儀表自動(dòng)化第一章

1、 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念1 自動(dòng)化的作用及主要內(nèi)容2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)6 工藝管道及控制流程圖.化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容 自動(dòng)檢測(cè) 自動(dòng)保護(hù)與報(bào)警 自動(dòng)操縱與啟停 自動(dòng)調(diào)節(jié)QiQ0要要求求.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成觀觀察察思考思考調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)(1)檢測(cè)檢測(cè)(2)運(yùn)算運(yùn)算(3)執(zhí)行執(zhí)行.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框圖要求觀察思考調(diào)節(jié)變換顯示記錄調(diào)節(jié)給定值執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測(cè)儀表記錄儀顯示器調(diào)節(jié)器四部分四部分(環(huán)節(jié))： 測(cè)量?jī)x表測(cè)量?jī)x表（測(cè)量并轉(zhuǎn)化統(tǒng)測(cè)量并轉(zhuǎn)化統(tǒng)一信號(hào)）一信號(hào)） 控制器控制器（比較比較得偏差、運(yùn)算輸?shù)闷?、運(yùn)

2、算輸出控制信號(hào)）出控制信號(hào)） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（根據(jù)控制器信根據(jù)控制器信號(hào)改變操作量）號(hào)改變操作量） 被控對(duì)象被控對(duì)象（設(shè)（設(shè)備備）1 1、組成、組成2、方塊圖 每一個(gè)方塊稱一個(gè)“環(huán)節(jié)”， 帶箭頭線條表示“信號(hào)”聯(lián)系控制器 執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量元件與變送器測(cè)量值給定值 偏差輸出變量被控變量控制器操縱干擾作用xzepqyf要求觀察思考調(diào)節(jié)變換顯示記錄調(diào)節(jié)給定值執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測(cè)儀表記錄儀顯示器調(diào)節(jié)器說明了組成和工作原理QiQo2、概念 環(huán)節(jié)、偏差、 反饋、正反饋、負(fù)反饋控制器 執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量元件與變送器測(cè)量值給定值 偏差輸出變量被控變量控制器操縱干擾作用xzepqyf開環(huán)、閉環(huán)開環(huán)、閉環(huán)1.3 自動(dòng)

3、控制系統(tǒng)的分類 按被調(diào)控變量分類：流量調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、物位調(diào)節(jié)等、速度調(diào)節(jié)等 按控制規(guī)律分類：位式調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)、比例微分調(diào)節(jié)、比例積分調(diào)節(jié)、比例微分積分調(diào)節(jié) 按被控參數(shù)的變化規(guī)律分類：定值控制系統(tǒng)：給定值為常數(shù)；隨動(dòng)控制系統(tǒng)：給定值為變數(shù)，要求跟隨變化；程序控制系統(tǒng)：按預(yù)定時(shí)間順序控制參數(shù)。 按信號(hào)種類分類：氣動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)一、控制系統(tǒng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)靜態(tài)：被控變量不隨時(shí)間變化的 平衡狀態(tài)動(dòng)態(tài)：被控 變量隨時(shí)間變化的 不平衡狀態(tài) 控制過程：動(dòng)態(tài) 靜態(tài) 動(dòng)態(tài) 新的靜態(tài)控制干擾控制QiACS中, 輸入=輸出 時(shí) ,各環(huán)節(jié)都不改變?cè)鹊臓顟B(tài)Q0

4、輸入變化(干擾) 被控變量變化ACS產(chǎn)生控制作用克服干擾-建立新的平衡研究ACS的重點(diǎn)是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)LTLC給定 二、控制系統(tǒng)的過渡過程 干擾y變化負(fù)反饋?zhàn)饔没謴?fù)平衡 干擾f 研究Y-t的變化規(guī)律負(fù)反饋?zhàn)饔?四種基本形式： 3. 等幅振蕩過程1. 非周期衰減過程0t0yy0t004. 發(fā)散振蕩過程tt0t2. 衰減振蕩過程yty0t0t 三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo) 最大偏差A(yù)或超調(diào)量B 衰減比B/B =n:1 4:110:1 余差C 過渡時(shí)間t 振蕩周期T 振蕩次數(shù) 上升時(shí)間給定值CT四、影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素 控制效果取決于控制對(duì)象（內(nèi)因）和控制系統(tǒng)（外因）兩個(gè)方面。 外因只有通過內(nèi)因

