過程控制與自動化儀表演示文稿

過程控制與自動化儀表第版當(dāng)前第1頁\共有78頁\編于星期五\15點目錄:第1章緒論第2章過程參數(shù)的檢測與變送第3章過程控制儀表第4章被控過程的數(shù)學(xué)模型第5章簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計第6章常用高性能過程控制系統(tǒng)第7章實現(xiàn)特殊工藝要求的過程控制系統(tǒng)第8章復(fù)雜過程控制系統(tǒng)第9章基于網(wǎng)絡(luò)的過程計算機控制系統(tǒng)第10章典型生產(chǎn)過程控制與工程設(shè)計當(dāng)前第2頁\共有78頁\編于星期五\15點主要參考書施仁，《自動化儀表與過程控制》電子工業(yè)出版社，2003潘永湘，《過程控制與自動化儀表》機械工業(yè)出版社，2007歷玉鳴，《化工儀表與自動化》化學(xué)工業(yè)出版社，2003馬昕，《深入淺出過程控制—小鍋帶你學(xué)過控》高等教育出版社，2013戴連奎等，《過程控制工程》化學(xué)工業(yè)出版社，2012

當(dāng)前第3頁\共有78頁\編于星期五\15點

本章要點1）掌握過程控制的概念、要求和任務(wù)，了解過程控制的發(fā)展?fàn)顩r；2）掌握過程控制系統(tǒng)的組成、特點、類型及其性能指標(biāo)；3）了解過程控制系統(tǒng)設(shè)計步驟和儀表的類型與發(fā)展；4）掌握儀表的信號制及防爆系統(tǒng)的構(gòu)成。當(dāng)前第4頁\共有78頁\編于星期五\15點電站鍋爐及其輔助設(shè)備系統(tǒng)

當(dāng)前第5頁\共有78頁\編于星期五\15點電站鍋爐及其輔助設(shè)備系統(tǒng)簡圖

①─煤斗；②─給煤機；③─磨煤機；④─空氣預(yù)熱器；⑤─排粉風(fēng)機；⑥─燃燒器；⑦─爐膛；⑧─水冷壁；⑨─屏式過熱器；⑩─高溫過熱器；⑾─低溫過熱器；⑿─省煤器；⒀─除塵器；⒁─吸風(fēng)機；⒂─煙囪；⒃─送風(fēng)機；⒄─汽包；⒅─下降管；⒆─頂棚過熱器；⒇─排渣室

當(dāng)前第6頁\共有78頁\編于星期五\15點電站鍋爐及其輔助設(shè)備系統(tǒng)簡圖

當(dāng)前第7頁\共有78頁\編于星期五\15點當(dāng)前第8頁\共有78頁\編于星期五\15點直拉單晶爐工藝

當(dāng)前第9頁\共有78頁\編于星期五\15點直拉單晶模擬演示當(dāng)前第10頁\共有78頁\編于星期五\15點太陽能光熱發(fā)電過程當(dāng)前第11頁\共有78頁\編于星期五\15點第1章緒論過程控制（Processcontrol）是指連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制。石油、化工、水利、電力、冶金、輕工、紡織、制藥、建材、核能、環(huán)境工程等許多領(lǐng)域的自動控制系統(tǒng)，都屬于過程控制系統(tǒng)。

連續(xù)生產(chǎn)過程的特征是：生產(chǎn)過程中的各種流體在連續(xù)（或間歇）的流動過程中進行著物理化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)換或傳遞。例如室內(nèi)溫度的控制。當(dāng)前第12頁\共有78頁\編于星期五\15點圖1為人工控制室溫。假設(shè)在冬季，室內(nèi)加溫是通過熱水加熱器，將送風(fēng)加熱后源源不斷送往恒溫室。為保證恒溫室溫符合要求，操作人員要隨時觀察溫度計的指示值，并隨時判斷和決定如何操作閥門來保證恒溫要求，然后進行操作。

在此人的作用可分為三步：

眼看

腦想

動手送風(fēng)回風(fēng)恒溫室溫度計閥門圖1室溫人工控制示意圖當(dāng)前第13頁\共有78頁\編于星期五\15點眼看——用傳感器或變送器將溫度信號轉(zhuǎn)換為控制器可接受的信號。腦想——控制器將輸入的實測溫度信號和要求值進行比較（相減求偏差),并按偏差值計算出控制量。動手——人工調(diào)整閥門開口，執(zhí)行器完成控制器命令。人工控制受制于人的經(jīng)驗和注意力，控制不精確。而自動控制按設(shè)定好的方案進行計算控制，可以做到精確的、恰當(dāng)?shù)目刂?。?dāng)前第14頁\共有78頁\編于星期五\15點過程控制系統(tǒng)的定義：

