31自動(dòng)化-01第一章 基本概念Rev2ppt課件

1、第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)根本概念100第一章授課教師：和萌林101章節(jié)構(gòu)造第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)根本概念第一節(jié) 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的根本組成及方塊圖第三節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類第四節(jié) 自控系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的 一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài) 二、控制系統(tǒng)的過渡過程 三、控制系統(tǒng)的質(zhì)量目的 四、影響控制系統(tǒng)過渡過程質(zhì)量的主要要素第五節(jié) 工藝管道及控制流程圖 一、圖形符號(hào) 二、字母代號(hào) 三、儀表位號(hào)第一章 根本概念第二章 對象數(shù)學(xué)模型第三章 儀表與傳感器第四章 顯示儀表第五章 自動(dòng)控制儀表 第六章 執(zhí)行器 第七章 簡單控制系統(tǒng) 第八章 復(fù)雜控制系統(tǒng) 第九章 新型控制系統(tǒng)第十章 計(jì)算機(jī)控

2、制系統(tǒng) 第11章 典型控制方案 教學(xué)根本要求：掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成，了解各組成部分的作用及相互影響關(guān)系；了解自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的各種術(shù)語，掌握方塊圖的意義及畫法；熟習(xí)管道及控制流程圖上常用符號(hào)的意義；了解控制系統(tǒng)的幾種分類，掌握系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)； 掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的幾種根本方式及過渡過程質(zhì)量目的的含義。教學(xué)要求第 一 章第一節(jié) 主要內(nèi)容第二節(jié) 系統(tǒng)組成 及方塊圖第三節(jié)系統(tǒng)分類第四節(jié)過渡過程 和質(zhì)量目的 1.靜態(tài)與動(dòng)態(tài) 2.過渡過程 3.質(zhì)量目的 4.影響過渡過程 質(zhì)量主要要素第五節(jié)工藝管道及 控制流程圖 1.圖形符號(hào) 2.字母代號(hào) 3.儀表位號(hào)第 一 章第一節(jié) 主要內(nèi)

3、容第二節(jié) 系統(tǒng)組成 及方塊圖第三節(jié) 系統(tǒng)分類第四節(jié) 過渡過程 和質(zhì)量目的 1.靜態(tài)與動(dòng)態(tài) 2.過渡過程 3.質(zhì)量目的 4.影響過渡過程 質(zhì)量主要要素第五節(jié)工藝管道及 控制流程圖 1.圖形符號(hào) 2.字母代號(hào) 3.儀表位號(hào) 過程自動(dòng)化 在消費(fèi)設(shè)備上配置一些安裝，替代人工的部分直接勞動(dòng)，使消費(fèi)過程在不同程度上自動(dòng)地進(jìn)展。這種用自動(dòng)化安裝來管理消費(fèi)過程的方式稱為過程自動(dòng)化。自動(dòng)檢測系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)支配及自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)110第一節(jié)第一節(jié) 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容過程自動(dòng)化 化工自動(dòng)化 化工類化工、煉油、輕工、食品消費(fèi)過程的自動(dòng)化控制簡稱為“化工自動(dòng)化。第一節(jié) 主要內(nèi)容111自動(dòng)檢測

4、 自動(dòng)檢測系統(tǒng) 利用各種檢測儀器儀表對主要參數(shù)溫度、壓力、流量、料位 進(jìn)展丈量、指示或記錄，“了解 消費(fèi)的義務(wù)，這種系統(tǒng)稱為自動(dòng)檢測系統(tǒng)。1-1 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容自動(dòng)檢測系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)支配及自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)過程自動(dòng)化 圖中熱交換器是利用蒸汽來加熱冷介質(zhì)的，冷介質(zhì)經(jīng)加熱后的溫度能否到達(dá)要求，可用測溫元件配上平衡電橋來丈量、指示和記錄；冷介質(zhì)的流量可以用孔板流量計(jì)來檢測，蒸汽壓力可用壓力表來指示，這就是一些常用的、簡單的自動(dòng)檢測系統(tǒng)。 由此可見，自動(dòng)檢測儀表可包括包括壓力、溫度、流量、液位等的簡單丈量儀表或它們的傳感器、變送器、顯示表等。 溫度計(jì) 溫度表 液位計(jì) 浮子

5、流量計(jì) 彈簧管壓力表 質(zhì)量流量計(jì) 自動(dòng)檢測系統(tǒng)實(shí)踐上是替代了操作人員對工藝參數(shù)的察看與記錄，起到人的眼睛的作用。 自動(dòng)檢測系統(tǒng)的本質(zhì)特點(diǎn): 利用各種檢測儀器儀表對主要工藝參數(shù)進(jìn)展檢測、指示或記錄，到達(dá)“了解 消費(fèi)義務(wù)的目的。112聯(lián)鎖維護(hù) 在消費(fèi)過程中，有時(shí)由于偶爾要素的影響，導(dǎo)致工藝參數(shù)超出允許范圍而出現(xiàn)不正常情況，有能夠引起事故。為此常對一些關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖維護(hù)安裝，當(dāng)工藝參數(shù)超越允許范自動(dòng)檢測系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)支配及自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)過程自動(dòng)化圍，在事故發(fā)生以前，信號(hào)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地發(fā)出聲光信號(hào)，告誡操作人員及時(shí)采取措施。如工況已到達(dá)危險(xiǎn)形狀，聯(lián)鎖系統(tǒng)會(huì)立刻自動(dòng)

6、采取緊急措施，翻開平安閥或切斷某些通路，必要時(shí)緊急停車，以防止事故的發(fā)生和擴(kuò)展。 自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)是消費(fèi)過程中的一種平安安裝。1-1 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容113自動(dòng)支配自動(dòng)檢測系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)支配及自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)過程自動(dòng)化 根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對消費(fèi)設(shè)備進(jìn)展某種周期性操作，這種系統(tǒng)稱為自動(dòng)支配系統(tǒng)。 例如：合成氨造氣車間的煤氣發(fā)生爐 自動(dòng)加料系統(tǒng) 按照預(yù)先規(guī)定好的步驟，將消費(fèi)過程自動(dòng)地投入運(yùn)轉(zhuǎn)或自動(dòng)停車，這種系統(tǒng)稱為自動(dòng)開停車系統(tǒng)。1-1 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容114自動(dòng)控制自動(dòng)檢測系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)支配及自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)過程自動(dòng)化 消費(fèi)

