冶金行業(yè)冶金過程檢測(cè)與控制

1、（冶金行業(yè)）冶金過程檢測(cè)與控制20XX年XX月多年的企業(yè)咨詢豉問經(jīng)驗(yàn).經(jīng)過實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證可以落地機(jī)行的卓越管理方案，值得您下載擁有第壹章：過程控制系統(tǒng)的基本概念自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化中起著十分重要的作用， 自動(dòng)控制水平的 高低也是衡量壹個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)和否的重要標(biāo)志之壹。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展，自動(dòng) 控制技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，其重要作用也越來越顯著。生產(chǎn)過程自動(dòng)控制（簡(jiǎn)稱過程控制） 自動(dòng)控制技術(shù)在石油、化工、電力、冶金、機(jī)械、 輕工、紡織等生產(chǎn)過程的具體應(yīng)用，是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。1.1過程控制的發(fā)展概況及特點(diǎn)壹、過程控制的發(fā)展概況在過程控制發(fā)展的歷程中，生產(chǎn)過

2、程的需求、控制理論的開拓和控制技術(shù)工具和手段的進(jìn)展三 者相互影響、相互促進(jìn)，推動(dòng)了過程控制不斷的向前發(fā)展?？v觀過程控制的發(fā)展歷史，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：20世紀(jì)40年代：手工操作狀態(tài)，只有少量的檢測(cè)儀表用于生產(chǎn)過程，操作人員主要根據(jù)觀測(cè)到的反映生產(chǎn)過程 的關(guān)鍵參數(shù)，用人工來改變操作條件，憑經(jīng)驗(yàn)去控制生產(chǎn)過程。20世紀(jì)40年代末50年代：過程控制系統(tǒng)：多為單輸入、單輸出簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)過程檢測(cè)：采用的是基地式儀表和部分單元組合儀表（氣動(dòng)I型和電動(dòng)I型） ；部分生產(chǎn)過程 實(shí)現(xiàn)了儀表化和局部自動(dòng)化控制理論：以反饋為中心的經(jīng)典控制理論20世紀(jì)60年代：過程控制系統(tǒng)：用級(jí)、比值、均勻、前饋和選擇性等多種復(fù)

3、雜控制系統(tǒng)。自動(dòng)化儀表：?jiǎn)卧M合儀表（氣動(dòng)II型和電動(dòng)II型）成為主流產(chǎn)品60年代后期，出現(xiàn)了專門用于過程控制的小型計(jì)算機(jī)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)和監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)開始應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域?？刂评碚摚撼霈F(xiàn)了以狀態(tài)空間方法為基礎(chǔ)，以極小值原理和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等最優(yōu)控制理論為基本特 征的現(xiàn)代控制理論，傳統(tǒng)的單輸入單輸出系統(tǒng)發(fā)展到多輸入多輸出系統(tǒng)領(lǐng)域。20世紀(jì)7080年代：微電子技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路制造成功且集成度越來越高（80年代初壹片硅片可集成十幾萬個(gè)晶體管，于是32位微處理器問世），微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及應(yīng)用都促使控制系統(tǒng)發(fā)展。過程控制系統(tǒng)：最優(yōu)控制、非線性分布式參數(shù)控制、解耦控制、模糊控制自動(dòng)化儀表

4、：氣動(dòng)田型和電動(dòng)田型，以微處理器為主要構(gòu)成單元的智能控制裝置。集散控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）、工業(yè)PC機(jī)、和數(shù)字控制器等，已成為控制裝置的主流。集散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制分散、危險(xiǎn)分散，操作監(jiān)測(cè)和管理集中?？刂评碚摚盒纬闪舜笙到y(tǒng)理論和智能控制理論。模糊控制、專家系統(tǒng)控制、模式識(shí)別技術(shù)20世紀(jì)90年代至今：信息技術(shù)飛速發(fā)展過程控制系統(tǒng)：管控壹體化現(xiàn)場(chǎng)，綜合自動(dòng)化是當(dāng)今生產(chǎn)過程控制的發(fā)展方向。自動(dòng)化儀表：總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，引起過程控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)上的重大變革。 現(xiàn) 場(chǎng)儀表的數(shù)字化和智能化，形成了真正意義上的全數(shù)字過程控制系統(tǒng)。 各種智能儀表、變送器、無 紙紀(jì)錄儀?？刂评?/p>