為實現(xiàn)對某個工藝參數(shù)的自動控制，由相互聯(lián)系、制約的一些儀表、裝置及工藝對象、設(shè)備構(gòu)成的一個整體。圖2為室溫自動控制系統(tǒng)，自動化儀表代替了人。回風(fēng)恒溫室23送風(fēng)熱水M回水41圖2室溫自動控制系統(tǒng)示意圖1—熱水加熱器；3—控制器；2—傳感變送器；4—執(zhí)行器TCTT當(dāng)前第15頁\共有78頁\編于星期五\15點一般用原理框圖來表示控制系統(tǒng)原理。如圖2的室溫控制系統(tǒng)是由溫度變送器、控制器、電動調(diào)節(jié)閥和加熱器及房間組成。溫度給定值房間溫度干擾f

控制器溫度變送器調(diào)節(jié)閥加熱器及房間

+e實測值－當(dāng)前第16頁\共有78頁\編于星期五\15點用通用名稱表示為：

給定值被控變量干擾f

控制器變送器執(zhí)行器被控對象+e實測值－過程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：對生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度等）進行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化。過程控制系統(tǒng)原理方框圖當(dāng)前第17頁\共有78頁\編于星期五\15點（1）被控參數(shù)（亦稱系統(tǒng)輸出）y(t)：被控過程內(nèi)要求保持穩(wěn)定的工藝參數(shù)；（2）控制參數(shù)（亦稱操作變量、控制介質(zhì)）q(t)：使被控參數(shù)保持期望值的物料量或能量；（3）干擾量f(t)：除被控參數(shù)外，作用于被控過程并引起被控參數(shù)變化的各種因數(shù)；（4）設(shè)定值r(t)：與被控參數(shù)相對應(yīng)的設(shè)定值；（5）反饋值z(t)：被控參數(shù)經(jīng)測量變送后的實際測量值；（6）偏差e(t)：設(shè)定值與反饋值之差；（7）控制作用u(t)：控制器的輸出值。過程控制系統(tǒng)的組成當(dāng)前第18頁\共有78頁\編于星期五\15點1.1過程控制的特點過程控制系統(tǒng)具有以下特點：1．控制對象復(fù)雜、控制要求多樣；2．控制方案豐富；3．控制對象大多屬于慢過程；4．大多數(shù)工藝要求定值控制；5．大多使用標(biāo)準(zhǔn)化的檢測、控制儀表及裝置。當(dāng)前第19頁\共有78頁\編于星期五\15點1.2過程控制的發(fā)展概況過程控制的發(fā)展歷程，就是過程控制裝置（自動化儀表）與系統(tǒng)的發(fā)展歷程。過程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過程1．局部自動化階段（20世紀50～60年代）自動化儀表安裝在現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備上，只具備簡單的測控功能。適用于小規(guī)模、局部過程控制。當(dāng)前第20頁\共有78頁\編于星期五\15點特點：自動化儀表劃分成各種標(biāo)準(zhǔn)功能單元，按需要可以組合成各種控制系統(tǒng)?？刂苾x表集中在控制室，生產(chǎn)現(xiàn)場各處的參數(shù)通過統(tǒng)一的模擬信號，送往控制室。操作人員可以在控制室監(jiān)控生產(chǎn)流程各處的狀況。適用于生產(chǎn)規(guī)模較大的多回路控制系統(tǒng)。2．模擬單元儀表控制階段（20世紀60～70年代）當(dāng)前第21頁\共有78頁\編于星期五\15點渭河電廠當(dāng)前第22頁\共有78頁\編于星期五\15點巴基斯坦賈姆肖羅電廠

當(dāng)前第23頁\共有78頁\編于星期五\15點哈爾濱伊蘭煤氣當(dāng)前第24頁\共有78頁\編于星期五\15點3．集散控制階段（20世紀70年代中期至今）計算機的出現(xiàn)，大大簡化了控制功能的實現(xiàn)。最初，人們設(shè)想用一臺計算機取代所有回路的控制儀表，實現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC，DirectDigitalControl）