7、過程中各種工藝條件不能夠是一成不變的。特別是化工消費(fèi)，大多數(shù)是延續(xù)性消費(fèi)，設(shè)備之間相互關(guān)聯(lián)，其中一臺(tái)設(shè)備的工藝條件發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起其他設(shè)備的某些參數(shù)動(dòng)搖，偏離正常的工藝條件，因此需求設(shè)置一些自動(dòng)控制安裝，對消費(fèi)中一些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)展自動(dòng)控制，使它們在遭到外界干擾(擾動(dòng))的影響而偏離正常形狀時(shí)，能自動(dòng)地控制而回到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，為此目的而設(shè)置的系統(tǒng)就是自動(dòng)控制系統(tǒng)。1-1 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容114自動(dòng)控制a自動(dòng)檢測系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)支配及自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)過程自動(dòng)化 溫度傳感/變送器 控制器 液位傳感/變送器 執(zhí)行器 料位變送器 壓力變送器 流量變送器1-1 化工自動(dòng)化的

8、主要內(nèi)容11e 化工消費(fèi)的特點(diǎn)： 1延續(xù)進(jìn)展物理或化學(xué)反響 2密閉空間，高壓 3高溫深冷 4易燃、易爆介質(zhì) 5有毒、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì) 6類型紛繁，控制系統(tǒng)多種多樣 對化工儀表、控制系統(tǒng)的要求： 1順應(yīng)消費(fèi)環(huán)境 高溫、高壓、易燃、腐蝕 2順應(yīng)消費(fèi)要求 控制穩(wěn)定、準(zhǔn)確、靈敏 1-1 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容11e第一節(jié)小結(jié)1 由以上引見可以看出： 自動(dòng)檢測系統(tǒng)只能完成“了解消費(fèi)過程進(jìn)展情況的義務(wù)； 信號(hào)聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)只能在工藝條件進(jìn)入某種極限形狀時(shí)，采取平安措施，以防止消費(fèi)事故的發(fā)生； 自動(dòng)支配系統(tǒng)只能按照預(yù)先規(guī)定好的步驟進(jìn)展某種周期性的支配； 只需自動(dòng)控制系統(tǒng)才干自動(dòng)地排除各種干擾要素對工藝參數(shù)的影響，使

9、它們一直堅(jiān)持在預(yù)先規(guī)定的數(shù)值上，保證消費(fèi)維持在正?；蜃钫_的工藝操作形狀。 因此，自動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化消費(fèi)中的中心部分，也是本課程了解和學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。自動(dòng)檢測系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)支配及自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)過程自動(dòng)化1-1 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容120第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)是在人工控制的根底上產(chǎn)生和開展起來的。所以，在開場引見自動(dòng)控制的時(shí)候，先分析人工操作，并與自動(dòng)控制加以比較，可以協(xié)助我們分析和了解自動(dòng)控制系統(tǒng)。人工控制自動(dòng)控制第 一 章第一節(jié) 主要內(nèi)容第二節(jié) 系統(tǒng)組成 及方塊圖第三節(jié) 系統(tǒng)分類第四節(jié) 過渡過程 和質(zhì)量目的 1.靜態(tài)與動(dòng)態(tài) 2.過渡過程 3.質(zhì)量目的 4.影響過渡過程

10、 質(zhì)量主要要素第五節(jié)工藝管道及 控制流程圖 1.圖形符號(hào) 2.字母代號(hào) 3.儀表位號(hào)第二節(jié) 系統(tǒng)組成 及方塊圖第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的根本組成及方塊圖121人工控制人工控制自動(dòng)控制 執(zhí)行 (手)行動(dòng): 根據(jù)大腦發(fā)出的命令，經(jīng)過手去改動(dòng)閥門開度，以改動(dòng)出口流量Qo，從而使液位堅(jiān)持在所需高度上。 運(yùn)算 (腦)思索、判別、決策、命令: 大腦根據(jù)眼睛看到的液位高度，加以思索并與要求的液位值進(jìn)展比較，得出偏向的大小和正負(fù)，然后根據(jù)操作閱歷，經(jīng)思索、決策后發(fā)出命令。 檢測 (眼)察看: 用眼睛察看玻璃管液位計(jì)(丈量元件)中液位的高低，并經(jīng)過神經(jīng)系統(tǒng)通知大腦。動(dòng) 手腦 想眼 看1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框

11、圖121自動(dòng)控制檢測器(變送器) 將某一物理量（如：液位、流量、壓力、壓差或溫度等）轉(zhuǎn)變成可利用信號(hào)；變送器將該信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 控制器 根據(jù)變送器信號(hào)和工藝需求，算出偏差，經(jīng)過某種運(yùn)算發(fā)出控制信息。 執(zhí)行器 根據(jù)控制器的控制信息，改變閥門開度。 人工控制自動(dòng)控制檢測元件與變送器自動(dòng)控制器控制器執(zhí)行器調(diào)理閥、控制閥自動(dòng)化系統(tǒng)組成 自動(dòng)控制系統(tǒng)是在人工控制的根底上產(chǎn)生和開展起來的，其主要安裝包括丈量元件與變送器、控制器、執(zhí)行器，分別替代了人的眼、腦、手三個(gè)器官的功能。1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框圖121系統(tǒng)組成 在自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成中，除了必需具有前述的自動(dòng)化安裝外，還必需具有控制安裝所

12、控制的消費(fèi)設(shè)備。 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將需求控制其工藝參數(shù)的消費(fèi)設(shè)備或機(jī)器叫做被控對象，簡稱對象。 前面舉例中液體貯槽 化工消費(fèi)中的各種容器、反響器、換熱器、泵和緊縮機(jī) 甚至一段輸氣管道 精餾塔、吸收塔等一個(gè)設(shè)備能夠有幾個(gè)控制回路被控對象檢測元件與變送器自動(dòng)控制器控制器執(zhí)行器調(diào)理閥、控制閥自動(dòng)化系統(tǒng)組成1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框圖122方塊圖 在研討自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了能清楚地表示出自動(dòng)控制系統(tǒng)中各個(gè)組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號(hào)聯(lián)絡(luò)，便于對系統(tǒng)分析研討，普通都用方塊圖來表示控制系統(tǒng)的組成。1、方塊圖的組成2、開環(huán)與閉環(huán)3、正反響與負(fù)反響1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框圖1、“方塊圖的組成：

13、 這種表示方式稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖。 方塊之間用一條帶有箭頭的線條表示其信號(hào)的相互作用關(guān)系，箭頭指向方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，箭頭分開方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸出；122 用方塊表示控制系統(tǒng)的每個(gè)組成部分(環(huán)節(jié))； 線條旁的字母或文字表示環(huán)節(jié)間相互作用的變量。對象？丈量元件、變送器？控制器？執(zhí)行器？ 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1221對象a 對 象 自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將需求控制其工藝參數(shù)的消費(fèi)設(shè)備或機(jī)器有時(shí)是消費(fèi)設(shè)備或機(jī)器的一部分叫做被控對象，簡稱對象。 ? 換熱器 給定值x 偏向e控制器

