《過程控制工程》配套教學(xué)PPT課件,過程控制工程,過程,控制工程,配套,教學(xué),PPT,課件 第一章第一章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)第一章第一章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)過程控制研究的基本觀點工業(yè)生產(chǎn)過程控制研究的基本觀點第一章第一章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 控制系統(tǒng)組成和控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)組成和控制性能指標(biāo)一、控制系統(tǒng)的組成一、控制系統(tǒng)的組成1 1、簡單控制系統(tǒng)示例簡單控制系統(tǒng)示例2 2、控制系統(tǒng)的框圖控制系統(tǒng)的框圖3 3、控制系統(tǒng)的有關(guān)術(shù)語控制系統(tǒng)的有關(guān)術(shù)語4 4、控制系統(tǒng)框圖的幾點說明控制系統(tǒng)框圖的幾點說明 二、控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)二、控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)1 1、時域控制性能指標(biāo)時域控制性能指標(biāo)2 2、積分性能指標(biāo)積分性能指標(biāo)3 3、控制系統(tǒng)正常運行的重要準(zhǔn)則控制系統(tǒng)正常運行的重要準(zhǔn)則第二節(jié)第二節(jié) 過程動態(tài)特性和建立過程的動態(tài)模型過程動態(tài)特性和建立過程的動態(tài)模型一、過程動態(tài)特性一、過程動態(tài)特性1 1、典型過程動態(tài)特性典型過程動態(tài)特性自衡的非振蕩過程自衡的非振蕩過程無自衡的非振蕩過程無自衡的非振蕩過程自衡的振蕩過程自衡的振蕩過程具有反向特性的過程具有反向特性的過程2 2、過程特性對控制性能指標(biāo)的影響、過程特性對控制性能指標(biāo)的影響增益的影響增益的影響時間常數(shù)的影響時間常數(shù)的影響時滯的影響時滯的影響擾動進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響擾動進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響時間常數(shù)匹配的影響時間常數(shù)匹配的影響被控變量與操作變量的選擇被控變量與操作變量的選擇二、過程動態(tài)模型的建立二、過程動態(tài)模型的建立1 1、對過程模型的要求對過程模型的要求2 2、過程模型建立的方法、過程模型建立的方法機(jī)理建模示例機(jī)理建模示例系統(tǒng)辨識方法系統(tǒng)辨識方法機(jī)理建摸方法機(jī)理建摸方法混合方法混合方法第三節(jié)第三節(jié) 檢測變送環(huán)節(jié)檢測變送環(huán)節(jié)一、檢測變送環(huán)節(jié)的性能一、檢測變送環(huán)節(jié)的性能1.1.檢測元件和變送器的作用檢測元件和變送器的作用：2.2.對檢測變送單元的基本要求對檢測變送單元的基本要求：3.3.選用時的基本考慮選用時的基本考慮：4.4.動態(tài)特性動態(tài)特性 對對T Tmm的基本考慮的基本考慮：減小減小T Tmm的途徑：的途徑：對對 mm的考慮的考慮：mm=l/w=l/w減小減小 mm的途徑：的途徑：二、對檢測變送信號的處理二、對檢測變送信號的處理1.1.濾波及信號處理的目的濾波及信號處理的目的：2.2.濾波的方法濾波的方法：模擬濾波：模擬濾波：數(shù)字濾波數(shù)字濾波：3.3.數(shù)字濾波的算法數(shù)字濾波的算法：4.4.信號處理信號處理：第四節(jié)第四節(jié) 執(zhí)行器環(huán)節(jié)執(zhí)行器環(huán)節(jié)一、執(zhí)行器概述一、執(zhí)行器概述1.1.執(zhí)行器的類型執(zhí)行器的類型2.2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析3.3.調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分析調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分析二、流量特性二、流量特性1.1.線性流量特性線性流量特性2.2.等百分比流量特性等百分比流量特性3.3.拋物線流量特性拋物線流量特性4.4.快開流量特性快開流量特性三、控制閥特性的選擇三、控制閥特性的選擇1.1.從靜態(tài)考慮選擇控制閥的工作特性從靜態(tài)考慮選擇控制閥的工作特性2.2.從動態(tài)考慮選擇控制閥的工作特性從動態(tài)考慮選擇控制閥的工作特性3.3.從控制閥的工作特性選擇控制閥的理想特性從控制閥的工作特性選擇控制閥的理想特性4.4.控制閥氣開、氣關(guān)形式的選擇控制閥氣開、氣關(guān)形式的選擇;5.5.壓降比壓降比S S的考慮的考慮四、四、閥門定位器的正確使用閥門定位器的正確使用五、五、其他執(zhí)行器其他執(zhí)行器第五節(jié)第五節(jié) 控制器的模擬控制算法控制器的模擬控制算法一、一、基本控制算法分析基本控制算法分析二、比例控制算法二、比例控制算法1.1.比例控制算法比例控制算法2.2.比例增益對控制系統(tǒng)的影響比例增益對控制系統(tǒng)的影響三、比例積分控制算法三、比例積分控制算法1.1.比例積分控制算法比例積分控制算法2.2.對對PIPI控制作用的分析控制作用的分析3.3.PIPI控制作用對系統(tǒng)過渡過程的影響控制作用對系統(tǒng)過渡過程的影響四、積分飽和及其防止四、積分飽和及其防止1.1.積分飽和積分飽和2.2.積分飽和的防止積分飽和的防止五、比例微分控制算法五、比例微分控制算法1.1.比例微分控制算法比例微分控制算法2.2.使用注意事項使用注意事項六、比例積分微分控制算法六、比例積分微分控制算法1.1.比例積分微分控制算法比例積分微分控制算法2.2.PIDPID控制作用對過渡過程的影響控制作用對過渡過程的影響第六節(jié)第六節(jié) 控制器的數(shù)字控制算法控制器的數(shù)字控制算法一、模擬控制算法的數(shù)字化一、模擬控制算法的數(shù)字化1.1.位置算法位置算法2.2.增量算法增量算法3.3.速度算法速度算法二、數(shù)字控制算法的改進(jìn)二、數(shù)字控制算法的改進(jìn)1.1.數(shù)字控制算法的特點數(shù)字控制算法的特點2.2.數(shù)字控制算法的改進(jìn)數(shù)字控制算法的改進(jìn) 對積分控制算法的改進(jìn)對積分控制算法的改進(jìn) 對微分控制算法的改進(jìn)對微分控制算法的改進(jìn)3.3.實現(xiàn)數(shù)字控制算法時應(yīng)注意的問題實現(xiàn)數(shù)字控制算法時應(yīng)注意的問題三、連續(xù)系統(tǒng)的離散化三、連續(xù)系統(tǒng)的離散化1.1.差分近似差分近似2.2.輸入只在采樣時刻作變化情況下的精確方法輸入只在采樣時刻作變化情況下的精確方法3.3.s s域到域到z z域的對應(yīng)變換域的對應(yīng)變換4.4.插入保持器后插入保持器后s s域到域到z z域的對應(yīng)變換域的對應(yīng)變換5.5.時間離散系統(tǒng)到時間連續(xù)系統(tǒng)的變換時間離散系統(tǒng)到時間連續(xù)系統(tǒng)的變換第七節(jié)第七節(jié) 控制器參數(shù)整定和控制系統(tǒng)投運控制器參數(shù)整定和控制系統(tǒng)投運一、一、控制器參數(shù)整定的若干原則控制器參數(shù)整定的若干原則對已存在的控制系統(tǒng)，調(diào)整控制器參數(shù)對已存在的控制系統(tǒng)，調(diào)整控制器參數(shù)使系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制品質(zhì)使系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制品質(zhì)二、控制器參數(shù)整定二、控制器參數(shù)整定1.1.