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1、過 程 控 制 工 程主 講 教 師 宋 彤大 連 理 工 大 學(xué) 電 信 與 電 氣 學(xué) 部先 進(jìn) 控 制 研 究 所 0 . 緒 論0 .1 過 程 工 業(yè) 控 制1) 過 程 工 業(yè) ： 化 工 、 核 電 、 制 藥 、 造 紙 、 釀 造 等 工 業(yè) 過 程 工 業(yè) 生 產(chǎn) 特 性 ： 多 輸 入 多 輸 出 ， 多 變 量 ， 非 線 性 ， 時(shí) 變 ， 關(guān) 聯(lián) 性 . 過 程 生 產(chǎn) 主 要 形 式 ： 連 續(xù) 生 產(chǎn) 、 間 歇 生 產(chǎn) 典 型 工 業(yè) 操 作 過 程 舉 例流 體 輸 送液 體 輸 送 ： 氣 體 輸 送 ： 流 量 定 量 過 程 換 熱 過 程 反 應(yīng) 過

2、 程 精 餾 過 程 干 燥 過 程 2） 過 程 工 業(yè) 控 制 （ Process Control ）過 程 控 制 主 要 是 指 石 油 、 化 工 、 電 力 、 冶 金 、 輕 工 等 工 業(yè)部 門 以 連 續(xù) 性 物 流 為 主 要 特 征 的 生 產(chǎn) 過 程 的 自 動(dòng)控 制 ， 主 要 解 決 各 種 生 產(chǎn) 過 程 中 的 溫 度 、 壓 力 、流 量 、 液 位 （ 或 物 位 ） 、 以 及 成 分 （ 或 物 性 ） 等參 數(shù) 的 自 動(dòng) 監(jiān) 測(cè) 和 控 制 問 題 。過 程 控 制 主 要 任 務(wù) 通 過 對(duì) 生 產(chǎn) 過 程 中 的 參 量 控 制 ， 從 而 保

3、證 生 產(chǎn) 過程 的 穩(wěn) 定 運(yùn) 行 ， 保 證 產(chǎn) 品 的 產(chǎn) 量 和 質(zhì) 量 。 生 產(chǎn) 過 程 對(duì) 控 制 最 主 要 的 要 求 主 要 歸 結(jié) 為 三 個(gè) 方 面 ， 即 ： 安 全 性 、 穩(wěn) 定 性 和 經(jīng) 濟(jì) 性 。(1)安 全 性 指 在 整 個(gè) 生 產(chǎn) 運(yùn) 行 過 程 中 ， 能 夠 及 時(shí) 預(yù) 測(cè) 、 監(jiān) 控 和 防 止任 何 事 故 的 發(fā) 生 ， 以 確 保 生 產(chǎn) 設(shè) 備 和 操 作 人 員 的 安 全 ，這 是 最 重 要 也 是 最 基 本 的 要 求 。(2) 穩(wěn) 定 性 指 當(dāng) 工 業(yè) 生 產(chǎn) 環(huán) 境 發(fā) 生 變 化 或 受 到 隨 機(jī) 因 素 的 干 擾

4、和 影響 時(shí) ， 生 產(chǎn) 過 程 仍 能 不 間 斷 地 平 穩(wěn) 運(yùn) 行 ， 并 保 持 穩(wěn) 定 的產(chǎn) 品 質(zhì) 量 。(3) 經(jīng) 濟(jì) 性 是 指 在 保 證 生 產(chǎn) 安 全 和 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 的 前 提 下 ， 以 最 小 的 投資 、 最 少 的 能 耗 和 最 低 的 成 本 ， 使 生 產(chǎn) 裝 置 在 高 效 率 運(yùn) 行 中 獲 取 最 大 的 經(jīng) 濟(jì) 收 益 。 一 般 影 響 因 素 原 料 組 成 、 流 量 、 溫 度 、 壓 力 等 變 化 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 要 求 過 程 設(shè) 備 的 可 使 用 性 、 特 性 漂 移 、 關(guān) 聯(lián) 關(guān) 系 影 響 控 制 過 程 影 響 因