5、起作用，內(nèi)因是最終效果的決定因素?？刂破?執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量元件與變送器給定值 偏差變量被控變量操縱干擾作用xzepqyf.5 工藝管道及控制流程圖 工藝流程控制方案工藝管道及控制流程圖（PID） 控制方案確定： 測(cè)量點(diǎn)選擇、 控制系統(tǒng)確定、 保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工藝管道及控制流程圖：帶測(cè)量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)的流程圖。圖1-4控制流程圖工藝管道及控制流程圖： 1、圖形符號(hào) 測(cè)量點(diǎn)：起點(diǎn) 連接線： 儀表：圓圈 2、字母代號(hào) 3、儀表位號(hào)控制流程圖符號(hào)意義序號(hào)安裝位置圖形符號(hào)備注序號(hào)安裝位置圖形符號(hào)備注1就地安裝儀表4集中儀表盤后安裝儀表嵌在管道中2集中儀表盤面安裝儀表5就地儀表盤后安裝儀表

6、3就地儀表盤面安裝儀表控制流程圖字母意義字母第一位字母后繼字母字母第一位字母后繼字母被測(cè)變量修飾詞功能被測(cè)變量修飾詞功能A分析報(bào)警P壓力C電導(dǎo)率控制Q數(shù)量積分累積D密度差R放射性記錄E電壓S速度安全開關(guān)F流量比T溫度傳送I電流指示V粘度閥K時(shí)間W力L物位YM水分Z位置執(zhí)行機(jī)構(gòu) (1)儀表測(cè)量點(diǎn)的位置 (2)控制點(diǎn) (3)被測(cè)變量 (4)儀表功能 (5)工段號(hào) (6)儀表序號(hào) (7)安裝位置進(jìn)料出料TCTT凝液蒸汽一、有關(guān)對(duì)象的基本概念二、對(duì)象特性的分類與研究方法三、描述對(duì)象特性的參數(shù)控制器 執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量元件與變送器給定值 偏差變量被控變量操縱干擾作用xzepqyf一、有關(guān)對(duì)象的基本概念一

7、、有關(guān)對(duì)象的基本概念干擾控制作用被控變量輸入變量與輸出變量之間的信號(hào)聯(lián)系-通道 控制通道 干擾通道二、對(duì)象特性的分類與研究方法二、對(duì)象特性的分類與研究方法 所謂研究對(duì)象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來描述出對(duì)象輸入量與輸出量之間的關(guān)系數(shù)學(xué)模型。 對(duì)象的數(shù)學(xué)模型可以分為靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。 靜態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對(duì)象在穩(wěn)定時(shí)（靜態(tài)）的輸入與輸出關(guān)系； 如 h=K Q1 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是在輸入量改變以后輸出量跟隨變化的規(guī)律； K Q1 =h+T(dh/dt) 靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型在對(duì)象達(dá)到平衡時(shí)的特例。對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 對(duì)象受到干擾作用或控制作用后，其輸出跟隨變化的規(guī)律。 研究的核心是：尋

8、找對(duì)象輸入與輸出之間的（函數(shù)）規(guī)律。 對(duì)象輸入量：干擾作用、控制作用 對(duì)象輸出量：被控變量控制通道特性 干擾通道特性 數(shù)學(xué)模型的表示方法： 非參量模型：用曲線、圖表表示的系統(tǒng)輸入與輸出量之間的關(guān)系； 參量模型：用數(shù)學(xué)方程式表示的系統(tǒng)輸入與輸出量之間的關(guān)系。 tfy 干擾控制作用被控變量對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的研究方法（1）機(jī)理建模）機(jī)理建模（數(shù)學(xué)建模）根據(jù)對(duì)象實(shí)際過程的內(nèi)部機(jī)理寫出的數(shù)、質(zhì)量平衡關(guān)系，分析計(jì)算而獲得對(duì)象的輸入量與輸出量之間的關(guān)系。（2）實(shí)驗(yàn)建模）實(shí)驗(yàn)建模要在實(shí)際系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)中，通過加上一組(人為的）輸入來考察輸出的跟隨變化規(guī)律獲得反映輸入與輸出關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)曲線和經(jīng)驗(yàn)函數(shù)關(guān)系。機(jī)理建模示例