5、論：人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制?？偟膩硪?，過程控制從實(shí)踐上分，能夠分成倆個(gè)階段。壹個(gè)是經(jīng)典控制理論階段，壹個(gè)是現(xiàn)代 控制理論階段。經(jīng)典控制理論，大約形成在 1932年到1960年。通常把它叫做自動(dòng)控制理論，或者自動(dòng)調(diào)節(jié)原理。“經(jīng)典”倆個(gè)字壹般不出現(xiàn)。和經(jīng)典控制理論相對(duì)應(yīng)的，是現(xiàn)代控制理論。形成于1960年以后。通常也把它叫做線性系統(tǒng)理論。.一m一=.mi.j, .一一 iij 一 = w.二、自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用范疇.宇航方面：（現(xiàn)代控制理論）同步衛(wèi)星和地面接收站直接對(duì)應(yīng)，偏差影響收見效果（隨動(dòng)控制系統(tǒng)）衛(wèi)星的發(fā)射和回收（宇宙飛船，航天飛機(jī)）自動(dòng)關(guān)機(jī)、點(diǎn)火系統(tǒng).軍事方面：火炮自動(dòng)點(diǎn)火、巡航導(dǎo)彈.其他

6、方面：農(nóng)業(yè)（病蟲害防治、專家系統(tǒng)）社會(huì)科學(xué)（計(jì)劃生育，人口增長(zhǎng)模型）.現(xiàn)代管理：辦公自動(dòng)化（以計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)為主體的綜合處理和辦公活動(dòng)相關(guān)的語言、數(shù)據(jù)、 圖像、文字等人及信息系統(tǒng)。.工業(yè)生產(chǎn)：自動(dòng)車床、加熱爐、發(fā)酵罐三、過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)過程控制系統(tǒng)和其他自動(dòng)控制系統(tǒng)相比，有如下幾個(gè)特點(diǎn)：.生產(chǎn)過程的連續(xù)性在過程控制系統(tǒng)中，大多數(shù)被控過程都是以長(zhǎng)期的或間歇形式運(yùn)行，在密閉的設(shè)備中被控變量 不斷的受到各種擾動(dòng)的影響。.被控過程的復(fù)雜性過程控制涉及范圍廣：石化過程的精微塔、反應(yīng)器；熱工過程的換熱器、鍋爐等。被控對(duì)象較復(fù)雜：動(dòng)態(tài)特性多為大慣性，大滯后形式，且具有非線性、分布參數(shù)和時(shí)變特性。

7、.控制方案的多樣性被控過程對(duì)象特性各異，工藝條件及要求不同，過程控制系統(tǒng)的控制方案非常豐富。包括：常規(guī)PID控制、改進(jìn)PID控制、用級(jí)控制、前饋-反饋控制、解耦控制；為滿足特定要求而開發(fā)的比值控制、均勻控制、選擇性控制、推斷控制；新型控制系統(tǒng)，如模糊控制、預(yù)測(cè)控制、最優(yōu)控制等。四、過程控制的主要內(nèi)容.自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)（本書介紹的重點(diǎn)內(nèi)容）利用各種檢測(cè)儀表對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、指示或記錄。如：加熱爐溫度、壓力檢測(cè)。.自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)：當(dāng)工藝參數(shù)超出要求范圍，自動(dòng)發(fā)出聲光信號(hào)。聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)：達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)，打開安全閥或切斷某些通路，必要時(shí)緊急停車。如：反應(yīng)器溫度、壓力進(jìn)入危險(xiǎn)限時(shí)，加大冷

8、卻劑量或關(guān)閉進(jìn)料閥。.自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)：根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作。如：合成氨造氣車間煤氣發(fā)生爐，按吹風(fēng)、上吹、下吹、吹凈等步驟周期性地接通空氣和水蒸汽自動(dòng)開停車系統(tǒng)：按預(yù)先規(guī)定好的步驟將生產(chǎn)過程自動(dòng)的投入運(yùn)行或自動(dòng)停車。.自動(dòng)控制系統(tǒng)：利用自動(dòng)控制裝置對(duì)生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，使他們?cè)谑艿酵饨鐢_動(dòng)的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí)，能自動(dòng)的回到規(guī)定范圍。（本書介紹的重點(diǎn)內(nèi)容）過程控制系統(tǒng)的組成利用自動(dòng)控制裝置構(gòu)成的過程控制系統(tǒng)， 能夠在沒有人直接參和的條件下，使這些工藝參數(shù)能 自動(dòng)按照預(yù)定的規(guī)律變化。壹、過程控制系統(tǒng)實(shí)例（視頻1 04: 20 18