。但DDC系統(tǒng)的故障危險高度集中，一旦計算機出現(xiàn)故障，就會造成所有控制回路癱瘓，使生產(chǎn)過程風(fēng)險加大。因此，DDC系統(tǒng)并未得到廣泛應(yīng)用。

當(dāng)前第25頁\共有78頁\編于星期五\15點80年代初，隨著計算機性能提高、體積縮小，出現(xiàn)了內(nèi)裝CPU的數(shù)字控制儀表?；凇凹泄芾?，分散控制”的理念，在數(shù)字控制儀表和計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上，開發(fā)了集中、分散相結(jié)合的集散型控制系統(tǒng)（DCS，DistributedControlSystem）。DCS系統(tǒng)實行分層結(jié)構(gòu)，將控制故障風(fēng)險分散、管理功能集中。得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前第26頁\共有78頁\編于星期五\15點當(dāng)前第27頁\共有78頁\編于星期五\15點隨著CPU進入檢測儀表和執(zhí)行器，自動化儀表徹底實現(xiàn)了數(shù)字化、智能化?？刂葡到y(tǒng)也出現(xiàn)了由智能儀表構(gòu)成的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbusControlSystem)。FCS系統(tǒng)把控制功能徹底下放到現(xiàn)場，依靠現(xiàn)場智能儀表便可實現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測、控制。而用開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的通信網(wǎng)絡(luò)——現(xiàn)場總線，將分散在現(xiàn)場的控制系統(tǒng)的通信連接起來，實現(xiàn)信息集中管理。當(dāng)前第28頁\共有78頁\編于星期五\15點當(dāng)前第29頁\共有78頁\編于星期五\15點當(dāng)前第30頁\共有78頁\編于星期五\15點巢湖電廠目前運行室當(dāng)前第31頁\共有78頁\編于星期五\15點蘭州石化當(dāng)前第32頁\共有78頁\編于星期五\15點過程控制實驗室當(dāng)前第33頁\共有78頁\編于星期五\15點過程控制策略與算法發(fā)展伴隨著自動化儀表的發(fā)展，過程控制策略與算法也經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜的發(fā)展歷程。以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的PID

（ProportionalIntegralDerivative）控制算法，由單回路控制發(fā)展了串級控制、比值控制、前饋控制、均勻控制、Smith預(yù)估控制及選擇性控制等控制策略。隨著現(xiàn)代控制理論和人工智能技術(shù)的發(fā)展，解耦控制、推斷控制、預(yù)測控制、模糊控制、自適應(yīng)控制等控制策略與算法，也日趨完善。當(dāng)前第34頁\共有78頁\編于星期五\15點現(xiàn)代自動控制技術(shù)的主要特點：1、功能綜合化，控制與管理一體化已成為趨勢，其應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模越來越大。2、技術(shù)密集化、系統(tǒng)集成化，是控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。3、系統(tǒng)的智能化程度日益提高，控制精度越來越高，控制手段日益豐富。國內(nèi)外著名儀表生產(chǎn)企業(yè)：西安儀表廠、四川儀表公司、上海儀表公司、Foxboro、Siemens、Rosemount、Honeywell等公司。當(dāng)前第35頁\共有78頁\編于星期五\15點1.3過程控制系統(tǒng)分類及其性能指標(biāo)過程控制系統(tǒng)的分類過程控制系統(tǒng)有多種分類方法。按所控制的參數(shù)來分:溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)所處理的信號方式來分:模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)；按控制器類型來分:常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)等。但在討論控制原理時，常用的分類方法是按設(shè)定值的形式或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點分類。當(dāng)前第36頁\共有78頁\編于星期五\15點1.按設(shè)定值的形式分類1）定值控制系統(tǒng)——設(shè)定值恒定不變。2）隨動控制系統(tǒng)——設(shè)定值隨時可能變化。3）程序控制系統(tǒng)——設(shè)定值按預(yù)定的時間程序變化。給定值被控變量干擾f

控制器變送器執(zhí)行器被控對象+e實測值－當(dāng)前第37頁\共有78頁\編于星期五\15點2.按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點分類1）反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)）將被控變量輸入到控制器，形成閉環(huán)，具有被控變量負反饋的控制系統(tǒng)。如：

給定值被控變量干擾f

控制器變送器執(zhí)行器被控對象+e實測值－反饋控制系統(tǒng)是過程控制最基本的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)前第38頁\共有78頁\編于星期五\15點2）前饋控制系統(tǒng)（開環(huán)控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)沒有被控變量負反饋，不將被控變量引入到控制器輸入端。如：

