浙大工業(yè)過程控制1緒論-課件

《過程控制工程》緒論

“ProcessControlEngineering”戴連奎浙江大學智能系統(tǒng)與決策研究所2022/12/221課件《過程控制工程》緒論

“ProcessControlEn教學要求了解控制系統(tǒng)的設計目的，掌握控制系統(tǒng)方塊圖描述法掌握過程對象的建模方法掌握PID類常規(guī)控制策略，能夠結(jié)合具體的工業(yè)過程設計合理的控制方案掌握控制系統(tǒng)的分析方法了解先進控制算法，掌握其設計思想、概念、特點及適用場合2022/12/222課件教學要求了解控制系統(tǒng)的設計目的，掌握控制系統(tǒng)方塊圖描述法20課程考核與參考資料考核：平時成績50%，包括出勤、平時練習、綜合練習等；期末考試（閉卷）50%主要參考資料：

1、王樹青等編著，工業(yè)過程控制工程.北京：化學工業(yè)出版社，2019.12

2、金以慧主編，過程控制.北京：清華大學出版社，1993.04答疑：周一下午2:30-5:00;地點：工控所老樓403（助教：覃旭松）2022/12/223課件課程考核與參考資料考核：平時成績50%，包括出勤、平時練習本章要求了解控制系統(tǒng)的設計目的結(jié)合具體對象，掌握單回路控制系統(tǒng)的方塊圖描述法，并掌握方塊圖中線與方框圖的物理意義掌握過程控制中的常用術語（中英文）了解控制系統(tǒng)的主要分類與設計過程能夠結(jié)合具體對象，了解控制系統(tǒng)的組成2022/12/224課件本章要求了解控制系統(tǒng)的設計目的2022/12/184課件控制系統(tǒng)的由來傳感測量器：液位計+人眼控制器：大腦執(zhí)行機構(gòu)：手+手動閥差壓傳感變送器電動調(diào)節(jié)器自動調(diào)節(jié)閥2022/12/225課件控制系統(tǒng)的由來傳感測量器：液位計+人眼差壓傳感變送器2022液位控制系統(tǒng)的組成與方塊圖問題：指出每一條連接線所對應的變量信號的物理意義與單位，以及每一個方塊所表示的意義？2022/12/226課件液位控制系統(tǒng)的組成與方塊圖問題：指出每一條連接線所對應的變量熱交換器的溫度控制系統(tǒng)2022/12/227課件熱交換器的溫度控制系統(tǒng)2022/12/187課件熱交換器溫度控制系統(tǒng)方塊圖2022/12/228課件熱交換器溫度控制系統(tǒng)方塊圖2022/12/188課件一般的單回路控制系統(tǒng)被控變量：溫度、壓力、流量、液位或料位、成分與物性等六大參數(shù)；2022/12/229課件一般的單回路控制系統(tǒng)被控變量：溫度、壓力、流量、液位或料位、過程控制系統(tǒng)的重要術語被控變量/受控變量/過程變量

（ControlledVariable-CV,ProcessVariable-PV）設定值/給定值

(Setpoint-SP,SetpointValue-SV)操縱變量/操作變量(ManipulatedVariable,MV)擾動/擾動變量

(DisturbanceVariable,DV)對控制器而言，測量/測量信號(Measurement)，控制/控制信號/控制變量（ControlVariable）2022/12/2210課件過程控制系統(tǒng)的重要術語被控變量/受控變量/過程變量2022/控制系統(tǒng)的目標過程控制系統(tǒng)的目標： 在擾動存在的情況下，通過調(diào)節(jié)操縱變量使被控變量保持在其設定值。應用過程控制系統(tǒng)的主要原因：

（1）安全性：確保生產(chǎn)過程中人身與設備的安全，保護或減少生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響； （2）穩(wěn)定性：確保產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的長期穩(wěn)定，以抑制各種外部干擾； （3）經(jīng)濟性：實現(xiàn)效益最大化或成本最小化。2022/12/2211課件控制系統(tǒng)的目標過程控制系統(tǒng)的目標：2022/12/1811課控制系統(tǒng)的分類定值控制（RegulatoryControl,“調(diào)節(jié)控制”）與伺服控制（ServoControl,“跟蹤控制”） 對照舉例：連續(xù)過程與間歇過程（BatchProcesses）或飛行控制。前饋控制（FeedforwardControl）與反饋控制（FeedbackControl）

對照舉例：熱交換器的出口溫度控制。2022/12/2212課件控制系統(tǒng)的分類定值控制（RegulatoryControl前饋與反饋控制系統(tǒng)舉例2022/12/2213課件前饋與反饋控制系統(tǒng)舉例2022/12/1813課件控制系統(tǒng)的分類（續(xù)）開關量控制（SwitchControl）與連續(xù)量控制（ContinuousControl） 舉例：空調(diào)器的控制連續(xù)時間控制（Continuous-TimeControl）與離散時間控制（Discrete-TimeControl,也稱“采樣控制”/“數(shù)字控制”）