控制器參數(shù)的經(jīng)驗整定法控制器參數(shù)的經(jīng)驗整定法2.2.控制器參數(shù)的半經(jīng)驗整定法控制器參數(shù)的半經(jīng)驗整定法 衰減曲線法衰減曲線法 臨界比例度法臨界比例度法 控制度法控制度法3.3.控制器參數(shù)整定的反應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定的反應(yīng)曲線法 Ziegler&NicholsZiegler&Nichols法法 LopezLopez法法 CohenCoonCohenCoon法法4.4.理論計算法理論計算法5.5.控制器正反作用的設(shè)置控制器正反作用的設(shè)置三、三、控制系統(tǒng)的投運和維護(hù)控制系統(tǒng)的投運和維護(hù)第八節(jié)第八節(jié) 與與PIDPID控制密切相關(guān)的幾類控制算法控制密切相關(guān)的幾類控制算法一、一、二維二維PIDPID控制算法控制算法1.1.PIDPDPIDPD控制算法控制算法2.2.設(shè)定濾波的兩維設(shè)定濾波的兩維PIDPID控制算法控制算法二、時間比例控制系統(tǒng)二、時間比例控制系統(tǒng)1.1.開關(guān)控制開關(guān)控制2.2.時間比例控制時間比例控制三、差拍控制系統(tǒng)三、差拍控制系統(tǒng)1.1.差拍控制系統(tǒng)的基本原理差拍控制系統(tǒng)的基本原理2.2.差拍控制系統(tǒng)的特點差拍控制系統(tǒng)的特點3.Dahlin3.Dahlin控制算法控制算法 DahlinDahlin控制算法控制算法 改進(jìn)改進(jìn)DahlinDahlin控制算法控制算法4.4.V.E.V.E.控制算法控制算法5.5.卡爾曼控制算法卡爾曼控制算法差拍控制算法總匯差拍控制算法總匯第一節(jié)第一節(jié) 控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)組成一、控制系統(tǒng)的組成一、控制系統(tǒng)的組成液位控制系統(tǒng)示例液位控制系統(tǒng)示例uu當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動的影響時當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動的影響時為使被控變量（液位）與設(shè)定值保持一致為使被控變量（液位）與設(shè)定值保持一致檢測被控變量，并與設(shè)定值比較得到偏差檢測被控變量，并與設(shè)定值比較得到偏差按一定控制規(guī)律對偏差運算按一定控制規(guī)律對偏差運算輸出信號驅(qū)動操縱變量（流量）輸出信號驅(qū)動操縱變量（流量）最終使被控變量回復(fù)到設(shè)定值最終使被控變量回復(fù)到設(shè)定值l l變送器檢測液位變送器檢測液位l l控制器對偏差運算控制器對偏差運算l l執(zhí)行器改變操縱變量執(zhí)行器改變操縱變量一、控制系統(tǒng)的組成一、控制系統(tǒng)的組成壓力控制系統(tǒng)的示例壓力控制系統(tǒng)的示例uu當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動的影響時當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動的影響時為使被控變量（壓力）與設(shè)定值保持為使被控變量（壓力）與設(shè)定值保持一致一致檢測被控變量，并與設(shè)定值比較得到檢測被控變量，并與設(shè)定值比較得到偏差偏差按一定控制規(guī)律對偏差運算按一定控制規(guī)律對偏差運算輸出信號驅(qū)動操縱變量（流量）輸出信號驅(qū)動操縱變量（流量）最終使被控變量回復(fù)到設(shè)定值最終使被控變量回復(fù)到設(shè)定值l l變送器檢測壓力變送器檢測壓力l l控制器對偏差運算控制器對偏差運算l l執(zhí)行器改變操縱變量執(zhí)行器改變操縱變量第一節(jié)第一節(jié) 控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)組成一、控制系統(tǒng)的組成一、控制系統(tǒng)的組成溫度控制系統(tǒng)示例溫度控制系統(tǒng)示例n n當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動的影響時當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動的影響時為使被控變量（溫度）與設(shè)定值保持為使被控變量（溫度）與設(shè)定值保持一致檢測被控變量，并與設(shè)定值比較一致檢測被控變量，并與設(shè)定值比較得到偏差按一定控制規(guī)律對偏差運算得到偏差按一定控制規(guī)律對偏差運算輸出信號驅(qū)動操縱變量（流量）輸出信號驅(qū)動操縱變量（流量）最終使被控變量回復(fù)到設(shè)定值最終使被控變量回復(fù)到設(shè)定值n n變送器檢測溫度變送器檢測溫度n n控制器對偏差運算控制器對偏差運算n n執(zhí)行器改變操縱變量執(zhí)行器改變操縱變量返回TTTC蒸汽設(shè)定值FTFC設(shè)定值LTLC設(shè)定值(a)溫度控制系統(tǒng)(b)壓力控制系統(tǒng)(c)液位控制系統(tǒng)圖1-1 簡單控制系統(tǒng)示例PTPC設(shè)定值(d)流量控制系統(tǒng)返回第一節(jié)第一節(jié) 控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)組成一、控制系統(tǒng)的組成一、控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的框圖控制系統(tǒng)的框圖控制系統(tǒng)由被控對象、檢測變送、控制器和執(zhí)行器等組成控制系統(tǒng)由被控對象、檢測變送、控制器和執(zhí)行器等組成傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)隨動控制系統(tǒng)（Fixed set point control system）傳遞函數(shù)：定值控制系統(tǒng)（Follow-up control system）傳遞函數(shù)：返回控制系統(tǒng)組成請點擊控制系統(tǒng)組成請點擊n n被控對象請點擊n n變送器請點擊n n計算機(jī)請點擊n n檢測元件請點擊n n控制器請點擊n n執(zhí)行器請點擊返回被控對象變送器計算機(jī)檢測元件控制器執(zhí)行器一、控制系統(tǒng)的組成一、控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)框圖的幾點說明控制系統(tǒng)框圖的幾點說明返回說明幾點：n n簡單控制系統(tǒng)有兩個通道：控制通道和擾簡單控制系統(tǒng)有兩個通道：控制通道和擾動通道。動通道。n n框圖中的各個信號都是增量。圖中的箭頭框圖中的各個信號都是增量。圖中的箭頭表示信號的流向，并非物流或能流的方向。表示信號的流向，并非物流或能流的方向。n n各環(huán)節(jié)的增益有正、有負(fù)。當(dāng)該環(huán)節(jié)的輸各環(huán)節(jié)的增益有正、有負(fù)。當(dāng)該環(huán)節(jié)的輸入增加時，其輸出增加，則該環(huán)節(jié)的增益入增加時，其輸出增加，則該環(huán)節(jié)的增益為正，反之，如果輸出減小則增益為負(fù)。為正，反之，如果輸出減小則增益為負(fù)。返回n n對象的增益有正、有負(fù)例如：加熱系統(tǒng)的增益為正、冷卻系統(tǒng)的增益為負(fù)；n n氣開閥的增益為正、氣關(guān)閥的增益為負(fù)；n n正作用控制器的增益為負(fù)，反作用控制器的增益為正；n n檢測變送器的增益一般為正。