開環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖被控量干擾f

控制器執(zhí)行器被控對象變送器當(dāng)前第39頁\共有78頁\編于星期五\15點3）復(fù)合控制系統(tǒng)

前饋與反饋相結(jié)合，優(yōu)勢互補。如：給定值被控變量干擾f

控制器1變送器1執(zhí)行器被控對象+e實測值－變送器2控制器2++前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)原理框圖當(dāng)前第40頁\共有78頁\編于星期五\15點過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)當(dāng)被控對象受到干擾、被控變量發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)抵制干擾、糾正被控變量的過程，反映了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。為此，要有評價控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)的性能指標(biāo)是根據(jù)工藝對控制的要求來制定的，概括為穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。t0y當(dāng)前第41頁\共有78頁\編于星期五\15點穩(wěn)態(tài)與動態(tài)

1、穩(wěn)態(tài)—把被控變量不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）。當(dāng)自動控制系統(tǒng)的輸入和輸出均恒定不變時，系統(tǒng)就處于一種相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)也都處于穩(wěn)定狀態(tài)，但生產(chǎn)還在進行，物料和能量仍然有進有出，只是平穩(wěn)進行沒有改變。靜態(tài)特性—靜態(tài)時系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。

靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)ty當(dāng)前第42頁\共有78頁\編于星期五\15點靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)ty2、動態(tài)—把被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。即控制系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過渡過程。當(dāng)干擾破壞了系統(tǒng)的平衡時，被控變量就會發(fā)生變化，而控制器、控制閥等自動化裝置就要產(chǎn)生控制作用來使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。動態(tài)特性—在動態(tài)過程中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出變化關(guān)系。當(dāng)前第43頁\共有78頁\編于星期五\15點控制系統(tǒng)的過渡過程控制系統(tǒng)的輸入變化后，系統(tǒng)從原來的平衡狀態(tài)，經(jīng)過動態(tài)過程到達新的平衡狀態(tài)的動態(tài)歷程稱為系統(tǒng)的過渡過程。系統(tǒng)的過渡響應(yīng)受內(nèi)部和外部兩種因素的影響。給定值被控量干擾f

控制器傳感器執(zhí)行器被控對象

+e實測值－當(dāng)前第44頁\共有78頁\編于星期五\15點1、內(nèi)部因素：系統(tǒng)特性系統(tǒng)的特性是由系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定的。

2、外部因素：輸入信號在系統(tǒng)特性一定的情況下，被控變量隨時間的變化規(guī)律取決于系統(tǒng)的輸入信號。生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾信號是隨機的。但在分析和設(shè)計控制系統(tǒng)時，為了充分體現(xiàn)系統(tǒng)的特性和分析方便，常選擇一些特定的輸入信號，其中常用的是階躍信號和正弦信號。?當(dāng)前第45頁\共有78頁\編于星期五\15點階躍信號的輸入突然，對被控變量的影響也最大。如果一個控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種干擾，那么對其它比較緩和的干擾也能很好地克服。階躍信號的形式簡單，容易實現(xiàn)，便于分析、實驗和計算。故更多使用階躍信號。如圖，輸入信號在t=0時，階躍上升幅度為A，其后保持。表達為

f(t)=

Au(t)Atf（t）當(dāng)前第46頁\共有78頁\編于星期五\15點在階躍輸入的擾動作用下，定值控制系統(tǒng)過渡過程有四種形式：①單調(diào)衰減過程被控變量在給定值的一側(cè)作單調(diào)變化，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。②振蕩衰減過程被控變量上下波動，但幅度逐漸減少，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。①t0θa②0θa當(dāng)前第47頁\共有78頁\編于星期五\15點③等幅振蕩過程被控變量在給定值附近來回波動，且波動幅度保持不變。