舉例：計算機控制系統(tǒng)多變量控制與單變量多回路控制線性控制與非線性控制等2022/12/2214課件控制系統(tǒng)的分類（續(xù)）開關量控制（SwitchControl控制系統(tǒng)的設計與實施確定控制目標：依據(jù)生產(chǎn)過程安全性、經(jīng)濟性與穩(wěn)定性的要求，針對具體工業(yè)對象確定控制目標；選擇被控變量：選擇與控制目標直接或間接相關的可測量參數(shù)作為控制系統(tǒng)的被控變量；選擇操作變量：從所有可操作變量中選擇合適的操作變量，要求對被控變量的調(diào)節(jié)作用盡可能大而快；確定控制方案：當被控變量與操作變量多于1個時，既可以直接用MIMO（多輸入多輸出）控制方案；也可以將系統(tǒng)分解成幾個SISO（單輸入單輸出）子系統(tǒng)再進行設計（當然這里存在最佳分解問題）。2022/12/2215課件控制系統(tǒng)的設計與實施確定控制目標：依據(jù)生產(chǎn)過程安全性、經(jīng)濟性控制系統(tǒng)的設計與實施（續(xù)）調(diào)節(jié)閥的選擇：根據(jù)被控變量與操作變量的工藝條件及對象特性，選擇合適大小與流量特性的調(diào)節(jié)閥；控制算法的選擇：依據(jù)控制方案選擇合適的控制算法。通常對于SISO系統(tǒng)，PID控制算法能滿足大部分情況；而對于MIMO系統(tǒng)，可采用的控制算法很多，但一般都需要對象模型，僅適用于計算機控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的調(diào)試和投用：控制系統(tǒng)安裝完畢后，按控制要求檢查和調(diào)整各控制儀表和設備的工作狀況(包括控制器參數(shù)的在線整定)，依次將其投入運行。2022/12/2216課件控制系統(tǒng)的設計與實施（續(xù)）調(diào)節(jié)閥的選擇：根據(jù)被控變量與操作變舉例：精餾塔控制系統(tǒng)控制目標CV、MV選擇控制系統(tǒng)調(diào)試與投用控制方案控制算法2022/12/2217課件舉例：精餾塔控制系統(tǒng)控制目標CV、MV選擇控制系統(tǒng)控制方案控常用控制算法PID類（包括：單回路PID、串級、前饋、均勻、比值、分程、選擇或超馳控制等）， 特點：主要適用于SISO系統(tǒng)、基本上不需要對象的動態(tài)模型、結(jié)構(gòu)簡單、在線調(diào)整方便。APC類（先進控制方法，包括：解耦控制、內(nèi)?？刂啤㈩A測控制、自適應控制等）， 特點：主要適用于MIMO或大純滯后SISO系統(tǒng)、需要動態(tài)模型、結(jié)構(gòu)復雜、在線計算量大。2022/12/2218課件常用控制算法PID類（包括：單回路PID、串級、前饋、均勻、過程控制與其它相關學科2022/12/2219課件過程控制與其它相關學科2022/12/1819課件習題p.18,習題2-42022/12/2220課件習題p.18,習題2-42022/12/1820課件《過程控制工程》緒論

“ProcessControlEngineering”戴連奎浙江大學智能系統(tǒng)與決策研究所2022/12/2221課件《過程控制工程》緒論

“ProcessControlEn教學要求了解控制系統(tǒng)的設計目的，掌握控制系統(tǒng)方塊圖描述法掌握過程對象的建模方法掌握PID類常規(guī)控制策略，能夠結(jié)合具體的工業(yè)過程設計合理的控制方案掌握控制系統(tǒng)的分析方法了解先進控制算法，掌握其設計思想、概念、特點及適用場合2022/12/2222課件教學要求了解控制系統(tǒng)的設計目的，掌握控制系統(tǒng)方塊圖描述法20課程考核與參考資料考核：平時成績50%，包括出勤、平時練習、綜合練習等；期末考試（閉卷）50%主要參考資料：

