過程控制作業(yè)

1、1.研究控制規(guī)律的意義控制器的控制規(guī)律就是u(t)與e(t)之間的關(guān)系，是在人工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)并發(fā)展的?？刂破鞯幕究刂埔?guī)律有：比例、積分和微分，此外還有如繼電器特性的位式控制規(guī)律等?？刂破鞯妮斎耄狠敵觯簓 (t)被控變量的測量值r (t)被控變量的給定值 控制器的輸出信號：相對于控制器輸入信號e的輸出的變化量u。分析方法：輸入e(t)給一個(gè)階躍信號，分析輸出信號隨時(shí)間的變化規(guī)律?？刂破髯饔茫航o出輸出控制信號，以消除被控變量與給定值之間的偏差?？刂菩Ч暮脡暮艽蟪潭壬蠜Q定于控制器的性能，也即控制規(guī)律的選擇。2.控制規(guī)律的發(fā)展（包括控制規(guī)律的類型，各類型的優(yōu)缺點(diǎn)等）1）、控制規(guī)律的類型n 位式

2、控制n 雙位控制理想的雙位控制器其輸出p與輸入偏差額e之間的關(guān)系為圖9-1 理想雙位控制特性 圖9-2 雙位控制示例n 具有中間區(qū)的雙位控制 將上圖中的測量裝置及繼電器線路稍加改變，便可成為一個(gè)具有中間區(qū)的雙位控制器，見下圖。由于設(shè)置了中間區(qū)，當(dāng)偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不會動作，因此可以使控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程度大為降低，延長了控制器中運(yùn)動部件的使用壽命。 圖9-3 實(shí)際的雙位控制規(guī)律圖9-4 具有中間區(qū)的雙位控制過程雙位控制過程中一般采用振幅與周期作為品質(zhì)指標(biāo) 被控變量波動的上、下限在允許范圍內(nèi)，使周期長些比較有利。 優(yōu)點(diǎn)：雙位控制器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，因而應(yīng)用很普遍。n 多位

3、控制 對系統(tǒng)的控制效果較好，但會使控制裝置的復(fù)雜程度增加。圖9-5 三位控制器特性圖優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜；缺點(diǎn)：控制質(zhì)量不高，被控變量會振蕩。n 比例控制n 比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)（9-4）比例控制器KCep圖9-7 比例控制器比例控制器實(shí)際上是一個(gè)放大倍數(shù)可調(diào)的放大量圖9-8 簡單比例控制系統(tǒng)示意圖n 比例度及其對控制過程的影響（1）比例度比例度 是指控制器輸入的變化相對值與相應(yīng)的輸出變化相對值之比的百分?jǐn)?shù)（9-7）圖9-9 比例度與輸入輸出的關(guān)系將式（9-7）改寫后得即（9-8） 對于一只具體的比例控制器，儀表的量程和控制器的輸出范圍都是固定的,令（9-9）對一只控制器來說， K是一個(gè)固

4、定常數(shù)將式 (9-9)代入式 (9-8) ，得（9-10）而在單元組合式儀表中（9-11）優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)快，控制及時(shí)，結(jié)構(gòu)簡單，控制及時(shí)，參數(shù)整定方便；缺點(diǎn)：控制結(jié)果有余差若對象的滯后較小、時(shí)間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小時(shí)，控制器的比例度可以選得小些，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)快些，從而過渡過程曲線的形狀較好。反之，比例度就要選大些以保證穩(wěn)定。 積分控制比例度愈大，過渡過程曲線震蕩愈小，余差愈大；比例度愈小，過渡過程曲線震蕩激烈，可能不穩(wěn)定。（2）、積分控制n 積分控制規(guī)律及其特點(diǎn)當(dāng)對控制質(zhì)量有更高要求時(shí)，就需要在比例控制的基礎(chǔ)上，再加上能消除余差的積分控制作用。 積分控制作用的輸出變化量p與輸入偏

5、差e的積分成正比，即 積分控制作用的輸出變化量p與輸入偏差e的積分成正比，即 （9-12）當(dāng)輸入偏差是常數(shù)A時(shí)對式 (9-12)微分,可得（9-13）對式 (9-12)微分,可得（9-14）A、 積分控制作用輸出信號的大小不僅取決于偏差信號的大小,而且主要取決于偏差存在的時(shí)間長短。 B、 積分控制器輸出的變化速度與偏差成正比。C、 積分控制作用在最后達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，偏差等于零。圖9-13 液位控制系統(tǒng)圖9-14 積分控制過程n 比例積分控制規(guī)律與積分時(shí)間圖9-15 比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律可用下式表示 （9-15）由于（9-16）則（9-17）若偏差是幅值為A的階躍干擾（9-18）在時(shí)間t