④振蕩發(fā)散過程被控變量來回波動，且波動幅度逐漸變大，離給定值越來越遠。④t0θa③θa0t當(dāng)前第48頁\共有78頁\編于星期五\15點過渡過程的分類（1）穩(wěn)定的過渡過程單調(diào)過程和衰減振蕩過程是穩(wěn)定的過渡過程。被控變量經(jīng)過一段時間后，逐漸趨向原來的或新的平衡狀態(tài)。衰減振蕩過程的過渡過程較短，經(jīng)常采用。單調(diào)過程的過渡過程較慢，被控變量長時間地偏離給定值，一般不采用，只是在生產(chǎn)上不允許被控變量有波動的情況下才采用。當(dāng)前第49頁\共有78頁\編于星期五\15點（2）不穩(wěn)定過渡過程發(fā)散振蕩過程中，被控變量不但不能達到平衡狀態(tài)，而且逐漸遠離給定值，它將導(dǎo)致被控變量超越工藝允許范圍，這是生產(chǎn)上所不允許的。（3）臨界過渡過程處于穩(wěn)定與不穩(wěn)定之間，一般也認為是不穩(wěn)定過程，生產(chǎn)上一般不采用。只是某些控制要求不高的場合，如位式控制時，只能達到這種效果。當(dāng)前第50頁\共有78頁\編于星期五\15點

控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)對控制系統(tǒng)的性能評價，是根據(jù)工藝對控制過程結(jié)果的要求來衡量的?？刂葡到y(tǒng)的過渡過程曲線是評價控制系統(tǒng)品質(zhì)的樣本。最典型的控制性能測試是給系統(tǒng)輸入一個階躍信號，觀察其階躍響應(yīng)的品質(zhì)。階躍響應(yīng)分給定階躍響應(yīng)和干擾階躍響應(yīng)兩類。其階躍響應(yīng)曲線有所不同，但反映的控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)是一致的。當(dāng)前第51頁\共有78頁\編于星期五\15點干擾階躍響應(yīng)和給定階躍響應(yīng)的區(qū)別：給定值被控變量干擾f

控制器傳感器執(zhí)行器被控對象+e實測值－干擾階躍響應(yīng)t0y當(dāng)前第52頁\共有78頁\編于星期五\15點給定值被控變量干擾f

控制器傳感器執(zhí)行器被控對象+e實測值－給定階躍響應(yīng)0ty當(dāng)前第53頁\共有78頁\編于星期五\15點1.系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項性能指標(biāo)單項性能指標(biāo)包含了對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性三方面的評價。

控制性能指標(biāo)有單項指標(biāo)和綜合指標(biāo)兩類單項性能指標(biāo)以控制系統(tǒng)被控參數(shù)過渡過程的單項特征量作為性能指標(biāo)，而偏差積分性能指標(biāo)則是一種綜合性指標(biāo)。由于在多數(shù)情況下，都希望得到衰減振蕩過程，所以以衰減振蕩的過渡過程形式為例，討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。當(dāng)前第54頁\共有78頁\編于星期五\15點1）衰減比n和衰減率ψ設(shè)第一個波峰值為y1、第二個波峰值為y2圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt當(dāng)前第55頁\共有78頁\編于星期五\15點衰減比n和衰減率ψ

是表示系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標(biāo)。n大于1，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。隨著n的增大，過渡過程逐漸由衰減振蕩趨向于單調(diào)過程。試驗證明：衰減比在4:1到10:1之間時，過渡過程的衰減程度合適，過渡過程較短。衰減比n與衰減率ψ之間有簡單的對應(yīng)關(guān)系：n=4:1~10:1就相當(dāng)于ψ

=75%～90%yry1y2Cy(∞)TpTSTt當(dāng)前第56頁\共有78頁\編于星期五\15點最大動態(tài)偏差是控制系統(tǒng)動態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。2）最大動態(tài)偏差y1和超調(diào)量σ最大動態(tài)偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離穩(wěn)態(tài)值的最大程度。即:y1

=ymax

-y(∞)

圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3Cy(∞)TpTSTt當(dāng)前第57頁\共有78頁\編于星期五\15點有時也采用超調(diào)量σ來表示被控參數(shù)偏離穩(wěn)態(tài)值的程度，σ的定義是第一個波峰值與最終穩(wěn)態(tài)值y(∞)之比。即圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt當(dāng)前第58頁\共有78頁\編于星期五\15點3）余差C過渡過程結(jié)束后，被控參數(shù)的穩(wěn)態(tài)值y(∞)與設(shè)定值之間的殘余偏差叫做余差，也稱靜差。是衡量控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性的指標(biāo)。C=r-y(∞)圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt當(dāng)前第59頁\共有78頁\編于星期五\15點4）調(diào)節(jié)時間Ts和振蕩頻率ω