1、王樹青等編著，工業(yè)過程控制工程.北京：化學工業(yè)出版社，2019.12

2、金以慧主編，過程控制.北京：清華大學出版社，1993.04答疑：周一下午2:30-5:00;地點：工控所老樓403（助教：覃旭松）2022/12/2223課件課程考核與參考資料考核：平時成績50%，包括出勤、平時練習本章要求了解控制系統(tǒng)的設計目的結(jié)合具體對象，掌握單回路控制系統(tǒng)的方塊圖描述法，并掌握方塊圖中線與方框圖的物理意義掌握過程控制中的常用術語（中英文）了解控制系統(tǒng)的主要分類與設計過程能夠結(jié)合具體對象，了解控制系統(tǒng)的組成2022/12/2224課件本章要求了解控制系統(tǒng)的設計目的2022/12/184課件控制系統(tǒng)的由來傳感測量器：液位計+人眼控制器：大腦執(zhí)行機構(gòu)：手+手動閥差壓傳感變送器電動調(diào)節(jié)器自動調(diào)節(jié)閥2022/12/2225課件控制系統(tǒng)的由來傳感測量器：液位計+人眼差壓傳感變送器2022液位控制系統(tǒng)的組成與方塊圖問題：指出每一條連接線所對應的變量信號的物理意義與單位，以及每一個方塊所表示的意義？2022/12/2226課件液位控制系統(tǒng)的組成與方塊圖問題：指出每一條連接線所對應的變量熱交換器的溫度控制系統(tǒng)2022/12/2227課件熱交換器的溫度控制系統(tǒng)2022/12/187課件熱交換器溫度控制系統(tǒng)方塊圖2022/12/2228課件熱交換器溫度控制系統(tǒng)方塊圖2022/12/188課件一般的單回路控制系統(tǒng)被控變量：溫度、壓力、流量、液位或料位、成分與物性等六大參數(shù)；2022/12/2229課件一般的單回路控制系統(tǒng)被控變量：溫度、壓力、流量、液位或料位、過程控制系統(tǒng)的重要術語被控變量/受控變量/過程變量

（ControlledVariable-CV,ProcessVariable-PV）設定值/給定值

(Setpoint-SP,SetpointValue-SV)操縱變量/操作變量(ManipulatedVariable,MV)擾動/擾動變量

(DisturbanceVariable,DV)對控制器而言，測量/測量信號(Measurement)，控制/控制信號/控制變量（ControlVariable）2022/12/2230課件過程控制系統(tǒng)的重要術語被控變量/受控變量/過程變量2022/控制系統(tǒng)的目標過程控制系統(tǒng)的目標： 在擾動存在的情況下，通過調(diào)節(jié)操縱變量使被控變量保持在其設定值。應用過程控制系統(tǒng)的主要原因：

（1）安全性：確保生產(chǎn)過程中人身與設備的安全，保護或減少生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響； （2）穩(wěn)定性：確保產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的長期穩(wěn)定，以抑制各種外部干擾； （3）經(jīng)濟性：實現(xiàn)效益最大化或成本最小化。2022/12/2231課件控制系統(tǒng)的目標過程控制系統(tǒng)的目標：2022/12/1811課控制系統(tǒng)的分類定值控制（RegulatoryControl,“調(diào)節(jié)控制”）與伺服控制（ServoControl,“跟蹤控制”） 對照舉例：連續(xù)過程與間歇過程（BatchProcesses）或飛行控制。前饋控制（FeedforwardControl）與反饋控制（FeedbackControl）

對照舉例：熱交換器的出口溫度控制。2022/12/2232課件控制系統(tǒng)的分類定值控制（RegulatoryControl前饋與反饋控制系統(tǒng)舉例2022/12/2233課件前饋與反饋控制系統(tǒng)舉例2022/12/1813課件控制系統(tǒng)的分類（續(xù)）開關量控制（SwitchControl）與連續(xù)量控制（ContinuousControl） 舉例：空調(diào)器的控制連續(xù)時間控制（Continuous-TimeControl）與離散時間控制（Discrete-TimeControl,也稱“采樣控制”/“數(shù)字控制”）

舉例：計算機控制系統(tǒng)多變量控制與單變量多回路控制線性控制與非線性控制等2022/12/2234課件控制系統(tǒng)的分類（續(xù)）開關量控制（SwitchControl控制系統(tǒng)的設計與實施確定控制目標：依據(jù)生產(chǎn)過程安全性、經(jīng)濟性與穩(wěn)定性的要求，針對具體工業(yè)對象確定控制目標；選擇被控變量：選擇與控制目標直接或間接相關的可測量參數(shù)作為控制系統(tǒng)的被控變量；選擇操作變量：從所有可操作變量中選擇合適的操作變量，要求對被控變量的調(diào)節(jié)作用盡可能大而快；確定控制方案：當被控變量與操作變量多于1個時，既可以直接用MIMO（多輸入多輸出）控制方案；也可以將系統(tǒng)分解成幾個SISO（單輸入單輸出）子系統(tǒng)再進行設計（當然這里存在最佳分解問題）。2022/12/2235課件控制系統(tǒng)的設計與實施確定控制目標：依據(jù)生產(chǎn)過程安全性、經(jīng)濟性控制系統(tǒng)的設計與實施（續(xù)）調(diào)節(jié)閥的選擇：根據(jù)被控變量與操作變量的工藝條件及對象特性，選擇合適大小與流量特性的調(diào)節(jié)閥；控制算法的選擇：依據(jù)控制方案選擇合適的控制算法。通常對于SISO