9、: 14）.鍋爐汽包水位控制（見教材 P4）在鍋爐正常運(yùn)行中，汽包水位是壹個(gè)重要的參數(shù)，它的高低直接影響著蒸汽的品質(zhì)及鍋爐的安全。水位過低，當(dāng)負(fù)荷很大時(shí)，汽化速度很快，汽包內(nèi)的液體將全部汽化，導(dǎo)致鍋爐燒干甚至?xí)鸨?；水位過高會(huì)影響汽包的汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，降低了蒸汽的質(zhì)量和產(chǎn)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞后續(xù)設(shè)備。（a） （b）圖1.1鍋爐汽包水位控制示意圖2,發(fā)酵罐溫度控制（參見教材 P4）發(fā)酵罐是間歇發(fā)酵過程中的重要設(shè)備， 廣泛應(yīng)用于微生物制藥、食品等行業(yè)。發(fā)酵罐的溫度是影響發(fā)酵過程的壹個(gè)重要參數(shù)因?yàn)槲⑸锞w本身對(duì)溫度非常敏感，只有在適宜的溫度下才能正溫度仍常生長(zhǎng)代謝，而且涉及菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)

10、物合成的酶也必須在壹定的溫度下才能具有高的活性。會(huì)影響發(fā)酵產(chǎn)物的組成。因此，按壹定的規(guī)律控制發(fā)酵罐的溫度就顯得非常重要。(a)(b)影響發(fā)酵過程溫度的主要因素有微生物發(fā)酵熱、電機(jī)攪拌熱、冷卻水的流量及本身的溫度變化 以及周圍環(huán)境溫度的改變等。壹般采用通冷卻水帶走反應(yīng)熱的方式使罐內(nèi)溫度保持工藝要求的數(shù)值。對(duì)于小型發(fā)酵罐，通常采用夾套式冷卻形式。如圖 1.2 （a）所示。實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵罐溫度的控制，可使用溫度檢測(cè)儀表（如熱電偶、熱電阻等）測(cè)量罐中的實(shí)際溫度， 將測(cè)得的數(shù)值送入控制器，然后和工藝要求保持的溫度數(shù)值進(jìn)行比較。如果倆個(gè)信號(hào)不相等，則由 控制器的輸出控制冷卻水閥門的開度，改變冷卻水的流量，從而

11、達(dá)到控制發(fā)酵罐溫度的目的。二、過程控制系統(tǒng)的組成壹個(gè)過程控制系統(tǒng)壹股由倆部分組成。需要控制的工藝設(shè)備或機(jī)器（被控過程）+自動(dòng)控制裝置（反應(yīng)器、精儲(chǔ)塔、換熱器、壓力罐（控制器、執(zhí)行器、測(cè)量元件及變送器）儲(chǔ)槽、加熱爐、壓縮機(jī)、泵、冷卻塔）形象地進(jìn)行描述：眼檢測(cè)元件（變送器）要想實(shí)現(xiàn)對(duì)汽包水位的控制，首先應(yīng)隨時(shí)掌握水位的變化情況腦控制器控制器將接收到的測(cè)量信號(hào)和預(yù)先規(guī)定的水位高度進(jìn)行比較。如果倆個(gè)信號(hào)不相等，表明實(shí)際水位和規(guī)定水位有偏差，此時(shí)控制器將根據(jù)偏差的大小向執(zhí)行器輸出壹個(gè)控制信號(hào)，手執(zhí)行器執(zhí)行器即可根據(jù)控制信號(hào)來改變閥門的開度， 從而使進(jìn)入鍋爐的水量發(fā)生變化，達(dá)到控制鍋爐 汽包水位的目的。幾