5、素 信 號(hào) 測(cè) 量 及 數(shù) 據(jù) 處 理 （ 實(shí) 時(shí) 性 、 準(zhǔn) 確 性 等 ） 被 控 過 程 的 滯 后 性 、 時(shí) 變 性 、 非 線 性 、 耦 合 性 等 控 制 方 案 的 合 理 性 、 控 制 系 統(tǒng) 穩(wěn) 定 性 執(zhí) 行 器 特 性 0.2 生 產(chǎn) 過 程 自 動(dòng) 化 技 術(shù)1 ） 自 動(dòng) 化 設(shè) 備 發(fā) 展 歷 史 5 0 年 代 ： 電 子 管 時(shí) 代 主 要 儀 表 技 術(shù) ： 氣 動(dòng) 儀 表 控 制 器 主 要 應(yīng) 用 對(duì) 象 ： 化 工 、 鋼 鐵 、 造 紙 行 業(yè) 6 0 年 代 ： 半 導(dǎo) 體 時(shí) 代 主 要 儀 表 技 術(shù) ： DDZ- 型 儀 表 、 DDC(

6、Directly Digital Control) 主 要 應(yīng) 用 對(duì) 象 ： 石 油 化 工 、 大 型 電 站 7 0 年 代 ： 集 成 電 路 微 處 理 器 時(shí) 代 主 要 儀 表 技 術(shù) ： DDZ- 型 儀 表 、 DCS(Distributed Control System) 8 0 年 代 ： 數(shù) 字 化 技 術(shù) 時(shí) 代 主 要 儀 表 技 術(shù) ： DCS、 網(wǎng) 絡(luò) 通 訊 技 術(shù) 、 工 業(yè) 電 視 8 1 年 開 始 我 國 引 入 并 開 始 應(yīng) 用 DCS技 術(shù) 9 0 年 代 ： 現(xiàn) 場(chǎng) 總 線 技 術(shù) 主 要 儀 表 技 術(shù) ： 智 能 控 制 ， 分 析 儀 表

7、 在 線 應(yīng) 用 、優(yōu) 化 控 制 2） 自 動(dòng) 化 控 制 技 術(shù) PID單 回 路 控 制 技 術(shù) 關(guān) 系 圖 ： 0 .3 本 課 程 介 紹 0 .3 .1 課 程 性 質(zhì) 、 目 的課 程 性 質(zhì) ： 控 制 理 論 與 實(shí) 際 相 結(jié) 合 的 一 門 工 程 技 術(shù) 性 課 程 。本 課 程 目 的 ： 了 解 并 掌 握 工 業(yè) 過 程 控 制 的 基 本 思 路 、 方 法和 控 制 方 案 ； 掌 握 控 制 系 統(tǒng) 的 分 析 、 設(shè) 計(jì) 和研 究 的 基 本 方 法 。 建 立 系 統(tǒng) 及 系 統(tǒng) 工 程 的 初 步 概 念 0 .3 .2 本 課 程 基 本 內(nèi) 容 ：

8、1 ） 控 制 系 統(tǒng) 基 本 構(gòu) 成 和 評(píng) 價(jià) 指 標(biāo) 基 本 構(gòu) 成 控 制 系 統(tǒng) 分 類 控 制 系 統(tǒng) 圖 形 描 述 控 制 系 統(tǒng) 評(píng) 價(jià) 指 標(biāo) 簡 單 介 紹 典 型 受 控 對(duì) 象 的 過 程 特 性2 ） 單 回 路 控 制 系 統(tǒng) 基 本 控 制 規(guī) 律 被 控 變 量 、 控 制 變 量 選 擇 原 則 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) （ 調(diào) 節(jié) 閥 ） 選 擇 控 制 器 選 擇 控 制 參 數(shù) 整 定 方 法 等 基 本 知 識(shí) 3） 復(fù) 雜 控 制 系 統(tǒng) 了 解 過 程 系 統(tǒng) 復(fù) 雜 控 制 及 特 殊 控 制 的 基 本 控 制 思想 、 基 本 方 案 及 實(shí) 施 。

9、 各 種 復(fù) 雜 控 制 的 構(gòu) 成 方 法 、 特 性 和 應(yīng) 用 范 圍 。 主 要 介 紹 ： 串 級(jí) 控 制 、 前 饋 控 制 、 比 值 控 制 、 均 勻 控 制 、 分程 控 制 、 選 擇 控 制 、 閥 位 控 制 4） 先 進(jìn) 控 制 方 法 概 述 解 耦 合 控 制 思 路 、 方 法 、 實(shí) 現(xiàn) 基 于 模 型 以 及 智 能 控 制 等 先 進(jìn) 控 制 基 本 思 想 、 核心 技 術(shù) 、 主 要 方 法 及 應(yīng) 用5） 典 型 單 元 操 作 過 程 控 制 控 制 工 程 技 術(shù) 的 實(shí) 際 應(yīng) 用 分 析 和 研 究 。 主 要 內(nèi) 容 ： 典 型 單 元