14、輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+換熱器1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1221b對象的輸出y,y(t) 在消費(fèi)過程中需求堅(jiān)持恒定的變量稱為被控變量。出口物料溫度T 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1221c對象的輸入q,q(t) 詳細(xì)實(shí)現(xiàn)控制造用的變量稱為支配變量。 用來實(shí)現(xiàn)控制造用的物料稱為支配介質(zhì)或支配劑。蒸汽流量Q 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

15、方塊圖及方框圖1221d對象的輸入f,f(t) 引起被控變量動(dòng)搖的外來要素在自動(dòng)控制系統(tǒng)中稱為干擾作用擾動(dòng)作用。蒸汽溫度T蒸汽壓力P進(jìn)料溫度T進(jìn)料流量P進(jìn)料組分 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1222丈量元件a丈量元件、變送器 將某一物理量(如：液位、流量、壓力、壓差或溫度等)轉(zhuǎn)變成可以利用的信號(hào)的元件稱為丈量元件；進(jìn)一步將該信號(hào)轉(zhuǎn)變成規(guī)范信號(hào)的儀表稱為變送器。 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+測溫元件變送器1-2 自動(dòng)

16、控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1222b丈量元件的輸入y,y(t)出口物料溫度T 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1222c丈量元件的輸出z,z(t)丈量值 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1223控制器a控 制 器 根據(jù)變送器信號(hào)和工藝需求，算出偏向，經(jīng)過運(yùn)算發(fā)出控制信息的儀表稱為控制器。 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-

17、2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1223b控制器的輸入e,e(t) 變送器的輸出信號(hào)z被送入比較機(jī)構(gòu)，與工藝上希望堅(jiān)持的被控變量的數(shù)值(給定值、設(shè)定值)x進(jìn)展比較，得到偏向信號(hào)e，exz。設(shè)定值丈量值 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1223c控制器的輸出p,p(t) 控制器的輸出信號(hào)p能夠是各種類型的信號(hào)：420mA，15V，20100kPa 等。控制器輸出信號(hào) 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及

18、方框圖1224調(diào)理閥a 執(zhí)行器 根據(jù)控制器給出的控制信息，改動(dòng)支配變量。 ? 調(diào)理閥 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+調(diào)理閥1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1224b執(zhí)行器的輸入p,p(t) 執(zhí)行器的輸入信號(hào)p能夠是各種類型的信號(hào)：420mA，15V，20100kPa 等。控制器輸出信號(hào) 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1224c執(zhí)行器的輸出q,q(t) 詳細(xì)實(shí)現(xiàn)控制造用的變量稱為支配變量。 用來實(shí)現(xiàn)控制造用的物料稱為支

19、配介質(zhì)或支配劑。蒸汽流量Q 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1225留意 .方塊圖具有通用性，用同一種方式的方塊圖可以代表不同的控制系統(tǒng)。 .用方塊表示的每個(gè)“環(huán)節(jié)都是組成系統(tǒng)的一部分實(shí)物詳細(xì)安裝。 .方塊之間帶有箭頭的線條只表示信號(hào)的作用關(guān)系與方向，不代表工藝管道、物料的流向。 .“環(huán)節(jié)的輸入會(huì)引起輸出的變化，而輸出不會(huì)反過來直接引起輸入的變化。環(huán)節(jié)的這一特性稱為“單向性 。留意/關(guān)鍵點(diǎn)：1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1225a留意/關(guān)鍵點(diǎn)： 1. 方塊圖的通用性； 2. 方塊代表的是

20、實(shí)物； 3. 箭頭和線條僅表示信號(hào)作用； 4. 環(huán)節(jié)的單向性。 方塊圖具有通用性，用同一種方式的方塊圖可以代表不同的控制系統(tǒng)。 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1225b留意/關(guān)鍵點(diǎn)： 1. 方塊圖的通用性； 2. 方塊代表的是實(shí)物； 3. 箭頭和線條僅表示信號(hào)作用； 4. 環(huán)節(jié)的單向性。 用方塊表示的每個(gè)“環(huán)節(jié)都是組成系統(tǒng)的一部分實(shí)物詳細(xì)安裝。 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1225c

21、留意/關(guān)鍵點(diǎn)： 1. 方塊圖的通用性； 2. 方塊代表的是實(shí)物； 3. 箭頭和線條僅表示信號(hào)作用； 4. 環(huán)節(jié)的單向性。 方塊間帶有箭頭的線條只表示信號(hào)的作用關(guān)系與方向，不代表工藝管道、物料的流向。 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1225d留意/關(guān)鍵點(diǎn)： 1. 方塊圖的通用性； 2. 方塊代表的是實(shí)物； 3. 箭頭和線條僅表示信號(hào)作用； 4. 環(huán)節(jié)的單向性。 “環(huán)節(jié)的輸入會(huì)引起輸出的變化，而輸出不會(huì)反過來直接引起輸入的變化。環(huán)節(jié)的這一特性稱為“單向性 。 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變

22、量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1226開環(huán)與閉環(huán)A 在控制系統(tǒng)的方塊圖中，信號(hào)沿箭頭方向前進(jìn)，經(jīng)過假設(shè)干環(huán)節(jié)后，最終又前往到原來的起始點(diǎn)，稱為閉環(huán)系統(tǒng)。 一切的自動(dòng)控制系統(tǒng)都是閉環(huán)系統(tǒng)。 2、開環(huán)與閉環(huán) 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1226B 支配指令 支配作用 工藝參數(shù)自動(dòng)支配安裝對 象 在控制系統(tǒng)的方塊圖中，信號(hào)沿箭頭方向前進(jìn)，經(jīng)過假設(shè)干環(huán)節(jié)后，最終不能前往到原來的起始點(diǎn)，稱為開環(huán)系統(tǒng)。 自動(dòng)支配系統(tǒng)就屬于典型的

23、開環(huán)系統(tǒng)。1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1227反響A 系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)后重新前往到輸入端的做法叫做反響。 3、反響 反響信號(hào)取負(fù)值時(shí)稱為負(fù)反響；負(fù)反響可以減弱原來的信號(hào)。 反響信號(hào)取正值時(shí)稱為正反響；正反響可以使原來的信號(hào)進(jìn)一步加強(qiáng)。反響正反響負(fù)反響 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖 閉環(huán)控制系統(tǒng)中就利用了信息反響作用： 當(dāng) 被控變量y 由于某種緣由的影響而偏離 給定值 x例如：升高)時(shí)，只需 丈量值z 取負(fù)值才可以使 偏向信號(hào) exz 降低，此時(shí) 控制器 經(jīng)過相