n n通過調(diào)整控制器的正反作用來保證系統(tǒng)為負(fù)反饋。n n加熱系統(tǒng)對象放大倍數(shù)為正加熱系統(tǒng)對象放大倍數(shù)為正n n采用氣開閥放大倍數(shù)為正采用氣開閥放大倍數(shù)為正n n檢測變送器放大倍數(shù)為正檢測變送器放大倍數(shù)為正n n控制器應(yīng)選放大倍數(shù)為正即反作用控制器應(yīng)選放大倍數(shù)為正即反作用n n冷卻系統(tǒng)對象放大倍數(shù)為負(fù)n n采用氣開閥放大倍數(shù)為正n n檢測變送器放大倍數(shù)為正n n控制器應(yīng)選放大倍數(shù)為負(fù)即正作用n n通常將執(zhí)行器、被控對象和檢測變送環(huán)節(jié)通常將執(zhí)行器、被控對象和檢測變送環(huán)節(jié)合并為廣義對象，廣義對象傳遞函數(shù)用合并為廣義對象，廣義對象傳遞函數(shù)用Go(s)表示。表示。n n控制系統(tǒng)中如果包含采樣開關(guān)，則這類控控制系統(tǒng)中如果包含采樣開關(guān)，則這類控制系統(tǒng)稱為采樣控制系統(tǒng)（制系統(tǒng)稱為采樣控制系統(tǒng)（Sampling control system）。）。返回第一節(jié)第一節(jié) 控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)組成二、控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)二、控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)時域控制性能指標(biāo)時域控制性能指標(biāo)返回1.1.衰減比衰減比n n：衰減比（：衰減比（SubsidenceratioSubsidenceratio）是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性）是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)。它是相鄰?fù)较騼蓚€波峰的幅值之比。即：指標(biāo)。它是相鄰?fù)较騼蓚€波峰的幅值之比。即：n nn1n1n.1衰減振蕩衰減振蕩n nn n無窮大為非周期過程無窮大為非周期過程n n衰減率衰減率也用于表示控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它是每經(jīng)過一個周期也用于表示控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它是每經(jīng)過一個周期后，波動幅度衰減的百分?jǐn)?shù)，即：后，波動幅度衰減的百分?jǐn)?shù)，即：2超調(diào)量和最大動態(tài)偏差：n n隨動控制系統(tǒng)中，超調(diào)量（Overshoot）定義為：n n定值控制系統(tǒng)采用最大動態(tài)偏差A(yù)表示超調(diào)程度。即：3余差：它是控制系統(tǒng)的最終穩(wěn)態(tài)偏差e()。在階躍輸入作用下，余差（Steadystateerror）為：定值控制系統(tǒng)中，r=0，因此有：e()=C。余差是控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。4回復(fù)時間和振蕩頻率：被控變量從過渡過程開始到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值5%或2%范圍內(nèi)的時間作為過渡過程的回復(fù)時間Ts（Settlingtime）?；貜?fù)時間是控制系統(tǒng)的快速性指標(biāo)。振蕩頻率與振蕩周期T的關(guān)系是在相同衰減比n下，振蕩頻率越高，回復(fù)時間越短；在相同振蕩頻率下，衰減比越大，回復(fù)時間越短。5偏離度：控制系統(tǒng)偏離度是被控變量統(tǒng)計特性的描述。在相同干擾作用下，定值控制系統(tǒng)輸出的最大偏差越大，系統(tǒng)的偏離度越大；在相同的衰減比下，系統(tǒng)輸出的周期越大，系統(tǒng)的偏離度越大。返回綜合性控制指標(biāo)（積分鑒定指標(biāo)）綜合性控制指標(biāo)（積分鑒定指標(biāo)）返回控制系統(tǒng)運行的重要準(zhǔn)則控制系統(tǒng)運行的重要準(zhǔn)則返回第二節(jié)第二節(jié) 過程特性及動態(tài)模型建立過程特性及動態(tài)模型建立一、過程特性類型一、過程特性類型過程特性類型參數(shù)估計曲線擬合返回過程特性過程特性1 1：自衡非振蕩過程：自衡非振蕩過程下一頁上一頁返回過程特性過程特性2 2：無自衡非振蕩過程：無自衡非振蕩過程 下一頁 上 一頁 返回 過程特性過程特性3 3：有自衡振蕩過程：有自衡振蕩過程 下一頁 上 一頁 返回 過程特性過程特性4 4：具有反向特性的過程：具有反向特性的過程 上 一頁 返回 增益的影響增益的影響返回時間常數(shù)的影響時間常數(shù)的影響返回時間常數(shù)匹配的影響時間常數(shù)匹配的影響返回擾動進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響擾動進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響返回時滯的影響時滯的影響：控制通道時滯的影響：控制通道時滯的影響：控制通道時滯的影響：控制通道時滯的影響：n n當(dāng)檢測變送環(huán)節(jié)存在時滯時，被控變量的變化不當(dāng)檢測變送環(huán)節(jié)存在時滯時，被控變量的變化不能及時傳送到控制器；當(dāng)被控對象存在時滯時，能及時傳送到控制器；當(dāng)被控對象存在時滯時，控制作用不能及時使被控變量變化；當(dāng)執(zhí)行器存控制作用不能及時使被控變量變化；當(dāng)執(zhí)行器存在時滯時，控制器的信號不能及時引起操縱變量在時滯時，控制器的信號不能及時引起操縱變量的變化。因此，開環(huán)傳遞函數(shù)存在時滯，使控制的變化。因此，開環(huán)傳遞函數(shù)存在時滯，使控制不及時，超調(diào)增大，并引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。不及時，超調(diào)增大，并引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。n n用用 o o/T To o反映時滯的相對影響。通常，反映時滯的相對影響。通常，o o/T To o0.30.3時，系統(tǒng)尚可用簡單控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng)時，系統(tǒng)尚可用簡單控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng) o o/T To o0.30.3時，應(yīng)采用其他控制方案對該類過程時，應(yīng)采用其他控制方案對該類過程進(jìn)行控制。因此，在設(shè)計和應(yīng)用時應(yīng)盡量減小時進(jìn)行控制。因此，在設(shè)計和應(yīng)用時應(yīng)盡量減小時滯，有時可增大時間常數(shù)以減小滯，有時可增大時間常數(shù)以減小 o o/T To o。擾動通道時滯的影響：擾動通道時滯的影響：n n時滯f的存在不影響系統(tǒng)閉環(huán)極點的分布，因此，不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。它僅表示擾動進(jìn)入系統(tǒng)的時間先后，即不影響控制系統(tǒng)控制品質(zhì)。