10、控 制 對(duì) 象 的 特 性 及 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 與 實(shí) 施主 要 單 元 控 制 ： 流 體 輸 送 設(shè) 備 控 制 、 傳 熱 設(shè) 備 控 制 、 0.3.3 本 課 程 的 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 自 動(dòng) 控 制 原 理 、 檢 測(cè) 技 術(shù) 及 儀 表 、 控 制 儀 表 與 裝 置 、 過 程 原 理 。 主 要 參 考 書 翁 維 勤 、 周 慶 海 過 程 控 制 系 統(tǒng) 及 工 程 化 學(xué)工 業(yè) 出 版 社 王 樹 青 等 工 業(yè) 過 程 控 制 工 程 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 何 衍 慶 、 俞 金 壽 、 蔣 慰 孫 工 業(yè) 生 產(chǎn) 過 程 控 制 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版

11、社 俞 金 壽 、 蔣 慰 孫 過 程 控 制 工 程 電 子 工 業(yè) 出 版社 王 驥 成 、 祝 和 云 化 工 過 程 控 制 工 程 化 學(xué) 工程 出 版 社 1. 過 程 控 制 系 統(tǒng) 基 本 構(gòu) 成 及 評(píng) 價(jià) 指 標(biāo)1.1 控 制 系 統(tǒng) 基 本 構(gòu) 成 及 分 類1） 簡 單 控 制 系 統(tǒng) 基 本 構(gòu) 成例 1： 液 位 控 制 系 統(tǒng) 構(gòu) 成 環(huán) 節(jié) （ 四 個(gè) ） : 1： 被 控 對(duì) 象 、 2： 測(cè) 量 變 送 、 3： 控 制 單 元 、 4： 執(zhí) 行 單 元例 2 ： 換 熱 器 控 制 控 制 系 統(tǒng) 基 本 術(shù) 語 ：（ 1） 硬 件 部 分 被 控 對(duì) 象

12、 （ 簡 稱 對(duì) 象 ） 生 產(chǎn) 過 程 中 需 要 進(jìn) 行 控 制 的 工 藝 設(shè) 備 或 裝 置 ，如 ： 液 位 控 制 系 統(tǒng) 例 中 ： 儲(chǔ) 罐 ， 換 熱 器 控 制 中 ： 換 熱 器相 關(guān) 變 量 ： 被 控 變 量 、 操 作 變 量 檢 測(cè) 、 變 送 單 元 控 制 系 統(tǒng) 中 對(duì) 過 程 狀 態(tài) 進(jìn) 行 檢 測(cè) 的 元 件 或 儀 表設(shè) 備 如 ： 液 位 控 制 系 統(tǒng) 例 中 ： 液 位 檢 測(cè) 變 送 器 ， 換 熱 器 控 制 中 ： 溫 度 檢 測(cè) 變 送 器相 關(guān) 變 量 ： 被 控 變 量 （ 檢 測(cè) 變 量 ） 、 測(cè) 量 變 送 信 號(hào) 控 制 單 元

13、 根 據(jù) 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 按 照 事 先 設(shè) 定 的 算 法 進(jìn) 行 計(jì) 算 并 產(chǎn)生 控 制 信 號(hào) 的 裝 置如 ：液位控制系統(tǒng)例中：液位控制器（HC）， 換熱器控制中：溫度控制器（TC）相 關(guān) 變 量 ： 設(shè) 定 值 、 偏 差 信 號(hào) 、 控 制 信 號(hào) 執(zhí) 行 單 元 按 照 控 制 器 發(fā) 出 信 號(hào) 對(duì) 被 控 過 程 實(shí) 施 調(diào) 節(jié) 的 裝 置 如 ：液位控制系統(tǒng)例中：液體排出量調(diào)節(jié)閥， 換熱器控制中：蒸汽流量調(diào)節(jié)閥相關(guān)變量：控制信號(hào)、操作（操縱）變量 如 ：液位控制系統(tǒng)例中：液位， 換熱器控制中：溫度：H T（ 2） 變 量 部 分 被 控 變 量 (y)： 生產(chǎn)過程中需要進(jìn)