24、應(yīng)運(yùn)算將發(fā)出信號(hào)使 調(diào)理閥 的開度發(fā)生變化，從而使被 控變量y 下降，回到 給定值x 。 此時(shí) 丈量值z 假設(shè)不取負(fù)值，那么會(huì)起到“火上澆油的作用。 因此，一切的自動(dòng)控制系統(tǒng)都采用 閉環(huán)負(fù)反響系統(tǒng)。1227B 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖1227c 自動(dòng)控制系統(tǒng)與自動(dòng)支配安裝 二者本質(zhì)上的區(qū)別在于： 自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有負(fù)反響的閉環(huán)系統(tǒng)； 自動(dòng)支配安裝是開環(huán)系統(tǒng)。 自動(dòng)支配安裝的缺陷：在開環(huán)系統(tǒng)中，被控變量不反響到輸入端，自動(dòng)支配安裝只能按照預(yù)先規(guī)定好的程序周而復(fù)始地運(yùn)轉(zhuǎn)。即使工況發(fā)生了變

25、化，自動(dòng)支配安裝也不能自動(dòng)地根據(jù)實(shí)踐工況來改動(dòng)本人的操作。自動(dòng)支配安裝不能隨時(shí)“了解被控對象的情況并依此來改動(dòng)本人的操作形狀，這是開環(huán)系統(tǒng)的缺陷。 自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：由于自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有負(fù)反響的閉環(huán)系統(tǒng)，它可以隨時(shí)了解被控對象的情況，有針對性地根據(jù)被控變量的變化情況而改動(dòng)控制造用的大小和方向，從而使系統(tǒng)的任務(wù)形狀一直等于或接近于所希望的形狀，這是閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖 給定值x 解： 偏向e控制器輸出p支配變量p被控變量y調(diào)理閥反響器溫度丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+被控對象為反響器; 圖示為反響器溫度控制系統(tǒng)表示圖。A、B兩種物料進(jìn)入反響器反響，經(jīng)

26、過改動(dòng)冷卻水流量來控制反響器內(nèi)的溫度恒定。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該控制系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、支配變量及能夠的擾動(dòng)各是什么?被控變量為反響器內(nèi)溫度;支配變量為夾套冷卻水流量;主要干擾有：進(jìn)入反響器的A、B物料流量、溫度、濃度； 夾套入口冷卻水溫度、壓力； 攪拌器轉(zhuǎn)速等。例： 解： 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量p被控變量y調(diào)理閥鍋爐汽包液位丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+被控對象為鍋爐汽包; 被控變量為鍋爐汽包液位;支配變量為鍋爐給水流量;主要干擾有：鍋爐給水溫度、壓力； 蒸汽壓力、流量； 爐膛溫度等。 根據(jù)鍋爐汽包水位控制表示圖： 1畫出控制系統(tǒng)的方塊圖；

27、2指出系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、支配變量及能夠的擾動(dòng)分別是什么? 3當(dāng)蒸汽負(fù)荷忽然添加時(shí)，根據(jù)方塊圖分析自控系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。130第三節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)有多種分類方法： 一、按被控變量分類 二、按控制規(guī)律分類 三、按給定值變化規(guī)律分類 最常用第 一 章第一節(jié) 主要內(nèi)容第二節(jié) 系統(tǒng)組成 及方塊圖第三節(jié) 系統(tǒng)分類第四節(jié) 過渡過程 和質(zhì)量目的 1.靜態(tài)與動(dòng)態(tài) 2.過渡過程 3.質(zhì)量目的 4.影響過渡過程 質(zhì)量主要要素第五節(jié)工藝管道及 控制流程圖 1.圖形符號(hào) 2.字母代號(hào) 3.儀表位號(hào)第三節(jié) 系統(tǒng)分類第三節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類131分類一、按被控變量分類二、按控制規(guī)律分類三、按給定值變化規(guī)律

28、分類被控變量溫度控制系統(tǒng) T壓力控制系統(tǒng) P液位控制系統(tǒng) L流量控制系統(tǒng) F 1-3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類132分類控制規(guī)律比例控制 P比例積分控制 PI比例微分控制 PD比例微分積分控制 PID一、按被控變量分類二、按控制規(guī)律分類三、按給定值變化規(guī)律分類1-3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類133分類給定值變化定值控制系統(tǒng) 給定值x恒定不變的系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。隨動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤控制 給定值x隨機(jī)變化的系統(tǒng)稱為隨動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱自動(dòng)跟蹤控制。程序控制系統(tǒng)順序控制系統(tǒng) 給定值x按照知規(guī)律(時(shí)間函數(shù))變化的系統(tǒng)稱為程序控制系統(tǒng)，又稱順序控制系統(tǒng)。 一、按被控變量分類二、按控制規(guī)律分類三、按給定值變化規(guī)律分

29、類定值控制系統(tǒng) 隨動(dòng)控制系統(tǒng)(自動(dòng)跟蹤控制)程序控制系統(tǒng)(順序控制系統(tǒng))一、按被控變量分類二、按控制規(guī)律分類三、按給定值變化規(guī)律分類1-3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類133a 定值控制系統(tǒng) 給定值x恒定不變的系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。 所謂“定值就是給定值恒定的簡稱。 在實(shí)踐消費(fèi)過程中，通?？刂葡到y(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)堅(jiān)持在一個(gè)消費(fèi)目的上不變，或者說要求 被控變量y 恒定不變，即 給定值x 不變，這時(shí)就需求采用定值控制系統(tǒng)。 前面討論的 水槽對象液位控制系統(tǒng)、換熱器溫度控制系統(tǒng)都是定值控制系統(tǒng)的例子，其目的就是使水槽內(nèi)的液位、換熱器的出口物料溫度堅(jiān)持恒定不變。 化工消費(fèi)中要求的大都是這種類型的控制系

30、統(tǒng)，因以后面所討論的，假設(shè)未加特別闡明，都是指定值控制系統(tǒng)。一、按被控變量分類二、按控制規(guī)律分類三、按給定值變化規(guī)律分類定值控制系統(tǒng) 隨動(dòng)控制系統(tǒng)(自動(dòng)跟蹤控制)程序控制系統(tǒng)(順序控制系統(tǒng))1-3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類133b 隨動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤控制 給定值x隨機(jī)變化的系統(tǒng)稱為隨動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的特點(diǎn)是給定值不斷地變化，而且這種變化不是知的、預(yù)先規(guī)定好的，而是隨機(jī)的。隨動(dòng)系統(tǒng)的目的就是使所控制的參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。 隨動(dòng)控制系統(tǒng)的典型運(yùn)用有：航空導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)，電視臺(tái)天線接納系統(tǒng) 在化工消費(fèi)中，有些比值控制系統(tǒng)就屬于隨動(dòng)控制系統(tǒng)。例如要求B物料的流量