被控變量和操縱變量的選擇被控變量和操縱變量的選擇n n深入了解工藝過程，選擇能夠反映工藝過程的被控深入了解工藝過程，選擇能夠反映工藝過程的被控變量；變量；n n盡量選用易于測量且關(guān)系簡單的直接質(zhì)量指標(biāo)作為盡量選用易于測量且關(guān)系簡單的直接質(zhì)量指標(biāo)作為被控變量；被控變量；n n操縱變量的選擇原則：操縱變量的選擇原則：n n選擇對被控變量影響較大的操縱變量，即選擇對被控變量影響較大的操縱變量，即K Ko o盡量大；盡量大；n n選擇對被控變量有較快響應(yīng)的操縱變量，即過程的選擇對被控變量有較快響應(yīng)的操縱變量，即過程的n n o o/T To o應(yīng)盡量??；應(yīng)盡量??；n n過程的過程的T To o/T Tf f 應(yīng)盡量小；應(yīng)盡量??；n n使過程的使過程的K Kf fF F盡量??；盡量??；n n工藝的合理性與動態(tài)響應(yīng)的快速性應(yīng)有機(jī)結(jié)合。工藝的合理性與動態(tài)響應(yīng)的快速性應(yīng)有機(jī)結(jié)合。過程動態(tài)模型的建立過程動態(tài)模型的建立對過程模型的要求n n對過程模型的要求是正確、可靠和簡單。對過程模型的要求是正確、可靠和簡單。n n過程動態(tài)模型可分為三類；n n黑箱模型、白箱模型和灰箱模型。n n過程模型建立的方法有：系統(tǒng)辯識方法經(jīng)驗建模方法；機(jī)理建模方法：混合方法。返回系統(tǒng)辯識方法：n n根據(jù)過程輸入輸出數(shù)據(jù)確定過程模型的結(jié)構(gòu)和參根據(jù)過程輸入輸出數(shù)據(jù)確定過程模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的建模方法稱為系統(tǒng)辯識方法，建立的模型稱數(shù)的建模方法稱為系統(tǒng)辯識方法，建立的模型稱為黑箱模型。為黑箱模型。n n過程辨識的方法很多，依據(jù)輸入變量的變化情況過程辨識的方法很多，依據(jù)輸入變量的變化情況（即所施加外作用的形式），目前大致可分為非（即所施加外作用的形式），目前大致可分為非周期函數(shù)，周期函數(shù)，非周期性隨機(jī)函數(shù)及周期周期函數(shù)，周期函數(shù)，非周期性隨機(jī)函數(shù)及周期性函數(shù)等四類。性函數(shù)等四類。n n階躍響應(yīng)法階躍響應(yīng)法n n脈沖響應(yīng)法脈沖響應(yīng)法 需要驗前知識少，但建立的模型不具有放大功能，需要驗前知識少，但建立的模型不具有放大功能，需要驗前知識少，但建立的模型不具有放大功能，需要驗前知識少，但建立的模型不具有放大功能，即不能類推到不同型號的放大設(shè)備或過程中。即不能類推到不同型號的放大設(shè)備或過程中。即不能類推到不同型號的放大設(shè)備或過程中。即不能類推到不同型號的放大設(shè)備或過程中。(1).階躍響應(yīng)法階躍響應(yīng)法非常簡單，只要有遙控閥和階躍響應(yīng)法非常簡單，只要有遙控閥和被控變量紀(jì)錄儀表就可以進(jìn)行。先使工況被控變量紀(jì)錄儀表就可以進(jìn)行。先使工況保持平穩(wěn)一段時間，然后使閥門作階躍式保持平穩(wěn)一段時間，然后使閥門作階躍式的變化（通常在的變化（通常在10以內(nèi)），在此同時把以內(nèi)），在此同時把被控變量的變化過程記錄下來，得到廣義被控變量的變化過程記錄下來，得到廣義對象的階躍響應(yīng)曲線。對象的階躍響應(yīng)曲線。把對象作為具有時滯的一階對象來處理：式中K0對象放大系數(shù)；T0對象時間常數(shù)；對象時滯。各參數(shù)求法如下：=時間軸原點至通過拐點切線與時間軸交點的時間間隔T0=被控變量y完成全部變化量的63.2所需時間。另外一種確定和T0的方法，是把達(dá)到39和63響應(yīng)的時間讀出來，分別用t0.39和t0.63來表示，按下式計算T0=2（t0.63t0.39）=2t0.39t0.63(2)脈沖響應(yīng)法輸入是輸入是u(tu(t)=)=u u1 1(t)+(t)+u u2 2(t)(t)=u u1 1(t)(t)u(tu(tt t)而輸出是而輸出是y(ty(t)=h)=h1 1(t)+h(t)+h2 2(t)(t)=h=h1 1(t)h(t)h1 1(t(tt)t)hh1 1(t)=(t)=y(ty(t)+h)+h1 1(t(tt)t)上式表示了響應(yīng)曲線關(guān)系式，在上式表示了響應(yīng)曲線關(guān)系式，在0 0t t時時間內(nèi)，間內(nèi)，h h1 1(t)(t)等于脈沖響應(yīng)即等于脈沖響應(yīng)即h h1 1(t)=(t)=y(ty(t)，而后，而后h h1 1(t)(t)等于當(dāng)時的脈沖響應(yīng)等于當(dāng)時的脈沖響應(yīng)y(ty(t)加加t t時間以前的階躍響應(yīng)時間以前的階躍響應(yīng)h h1 1(t(tt)t)，隨著時間推移就可得到完整階躍響應(yīng)曲，隨著時間推移就可得到完整階躍響應(yīng)曲線。得階躍響應(yīng)曲線后，可以通過前述有線。得階躍響應(yīng)曲線后，可以通過前述有關(guān)方法求取過程的數(shù)學(xué)模型。關(guān)方法求取過程的數(shù)學(xué)模型。返回機(jī)理建模方法：根據(jù)過程的內(nèi)在機(jī)理，應(yīng)用物料平衡、能量平衡和根據(jù)過程的內(nèi)在機(jī)理，應(yīng)用物料平衡、能量平衡和有關(guān)的化學(xué)、物理規(guī)律建立過程模型的方法是機(jī)理有關(guān)的化學(xué)、物理規(guī)律建立過程模型的方法是機(jī)理建模方法，又稱為過程動態(tài)學(xué)方法。建立的模型稱建模方法，又稱為過程動態(tài)學(xué)方法。建立的模型稱為白箱模型。為白箱模型。建立機(jī)理模型的方法是：建立機(jī)理模型的方法是：建立機(jī)理模型的方法是：建立機(jī)理模型的方法是：n n列寫基本方程：物料平衡和能量平衡方程等；列寫基本方程：物料平衡和能量平衡方程等；n n消去中間變量，建立狀態(tài)變量消去中間變量，建立狀態(tài)變量x x、控制變量、控制變量u u和輸出和輸出變量變量y y的關(guān)系；的關(guān)系；n n增量化：在工作點處對方程進(jìn)行增量化，獲得增量增量化：在工作點處對方程進(jìn)行增量化，獲得增量方程；方程；n n線性化：在工作點處進(jìn)行線性化處理，簡化過程特線性化：在工作點處進(jìn)行線性化處理，簡化過程特性；性；n n列寫狀態(tài)和輸出方程。列寫狀態(tài)和輸出方程。機(jī)理模型的優(yōu)點是：機(jī)理模型的優(yōu)點是：機(jī)理模型的優(yōu)點是：機(jī)理模型的優(yōu)點是：n n（1 1）可以充分利用已知的過程知識，從事物的本）可以充分利用已知的過程知識，從事物的本質(zhì)上去認(rèn)識外部特性（質(zhì)上去認(rèn)識外部特性（2 2）可以驗前得出，在流程）可以驗前得出，在流程和設(shè)備的設(shè)計階段即能求取；（和設(shè)備的設(shè)計階段即能求取；（3 3）有較大的適用）有較大的適用范圍，操作條件變化是可以類推。范圍，操作條件變化是可以類推。n n但也有兩個弱點：（但也有兩個弱點：（1 1）對于復(fù)雜的過程，人們對對于復(fù)雜的過程，人們對基本方程的某些參數(shù)不完全掌握，例如，換熱器的基本方程的某些參數(shù)不完全掌握，例如，換熱器的K K值，由傳熱學(xué)書籍提供的公式可能有值，由傳熱學(xué)書籍提供的公式可能有10103030的誤差。又如，象精餾塔的塔板效率、塔板流體中的誤差。又如，象精餾塔的塔板效率、塔板流體中的汽液比值等參數(shù)，很難預(yù)先精確估計；（的汽液比值等參數(shù)，很難預(yù)先精確估計；（2 2）如）如不經(jīng)過輸入輸出數(shù)據(jù)的驗證，則近乎紙上談兵，難不經(jīng)過輸入輸出數(shù)據(jù)的驗證，則近乎紙上談兵，難以判斷其正確性。以判斷其正確性。下一頁返回上一頁返回混合方法：n n把兩種途徑結(jié)合，可兼采兩者之長，補(bǔ)各自之短。介于上述兩種方法之間的建模方法，稱為混合方法。