14、行自動(dòng)控制的物理參數(shù)（如溫度，壓力，流量，液位等）。 操縱變量(q)：(操作變量,控制變量) 執(zhí)行裝置直接調(diào)節(jié)改變的物理量。 如 ：液位控制系統(tǒng)例中：液體輸出量， 換熱器控制中：蒸汽流入量。 控 制 信 號(hào) (u) 控 制 單 元 （ 控 制 器 ） 發(fā) 送 給 執(zhí) 行 單 元 的 信號(hào) 。如 ：液位控制系統(tǒng)例中：液位控制器的輸出量， 換熱器控制系統(tǒng)中：溫度控制器的輸出量。 給 定 值 (r)： 根 據(jù) 工 藝 的 要 求 ， 為 被 控 變 量 規(guī) 定 的 所 要 達(dá) 到 或保 持 狀 態(tài) 對(duì) 應(yīng) 的 信 號(hào) 數(shù) 值 稱 為 給 定 值 （ 設(shè) 定 值 ） 。如 ：液位控制系統(tǒng)例中：設(shè)定正常

15、液位高度為50% 換熱器控制中：規(guī)定出口溫度為150 偏 差 (e)： 在 過 程 控 制 系 統(tǒng) 中 通 常 把 測(cè) 量 值 減 給 定 值稱 為 偏 差 。( ) ( ) ( ) e t z t r t 干 擾 （ 擾 動(dòng) ） 變 量 (f)： 除 操 縱 變 量 外 ， 作 用 于 對(duì) 象 并 使 被 控 變 量 發(fā) 生 變化 的 因 素 稱 為 干 擾 （ 擾 動(dòng) ） 。如 ： 液 位 控 制 例 中 的 液 體 流 入 量 ， 換 熱 器 例 中 蒸 汽 壓 力 、 冷 物 流 流 量 及 溫 度 等 1.3 控 制 系 統(tǒng) 評(píng) 價(jià) 指 標(biāo) 階 躍 響 應(yīng) 性 能 指 標(biāo) 評(píng) 價(jià) 控

16、 制 系 統(tǒng) 性 能 偏 差 積 分 性 能 指 標(biāo) 指 導(dǎo) 控 制 系 統(tǒng) 整 定性 能指 標(biāo) 階 躍 響 應(yīng) 性 能 指 標(biāo)階 躍 響 應(yīng) 曲 線 隨 動(dòng) 控 制定 值 控 制 a. 超 調(diào) 量 （ 最 大 偏 差 ） ： 超 調(diào) 量 (最 大 動(dòng) 態(tài) 偏 差 )是 反 映 控 制 系 統(tǒng) 對(duì) 干 擾 的 瞬間 響 應(yīng) 或 瞬 間 偏 離 程 度 的 衡 量 量 ， 是 衡 量 系 統(tǒng) 可行 性 的 指 標(biāo) 。 隨 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) (超 調(diào) 量 )： 1( ) ( )( )py t y By C 超 調(diào) 量描 述 式 ： 定 值 控 制 系 統(tǒng)一 般 采 用 最 大 動(dòng) 態(tài) 偏 差 （

17、 A） 作 為 衡 量 指 標(biāo) 。定 義 ： 最 大 偏 差 在 數(shù) 值 上 定 義 為 動(dòng) 態(tài) 響 應(yīng) 的 最 大 振 幅（ B） 與 響 應(yīng) 最 終 穩(wěn) 態(tài) 值 （ C） 之 和 的 絕 對(duì) 值 。描 述 式 ： ( )pA B C y t b. 衰 減 比 ： 相 鄰 二 波 峰 值 之 比 。 n1： 衰 減 震 蕩 ； n=： 非 周 期 性 控 制 過 程 12Bn B描 述 式 ：過 渡 過 程 性 質(zhì) ： c. 恢 復(fù) 時(shí) 間 (s)： 過 渡 過 程 時(shí) 間 。 被 控 變 量 變 化 范 圍 達(dá) 到 并 開 始 保 持 在 穩(wěn) 定 值的 5 %之 內(nèi) 的 時(shí) 間 點(diǎn) 。d.

