cè)試分析，變換爐出口根據(jù)工藝測(cè)試分析，變換爐出口CO含量一定含量一定時(shí)，不同負(fù)荷時(shí)，不同負(fù)荷(半水煤氣半水煤氣)下，水蒸氣和

39、半水煤氣下，水蒸氣和半水煤氣的比值并非定值，而滿足近似的平方關(guān)系的比值并非定值，而滿足近似的平方關(guān)系為此，在設(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)時(shí)，工藝比值系為此，在設(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)時(shí)，工藝比值系數(shù)數(shù)k成為成為 ；22H OCOQkQ22H OCOQkQ522021-12-111.7 過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例在儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，水蒸氣流量測(cè)量采用在儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，水蒸氣流量測(cè)量采用差壓變送器加開方器差壓變送器加開方器，半水煤氣流量測(cè)量采用，半水煤氣流量測(cè)量采用差差壓變送器壓變送器但不加開方器，儀表比值數(shù)但不加開方器，儀表比值數(shù) 該控制系統(tǒng)投運(yùn)后，對(duì)半水煤氣成分變化、該控制系統(tǒng)投運(yùn)后，對(duì)半水煤氣成

40、分變化、觸媒活性變化等擾動(dòng)影響都有較好的克服能力。觸媒活性變化等擾動(dòng)影響都有較好的克服能力。變換爐出口氣體應(yīng)進(jìn)行凈化處理，并對(duì)分析變換爐出口氣體應(yīng)進(jìn)行凈化處理，并對(duì)分析儀表進(jìn)行定期維護(hù)是控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提。儀表進(jìn)行定期維護(hù)是控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提。因控制通道時(shí)間常數(shù)比采用入口溫度或一段因控制通道時(shí)間常數(shù)比采用入口溫度或一段溫度控制的控制通道時(shí)間常數(shù)小，因此控制質(zhì)量溫度控制的控制通道時(shí)間常數(shù)小，因此控制質(zhì)量較好。較好。22maxmaxCOH OQKkQ532021-12-111.7 過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例2.變換爐的優(yōu)化控制變換爐的優(yōu)化控制圖1-19 變換爐的最優(yōu)控制系統(tǒng)5

41、42021-12-111.7 過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例變換爐的變換爐的控制目標(biāo)控制目標(biāo)是變換爐出口氣體中是變換爐出口氣體中CO濃濃度度 ，影響的，影響的擾動(dòng)變量擾動(dòng)變量有：變換爐入口氣體溫有：變換爐入口氣體溫度度 ,入口氣體組成入口氣體組成 ，空速，空速 ，觸媒活性，觸媒活性AF等。選擇等。選擇操縱變量操縱變量為入口氣體溫度為入口氣體溫度 (通過(guò)調(diào)節(jié)通過(guò)調(diào)節(jié)廢熱鍋爐旁路流量來(lái)控制廢熱鍋爐旁路流量來(lái)控制)?？刂颇繕?biāo)?？刂颇繕?biāo) 與擾動(dòng)與擾動(dòng)變量、操縱變量間的函數(shù)關(guān)系表示為變量、操縱變量間的函數(shù)關(guān)系表示為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：為：求得的最優(yōu)化入口溫度設(shè)定值為求得的最優(yōu)化入口溫度設(shè)定值為進(jìn)行線性化，得到近似的增量式線性控制模型為進(jìn)行線性化，得到近似的增量式