31、與 A物料的流量堅(jiān)持一定的比值，當(dāng)A物料的流量變化時(shí)，要求B物料的流量能快速而準(zhǔn)確地隨之變化。由于A物料的流量變化在消費(fèi)中能夠是隨機(jī)的，所以B物料的流量給定值也是隨機(jī)的，故屬于隨動(dòng)控制系統(tǒng)。一、按被控變量分類二、按控制規(guī)律分類三、按給定值變化規(guī)律分類定值控制系統(tǒng) 隨動(dòng)控制系統(tǒng)(自動(dòng)跟蹤控制)程序控制系統(tǒng)(順序控制系統(tǒng))1-3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類133c 程序控制系統(tǒng)順序控制系統(tǒng) 給定值x按照知規(guī)律(時(shí)間函數(shù))變化的系統(tǒng)稱為程序控制系統(tǒng)，又稱順序控制系統(tǒng)。 這類系統(tǒng)的給定值x雖然也是變化的，但與隨動(dòng)控制系統(tǒng)有所不同，它是一個(gè)知的時(shí)間函數(shù)。 這類系統(tǒng)在間歇式消費(fèi)過程中運(yùn)用比較普遍，如：合成纖維錦綸

32、消費(fèi)中的熟化罐溫度控制，金屬熱處置的溫度控制近年來，程序控制系統(tǒng)運(yùn)用日益廣泛，一些定型的或非定型的程控安裝越來越多地被運(yùn)用到消費(fèi)中，微型計(jì)算機(jī)的廣泛運(yùn)用也為程序控制提供了良好的技術(shù)工具與有利條件。 由于專業(yè)和課時(shí)限制，這類控制系統(tǒng)在本課程中不作引見。一、按被控變量分類二、按控制規(guī)律分類三、按給定值變化規(guī)律分類定值控制系統(tǒng) 隨動(dòng)控制系統(tǒng)(自動(dòng)跟蹤控制)程序控制系統(tǒng)(順序控制系統(tǒng))1-3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類140第四節(jié)第 一 章第一節(jié) 主要內(nèi)容第二節(jié) 系統(tǒng)組成 及方塊圖第三節(jié)系統(tǒng)分類第四節(jié)過渡過程 和質(zhì)量目的 1.靜態(tài)與動(dòng)態(tài) 2.過渡過程 3.質(zhì)量目的 4.影響過渡過程 質(zhì)量主要要素第五節(jié)工藝管道

33、及 控制流程圖 1.圖形符號(hào) 2.字母代號(hào) 3.儀表位號(hào)第四節(jié) 過渡過程 和質(zhì)量目的第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)二、控制系統(tǒng)的過渡過程三、控制系統(tǒng)的質(zhì)量目的四、影響控制系統(tǒng)過渡過程質(zhì)量目的的主要要素141靜態(tài)與動(dòng)態(tài)a一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài) 在研討自動(dòng)控制系統(tǒng)過程中： 將被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡形狀稱為系統(tǒng)的靜態(tài)。 將被控變量隨時(shí)間而變化的不平衡形狀稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。 設(shè)定值的變化，稱為設(shè)定作用或控制造用； 擾動(dòng)的變化，稱為干擾作用f 。 自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入： 當(dāng)輸入給定值和干擾不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)可以建立“平衡，系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)暫時(shí)不動(dòng)作，處于相對靜止形狀，這

34、種形狀稱為自控系統(tǒng)的“靜態(tài) 。 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的141b被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡形狀稱為系統(tǒng)的靜態(tài)。 當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入給定值x和干擾作用f 和輸出y均恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對穩(wěn)定的平衡形狀，系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)變送器、控制器、執(zhí)行器都不改動(dòng)其原有形狀，其輸出信號(hào)都處于相對靜止形狀，這就是所謂的“靜態(tài)。 這里所指的“靜態(tài)與習(xí)慣上所講的靜止是不同的： 習(xí)慣上所說的靜止是指靜止不動(dòng)(即相對靜止)； 自動(dòng)化領(lǐng)域中的“靜態(tài)是指系統(tǒng)中各信號(hào)的變化率為零，即信號(hào)堅(jiān)持不變，

35、而不是指物料不流動(dòng)或能量不交換。由于在自動(dòng)控制系統(tǒng)的“靜態(tài)下，消費(fèi)仍在進(jìn)展，物料和能量有進(jìn)有出，只是平穩(wěn)進(jìn)展、沒有變化。1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的141c 假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)原先處于“靜態(tài)，由于干擾的作用而突破了這種“靜態(tài)時(shí)，被控變量就會(huì)發(fā)生變化，從而使控制器、執(zhí)行器等自動(dòng)化安裝改動(dòng)原來平衡時(shí)所處的形狀，產(chǎn)生控制造用來抑制干擾的影響，并力圖使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。 從干擾發(fā)生開場，經(jīng)過調(diào)理控制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，這段時(shí)間中整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和信號(hào)都處于變動(dòng)形狀，故稱之為“動(dòng)態(tài)。 在研討自動(dòng)控制過程中，了解系統(tǒng)的靜態(tài)是必要的，但是了解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)更為重要：由于在消費(fèi)過程中，干擾是客觀存在的、不

36、可防止的，干擾總會(huì)破壞系統(tǒng)的平衡形狀、導(dǎo)致被控變量發(fā)生變化。系統(tǒng)中時(shí)辰都有干擾作用，因此就需求經(jīng)過自動(dòng)控制系統(tǒng)不斷地施加控制造用，從而消除干擾作用的影響，使被控變量堅(jiān)持在工藝消費(fèi)所要求的目的上。顯然，自動(dòng)控制系統(tǒng)在正常任務(wù)時(shí)，總是處于一波未平，一波又起，動(dòng)搖不止，往復(fù)不息的動(dòng)態(tài)過程中。由此可見，研討自動(dòng)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)應(yīng)該是研討系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。被控變量隨時(shí)間變化的平衡形狀稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的142過渡過程a二、控制系統(tǒng)的過渡過程 在上圖所示的簡單控制系統(tǒng)方塊圖中，假定系統(tǒng)原先處于平衡形狀 “靜態(tài)，系統(tǒng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)都不改動(dòng)其原有形狀，其輸出信號(hào)都處于相對靜止形狀；動(dòng)