18、 余 差 ： 新 的 穩(wěn) 定 值 與 設(shè) 定 值 之 差 。 y() b. 偏 差 積 分 性 能 指 標(biāo) 偏 差 絕 對(duì) 值 積 分 （ IAE） 特 點(diǎn) ： 對(duì) 偏 差 值 敏 感 ， 按 其 整 定 參 數(shù) 則 過 渡 過 程 不 會(huì) 呈 現(xiàn) 大偏 差 偏 差 平 方 積 分 （ ISE） min)( 0 2 dtteJ 0 ( ) min J e t dt min)(0 dttetJ 1.2 控 制 圖 形 系 統(tǒng) 描 述 方 框 圖 、 工 藝 控 制 流 程 圖1) 方 框 圖 描 述方 塊 圖 是 從 信 號(hào) 流 （ 信 息 ） 的 角 度 出 發(fā) ， 依 據(jù) 信號(hào) 的 流 向

19、將 組 成 控 制 系 統(tǒng) 的 各 個(gè) 環(huán) 節(jié) 相 互 連 接 起 來 的一 種 圖 解 表 達(dá) 方 式 。方 框 圖 組 成 環(huán) 節(jié) 方 塊 表 示 控 制 系 統(tǒng) 的 一 個(gè) 組 成 部 分 ， 稱 為 “ 環(huán) 節(jié) ” 。其 描 述 所 代 表 單 元 的 基 本 性 質(zhì) 。 指 向 和 引 離 方 框 的 箭 頭 分 別 表 示 該 環(huán) 節(jié) 的 輸 入 和 輸 出 ，在 箭 頭 線 上 標(biāo) 注 的 變 量 表 示 該 環(huán) 節(jié) 的 輸 入 及 輸 出 變 量 。 箭 頭 方 向 是 信 號(hào) 的 流 向 ， 表 明 信 號(hào) 的 作 用 方 向 。 相 加 點(diǎn) ： 如 圖 所 示 ， 表 示

20、兩 個(gè) 或 兩 個(gè) 以 上 具 有 相 同 單 位 的 變量 (信 號(hào) ） 之 間 的 加 和 運(yùn) 算 。 分 支 點(diǎn) ： 如 圖 所 示 ， 當(dāng) 一 個(gè) 變 量 （ 或 信 號(hào) ） 要 同 時(shí) 作 用 于幾 個(gè) 不 同 的 環(huán) 節(jié) 時(shí) ， 可 使 用 分 支 點(diǎn) 。 由 分 支 點(diǎn) 引 出 的各 路 信 號(hào) 都 相 等 。 控 制 系 統(tǒng) 方 框 圖 對(duì) 于 一 個(gè) 控 制 過 程 ， 可 以 根 據(jù) 變 量 間 的 相 互 作用 關(guān) 系 ， 按 照 信 號(hào) 的 流 向 將 系 統(tǒng) 中 各 個(gè) 環(huán) 節(jié) 連 接 起來 ， 構(gòu) 成 一 個(gè) 完 整 的 過 程 控 制 系 統(tǒng) 方 框 圖 。例 ：

21、 圖 示 液 位 控 制 系 統(tǒng) ， 及 其 方 塊 圖 。 方 塊 圖 不 僅 明 確 表 明 了 每 個(gè) 環(huán) 節(jié) 在 系 統(tǒng) 中 的 作 用 ，而 且 能 夠 清 楚 地 看 出 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 中 各 組 成 環(huán) 節(jié)之 間 的 相 互 關(guān) 系 以 及 信 號(hào) 在 系 統(tǒng) 中 的 流 動(dòng) 情 況 。l 對(duì) 過 程 控 制 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 分 析 研 究 時(shí) ， 經(jīng) 常 用 方 塊圖 來 表 示 一 個(gè) 過 程 控 制 系 統(tǒng) 的 組 成 。 工 藝 控 制 流 程 圖將 所 確 定 的 控 制 方 案 標(biāo) 注 到 工 藝 流 程 圖 中 而 形成 的 控 制 點(diǎn) 和 控 制 系 統(tǒng)