12、個(gè)常用術(shù)語：（重點(diǎn)理解）被控過程（對(duì)象）工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程設(shè)備或機(jī)器等。如鍋爐汽包，發(fā)酵罐。被控變量 被控對(duì)象中要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)。如汽包水位、發(fā)酵溫度。操縱變量受控制器操縱,用以克服擾動(dòng)的影響使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。如鍋爐給水量和發(fā)酵罐冷卻水量。擾動(dòng)量除操縱變量外，作用于被控對(duì)象且引起被控變量變化的因素。 如蒸汽負(fù)荷的變化、冷卻 水溫度的變化等。設(shè)定值被控變量的預(yù)定值。偏差（e）被控變量的設(shè)定值和實(shí)際值之差。在實(shí)際控制系統(tǒng)中，能夠直接獲取的信息是被控變 量的測(cè)量值而不是實(shí)際值，因此，通常把設(shè)定值和測(cè)量值之差作為偏差。/ / - - -過程控制系統(tǒng)的倆種表示形式壹、方

13、框圖方框圖是控制系統(tǒng)或系統(tǒng)中每個(gè)環(huán)節(jié)的功能和信號(hào)流向的圖解表示，是控制系統(tǒng)進(jìn)行理論分 析、設(shè)計(jì)中常用到的壹種形式。方框圖組成：方框-每壹個(gè)方框表示系統(tǒng)中的壹個(gè)組成部分（也稱為環(huán)節(jié)），方框內(nèi)添入表示其自身特性 的數(shù)學(xué)表達(dá)式或文字說明；信號(hào)線-信號(hào)線是帶有箭頭的直線段，用來表示環(huán)節(jié)間的相互關(guān)系和信號(hào)的流向；作用于方框上的信號(hào)為該環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)，由方框送出的信號(hào)稱為該環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)。比較點(diǎn)-比較點(diǎn)表示對(duì)倆個(gè)或倆個(gè)之上信號(hào)進(jìn)行加減運(yùn)算，“+”號(hào)表示相加，”號(hào)表示相減；分支點(diǎn)-表示信號(hào)引出，從同壹位置引出的信號(hào)在數(shù)值和性質(zhì)方面完全相同。帶有輸入輸出信號(hào)的方框比較點(diǎn)分支點(diǎn)圖1.3方框的組成單元示意圖繪制方

14、法：以如圖1.4 ,鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)為例，系統(tǒng)中的每壹個(gè)環(huán)節(jié)用壹個(gè)方框來表示， 四個(gè)方框分別表示：被控對(duì)象（鍋爐汽包）、測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。每個(gè)方框都分別標(biāo) 出各自的輸入、輸出變量。如被控對(duì)象環(huán)節(jié)，給水流量變化會(huì)引起汽包水位的變化，因此給水流量 （操縱變量）作為輸入信號(hào)作用于被控對(duì)象，而汽包水位（被控變量）則作為被控對(duì)象的輸出信號(hào)； 引起被控變量（汽包水位）偏離設(shè)定值的因素仍包括蒸汽負(fù)荷的變化和給水管壓力的變化等擾動(dòng)量， 它們也作為輸入信號(hào)作用于被控對(duì)象。圖1.4鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方框圖在繪制方框圖時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn)：（1）方框圖中每壹個(gè)方框表示壹個(gè)具體的實(shí)物。（2）方框之間帶箭頭的

15、線段表示它們之間的信號(hào)聯(lián)系，和工藝設(shè)備間物料的流向無關(guān)。方框 圖中信號(hào)線上的箭頭除表示信號(hào)流向外， 仍包含另壹種方向性的含義，即所謂單向性。對(duì)于每壹個(gè) 方框或系統(tǒng)，輸入對(duì)輸出的因果關(guān)系是單方向的，只有輸入改變了才會(huì)引起輸出的改變， 輸出的改 變不會(huì)返回去影響輸入。例如冷水流量會(huì)使汽包水位改變， 但反過來，汽包水位的變化不會(huì)直接使 冷水流量跟著改變。（3）比較點(diǎn)不是壹個(gè)獨(dú)立的元件，而是控制器的壹部分。為了清楚的表示控制器比較機(jī)構(gòu)的 作用，故將比較點(diǎn)單獨(dú)畫出。二、管道及儀表流程圖管道及儀表流程圖是自控設(shè)計(jì)的文字代號(hào)、圖形符號(hào)在工藝流程圖上描述生產(chǎn)過程控制的原理 圖，是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工中采用的壹種