所得模型稱為灰箱模型。返回一、測量性能一、測量性能返回二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性返回三、濾波和信號處理三、濾波和信號處理返回1 1、執(zhí)行器的類型、執(zhí)行器的類型控制框圖返回執(zhí)行器的傳遞函數(shù)描述執(zhí)行器的傳遞函數(shù)描述返回2 2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析死區(qū)的影響返回返回3 3、調(diào)解機(jī)構(gòu)的分析、調(diào)解機(jī)構(gòu)的分析返回控制閥流量特性控制閥流量特性返回特性曲線等百分比流量特性第一頁第一頁下一頁返回第二頁第二頁下一頁返回上一頁第三頁第三頁下一頁上一頁返回第四頁第四頁下一頁上一頁返回第五頁第五頁下一頁上一頁返回第六頁第六頁下一頁上一頁返回第七頁第七頁下一頁上一頁返回等百分比流量特性等百分比流量特性特性曲線返回快開流量特性快開流量特性返回特性曲線拋物線流量特性拋物線流量特性特性曲線返回隨動控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)：設(shè)定值設(shè)定值R R變化變化返回定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)：負(fù)荷變化負(fù)荷變化返回定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)：閥前后的壓力變化閥前后的壓力變化返回從動態(tài)性能考慮控制閥的工作特性從動態(tài)性能考慮控制閥的工作特性返回根據(jù)壓降比根據(jù)壓降比S S選擇控制閥的理想特性選擇控制閥的理想特性返回根據(jù)被控變量選擇控制閥的理想特性根據(jù)被控變量選擇控制閥的理想特性返回?fù)Q熱器定值控制系統(tǒng)中換熱器定值控制系統(tǒng)中控制閥的選擇控制閥的選擇返回選擇控制法特性時的注意事項選擇控制法特性時的注意事項返回控制閥氣開、氣關(guān)形式的選擇控制閥氣開、氣關(guān)形式的選擇返回壓降比壓降比S S的考慮的考慮返回閥門定位器的工作原理閥門定位器的工作原理返回閥門定位器的功能閥門定位器的功能返回其他執(zhí)行器其他執(zhí)行器返回基本控制算法分析基本控制算法分析返回P P作用控制算法作用控制算法返回比例度比例度返回控制器的正反作用控制器的正反作用返回方框圖和傳遞函數(shù)方框圖和傳遞函數(shù)返回控制器增益對控制品質(zhì)的影響控制器增益對控制品質(zhì)的影響返回控制器增益Kc對最大偏差的影響n n最大偏差對于二階衰減振蕩可見，隨著過程增益Kc的增加，最大偏差減小，但穩(wěn)定性變差。液位控制的余差液位控制的余差返回隨動控制系統(tǒng)單比例單比例余差對于二階衰減振蕩n n隨著增大Kc，余差減小，而超調(diào)量增大。超調(diào)量隨動控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)返回定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)返回幅頻特性分析幅頻特性分析返回開環(huán)不穩(wěn)定對象的示例開環(huán)不穩(wěn)定對象的示例返回比例積分控制算法比例積分控制算法返回對對PIPI控制作用的分析控制作用的分析返回對穩(wěn)定性的影響對穩(wěn)定性的影響返回控制器積分時間變化時的輸出曲線控制器積分時間變化時的輸出曲線返回定值控制系統(tǒng)控制器積分時間變化時的輸出曲線控制器積分時間變化時的輸出曲線隨動控制系統(tǒng)返回積分飽和積分飽和返回示例安全放空系統(tǒng)安全放空系統(tǒng)返回積分飽和的防止積分飽和的防止積分外反饋積分外反饋PI控制規(guī)則的實現(xiàn)控制規(guī)則的實現(xiàn)返回積分外反饋返回比例微分控制算法比例微分控制算法返回比例微分控制算法使用注意事項比例微分控制算法使用注意事項返回比例積分微分控制算法比例積分微分控制算法返回PIDPID控制作用對過渡過程的影響控制作用對過渡過程的影響返回位置算法位置算法返回增量算法增量算法返回速度算法速度算法返回離散離散PIDPID算法特點算法特點返回采樣周期的考慮采樣周期的考慮影響控制度因素影響控制度因素采樣周期對控制品質(zhì)的影響采樣周期對控制品質(zhì)的影響返回香農(nóng)定理香農(nóng)定理返回采樣周期的選擇采樣周期的選擇返回影響控制度因素影響控制度因素返回對積分作用的改進(jìn)之一對積分作用的改進(jìn)之一返回對積分作用的改進(jìn)之二對積分作用的改進(jìn)之二返回對積分作用的改進(jìn)之三對積分作用的改進(jìn)之三返回微分先行不完全微分輸入濾波實現(xiàn)數(shù)字控制算法時應(yīng)注意的問題（輸入）實現(xiàn)數(shù)字控制算法時應(yīng)注意的問題（輸入）返回數(shù)字濾波數(shù)字濾波DDC系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖對檢測變送信號的處理（局部放大）對檢測變送信號的處理（局部放大）返回DDCDDC系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖返回實現(xiàn)數(shù)字控制算法時應(yīng)注意的問題（信號量化和線性化）實現(xiàn)數(shù)字控制算法時應(yīng)注意的問題（信號量化和線性化）返回示例示例信號量化示例信號量化示例返回實現(xiàn)數(shù)字控制算法時應(yīng)注意的問題（輸出）實現(xiàn)數(shù)字控制算法時應(yīng)注意的問題（輸出）返回應(yīng)注意的問題應(yīng)注意的問題返回PID控制作用n n比例作用比例作用P P是基本控制作用，輸出與輸入無相位差。是基本控制作用，輸出與輸入無相位差。KcKc越大控制作用越強(qiáng)，隨著越大控制作用越強(qiáng)，隨著KcKc 的增加的增加(比例度比例度減小減小)，余差下降，最大偏差減小，但穩(wěn)定性變，余差下降，最大偏差減小，但穩(wěn)定性變差。差。n n比例作用比例作用P P引入積分作用引入積分作用I I后，可以消除余差。但后，可以消除余差。但是幅值增加，相位滯后，使穩(wěn)定性裕度下降，為是幅值增加，相位滯后，使穩(wěn)定性裕度下降，為保持同樣穩(wěn)定性裕度，保持同樣穩(wěn)定性裕度，KcKc應(yīng)減少應(yīng)減少1020%(1020%(比例比例度度應(yīng)增加應(yīng)增加1020%)1020%)。積分時間。積分時間T Ti i越短，積分作越短，積分作用越強(qiáng)，用越強(qiáng)，T Ti i趨向無窮大時無積分作用。應(yīng)防積分趨向無窮大時無積分作用。應(yīng)防積分飽和。飽和。PID控制作用n n比例作用P引入適當(dāng)微分作用D后，幅值增加，相位超前，使穩(wěn)定性裕度提高，為保持同樣穩(wěn)定性裕度，Kc應(yīng)增加1020%(比例度應(yīng)減少1020%)。微分作用D可以克服容滯后，但對時滯毫無作用。微分時間Td越大，微分作用越強(qiáng)，Td=0無微分作用?？刂破鲄?shù)整定的若干原則控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)整定的若干原則控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)整定的若干原則控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)整定的若干原則控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)整定的若干原則控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)的經(jīng)驗整定法控制器參數(shù)的經(jīng)驗整定法返回控制器參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)n流量：對象時間常數(shù)小，參數(shù)有波動，要大40100%40100%；Ti要短0.31min0.31min；不用微分。