22、 與 工 藝 流 程 圖 相 結(jié) 合 的 圖 形文 檔 稱 為 工 藝 控 制 流 程 圖 ， 或 稱 為 帶 有 控 制 點(diǎn) 的 工藝 流 程 圖 。例 ： 構(gòu) 成 ： 工 藝 流 程 ：設(shè) 備 、 管 線 符 號(hào) 等控 制 系 統(tǒng)控 制 回 路 、 儀 表 、調(diào) 節(jié) 閥 門 符 號(hào) 等 儀 表 圖 形 符 號(hào) 及 相 應(yīng) 規(guī) 定 ：儀 表 圖 形 符 號(hào) 可 用 來 表 示 （ 識(shí) 別 ） 工 業(yè) 自 動(dòng) 化 儀 表安 裝 位 置 ， 所 處 理 的 被 測(cè) 變 量 和 儀 表 功 能 ， 以 及 表 示儀 表 或 元 件 的 序 號(hào) 。 儀 表 符 號(hào) 儀 表 符 號(hào) 一 般 畫 成 1

23、 0 或 1 2 mm直 徑 的 圓 圈 。 圓 圈 內(nèi) 分 上 下 兩 個(gè) 部 分 ， 上 半 部 用 字 母 描 述 儀表 功 能 ， 下 半 部 用 數(shù) 字 描 述 儀 表 所 在 工 段 （ 車間 ） 號(hào) 及 儀 表 序 號(hào) 。如 ： 儀 表 功 能 描 述 儀 表 符 號(hào) 中 上 半 部 分 的 字 母 描 述 了 儀 表 功 能 。字 母 位 置 及 相 應(yīng) 意 義 ： 第 一 個(gè) 字 母 ： 被 測(cè) （ 控 ） 變 量 字 母 代 號(hào) ； 第 二 個(gè) 及 以 后 字 母 ： 儀 表 功 能 字 母 代 號(hào) 。例 如 ： TRC： 溫 度 記 錄 控 制 儀 表LI： 物 位 指

24、示 儀 表 字 母 代 號(hào) 含 義 表 常 見 字 母 組 合 表 工 段 及 儀 表 序 號(hào)儀 表 符 號(hào) 中 下 半 部 分 的 數(shù) 字 描 述 了 儀 表 所 在 工 段（ 車 間 ） 及 儀 表 序 號(hào) 。規(guī) 定 ： 前 半 部 分 數(shù) 字 （ 第 一 位 或 前 兩 位 ） 描 述 工 段 號(hào) 后 半 部 分 數(shù) 字 ： 同 一 被 測(cè) （ 控 ） 儀 表 的 排 序 號(hào) ，注 意 ： 儀 表 序 號(hào) 按 照 同 被 測(cè) （ 控 ） 變 量 儀 表 排 序 。例 ： 101： 該 儀 表 屬 于 第 一 工 段 中 的 儀 表 ，并 在 該 工 序 中 的 關(guān) 于 溫 度 測(cè) 控 儀

25、 表中 排 序 為 第 1塊 儀 表204： 該 儀 表 屬 于 第 二 工 段 中 的 儀 表 ， 并 在 該 工 序 中 的 關(guān) 于 物 位 測(cè) 控 儀 表 中 排 序 為 第 4塊 儀 表 一 般 描 述 如 下 例 所 示 ： 儀 表 安 裝 位 置工 程 上 一 般 將 儀 表 安 裝 位 置 分 為 兩 種 ， 即 控 制 室 內(nèi)安 裝 儀 表 及 現(xiàn) 場(chǎng) 安 裝 儀 表 。 儀 表 圓 圈 中 有 中 間 橫 線 者 為 安 裝 在 控 制 室 內(nèi) 儀 表 儀 表 圓 圈 內(nèi) 無 中 間 橫 線 者 為 安 裝 在 設(shè) 備 現(xiàn) 場(chǎng) 的 儀 表例 ： 屬 于 安 裝 在 控 制 室

26、 內(nèi) 儀 表 （ 集 中 儀 表 盤 面 安 裝 ）屬 于 安 裝 在 設(shè) 備 現(xiàn) 場(chǎng) 儀 表 （ 就 地 安 裝 ） 1.4 典 型 受 控 過 程1.4.1 純 滯 后 過 程 純 滯 后 的 表 現(xiàn) 輸 出 變 量 的 變 化 在 時(shí) 間 上 落 后 于 輸 入 變 量 的 變化 （ 測(cè) 量 值 的 變 化 在 時(shí) 間 上 滯 后 于 真 值 的 變 化 ） 純 滯 后 舉 例 ： pH值 調(diào) 節(jié)2 1pH (t) pH (t )l / v 純 滯 后 描 述 ： sY (s)G(s) eY(s) jwG( jw) e 純 滯 后 的 影 響 示 意 圖 1.4.2容 量 過 程有自衡過