6、 = TI時(shí)，有（9-19）n 積分時(shí)間對系統(tǒng)過渡過程的影響圖9-16 積分時(shí)間對過渡過程的影響積分時(shí)間對過渡過程的影響具有兩重性當(dāng)縮短積分時(shí)間,加強(qiáng)積分控制作用時(shí),一方面克服余差的能力增加。另一方面會使過程振蕩加劇,穩(wěn)定性降低。積分時(shí)間越短,振蕩傾向越強(qiáng)烈,甚至?xí)蔀椴环€(wěn)定的發(fā)散振蕩。 優(yōu)點(diǎn)：能消除余差；缺點(diǎn)：積分作用控制慢，會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差3） 、微分控制比例積分控制器對于多數(shù)系統(tǒng)都可采用，比例度和積分時(shí)間兩個(gè)參數(shù)均可調(diào)整。 當(dāng)對象滯后很大時(shí)，可能控制時(shí)間較長、最大偏差也較大； 負(fù)荷變化過于劇烈時(shí)，由于積分動作緩慢，使控制作用不及時(shí)，此時(shí)可增加微分作用。 n 微分控制規(guī)律及其特點(diǎn)具有微分

7、控制規(guī)律的控制器（9-20）優(yōu)點(diǎn)具有超前控制功能。 圖9-17 微分控制的動態(tài)特性n 實(shí)際的微分控制規(guī)律及微分時(shí)間微分作用的特點(diǎn)在偏差存在但不變化時(shí),微分作用都沒有輸出。 實(shí)際微分控制規(guī)律是由兩部分組成：比例作用與近似微分作用，其比例度是固定不變的，恒等于100%，所以認(rèn)為：實(shí)際的微分控制器是一個(gè)比例度為 100%的比例微分控制器。當(dāng)輸入是一幅值為 A的階躍信號時(shí)(9-21)可見，t =0時(shí), p=KDA；t =時(shí),p =A。 微分控制器在階躍信號的作用下,輸出p一開始就立即升高到輸入幅值A(chǔ)的KD倍,然后再逐漸下降,到最后就只有比例作用A了。 微分放大倍數(shù)KD決定了微分控制器在階躍作用瞬間的最

8、大輸出幅度。 圖9-18 實(shí)際微分器輸出變化曲線 微分時(shí)間TD是表征微分作用強(qiáng)弱的一個(gè)重要參數(shù)，它決定了微分作用的衰減快慢，且它是可以調(diào)整的。(9-22)假定則(9-23)(9-24)在t = T時(shí),整個(gè)微分控制器的輸出為(9-25)n 比例微分控制系統(tǒng)的過渡過程當(dāng)比例作用和微分作用結(jié)合時(shí),構(gòu)成比例微分控制規(guī)律（9-27）說明： 比例微分控制器的輸出p等于比例作用的輸出pP與微分作用的輸出pD之和。改變比例度(或KC)和微分時(shí)間 TD分別可以改變比例作用的強(qiáng)弱和微分作用的強(qiáng)弱。 微分作用具有抑制振蕩的效果，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,減少被控變量 的波動幅度,并降低余差。 微分作用也不能加得過大。

9、微分控制具有“超前”控制作用。 優(yōu)點(diǎn): 響應(yīng)快、偏差小、能增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，有超前控制作用，可以克服對象的慣性，控制質(zhì)量最高，無余差； 缺點(diǎn)：但控制作用余差但參數(shù)整定較麻煩3.控制規(guī)律的前沿領(lǐng)域控制規(guī)律前沿技術(shù)自動化控制的誕生 自動化在炮火中發(fā)展自動化原理 ：控制器 系統(tǒng)的大腦傳感器 系統(tǒng)的耳目執(zhí)行器 系統(tǒng)的手腳受控對象 溫柔的羔羊穩(wěn)定性 不可或缺魯棒性 健康的系統(tǒng)極點(diǎn) 控制系統(tǒng)的精靈自動化的前沿技術(shù)： 模糊控制最優(yōu)控制，自適應(yīng)控制，魯棒控制，線性控制理論，非線性控制理論，PID 控制 簡而優(yōu)秀 預(yù)測控制 故障診斷 人工智能 專家系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng) (DCS) 自動化技術(shù)的十八般兵器 自動化技術(shù)

10、的應(yīng)用 自動化技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用 電力系統(tǒng)自動化 建筑自動化 交通運(yùn)輸自動化 信息自動化 自動無極限 自動化技術(shù)在軍事中的應(yīng)用 自動化技術(shù)在軍事中的應(yīng)用 自動化技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用 自動化技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用 自動化技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用 自動化技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用 自動化技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用 自動化技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用 自動化技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用 流量控制，吞吐自如 氣動控制和電磁閥 滅火自動關(guān)氣 停水自動關(guān)氣 邏輯控制 液位行程，巧奪天工 行程開關(guān) 液位開關(guān) 浮子式液位控制 定時(shí)控制，歲月有情 機(jī)械鐘表定時(shí) 微波爐雙速定時(shí) 錄象機(jī)自動定時(shí)錄像 順控程控，親疏不同 洗衣機(jī) 音樂噴