37、態(tài)靜態(tài)靜態(tài)過渡過程 在某一時(shí)辰t0，有一干擾要素作用于對象，引起輸出y發(fā)生變化，系統(tǒng)進(jìn)入“動(dòng)態(tài) ; 由于自動(dòng)控制系統(tǒng)的負(fù)反響作用，經(jīng)過一段時(shí)間后，系統(tǒng)會(huì)重新恢復(fù)平衡，到達(dá)一個(gè)新的平衡形狀 “靜態(tài)。 系統(tǒng)從一個(gè)平衡形狀過渡到另一個(gè)平衡形狀的過程，稱為系統(tǒng)的過渡過程。 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量q被控變量y執(zhí)行器對 象丈量元件變送器控制器丈量值 z干擾作用f+1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的142b 在過渡過程中，被控變量是隨時(shí)間變化的。了解過渡過程中被控變量的變化規(guī)律，對于研討自動(dòng)控制系統(tǒng)非常重要。 顯然，被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾方式。在實(shí)踐消費(fèi)中，干

38、擾是沒有固定方式的，多半屬于隨機(jī)性質(zhì)。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了平安和方便，常選擇一些定型的干擾方式，其中常用的是階躍干擾。 所謂階躍干擾，就是在某一瞬間t0 ，干擾(即輸入量)忽然地、階躍式的加到系統(tǒng)中，并繼續(xù)堅(jiān)持在這個(gè)幅度。階躍干擾t0 時(shí)間 t 輸入量采取階躍干擾的方式來研討自動(dòng)控制系統(tǒng)的緣由： 1這種方式的干擾比較忽然，比較危險(xiǎn)，它對被控變量的影響也最大。假設(shè)一個(gè)控制系統(tǒng)可以有效地抑制這種類型的干擾，那么對于其他比較緩和的干擾也一定能很好地抑制； 2這種干擾的方式簡單，易于實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算； 3其他方式的干擾可以看作是多個(gè)階躍干擾的疊加。1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量

39、目的142d自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的根本方式有： 1非周期衰減過程 2單調(diào)發(fā)散非周期發(fā)散 3衰減振蕩過程 4等幅振蕩過程 5發(fā)散振蕩過程t0 時(shí)間 t 輸入量t0 時(shí)間 t 被控變量 階躍干擾出現(xiàn)后，被控變量在給定值的某一側(cè)作緩慢變化，沒有來回動(dòng)搖，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上，這種過渡過程方式稱為非周期衰減過程。 這是一種穩(wěn)定過渡的過程。1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的142et0 時(shí)間 t 輸入量t0 時(shí)間 t 被控變量 階躍干擾出現(xiàn)后，被控變量在給定值的某一側(cè)作緩慢變化，沒有來回動(dòng)搖，逐漸遠(yuǎn)離給定值，這種過渡過程方式稱為單調(diào)發(fā)散過程或非周期發(fā)散過程。 這是一種不穩(wěn)定的過渡過

40、程，應(yīng)盡量防止。自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的根本方式有： 1非周期衰減過程 2單調(diào)發(fā)散非周期發(fā)散 3衰減振蕩過程 4等幅振蕩過程 5發(fā)散振蕩過程1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的142ft0 時(shí)間 t 輸入量t0 時(shí)間 t 被控變量 階躍干擾出現(xiàn)后，被控變量上下動(dòng)搖，但幅度逐漸減少，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上，這種過渡過程方式為衰減振蕩過程。 這是一種穩(wěn)定過程，是自動(dòng)控制的最正確形狀。自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的根本方式有： 1非周期衰減過程 2單調(diào)發(fā)散非周期發(fā)散 3衰減振蕩過程 4等幅振蕩過程 5發(fā)散振蕩過程1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的142gt0 時(shí)間 t

41、輸入量t0 時(shí)間 t 被控變量 階躍干擾出現(xiàn)后，被控變量在給定值附近來回動(dòng)搖，且動(dòng)搖幅度根本堅(jiān)持不變，這種情況稱為等幅振蕩過程。 這是一種不穩(wěn)定過程，但在某現(xiàn)情況下可以運(yùn)用。自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的根本方式有： 1非周期衰減過程 2單調(diào)發(fā)散非周期發(fā)散 3衰減振蕩過程 4等幅振蕩過程 5發(fā)散振蕩過程1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的142ht0 時(shí)間 t 輸入量t0 時(shí)間 t 被控變量 階躍干擾出現(xiàn)后，被控變量來回動(dòng)搖，且動(dòng)搖幅度逐漸變大，即偏離給定值越來越遠(yuǎn)，這種情況稱為發(fā)散振蕩過程。 這是一種不穩(wěn)定的過渡過程，該當(dāng)防止。自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的根本方式有：

42、1非周期衰減過程 2單調(diào)發(fā)散非周期發(fā)散 3衰減振蕩過程 4等幅振蕩過程 5發(fā)散振蕩過程1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的142i 都是發(fā)散的過渡過程，稱為不穩(wěn)定過渡過程，其被控變量在控制過程中，不但不能到達(dá)平衡形狀，而且逐漸遠(yuǎn)離給定值，這將導(dǎo)致被控變量超越工藝允許范圍，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起事故，這是消費(fèi)上所不允許的，應(yīng)竭力防止。過渡過程分類發(fā)散的過渡過程，又稱為不穩(wěn)定過渡過程衰減的過渡過程，又稱為穩(wěn)定過渡過程等幅的過渡過程，也以為是不穩(wěn)定的過渡過程t0 時(shí)間 t 被控變量被控變量t0 時(shí)間 t 單調(diào)發(fā)散非周期發(fā)散過程和 發(fā)散振蕩過程1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的142j 都是衰減的過渡

43、過程，稱為穩(wěn)定過渡過程，其被控變量在控制過程中，經(jīng)過一段時(shí)間后，逐漸趨向原來的或新的平衡形狀，這是所希望的。 非周期衰減過程和 衰減振蕩過程 對于非周期衰減過程，由于過渡過程變化較慢，被控變量長時(shí)間地偏離給定值而不能很快恢復(fù)平衡形狀，所以普通不采用，只是在消費(fèi)上不允許被控變量有動(dòng)搖時(shí)才采用。 對于衰減振蕩過程，由于可以較快地使系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定形狀，所以在多數(shù)情況下都希望得到這種過渡方式。t0 時(shí)間 t 被控變量t0 時(shí)間 t 被控變量過渡過程分類發(fā)散的過渡過程，又稱為不穩(wěn)定過渡過程衰減的過渡過程，又稱為穩(wěn)定過渡過程等幅的過渡過程，也以為是不穩(wěn)定的過渡過程1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的14