16、圖示形式。該圖是在工藝流程圖的基礎(chǔ)上，按其流程順序， 標(biāo)出相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動(dòng)信號(hào)和連鎖保護(hù)系統(tǒng)等。由工藝人員和自控人員共同研究繪制。在管道及儀表流程圖的繪制過程中所采用的圖形符號(hào)、文字代號(hào)應(yīng)按照有關(guān)的技術(shù)規(guī)定進(jìn)行。下面結(jié)合化工部過程檢測(cè)和控制系統(tǒng)用文字代號(hào)和圖形符號(hào)HG20505-92 ,簡(jiǎn)單介紹壹些常用的圖形符號(hào)和文字代號(hào)。.圖形符號(hào)過程檢測(cè)和控制系統(tǒng)圖形符號(hào)包括測(cè)量點(diǎn)、連接線(引線、信號(hào)線)和儀表圓圈等。(1 )測(cè)量點(diǎn)圖1.5測(cè)量點(diǎn)的圖形符號(hào)(2)連接線(a)(b)(c)圖1.6連接線的圖形符號(hào)(3)儀表常規(guī)儀表圖形符號(hào)是直徑為12mm(或10mm)的細(xì)實(shí)線圓圈。(見教材

17、P7)(4)執(zhí)行器執(zhí)行器的圖形符號(hào)是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的圖形符號(hào)組合而成。(見教材P8).儀表位號(hào)在檢測(cè)、控制系統(tǒng)中，構(gòu)成回路的每個(gè)儀表(或元件)都用儀表位號(hào)來標(biāo)識(shí)。儀表位號(hào)由字母 代號(hào)組合和回路編號(hào)倆部分組成。儀表位號(hào)中的第壹個(gè)字母表示被測(cè)變量，后繼字母表示儀表的功能；回路的編號(hào)由工序號(hào)和順序號(hào)組成，壹般用三位至五位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，如下例所示：T RC 1 31ft，順序號(hào)（壹般用倆位數(shù)字，也能夠用三位數(shù)字）工序號(hào)（壹般用壹位數(shù)字，也能夠用倆位數(shù)字）功能字母代號(hào)被測(cè)變量字母代號(hào)在管道及儀表流程圖中，儀表位號(hào)的標(biāo)注方法是：字母代號(hào)填寫在儀表圓圈的上半圓中；回路編號(hào)填寫在下半圓中。pi 121

18、（a）就地安裝（b）集中盤面安裝.字母代號(hào)儀表信號(hào)中表示被測(cè)變量和儀表功能的字母代號(hào)（見教材P9表1.3）。圖1.10為管道及儀表流程圖實(shí)例圖1.8和圖1.9為簡(jiǎn)化的鍋爐汽包管道及儀表流程圖和發(fā)酵罐管道及儀表流程圖。某化工廠超細(xì)碳酸鈣生產(chǎn)中碳化部分簡(jiǎn)化的工藝管道及儀表流程圖。圖1.8鍋爐汽包管道及儀表流程圖室圖1.9發(fā)酵罐管道及儀表流程圖驕個(gè)表示為第壹工序第01v h HiCc AV k101/圖 1.10PI 101回路指示儀及控制器安裝在控制二氧化碳nw指示的手動(dòng)控制回路，手動(dòng)控制器（手操器）安裝在控制室101表示為第壹工序第01個(gè)帶指示的液位控制回路，液位指示控制器安裝在控制室TI 10

19、2 表示為第壹工序第01、02個(gè)溫度檢測(cè)回路，溫度指示儀安裝在現(xiàn)場(chǎng)。表示為第壹工序第01、02個(gè)壓力檢測(cè)回路，壓力指示儀安裝在現(xiàn)場(chǎng)。1.4過程控制系統(tǒng)的主要類型按系統(tǒng)功能-溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等；按系統(tǒng)性能-線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)、定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)；按被控變量的數(shù)量-單變量控制系統(tǒng)和多變量控制系統(tǒng)；按采用的控制裝置-常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；按控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)形式-閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。壹、閉環(huán)控制系統(tǒng)（視頻播放：201: 4923 : 05）1、閉環(huán)控制系統(tǒng)概念及分類閉環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器和被控對(duì)象之間既有順向控制又有反向聯(lián)