11、泉 1 、自動化技術(shù)的概述 (1) 自動化技術(shù)誕生 (2) 自動化技術(shù)發(fā)展 (3) 自動化技術(shù)原理 2 、自動化前沿技術(shù) (1) 自動化技術(shù)的江湖門派 (2) 自動化技術(shù)的十八般武藝 3 、自動化技術(shù)的應(yīng)用：工業(yè)、軍事、日常生活 人類自開始進(jìn)行勞動以來，就一直夢想著制造出能夠無需人的參與就可以自己完成任務(wù)的勞動工具。 從刀耕火種的年代起，人們就夢想著省時(shí)省力地生產(chǎn)出更多的東西，來滿足人們生活的需要。人們在幾千年的生產(chǎn)過程中，發(fā)明了很多節(jié)省力氣的工具，如在河流上建造的水車?？梢酝ㄟ^水的沖擊帶動輪子轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)灌溉、淘米等工作。 工業(yè)革命的到來 (1788 年)，為自動化的發(fā)展帶來了巨大的動力。此后

12、的一百多年中，人們一直在探索，特別是，經(jīng)過從 1934 年到 1947 年的十幾年研究(二戰(zhàn)期間 ), 最終提出了自動化的理論基礎(chǔ)著作 控制論。標(biāo)志著自動化技術(shù)的正式誕生。 從誕生到現(xiàn)在，自動化技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域大顯身手，飛機(jī)導(dǎo)航、交通運(yùn)輸、導(dǎo)彈控制中到處都是自動化技術(shù)的應(yīng)用。自動化技術(shù)從產(chǎn)生到現(xiàn)在，它的發(fā)展始終沒有離開武器裝備的需要。在第二次世界大戰(zhàn)中，同盟國軍隊(duì)的主要作戰(zhàn)武器是火炮。當(dāng)時(shí)的火炮威力大、射程遠(yuǎn)，但是命中精度比較差。如果沒有二戰(zhàn)這個(gè)巨大的實(shí)驗(yàn)場，自動化技術(shù)也不會有如此大的發(fā)展?？梢赃@樣說“軍事裝備是自動化之父，二戰(zhàn)是自動化誕生的產(chǎn)房”。如果說軍事設(shè)備是自動化之父，那么工業(yè)生產(chǎn)就是自

13、動化之母。自動化生產(chǎn)是人們夢寐以求的事情。福特發(fā)明的汽車生產(chǎn)線是最成功的早期生產(chǎn)線， 1913 年福特創(chuàng)建了由專用機(jī)床組成的“運(yùn)動中的組裝線”在這種生產(chǎn)線上，要組裝的部件由傳送帶運(yùn)到一個(gè)個(gè)工人面前，每一個(gè)工人只完成一種操作。自動化技術(shù)為生產(chǎn)力的發(fā)展起了巨大作用，實(shí)現(xiàn)了人們擺脫繁重的勞動的愿望。同時(shí)自動化技術(shù)也在應(yīng)用中得到不斷發(fā)展和完善。 下面我們以一個(gè)簡單的例子，來說明自動化的原理。 自動化設(shè)備和機(jī)器的關(guān)鍵就在于反饋的存在，正是有了他的存在，才使自動化成為可能。反饋就是自動化的奧妙所在。所以自動控自原理也叫反饋控制原理。 一個(gè)自動化系統(tǒng)無論結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜都是由下面幾部分組成： 第一，檢測比較裝置

14、。 第二，控制器。 第三，執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 第四，控制量。 模糊控制 其實(shí)我很清楚 最優(yōu)控制 -“ 沒有更好只有最好 ” 自適應(yīng)控制 以變制變 魯棒控制 以靜制動 線性控制理論縱橫 非線性控制理論的發(fā)展 PID 控制 簡而優(yōu)秀 預(yù)測控制 未卜先知 故障診斷 神醫(yī)妙手 人工智能 智慧之巔 專家系統(tǒng) 身邊的專家 推理控制 經(jīng)驗(yàn)的作用 集散控制系統(tǒng)（ DCS ）圖9-19 微分時(shí)間對過渡過程的影響n 比例積分微分控制同時(shí)具有比例、積分、微分三種控制作用的控制器稱為比例積分微分控制器。（9-28）三個(gè)可調(diào)參數(shù) 比例度、積分時(shí)間 TI和微分時(shí)間 TD。適用場合 對象滯后較大、負(fù)荷變化較快、不允許有余差的情況。 控制規(guī)律 比例控制、積分控制、微分控制。圖9-20 PID控制器輸出特性參考文獻(xiàn)1 侯志林主編. 過程控制與自動化儀表. 機(jī)械工業(yè)出版社 2 邵裕森主編. 過程控制及儀表 上海交通大學(xué)出版社3 吳勤勤主編 電動調(diào)節(jié)儀表 化學(xué)工業(yè)出版社心得體會：在查找資料的過程中我了解