44、2k 等幅振蕩過程介于不穩(wěn)定與穩(wěn)定之間，普通也以為是不穩(wěn)定過渡過程，實(shí)踐消費(fèi)中普通不采用，只需在某些控制質(zhì)量要求不高的場所，假設(shè)允許被控變量在工藝答應(yīng)的范圍內(nèi)振蕩時(shí) (例如位式控制)，這種過渡過程的方式才可以采用。被控變量t0 時(shí)間 t 過渡過程分類發(fā)散的過渡過程，又稱為不穩(wěn)定過渡過程衰減的過渡過程，又稱為穩(wěn)定過渡過程等幅的過渡過程，也以為是不穩(wěn)定的過渡過程1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的143質(zhì)量目的a三、控制系統(tǒng)的質(zhì)量目的 控制系統(tǒng)的過渡過程是衡量控制系統(tǒng)質(zhì)量的根據(jù)。由于在多數(shù)情況下，由于自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程根本上都是衰減振蕩過程，所以以衰減振蕩的過渡過程為例來分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的

45、質(zhì)量目的。 假定系統(tǒng)在階躍輸入作用下被控變量的變化如下圖，屬于衰減振蕩過程。圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間t ，縱坐標(biāo)為被控變量y。 tt0之前，系統(tǒng)穩(wěn)定，且被控變量等于給定值； tt0時(shí)辰，在外加階躍輸入作用下，系統(tǒng)的被控變量開場按衰減振蕩的規(guī)律變化； 經(jīng)過相當(dāng)長時(shí)間后，t，被控變量y逐漸穩(wěn)定在一定值。t0 時(shí)間 t 被控變量y 為了直觀起見，將被控變量曲線圖進(jìn)展簡化：時(shí)間 t0yy1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的143b控制系統(tǒng)的質(zhì)量目的: 1過渡時(shí)間 TS 2余差 C 3最大偏向A或超調(diào)量B 4衰減比n 5振蕩周期T或振蕩頻率 7振蕩次數(shù) 8上升時(shí)間t0 時(shí)間 t 被控變量y時(shí)間 t1-4 自

46、動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的143過渡時(shí)間b1. 過渡時(shí)間 TS 從干擾作用發(fā)生的時(shí)辰起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)，過渡過程所閱歷的時(shí)間叫過渡時(shí)間，用 TS 表示。 嚴(yán)厲地講，要完全到達(dá)新的平衡形狀需求無限長的時(shí)間。實(shí)踐上，由于儀表靈敏度的限制，當(dāng)被控變量接近穩(wěn)態(tài)值時(shí)，指示值就根本上不再改動(dòng)了。普通是在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個(gè)范圍( 5 或2) ，當(dāng)被控變量進(jìn)入這一范圍不再越出時(shí)，就以為被控變量曾經(jīng)到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)值，過渡過程曾經(jīng)終了。 時(shí)間 t 被控變量y2%TS 過渡時(shí)間短，表示過渡過程進(jìn)展得比較迅速，這種情況下，即使干擾頻繁出現(xiàn)，系統(tǒng)也能順應(yīng)，系統(tǒng)控制質(zhì)量就高；反之，過渡時(shí)間過長，第一個(gè)干擾

47、引起的過渡過程尚未終了，第二個(gè)干擾就曾經(jīng)出現(xiàn)，這樣，幾個(gè)干擾的影響疊加起來，就能夠使系統(tǒng)滿足不了消費(fèi)的要求。1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的143余差c 時(shí)間 t 被控變量yC2. 余差 C 當(dāng)過渡過程終了時(shí)，被控變量所到達(dá)的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏向叫做余差，如圖中 “C 所示。 或者說，余差就是過渡過程終了時(shí)的剩余偏向。 余差C 新的穩(wěn)態(tài)值 給定值 由此可見，余差可正可負(fù)。 給定值是消費(fèi)的技術(shù)目的，所以，被控變量越接近給定值越好，即余差越小越好但也不能一概而論。思索到投資問題，普通儲(chǔ)槽液位與合成塔觸媒層溫度控制要有所偏重、區(qū)別。 有余差的控制過程稱為有差調(diào)理，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為有差系

48、統(tǒng)； 無余差的控制過程稱為無差調(diào)理，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為無差系統(tǒng)。1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的143偏向d 時(shí)間 t 被控變量yCAB3. 最大偏向A或超調(diào)量B 最大偏向是指過渡過程中被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。 在衰減振蕩過程中，最大偏向就是第一個(gè)波的峰值，如以下圖所示的 “A 值。 最大偏向表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程度。 偏離越大，闡明系統(tǒng)離規(guī)定的工藝目的就越遠(yuǎn)，這對穩(wěn)定消費(fèi)是不利的。因此最大偏向可以作為衡量系統(tǒng)質(zhì)量的一個(gè)質(zhì)量目的。 普通來講，最大偏向越小越好，特別是對化工消費(fèi) 有時(shí)也可以用超調(diào)量B來表征被控變量偏離給定值的程度。 超調(diào)量B 就是第一個(gè)峰值最大偏向A與余差C 之

49、差 超調(diào)量B = 最大偏向A 余差C 對于無差調(diào)理系統(tǒng)，余差C 為零，新的穩(wěn)定值等于給定值,此時(shí) 最大偏向A 等于 超調(diào)量B。1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的143衰減比e 時(shí)間 t 被控變量yBB 前后相鄰兩個(gè)峰值的比即 B: B是表示衰減程度的目的，稱為衰減比，習(xí)慣上表示為 n:1 ，普通n取 410。 假設(shè) n只比1稍大一點(diǎn)，那么過渡過程的衰減程度很小，接近于等幅振蕩過程，這種過程振蕩過于頻繁，普通不采用。 假設(shè)n很大，那么又接近于非振蕩過程，過渡過程過于緩慢，通常這也是不希望的。4. 衰減比n 普通n取 410 為宜。 衰減比在4:1到10:1之間時(shí)，過渡過程開場階段的變化速度

50、比較快，被控變量能比較快地到達(dá)一個(gè)峰值，然后馬上下降，又較快地到達(dá)一個(gè)低峰值，而且第二個(gè)峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于第一個(gè)峰值，操作人員可以判別出被控變量會(huì)很快穩(wěn)定下來。 假設(shè)過渡過程接近于非振蕩的衰減過程，操作人員能夠在較長的時(shí)間內(nèi)看到被控變量不斷上升(或下降) 不止，很能夠會(huì)手動(dòng)調(diào)理，對系統(tǒng)施加人為干擾，使系統(tǒng)處于難于控制的形狀。1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的143振蕩周期f 時(shí)間 t 被控變量yT5. 振蕩周期T或振蕩頻率 過渡過程同向兩波峰(或波谷)之間的間隔時(shí)間叫振蕩周期，用 T 表示，如下圖 振蕩周期 T 的倒數(shù)稱為振蕩頻率，用 表示。 1/ T 在衰減比一樣的情況下，振蕩周期與過渡時(shí)間