20、系的控制系統(tǒng)；凡是系統(tǒng)的輸入端和輸出端之間存在反饋支路，使得輸出變量對(duì)控制作用有直接影響的系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)-不管任何擾動(dòng)引起被控變量偏離設(shè)定值，都會(huì)產(chǎn)生控制作用去克服 被控變量和設(shè)定值的偏差。因此閉環(huán)控制系統(tǒng)有較高的控制精度和較好的適應(yīng)能力， 其應(yīng)用范圍非 常廣泛。（有很強(qiáng)的抗干擾能力）缺點(diǎn)-閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制作用只有在偏差出現(xiàn)后才產(chǎn)生，當(dāng)系統(tǒng)的慣性滯后和純滯后較大時(shí)，控制作用對(duì)擾動(dòng)的克服不及時(shí)，從而使其控制質(zhì)量大大降低。（成本增加）在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，根據(jù)設(shè)定佰的不同形式，又可分為（1）定值控制系統(tǒng)（如汽包水位控制）特點(diǎn)：設(shè)定值是固定不變作用：保證在擾動(dòng)作用下使被控變量始終保持在設(shè)定

21、值上（2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)（如火炮自動(dòng)描準(zhǔn)系統(tǒng)）特點(diǎn)：設(shè)定值是壹個(gè)未知的變化量作用：保證在各種條件下系統(tǒng)的輸出（被控變量）以壹定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化。（3）程序控制系統(tǒng)（如數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)）特點(diǎn)：設(shè)定值是壹個(gè)按壹定時(shí)間程序變化的時(shí)間函數(shù)作用：保證在各種條件下系統(tǒng)的輸出（被控變量）以壹定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化。（視頻播放：2 14: 272.負(fù)反饋概念：（重點(diǎn)理解）反饋一一通過測(cè)量變送裝置將被控變量的測(cè)量值送回到系統(tǒng)的輸入端，這種把系統(tǒng)的輸出信 號(hào)直接或經(jīng)過壹些環(huán)節(jié)引回到輸入端的做法叫做反饋。負(fù)反饋一一引回到輸入端的信號(hào)是減弱輸入端作用的稱為負(fù)反饋，用“一”號(hào)表示反饋正反饋一一引回到輸入端

22、的信號(hào)是增強(qiáng)輸入端作用的稱為正反饋，用“十”號(hào)表示。二、開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)-控制器和被控對(duì)象之間只有順向控制而沒有反向聯(lián)系的控制系統(tǒng)。操縱變 一量能夠通過控制對(duì)象去影響被控變量， 但被控變量不會(huì)通過控制裝置去影響操縱變量。從信號(hào)傳遞關(guān)系上見，未構(gòu)成閉合回路。1、按設(shè)定值進(jìn)行控制控制方式的原理：需要控制的是被控對(duì)象中的被控變量，而測(cè)量的只是設(shè)定值。如圖 1.12（a） 所示的換熱器。換熱器的工作原理是：冷物料和載熱體（蒸汽）在換熱器中進(jìn)行熱交換，使冷物料 出口溫度上升至工藝要求的數(shù)值。因此，系統(tǒng)中被控變量為冷物料出口溫度，操縱變量為蒸汽流量。 操縱變量和設(shè)定值保持壹定的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)設(shè)定值變

23、化時(shí)，操縱變量隨之變化進(jìn)而改變被控變量?？刂葡到y(tǒng)方框圖為圖1.12(b)。(a)(b)圖1.12按設(shè)定值控制的開環(huán)控制系統(tǒng)2、按擾動(dòng)進(jìn)行控制控制方式的原理-需要控制的仍然是被控過程中的被控變量，而測(cè)量的是破壞系統(tǒng)正常進(jìn)行 的擾動(dòng)量。利用擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生控制作用，以補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，故稱按擾動(dòng)進(jìn)行控制。如圖1.13所示的系統(tǒng)示意圖和方框圖。(a)原理圖(b)方框圖圖1.13按擾動(dòng)控制的開環(huán)控制系統(tǒng)由于測(cè)量的是擾動(dòng)量，這種控制方式只能對(duì)可測(cè)的擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于不可測(cè)擾動(dòng)及對(duì)象，各功能部件內(nèi)部參數(shù)的變化對(duì)被控變量造成的影響，系統(tǒng)自身無法控制。因此控制精度仍然受到原理上的限制。1.5.過程控制系統(tǒng)