n n溫溫 度：對象容量滯后較大，即參數(shù)受干擾后變化遲緩，度：對象容量滯后較大，即參數(shù)受干擾后變化遲緩，應(yīng)小應(yīng)小2060%2060%；Ti要長要長310min310min；一般；一般需加微分需加微分Td=0.53minTd=0.53minn n壓壓 力：對象的容量滯后不算大，一般不加微分力：對象的容量滯后不算大，一般不加微分 =3070%=3070%Ti=0.43min.43minn n液液 位：對象時間常數(shù)范圍較大，要求不高時，位：對象時間常數(shù)范圍較大，要求不高時，可在一可在一定范圍內(nèi)選取，一般不用微分，定范圍內(nèi)選取，一般不用微分，=2080%2080%控制器參數(shù)的經(jīng)驗整定法控制器參數(shù)的經(jīng)驗整定法返回控制器參數(shù)的半經(jīng)驗整定法控制器參數(shù)的半經(jīng)驗整定法返回臨界比例度法臨界比例度法返回控制度法控制度法返回Ziegler&NicholsZiegler&Nichols法法返回LopezLopez法法返回Cohen-CoonCohen-Coon法法返回根軌跡法根軌跡法返回根軌跡法根軌跡法返回控制器正反作用的設(shè)置控制器正反作用的設(shè)置返回氣開閥例一蒸汽氣開閥例二氣關(guān)閥氣關(guān)閥例三自整定調(diào)節(jié)器自整定調(diào)節(jié)器n n繼電型自整定繼電型自整定繼電型自整定繼電型自整定-山武霍尼韋爾公司山武霍尼韋爾公司山武霍尼韋爾公司山武霍尼韋爾公司TDC3000-SCCTDC3000-SCCGo(s)dhRY 繼電繼電型自整定方法型自整定方法簡單簡單、可靠，、可靠，需要需要預(yù)預(yù)先先設(shè)設(shè)定的參數(shù)就是定的參數(shù)就是h和和d繼電繼電特性的參數(shù)特性的參數(shù) 該方法的缺點是，被控對象須能在開關(guān)信號作用下產(chǎn)生等幅振蕩，從而限制該方法的缺點是，被控對象須能在開關(guān)信號作用下產(chǎn)生等幅振蕩，從而限制了其使用范圍。了其使用范圍。橫河北辰公司橫河北辰公司-YEWSERIES-80自整定自整定PID控制器控制器FOXBORO-EXACT自整定PID控制器控制系統(tǒng)的投運和維護(hù)控制系統(tǒng)的投運和維護(hù)返回擾動進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響擾動進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響返回時間常數(shù)匹配的影響時間常數(shù)匹配的影響返回增益的影響增益的影響返回時間常數(shù)的影響時間常數(shù)的影響返回時滯的影響時滯的影響：控制通道時滯的影響：控制通道時滯的影響：控制通道時滯的影響：控制通道時滯的影響：n n當(dāng)檢測變送環(huán)節(jié)存在時滯時，被控變量的變化不能當(dāng)檢測變送環(huán)節(jié)存在時滯時，被控變量的變化不能及時傳送到控制器；當(dāng)被控對象存在時滯時，控制及時傳送到控制器；當(dāng)被控對象存在時滯時，控制作用不能及時使被控變量變化；當(dāng)執(zhí)行器存在時滯作用不能及時使被控變量變化；當(dāng)執(zhí)行器存在時滯時，控制器的信號不能及時引起操縱變量的變化。時，控制器的信號不能及時引起操縱變量的變化。因此，開環(huán)傳遞函數(shù)存在時滯，使控制不及時，超因此，開環(huán)傳遞函數(shù)存在時滯，使控制不及時，超調(diào)增大，并引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。調(diào)增大，并引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。n n用用oo/ToTo反映時滯的相對影響。通常，反映時滯的相對影響。通常，oo/ToTo0.30.3時，系統(tǒng)尚可用簡單控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng)時，系統(tǒng)尚可用簡單控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng)oo/ToTo0.30.3時，應(yīng)采用其他控制方案對該類過程進(jìn)時，應(yīng)采用其他控制方案對該類過程進(jìn)行控制。因此，在設(shè)計和應(yīng)用時應(yīng)盡量減小時滯，行控制。因此，在設(shè)計和應(yīng)用時應(yīng)盡量減小時滯，有時可增大時間常數(shù)以減小有時可增大時間常數(shù)以減小oo/ToTo。返回擾動通道時滯的影響：擾動通道時滯的影響：n n時滯f的存在不影響系統(tǒng)閉環(huán)極點的分布，因此，不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。它僅表示擾動進(jìn)入系統(tǒng)的時間先后，即不影響控制系統(tǒng)控制品質(zhì)。返回被控變量和操縱變量的選擇被控變量和操縱變量的選擇n n深入了解工藝過程，選擇能夠反映工藝過程的被控深入了解工藝過程，選擇能夠反映工藝過程的被控變量；變量；n n盡量選用易于測量且關(guān)系簡單的直接質(zhì)量指標(biāo)作為盡量選用易于測量且關(guān)系簡單的直接質(zhì)量指標(biāo)作為被控變量；被控變量；n n操縱變量的選擇原則：操縱變量的選擇原則：n n選擇對被控變量影響較大的操縱變量，即選擇對被控變量影響較大的操縱變量，即KoKo盡量大；盡量大；n n選擇對被控變量有較快響應(yīng)的操縱變量，即過程的選擇對被控變量有較快響應(yīng)的操縱變量，即過程的n noo/ToTo應(yīng)盡量??；應(yīng)盡量小；n n過程的過程的ToTo/TfTf 應(yīng)盡量?。粦?yīng)盡量?。籲 n使過程的使過程的KfFKfF盡量??；盡量?。籲 n工藝的合理性與動態(tài)響應(yīng)的快速性應(yīng)有機(jī)結(jié)合。工藝的合理性與動態(tài)響應(yīng)的快速性應(yīng)有機(jī)結(jié)合。返回第二章 常用復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1 1.基本概念和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本概念和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2.性能分析性能分析 能迅速克服進(jìn)入副回路擾動的影響能迅速克服進(jìn)入副回路擾動的影響 改善主控制器改善主控制器Gc2Gc2的廣義對象特性，提高工作頻率的廣義對象特性，提高工作頻率 容許副回路內(nèi)各環(huán)節(jié)特性在一定范圍內(nèi)變動不影響整個系統(tǒng)控制品質(zhì)容許副回路內(nèi)各環(huán)節(jié)特性在一定范圍內(nèi)變動不影響整個系統(tǒng)控制品質(zhì) 能夠更精確控制操縱變量的流量能夠更精確控制操縱變量的流量 可實現(xiàn)更靈活的操作方式可實現(xiàn)更靈活的操作方式二、串級控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題二、串級控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題1.1.串級控制系統(tǒng)主、副被控變量的選擇串級控制系統(tǒng)主、副被控變量的選擇2.2.串級控制系統(tǒng)主、副控制器控制規(guī)律的選擇串級控制系統(tǒng)主、副控制器控制規(guī)律的選擇3.3.串級控制系統(tǒng)主、副控制器正反作用的選擇串級控制系統(tǒng)主、副控制器正反作用的選擇4.4.串級控制系統(tǒng)的積分飽和及防止積分飽和的措施串級控制系統(tǒng)的積分飽和及防止積分飽和的措施5.5.