27、程：當(dāng)輸入量發(fā)生變化破壞了被控過程的平衡狀態(tài)時(shí)，在不施加任何外界控制作用的情況下，被控過程依靠自身的能力能夠重新達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，則該被控過程為有自平衡能力的過程，可稱其為自衡過程。無自衡過程：當(dāng)輸入量發(fā)生變化破壞了被控過程的平衡狀態(tài)時(shí)，若不施加外界控制作用被控過程無法重新達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，則該被控過程為無自平衡能力過程，可稱其為無自衡過程。容 量 過 程 特 性 分 類 無 自 衡 過 程有 自 衡 過 程 1.4.2.1 單 容 過 程只 含 有 一 個(gè) 容 量 裝 置 的 過 程 1） 無 自 衡 單 容 過 程 特 點(diǎn) ： 系 統(tǒng) 輸 出 流 量 恒 定 不 變 。 過 程 描

28、 述 ： 傳 遞 函 數(shù) 1dV = Q i-Q o Q o: dtdhA Q i Q o A :dth ( Q i Q o ) dtA 常 量截 面 1 1AsH(s) Qi(s) Qo(s) Qi(s)H(s) G(s)Qi(s) As Ts 2) 有 自 衡 單 容 過 程 特 點(diǎn) ： 系 統(tǒng) 出 口 流 量 的 推 動(dòng) 力 為 罐 內(nèi) 液 位 h。 系 統(tǒng) 輸 出 流量 隨 系 統(tǒng) 液 位 變 化 。 關(guān) 系 式 0Q a h 特 性 推 導(dǎo)出 口 流 量 與 液 位 關(guān) 系 ：液 位 變 化 描 述 ： Qo a h 2 2a Qo(s) aQo h H(s)h h V V 1 1

29、211 1 dV Qi QodtAsH(s) Qi(s) Qo(s) aQi(s) H(s)R R hH(s) R T ARQi(s) As / R Ts 方 框 圖 有 自 衡 過 程 曲 線 1.4.2.2 容 量 過 程 - 多 容 過 程 具 有 兩 個(gè) 或 兩 個(gè) 以 上 容 量 設(shè) 備 構(gòu) 成 的 過 程 。多 容 的 相 互 關(guān) 系 ： a. 無 相 互 影 響 多 容 過 程 b. 有 相 互 影 響 多 容 過 程 1) 無 相 互 影 響 雙 容 過 程 單 容 過 程 方 框 圖雙 容 過 程 方 框 圖 過 程 數(shù) 學(xué) 描 述傳 遞 函 數(shù) 2 2 1 21 2 122

30、1 2 1 2 11 11i iH (s) H (s) Q(s) RQ(s) Q(s) Q(s) T s TsRTT s (T T )s g g1 11 1iH (s) RQ(s) Ts 容 器 1容 器 2 2） 具 有 相 互 影 響 的 雙 容 過 程 11 1 1 1 11 1 2 1 1 21 122 1 2 2 2 1 22 2 2 2 2 21 11 1 ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )i idhA Q Q A sH s Q s Q sdtQ h h Q s H s H sR RdhA Q Q A sH s Q s Q sd

31、tQ h Q s H sR R 方 框 圖傳 遞 函 數(shù) （ 二 液 位 相 對(duì) 于 系 統(tǒng) 輸 入 Qi） 1 2 1 1 221 2 1 2 1 22 221 2 1 2 1 2 11iiH ( s ) T R s R RQ ( s ) T T s ( T T A R )sH ( s ) RQ ( s ) T T s ( T T A R )s 1.4.3 反 向 響 應(yīng) 過 程 系 統(tǒng) 對(duì) 階 躍 信 號(hào) 的 響 應(yīng) 具 有 響 應(yīng) 初 期 和 響 應(yīng) 終 期 的響 應(yīng) 方 向 相 反 的 性 質(zhì) 反 向 響 應(yīng) 曲 線 Y1(s)、 Y2(s)：干 擾 作 用 下 產(chǎn) 生 的 二 相反