9、：一階對(duì)象由體積守恒可得：(Q1-Q2)dt=Adh其中：Q2h/RsRS出水閥的阻力系數(shù)由此可得：RS Q1=h+A Rs (dh/dt)或: K Q1 =h+T(dh/dt)hQ1Q2輸入Qi輸出h實(shí)驗(yàn)建?！翱茖W(xué)”和“技術(shù)”具有不同的范疇 許多復(fù)雜的過程不能通過理論分析得出顯性表達(dá)式； 表達(dá)式常是高階微分方程式或偏微分方程式; 理論推導(dǎo)通常忽略一些影響因素，而這些因素對(duì)實(shí)際結(jié)果具有相當(dāng)?shù)挠绊懀?通過實(shí)驗(yàn)獲得經(jīng)驗(yàn)方程有時(shí)比理論推算更方便。實(shí)測(cè)建模定義定義 通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)取對(duì)象的輸入輸出數(shù)據(jù);依據(jù)這些輸入輸出數(shù)據(jù)來建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。幾個(gè)概念幾個(gè)概念 系統(tǒng)辨識(shí) 參數(shù)估計(jì) 測(cè)試信號(hào)在確定模型之后,

10、依據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)來確定模型中的某些參數(shù).在所研究的對(duì)象上,人為地加上一個(gè)輸入信號(hào),測(cè)輸出,這個(gè)輸入信號(hào)稱測(cè)試信號(hào).實(shí)驗(yàn)測(cè)取法實(shí)驗(yàn)測(cè)取法按所加按所加輸入形式的不同來區(qū)分輸入形式的不同來區(qū)分1.階躍反應(yīng)曲線法 通過輸入量的一個(gè)階躍變化尋找對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行。缺點(diǎn)：精度低。2.矩型脈沖法優(yōu)點(diǎn)：精度高,對(duì)生產(chǎn)影響小。3.周期脈沖法 通過輸入量的周期變化（矩形波或正弦變化),獲取對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。優(yōu)點(diǎn)：能反應(yīng)條件波動(dòng)時(shí)的結(jié)果。缺點(diǎn)：不能用于大滯后系統(tǒng)。三、描述對(duì)象特性的參數(shù) 三個(gè)物理量K、T、圖2-12 液位變化曲線 h=K Q1被控變量達(dá)到新的穩(wěn)定值的63.2%所需的時(shí)間. K Q1 =h+T(dh/dt)在一定的輸入作用下，被調(diào)參數(shù)完成其變化所需時(shí)間的參數(shù)。)1 ()(/TteKAth圖8-11 不同時(shí)間常數(shù)對(duì)象的反應(yīng)曲線3、滯后時(shí)間在輸入?yún)?shù)變化后，有的輸出參數(shù)不能立即在輸入?yún)?shù)變化后，有的輸出參數(shù)不能立即發(fā)生變化，而需要等待一段時(shí)間才開始產(chǎn)生明顯變化，這個(gè)發(fā)生變化，而需要等待一段時(shí)間才開始產(chǎn)生明顯變化，這個(gè)時(shí)間間隔稱為滯后時(shí)間。時(shí)間間隔稱為滯后時(shí)間。 滯后時(shí)間按其產(chǎn)生原因可以分為：傳遞滯后：滯后期內(nèi)無變化滯后期內(nèi)無變化新參數(shù)的作用結(jié)果還沒有傳新參數(shù)的作用結(jié)果還沒有傳遞到輸出點(diǎn)；遞到輸出點(diǎn)；