51、成正比，普通希望振蕩周期短一些為好。1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的143振蕩次數(shù)g 時(shí)間 t 被控變量y2%6. 振蕩次數(shù) 過渡過程內(nèi)被控變量的振蕩周期數(shù)，稱為振蕩次數(shù)。 振蕩次數(shù)實(shí)踐上與衰減比n 有關(guān)，數(shù)學(xué)上等于 TS / T。 當(dāng)n4時(shí)，過渡過程振蕩二次就可以穩(wěn)定下來，即所謂的“理想過渡二個(gè)波，“二次動(dòng)搖即安定。TST1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的143上升時(shí)間h 時(shí)間 t 被控變量y7. 上升時(shí)間 自干擾或變化開場作用起，至到達(dá)第一個(gè)波峰時(shí)所需的時(shí)間，稱為上升時(shí)間。t1 上升時(shí)間反映了系統(tǒng)的靈敏性，普通情況下以較短為宜，但應(yīng)詳細(xì)分析，如 n1 時(shí)，上升時(shí)間很短，但無意

52、義。1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的 留意： 1這些目的間既有聯(lián)絡(luò)，又有矛盾，有時(shí)不可兼得 2對不同系統(tǒng)，目的各有偏重，應(yīng)根據(jù)情況分清主次 3目的滿足要求即可，不可過分偏高、偏嚴(yán)14e小結(jié)I1最大偏向A(或超調(diào)量B)2衰減比nB: B 3余差 C 4過渡時(shí)間 TS控制系統(tǒng)質(zhì)量目的5振蕩周期T(或振蕩頻率)6振蕩次數(shù)(TS/ T)7上升時(shí)間t1 時(shí)間 t 被控變量yCABB2%TTSt11-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的 某換熱器的溫度控制系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖，試分別求出最大偏向、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時(shí)間給定值為200。P12例題：最 大 偏 差 A

53、 230200 30 解：給定值220024 從第22分鐘開場被控變量進(jìn)入額定值的2, 未再越出過渡時(shí)間 TS 22 min振 蕩 周 期 T 205 15 min第一個(gè)峰值 B 230205 25 第二個(gè)峰值 B 210205 5 衰 減 比 n : 1 25 : 5 5 : 1余 差 C 205200 5 解：被控對象為蒸汽加熱器; 被控變量為被加熱物料出口溫度;支配變量為蒸汽流量;主要干擾有：蒸汽溫度、壓力； 被加熱物料流量、組分等。 根據(jù)蒸汽加熱器溫度控制原理圖，畫出系統(tǒng)方塊圖，并指出被控對象、被控變量、支配變量和能夠存在的干擾分別是什么? 因消費(fèi)需求，要求出口物料溫度從80提高到81

54、，當(dāng)儀表給定值階躍變化后，被控變量的變化曲線如下圖。試求該系統(tǒng)過渡過程的最大偏向、衰減比和余差提示：該系統(tǒng)為隨動(dòng)控制系統(tǒng)，新的給定值為81。 給定值x 偏向e控制器輸出p支配變量p被控變量y調(diào)理閥蒸汽加熱器溫度丈量元件變送器控制器丈量值 z+干擾作用fP16 22：最 大 偏 差 A 81.581 0.5 余 差 C 80.7 81 0.3 第一個(gè)峰值 B 81.580.7 0.8 第二個(gè)峰值 B 80.980.7 0.2 衰 減 比 n : 1 0.8 : 0.2 4 : 1 根據(jù)蒸汽加熱器溫度控制原理圖，畫出系統(tǒng)方塊圖，并指出被控對象、被控變量、支配變量和能夠存在的干擾分別是什么? 因消費(fèi)

55、需求, 要求出口物料溫度從80提高到81, 當(dāng)儀表給定值階躍變化后，被控變量的變化曲線如下圖。試求該系統(tǒng)過渡過程的最大偏向、衰減比和余差提示：該系統(tǒng)為隨動(dòng)控制系統(tǒng)，新的給定值為81。 最大偏向是指過渡過程中被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。P1622：144影響要素a四、影響控制系統(tǒng)過渡過程質(zhì)量的主要要素自動(dòng)控制系統(tǒng) 對于一套自動(dòng)化系統(tǒng)，過渡過程質(zhì)量目的的優(yōu)劣在很大程度上取決于對象的特性。而對象的特性經(jīng)常是我們無法改動(dòng)的如溫度對象的滯后。 自動(dòng)化安裝自動(dòng)控制對象工藝部分換熱器 溫度對象工業(yè)爐 溫度對象精餾塔 溫度、液位對象吸收塔 液位、流量對象反響器 壓力、溫度對象儲(chǔ) 槽 液位、流量對象保送設(shè)備

56、流量對象 變送器 丈量與變送安裝控制器執(zhí)行器 調(diào)理閥等 我們的主要義務(wù)是：按對象的特性設(shè)計(jì)、配置、整定自動(dòng)控制系統(tǒng)，順應(yīng)對象的特性，優(yōu)化過渡過程質(zhì)量目的。相關(guān)內(nèi)容將在隨后幾章分別討論。1-4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和質(zhì)量目的150第五節(jié)第 一 章第一節(jié) 主要內(nèi)容第二節(jié) 系統(tǒng)組成 及方塊圖第三節(jié)系統(tǒng)分類第四節(jié)過渡過程 和質(zhì)量目的 1.靜態(tài)與動(dòng)態(tài) 2.過渡過程 3.質(zhì)量目的 4.影響過渡過程 質(zhì)量主要要素第五節(jié)工藝管道及 控制流程圖 1.圖形符號(hào) 2.字母代號(hào) 3.儀表位號(hào)第五節(jié) 工藝管道及 控制流程圖第五節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝人員確定工藝流程 根據(jù)工藝流程圖，按流程順序標(biāo)注出相應(yīng)的丈量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動(dòng)信號(hào)與聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)等工藝管道及控制流程圖P&I圖 復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容 工藝人員和自控設(shè)計(jì)人員應(yīng)共同研討確定控制方案?？刂品桨赴鞒讨懈髡闪奎c(diǎn)的選擇、控制系統(tǒng)確實(shí)定及有關(guān)自動(dòng)信號(hào)、聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等150圖1-3 工藝管道及控制流程圖1-5 工藝管道及控制流程圖150流程圖一