儀表自動(dòng)化第一章

儀表自動(dòng)化第一章第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日§１.１化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容自動(dòng)檢測自動(dòng)保護(hù)與報(bào)警自動(dòng)操縱與啟停自動(dòng)調(diào)節(jié)第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日QiQ0要求§１.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成觀察思考調(diào)節(jié)(1)檢測(2)運(yùn)算(3)執(zhí)行自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)備+自動(dòng)化裝置來代體人工操作人工操作第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日§１.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框圖四部分(環(huán)節(jié))：測量儀表（測量并轉(zhuǎn)化統(tǒng)一信號）控制器（比較得偏差、運(yùn)算輸出控制信號）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（根據(jù)控制器信號改變操作量）被控對象（設(shè)備）1、組成第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日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”聯(lián)系控制器執(zhí)行器被控對象測量元件與變送器測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說明了組成和工作原理QiQo第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日2、概念環(huán)節(jié)、偏差、反饋、正反饋、負(fù)反饋控制器執(zhí)行器被控對象測量元件與變送器測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)第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日§1.3自動(dòng)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)。按信號種類分類：氣動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日§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)都不改變原先的狀態(tài)Q0輸入變化(干擾)

被控變量變化ACS產(chǎn)生控制作用克服干擾----建立新的平衡動(dòng)態(tài)動(dòng)----絕對的靜----相對的、短暫的研究ACS的重點(diǎn)是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)LTLC給定靜態(tài)第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日

二、控制系統(tǒng)的過渡過程

階躍干擾：突然、劇烈易實(shí)現(xiàn)好分析干擾定義：由一個(gè)平衡狀態(tài)（靜態(tài)）過渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)（新的靜態(tài)）的過程。設(shè)系統(tǒng)原處于平衡狀態(tài)y變化負(fù)反饋?zhàn)饔没謴?fù)平衡衡量：在階躍干擾作用下的過渡過程。

過渡過程干擾f

研究Y-t的變化規(guī)律負(fù)反饋?zhàn)饔媒o定值變化第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日

四種基本形式：

在階躍干擾作用下的過渡過程。第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日

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:14:1~10:1

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第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日四、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)因起作用，內(nèi)因是最終效果的決定因素。控制器執(zhí)行器被控對象測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第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日§１.5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第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日控制流程圖第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日工藝管道及控制流程圖：

1、圖形符號測量點(diǎn)：起點(diǎn)連接線：儀表：圓圈

2、字母代號

3、儀表位號第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日控制流程圖符號意義序號安裝位置圖形符號備注序號安裝位置圖形符號備注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3就地儀表盤面安裝儀表第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日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變量修飾詞功能被測變量修飾詞功能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)第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日(1)儀表測量點(diǎn)的位置

(2)控制點(diǎn)

(3)被測變量

(4)儀表功能

(5)工段號

(6)儀表序號

(7)安裝位置

從控制流程圖可以看到第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日§2被控對象的特性及數(shù)學(xué)模型一、有關(guān)對象的基本概念二、對象特性的分類與研究方法三、描述對象特性的參數(shù)控制器執(zhí)行器被控對象測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第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日

一、有關(guān)對象的基本概念對象干擾控制作用被控變量輸入變量與輸出變量之間的信號聯(lián)系-------通道控制通道干擾通道第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日二、對象特性的分類與研究方法所謂研究對象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來描述出對象輸入量與輸出量之間的關(guān)系——數(shù)學(xué)模型。對象的數(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)模型描述的是對象在穩(wěn)定時(shí)（靜態(tài)）的輸入與輸出關(guān)系；如h=KQ1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；KQ1=h+T(dh/dt)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型在對象達(dá)到平衡時(shí)的特例。第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日對象的動(dòng)態(tài)特性對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：尋找對象輸入與輸出之間的（函數(shù)）規(guī)律。對象輸入量：干擾作用、控制作用對象輸出量：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。對象干擾控制作用被控變量第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日對象動(dòng)態(tài)特性的研究方法（1）機(jī)理建模（數(shù)學(xué)建模）

根據(jù)對象實(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)算而獲得對象的輸入量與輸出量之間的關(guān)系。（2）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。第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日機(jī)理建模示例：一階對象由體積守恒可得：

(Q1-Q2)dt=Adh其中：Q2h/Rs

RS——出水閥的阻力系數(shù)由此可得：

RSQ1=h+ARs(dh/dt)或:

KQ1=h+T(dh/dt)hQ1Q2輸入Qi輸出h第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日實(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，而這些因素對實(shí)際結(jié)果具有相當(dāng)?shù)挠绊?；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。第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日實(shí)測建模定義

通過實(shí)驗(yàn)來測取對象的輸入輸出數(shù)據(jù);依據(jù)這些輸入輸出數(shù)據(jù)來建立對象的數(shù)學(xué)模型。幾個(gè)概念

系統(tǒng)辨識參數(shù)估計(jì)測試信號在確定模型之后,依據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)來確定模型中的某些參數(shù).在所研究的對象上,人為地加上一個(gè)輸入信號,測輸出,這個(gè)輸入信號稱測試信號.第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日實(shí)驗(yàn)測取法按所加

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)階躍變化尋找對象的動(dòng)態(tài)特性。優(yōu)點(diǎn)：簡單易行。缺點(diǎn)：精度低。2.矩型脈沖法優(yōu)點(diǎn)：精度高,對生產(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)。第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日三、描述對象特性的參數(shù)

三個(gè)物理量K、T、τ圖2-12液位變化曲線1、放大系數(shù)K

K=△h/△Q1h=KQ1K越大，被控變量對輸入量越靈敏一階對象：2、時(shí)間常數(shù)T被控變量達(dá)到新的穩(wěn)定值的63.2%所需的時(shí)間.KQ1=h+T(dh/dt)

T的求法：a、0.632法b、切線法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)。T反映達(dá)到穩(wěn)定值的快慢，T大反應(yīng)慢，慣性大第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日圖8-11不同時(shí)間常數(shù)對象的反應(yīng)曲線第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日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。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——新參數(shù)的作用結(jié)果還沒有傳遞到輸出點(diǎn)；容量滯后：滯后期內(nèi)逐步產(chǎn)生微弱變化——新參數(shù)的作用結(jié)果受到容積量的緩沖。

a、傳遞滯后τ0（純滯后）第31頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日

b、容量滯后τ