Ts是指從過渡過程開始到過渡過程結(jié)束所需的時間。當(dāng)被控參數(shù)與穩(wěn)態(tài)值間的偏差進入穩(wěn)態(tài)值的±5%（或±2%）范圍內(nèi)，就認為過渡過程結(jié)束。圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y2y(∞)TpTSTt當(dāng)前第60頁\共有78頁\編于星期五\15點調(diào)節(jié)時間和振蕩頻率是衡量控制系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。過渡過程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的時間間隔叫振蕩周期T，其倒數(shù)稱為振蕩頻率f=1/T圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y2y(∞)TpTSTt當(dāng)前第61頁\共有78頁\編于星期五\15點另外還有峰值時間Tp（又稱上升時間），是指過渡過程開始，至被控參數(shù)到達第一個波峰所需要的時間。也是衡量控制系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt當(dāng)前第62頁\共有78頁\編于星期五\15點

[例]

某換熱器的溫度控制系統(tǒng)給定值為200℃。

在階躍干擾作用下的過渡過程曲線如圖所示。試求最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時間。

解：最大偏差Y1=230-205=25℃余差C=200-205=-5℃衰減比n=y1:

y3=25:5=5:1當(dāng)前第63頁\共有78頁\編于星期五\15點振蕩周期T

=20–5=15（min）設(shè)被控變量進入穩(wěn)態(tài)值的土2％，就認為過渡過程結(jié)束，則誤差區(qū)域=205×（±2％）＝±4.1℃在新穩(wěn)態(tài)值（205℃）兩側(cè)以寬度為±4.1℃畫一區(qū)域（陰影線）。曲線進入時間點Ts=22min當(dāng)前第64頁\共有78頁\編于星期五\15點

控制系統(tǒng)的單項品質(zhì)指標(biāo)小結(jié)穩(wěn)定性衰減比n=4:1~10:1最佳

準(zhǔn)確性余差C小好最大偏差Y1小好快速性

過渡時間Ts短好

振蕩周期T短好各品質(zhì)指標(biāo)之間既有聯(lián)系、又有矛盾。例如，過分減小最大偏差，會使過渡時間變長。因此，應(yīng)根據(jù)具體工藝情況分清主次，對生產(chǎn)過程有決定性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先予以保證。當(dāng)前第65頁\共有78頁\編于星期五\15點2.系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性能指標(biāo)——偏差積分單項指標(biāo)雖然清晰明了，但如何統(tǒng)籌考慮比較困難。而偏差幅度和偏差存在的時間都與偏差積分有關(guān)，因此用偏差積分一個指標(biāo)就可以全面反映控制系統(tǒng)的品質(zhì)。圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt當(dāng)前第66頁\共有78頁\編于星期五\15點tyrCy(∞)yrCy(∞)t偏差積分的原始定義：IE=∫e(t)dt∞0偏差的定義存在分歧：

e(t)=y(∞)-

y(t)不能表達余差e(t)=y(r)-y(t)

如有余差則積分無窮大當(dāng)前第67頁\共有78頁\編于星期五\15點偏差積分指標(biāo)有以下幾種形式：①偏差積分IE（IntegralofError）圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt缺點：不能保證系統(tǒng)是衰減振蕩。當(dāng)前第68頁\共有78頁\編于星期五\15點②絕對偏差積分IAE（IntegralAbsolutevalueofError）圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt

排除了正負偏差抵消的可能。當(dāng)前第69頁\共有78頁\編于星期五\15點圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt

③平方偏差積分ISE（IntegralofSquaredError）對大偏差敏感

當(dāng)前第70頁\共有78頁\編于星期五\15點④時間與絕對偏差乘積積分ITAE（IntegralofTimemultipliedbytheAbsolutevalueofError）

對調(diào)節(jié)時間敏感，對初始偏差不敏感，而對后期

偏差非常敏感圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt當(dāng)前第71頁\共有78頁\編于星期五\15點影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素控制系統(tǒng)的過渡響應(yīng)品質(zhì)指標(biāo)主要取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性。

給定值被控量干擾f

控制器傳感器執(zhí)行器被控對象+e實測值－當(dāng)前第72頁\共有78頁\編于星期五\15點1.4控制系統(tǒng)設(shè)計步驟1.確定控制目標(biāo)

1）熱油出口溫度穩(wěn)定；

2）出口溫度與煙道氣含氧量穩(wěn)定；

3）溫度穩(wěn)定與熱效率最高。2.選擇被控參數(shù)直接參數(shù)與間接參數(shù)3選擇控制量燃料油流量與冷油流量→出口溫度擋板開度與送