串級控制系統(tǒng)中副環(huán)的非線性串級控制系統(tǒng)中副環(huán)的非線性6.6.串級控制系統(tǒng)中控制器的參數(shù)整定和系統(tǒng)投運串級控制系統(tǒng)中控制器的參數(shù)整定和系統(tǒng)投運三、串級控制系統(tǒng)的變型三、串級控制系統(tǒng)的變型1.1.引入中間輔助變量的串級控制系統(tǒng)引入中間輔助變量的串級控制系統(tǒng)2.2.引入閥門定位器的串級控制系統(tǒng)引入閥門定位器的串級控制系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)一、基本原理和結(jié)構(gòu)一、基本原理和結(jié)構(gòu)1.1.基本原理基本原理2.2.均勻控制系統(tǒng)的實施方案均勻控制系統(tǒng)的實施方案 單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 串級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)串級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 雙沖量均勻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雙沖量均勻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 被控變量的差作為被控變量被控變量的差作為被控變量 被控變量的和作為被控變量被控變量的和作為被控變量3.3.均勻控制系統(tǒng)的特點和示例均勻控制系統(tǒng)的特點和示例二、控制器參數(shù)整定二、控制器參數(shù)整定1.1.控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇2.2.控制器參數(shù)整定控制器參數(shù)整定3.3.控制系統(tǒng)分析控制系統(tǒng)分析 控制系統(tǒng)分析控制系統(tǒng)分析 液位被控對象近似為積分環(huán)節(jié)液位被控對象近似為積分環(huán)節(jié) 液位被控對象近似為一階慣性環(huán)節(jié)液位被控對象近似為一階慣性環(huán)節(jié)第三節(jié)第三節(jié) 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.1.基本原理基本原理2.2.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)3.3.性能分析性能分析二、控制方案分析二、控制方案分析1.1.相乘方案的實施相乘方案的實施2.2.相除方案的實施相除方案的實施三、比值控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題三、比值控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題1.1.主動量和從動量的選擇主動量和從動量的選擇2.2.比值控制系統(tǒng)類型的選擇比值控制系統(tǒng)類型的選擇3.3.比值函數(shù)環(huán)節(jié)的選擇比值函數(shù)環(huán)節(jié)的選擇4.4.檢測變送環(huán)節(jié)的選擇檢測變送環(huán)節(jié)的選擇5.5.其他問題其他問題6.6.比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運四、比值控制系統(tǒng)的變型四、比值控制系統(tǒng)的變型1.1.快速跟蹤快速跟蹤2.2.無限可調(diào)比的比值控制系統(tǒng)無限可調(diào)比的比值控制系統(tǒng)3.3.均分控制系統(tǒng)均分控制系統(tǒng)公式匯總第四節(jié)第四節(jié) 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.1.基本原理基本原理2.2.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 單純前饋控制系統(tǒng)單純前饋控制系統(tǒng) 前饋信號與反饋信號相乘的前饋前饋信號與反饋信號相乘的前饋-反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng) 前饋信號與反饋信號相加的前饋前饋信號與反饋信號相加的前饋-反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)3.3.性能分析性能分析二、前饋控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題二、前饋控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題1.1.擾動變量的選擇擾動變量的選擇2.2.前饋控制規(guī)律的設(shè)計前饋控制規(guī)律的設(shè)計3.3.前饋前饋-反饋控制系統(tǒng)中流量副回路的引入反饋控制系統(tǒng)中流量副回路的引入4.4.前饋控制通道中非線性環(huán)節(jié)的處理前饋控制通道中非線性環(huán)節(jié)的處理5.5.前饋控制規(guī)律的實現(xiàn)和偏置值的設(shè)置前饋控制規(guī)律的實現(xiàn)和偏置值的設(shè)置6.6.前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運7.7.多變量前饋控制系統(tǒng)多變量前饋控制系統(tǒng)8.8.比例滯后控制比例滯后控制第五節(jié)第五節(jié) 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.1.基本原理基本原理2.2.基本結(jié)構(gòu)和性能分析基本結(jié)構(gòu)和性能分析 釜式反應(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng)分析釜式反應(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng)分析二、分程控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用二、分程控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題中的問題1.1.分程控制系統(tǒng)中控制閥的泄漏量分程控制系統(tǒng)中控制閥的泄漏量2.2.分程控制工作范圍的選擇和實現(xiàn)分程控制工作范圍的選擇和實現(xiàn)3.3.分程點廣義對象特性的突變分程點廣義對象特性的突變 分程控制用于適應(yīng)不同控制要求分程控制用于適應(yīng)不同控制要求 分程控制用于擴(kuò)大可調(diào)范圍分程控制用于擴(kuò)大可調(diào)范圍示例一示例二示例三第六節(jié)第六節(jié) 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.1.基本原理基本原理2.2.基本結(jié)構(gòu)和性能分析基本結(jié)構(gòu)和性能分析 選擇器位于兩個控制器和一個執(zhí)行器之間選擇器位于兩個控制器和一個執(zhí)行器之間 選擇器位于幾個檢測變送環(huán)節(jié)與控制器之間選擇器位于幾個檢測變送環(huán)節(jié)與控制器之間 利用選擇器實現(xiàn)非線性控制規(guī)律利用選擇器實現(xiàn)非線性控制規(guī)律二、選擇性控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的結(jié)合二、選擇性控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的結(jié)合1.1.