24、的性能指標(biāo)及要求壹、過程控制系統(tǒng)的過渡過程.幾個(gè)概念(1)靜態(tài)-被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)的輸入(設(shè)定值和擾動(dòng)量)及輸出(被控變量)都保持不變，系統(tǒng)內(nèi)各組 成環(huán)節(jié)都不改變其原來的狀態(tài)，其輸入、輸出信號(hào)的變化率為零。而此時(shí)生產(chǎn)仍在進(jìn)行，物料和能 量仍然有進(jìn)有出。因此靜態(tài)反映的是相對(duì)平衡狀態(tài)。(2)動(dòng)態(tài)-被控變量隨時(shí)間而變化的不平衡狀態(tài)(3)過渡過程當(dāng)壹個(gè)原來處于相對(duì)平衡狀態(tài)的系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用的影響后， 其平衡狀態(tài)受到破壞，被控變量 偏離設(shè)定值，此時(shí)控制器會(huì)改變?cè)瓉淼臓顟B(tài)，.產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用，改變操縱變量去克服擾動(dòng)的影 響，力圖恢復(fù)平衡狀態(tài)。在設(shè)定值發(fā)生變化或系統(tǒng)受到擾動(dòng)

25、作用后，系統(tǒng)將從原來的平衡狀態(tài)經(jīng)歷壹個(gè)過程進(jìn)入另壹個(gè)新的平衡狀態(tài)，這壹過程就叫過渡過程。壹股來說，壹個(gè)控制系統(tǒng)的好壞在靜態(tài)時(shí)是難以判別的，只有在動(dòng)態(tài)過程中才能充分反映出來。 系統(tǒng)在其進(jìn)行過程中，會(huì)不斷受到擾動(dòng)的頻繁作用，系統(tǒng)自身通過控制裝置不斷地施加控制作用去 克服擾動(dòng)的影響，使被控變量保持在工藝生產(chǎn)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)上。因此，我們對(duì)系統(tǒng)研究的重點(diǎn)應(yīng)放在控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程上。.過渡過程的幾種形式(重點(diǎn))常見的典型信號(hào)：控制系統(tǒng)在其運(yùn)行的過程中，不斷受到各種擾動(dòng)的影響，這些擾動(dòng)不僅形式各異，對(duì)被控變量 的影響也各不相同。為了便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、研究，通常選擇幾種具有確定性的典型信號(hào)來代替 系統(tǒng)運(yùn)行

26、過程中受到的大量的無規(guī)則隨機(jī)信號(hào)。 常見的典型信號(hào)有：階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)、脈沖信 號(hào)、加速度信號(hào)和正弦信號(hào)等。其中階躍信號(hào)對(duì)被控變量的影響最大，且階躍擾動(dòng)最為常見。圖1.14階躍信號(hào)r(t)A t00t0當(dāng)A=1時(shí)稱為單位階躍信號(hào)在階躍信號(hào)作用下，被控變量隨時(shí)間的變化有以下幾種形式。如圖 1.15所示。圖中，y表示 被控變量。(1 )發(fā)散振蕩過程如圖1.15中曲線所示，它表明系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量上下波動(dòng)，且幅度越來越大， 即被控變量偏離設(shè)定值越來越遠(yuǎn)，以致超越工藝允許的范圍。(2)非振蕩衰減過程如圖1.15中曲線所示。它表明被控變量受到擾動(dòng)作用后，產(chǎn)生單調(diào)變化，經(jīng)過壹段時(shí)間最 終能穩(wěn)定

27、下來。(3)等幅振蕩過程如圖1.15中曲線所示。它表明系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量做上下振幅穩(wěn)定的振蕩，即 被控變量在設(shè)定值的某壹范圍內(nèi)來回波動(dòng)。(4)衰減振蕩過程如圖1.15中曲線所示，它表明系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量上下波動(dòng)，且波動(dòng)的幅度逐漸減小，經(jīng)過壹段時(shí)間最終能穩(wěn)定下來。(5)非振蕩發(fā)散過程如圖1.15中曲線所示。它表明系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量單調(diào)變化偏離設(shè)定值越來越 遠(yuǎn)，以致超出工藝設(shè)計(jì)的范圍。圖1.15過渡過程的基本形式上面五種過程形式中，非振蕩衰減過程和衰減振蕩過程是穩(wěn)定過程， 能基本滿足控制要求。二、過程控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo).過程控制系統(tǒng)的目標(biāo)及其理解壹個(gè)控制良好的系統(tǒng)，在經(jīng)受擾動(dòng)作用后，壹股應(yīng)平穩(wěn)、快速和準(zhǔn)確地趨近或回復(fù)到設(shè)定值。由于被控過程的具體情況不同，各種系統(tǒng)對(duì)平穩(wěn)、快速、準(zhǔn)確的要求也所不同，壹個(gè)