32、方 向 的 響 應(yīng) 曲 線 Y(s)： 反 向 響 應(yīng) 曲 線Y1(s)與 Y2(s)的 合 成 曲線 反 向 響 應(yīng) 方 框 圖 2 112 1 1 21 11K KG(s) s TsK T K s Ks Ts 例 ： 鍋 爐 汽 包 水 位 對(duì) 蒸 汽 輸 出 變 化 的 響 應(yīng) 液 位 變 化 分 析 1.5 過 程 控 制 系 統(tǒng) 的 分 類 過 程 控 制 系 統(tǒng) 的 分 類 方 法 有 很 多 ， 每 一 種 分 類 只 反 映出 過 程 控 制 系 統(tǒng) 某 一 方 面 的 特 點(diǎn) 。按 被 控 變 量 的 名 稱 分 類 溫 度 控 制 系 統(tǒng) ， 壓 力 控 制 系 統(tǒng) ， 流

33、 量 控 制 系 統(tǒng) 等按 控 制 系 統(tǒng) 完 成 的 功 能 分 類 單 回 路 控 制 系 統(tǒng) ， 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng) ， 比 值 控 制 系 統(tǒng) 等按 被 控 變 量 的 數(shù) 量 分 類 單 變 量 控 制 系 統(tǒng) ， 多 變 量 控 制 系 統(tǒng) 按 控 制 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 分 類 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) ， 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng)控 制 系 統(tǒng) 中 環(huán) 節(jié) 的 任 何 一 個(gè) 信 號(hào) ， 只 要 沿 箭 頭 方向 流 動(dòng) ， 最 終 總 會(huì) 回 到 它 的 起 始 點(diǎn) ， 把 這 樣 的 控制 系 統(tǒng) 稱 為 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 。 不 具 備 這 種 特 性 的 控 制

34、系 統(tǒng) 則 稱 為 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 。例 ：過 程 工 業(yè) 控制 中 一 般 采用 閉 環(huán) 控 制 按 照 被 控 變 量 的 給 定 值 分 類 定 值 控 制 ， 隨 動(dòng) 控 制 ， 程 序 控 制 定 值 控 制 系 統(tǒng) 定 值 控 制 系 統(tǒng) 是 一 種 被 控 變 量 的 給 定 值 始 終 固 定不 變 的 控 制 系 統(tǒng) 。例 ： 液 位 控 制 系 統(tǒng) 。 隨 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 隨 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 是 一 種 被 控 變 量 的 給 定 值 隨 時(shí) 間或 按 第 三 方 要 求 不 斷 變 化 的 控 制 系 統(tǒng) 。例 如 ： NaOH稀 釋 過 程 控 制 為

35、保 證 產(chǎn) 品 濃 度 要 求 水 的 流 量 要隨 著 濃 度 為 30%的 氫 氧 化 鈉 的 流 量變 化 而 成 比 例 變 化 。 本 系 統(tǒng) 控 制 器 的 給 定 值 是 時(shí) 時(shí) 變化 的 濃 度 為 30% 的 NaOH的 實(shí) 際 流量 對(duì) 應(yīng) 的 信 號(hào) ， 被 控 變 量 （ 水 流 量 ） 將 隨 該 信 號(hào)的 變 化 而 變 化 。 所 以 是 一 個(gè) 隨 動(dòng) 控制 系 統(tǒng) 。 給 定 值 程 序 控 制 系 統(tǒng) （ 又 稱 順 序 控 制 系 統(tǒng) ） 程 序 控 制 系 統(tǒng) 是 被 控 變 量 的 給 定 值 按 預(yù) 定 的 時(shí)間 程 序 來 變 化 的 控 制 系 統(tǒng) 。例 如 ：冶 金 工 業(yè) 中 的 金 屬 熱 處 理 的 溫 度 控 制 金 屬 加 熱 給 定 值 都 是 按 照 預(yù) 定 的 升 溫 、 恒 溫 、 降溫 等 程 序 變 化 的 ， 屬 于 程 序 控 制 系 統(tǒng) 。間 歇 式 反 應(yīng) 釜 生 產(chǎn) 過 程 控 制 加 料 預(yù) 熱 段 反 應(yīng) 升 溫 段 恒 溫 反 應(yīng) 段 反 應(yīng) 終 止 冷 卻 降 溫 段 出 料 段注 意 ： 過 程 工 業(yè) 中 隨 動(dòng) 控 制 的 應(yīng) 用 中 ， 每 一 時(shí) 間 段中 一 般 還 存 在 定 值 控 制 的 應(yīng) 用 。