選擇性控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)的結(jié)合選擇性控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)的結(jié)合 具有邏輯規(guī)律的比值控制系統(tǒng)具有邏輯規(guī)律的比值控制系統(tǒng) 從動量供應(yīng)不足時的比值控制系統(tǒng)從動量供應(yīng)不足時的比值控制系統(tǒng)2.2.選擇性控制系統(tǒng)與分程控制系統(tǒng)的結(jié)合選擇性控制系統(tǒng)與分程控制系統(tǒng)的結(jié)合3.3.補(bǔ)充燃料的選擇性控制系統(tǒng)補(bǔ)充燃料的選擇性控制系統(tǒng)三、選擇性控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題三、選擇性控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題1.1.選擇器類型的選擇選擇器類型的選擇2.2.控制器的選擇控制器的選擇3.3.防積分飽和防積分飽和選擇性控制實驗實驗結(jié)果第七節(jié)第七節(jié) 雙重控制系統(tǒng)雙重控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.1.基本原理和結(jié)構(gòu)基本原理和結(jié)構(gòu)2.2.性能分析性能分析 增加開環(huán)零點，改善控制品質(zhì)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性增加開環(huán)零點，改善控制品質(zhì)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性 提高雙重控制系統(tǒng)的工作頻率提高雙重控制系統(tǒng)的工作頻率 動靜結(jié)合，快慢結(jié)合，急則治標(biāo)，緩則治本動靜結(jié)合，快慢結(jié)合，急則治標(biāo)，緩則治本二、雙重控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題二、雙重控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題1.1.主、副操縱變量的選擇主、副操縱變量的選擇2.2.主、副控制器的選擇主、副控制器的選擇3.3.主、副控制器正反作用的選擇主、副控制器正反作用的選擇4.4.雙重控制系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)雙重控制系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)5.5.雙重控制系統(tǒng)的投運和參數(shù)整定雙重控制系統(tǒng)的投運和參數(shù)整定第八節(jié)第八節(jié) 基于模型計算的控制系統(tǒng)基于模型計算的控制系統(tǒng)一、根據(jù)模型計算測量值的控制系統(tǒng)一、根據(jù)模型計算測量值的控制系統(tǒng)1.1.質(zhì)量流量的控制質(zhì)量流量的控制2.2.熱量控制熱量控制3.3.內(nèi)回流控制內(nèi)回流控制二、根據(jù)模型計算設(shè)定值的控制系統(tǒng)二、根據(jù)模型計算設(shè)定值的控制系統(tǒng)1.1.具有壓力補(bǔ)償?shù)臏囟瓤刂凭哂袎毫ρa(bǔ)償?shù)臏囟瓤刂?.2.離心壓縮機(jī)的防喘振控制系統(tǒng)離心壓縮機(jī)的防喘振控制系統(tǒng)3.3.根據(jù)計算指標(biāo)控制系統(tǒng)應(yīng)用時的注意事項根據(jù)計算指標(biāo)控制系統(tǒng)應(yīng)用時的注意事項三、非線性控制三、非線性控制1.1.補(bǔ)償被控對象的非線性補(bǔ)償被控對象的非線性 采用控制閥的非線性流量特性補(bǔ)償采用控制閥的非線性流量特性補(bǔ)償 采用非線性控制規(guī)律進(jìn)行補(bǔ)償采用非線性控制規(guī)律進(jìn)行補(bǔ)償 采用串級控制系統(tǒng)采用串級控制系統(tǒng)2.2.位式控制位式控制3.3.滿足一定控制要求而引入的非線性滿足一定控制要求而引入的非線性第二章結(jié)束謝謝！控制系統(tǒng)框圖GC2(s)GF1(s)GF2(S)GM2(s)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)GC1(s)R1E1U2QY2Y1F1F2U1=R2E2YM1YM2串級控制系統(tǒng)的框圖串級控制系統(tǒng)的相關(guān)名詞術(shù)語主被控變量主被控變量主被控變量主被控變量y y1 1是要保持平穩(wěn)控制的主要被控變量。是要保持平穩(wěn)控制的主要被控變量。副被控變量副被控變量副被控變量副被控變量y y2 2是串級控制系統(tǒng)的輔助被控變量。是串級控制系統(tǒng)的輔助被控變量。主控制器、副控制器主控制器、副控制器主控制器、副控制器主控制器、副控制器的傳遞函數(shù)的傳遞函數(shù)GGc1c1(s s)、GGc2c2(s s)。主被控對象、副被控對象主被控對象、副被控對象主被控對象、副被控對象主被控對象、副被控對象傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)GGp1p1(s s)、GGp2p2(s s)。主被控變量的檢測變送環(huán)節(jié)主被控變量的檢測變送環(huán)節(jié)GGm1m1(s s)、副被控變量的檢測變送環(huán)節(jié)副被控變量的檢測變送環(huán)節(jié)GGm2m2(s s)。主被控變量的測量值主被控變量的測量值y ym1m1、副被控變量的測量值副被控變量的測量值y ym2m2。F F1 1和和F F2 2分別是分別是進(jìn)入主、副被控對象的擾動進(jìn)入主、副被控對象的擾動進(jìn)入主、副被控對象的擾動進(jìn)入主、副被控對象的擾動。擾動通道傳遞函數(shù)分別為。擾動通道傳遞函數(shù)分別為GGf1f1(s s)和和GGf2f2(s s)。由由GGc2c2(s s)、G Gv v(s s)、GGp2p2(s s)和和GGm2m2(s s)組成的控制回路稱為組成的控制回路稱為副回路，或副環(huán)副回路，或副環(huán)副回路，或副環(huán)副回路，或副環(huán)。由由GGc1c1(s s)和副回路、和副回路、GGp1p1(s s)和和GGm1m1(s s)組成的控制回路稱組成的控制回路稱為主回路，或主環(huán)為主回路，或主環(huán)為主回路，或主環(huán)為主回路，或主環(huán)。串級控制系統(tǒng)中有關(guān)的傳遞函數(shù)如下：串級控制系統(tǒng)中有關(guān)的傳遞函數(shù)如下：串級控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)GC2(s)GF1(s)GF2(S)GM2(s)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)GC1(s)R1E1U2QY2Y1F1F2U1=R2E2YM1YM2GC2(s)GF1(s)GF2(S)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)U2QY2Y1F1F2E2YM2R2串級控制框圖提高系統(tǒng)工作效率下一頁上一頁工作效率和其他參數(shù)的關(guān)系串級控制框圖示例一示例二示例三示例四示例五防積分飽和串級控制框圖串級控制框圖方案二方案一與單回路液位控制的區(qū)別下一頁下一頁下一頁下一頁示例一示例二下一頁下一頁下一頁下一頁計算公式前饋與反饋控制的比較前饋控制框圖下一頁上一頁下一頁上一頁下一頁上一頁下一頁下一頁上一頁上一頁示例二示例一示例二示例一正常：正常：TC控制閥u1=kc1e1+u1/(Tis+1)Tis/(Tis+1)u1=kc1e1u1/e1=(Tis+1)/Tis PI作用作用而而LC：u2=kc2e2+u1/(Tis+1)u1u2異常：異常：e2反向時反向時u2=kc2e2+u1/(Tis+1)u2 滿足同步要求滿足同步要求TCLCTYu1u2控制閥下一頁上一頁下一頁上一頁