过程控制系统与装置1

①误差积分IE （不合理） ②绝对误差积分IAE（公认，常用） ③平方误差积分ISE （抑制大误差） ④偏差绝对值与时间乘积积分（ITAE）（抑制长时间过
渡过程）
IE 0 e(t)dt ISE e2 (t)dt
0
IAE 0 e(t) dt
ITAE 0 t e(t) dtwk.baidu.com
对于不同的系统，采用不同的指标。
①被控对象：被控制的生产设备或装置。需要进
行自动控制的参数称为被控量。
②传感器和变送器：实现信号的检测
③控制器（调节器）：接受传感器的输入信号，以及
设定值信号，按照事先所设定的控制规律产生控制输出。 扰动：使得被控量发生变化的作用。 内扰：控制通道内，控制阀不动作的情况下，由于通道内质
量或能量变化造成的扰动。（给水压力变化） 外扰：其它来自外部的影响统称（蒸汽负荷变化）
连续型、离散型、混合型三类 6大类参数：温度、流量、压力、液位、成分
和物性
重 要
3.过程控制的特点：
① 对象复杂 生产过程多种多样，存在各种物理变
化，化学反应，能量转换，状态改变，对 象的特性多种多样（滞后，惯性，参数相 互影响）。
②对象存在滞后
当流入（流出）对象的质量或能量发 生变化时，由于存在容量、惯性和足利， 被控参数不可能立即产生响应，这种现象 称为滞后。
1.2 过程控制系统的发展
① 仪表自动化阶段
20世纪40年代，基地式仪表，就地控制
20世纪60年代，DDZ（电动单元组合仪表）， QDZ（气动单元组合仪表），集中监控集中操 作，实现工厂仪表化，局部自动化。采用频率 法和根轨迹法为基础的经典控制理论，单入单 出定值控制。
②计算机控制阶段
20世纪70年代，采用计算机直接数字控制 （DDC），计算机监控（SCC）。
定值控制系统：要求被控量很快衰减，过渡过程 时间短，采用IAE指标。
燃烧控制，燃料和控制比值控制：空气量跟随燃 料量，不产生大幅度振荡，选择最快的非振荡过 程，采用ITAE指标。
小结：
1.过程控制的特点？ 2.过程控制系统的3个主要发展阶段 3.过程控制系统的基本组成 4.定值控制系统、随动系统、程序控制系统的定
义 5.递减比、超调量、过渡过程时间静态偏差，相
应曲线评价准则（IAE/ISE/ITAE）
作业：
P12，1.1，1.3，1.4
化而变化 ③程序控制系统 加热炉控制，按照曲线进行。
1.4 过程控制系统的性能指标
稳态：P8 动态：P8
典型过渡过程 曲线：
a：等幅振荡 b：发散振荡 c：衰减振荡 d：非周期振荡
1.4.1 递减比
n＝B1/B2 或 n=A1/A2， 4:1较好 递减率： Ψ=(B1-B2)/B1 反映了系统的快速性
第一章 绪 论
1.1 过程控制及其特点 1.2 过程控制系统的发展 1.3 过程控制系统的组成及分类 1.4 过程控制系统的性能指标
1.1 过程控制系统及其特点
1.过程控制的概念（Process Control） 指石油、化工、冶金、轻工、建材、核能
等工业生产中连续的，或者按照一定周期程序 进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重 要组成部分。 2.工业分类
上升时间Ts ： ●过阻尼系统：从10％变到90％的时间 ●欠阻尼系统：从0到100％所经历的时间 延迟时间Td： ●响应曲线第一次到达稳态值50％的时间，
1.4.4 静态偏差C
静态偏差：过渡过程结 束，设定值与被控参数 的稳态值之差。 （稳态偏差，残余误差， 简称残差，余差，静差）
1.4.5 性能准则
综合自动化系统包括生产计划和调度操作 优化，基层控制和先进控制等内容的递阶控制 系统，也称为管理控制一体化的系统，称为计 算机集成过程系统CIPS。
过程自动化系统在 韶钢2600m3高炉炼铁工艺控制上的应用
1.3 过程控制系统的组成及分类
锅炉控制
过程控制系统方框图
1.3.1 过程控制系统的组成
滞后导致信号相应时间推迟，输出输 出之间产生相移，容易引起振荡，不利于 自动控制。
③ 对象特性具有非线性
绝大多数对象的特性都具有非线性，负荷 变化（工作点变化），对象特性不同，把非线 性系统按照线性系统处理有一定前提。
④控制系统复杂
要求生产过程平稳，不振荡，对象特性多 变，导致控制系统结构、参数的复杂性。
设定值r，被控量测量值z，偏差e＝r－z。 注意：仪表行业规定e＝z－r。
④执行器
接受控制器的控制信号，转换为一个动作， 推动控制阀去控制被控对象。
分为电动，气动两大类。
⑤控制阀 调节流体流量，改变对象的被控参数。
另需备一套手动控制回路，和显示通信联锁以 及自动保护回路
1.3.2 过程控制系统的分类
过程控制系统及装置
教学基本要求：
(一)掌握常见变送器、运算器、控制器、执行器的结构、组 成、工作原理、特性以及在实际应用中的主要问题。 (二)掌握简单控制系统的原理及应用；理解其它复杂控制系 统的原理及应用。 (三) 掌握过程控制系统的设计原则、思路。
参考书：
1．《过程控制系统》 方康玲 武汉理工大学出版社 2．《自动化仪表与过程控制(第三版)》 施仁 电子工业出版社 3．《工业过程检测与控制》 孟华 北京航空航天大学出版社 4．《过程控制与仪表》 邵裕森 上海交通大学出版社 5. 《控制仪表及装置》吴勤勤。化工出版社 6。 《化工仪表及自动化》历玉鸣 化工出版社
1.4.2 最大动态偏差
扰动发生后，被控量偏离稳定 值（或设定值）的最大偏差， 称为最大动态偏差（或最大过 调量，过调量）
最大动态偏差占设定值的百分 比称为超调量。（不能过大）
B1 100 %
重
y()
要
1.4.3 调整时间Tc
调整时间Tc：控制系统原处于平
衡状态，受到扰动后，由于系统的 控制作用，被控量过渡到被控量稳 态值的2％～5％时，达到新的平衡 状态所经历的时间。也称为过渡过 程时间、稳定时间
集散控制系统（DCS），具有控制分散，操作 管理集中的优势，发展较快。它集中了计算机、控 制、通信、图形显示技术。
控制结构：前馈，串级，比值，均匀，选择性控制。
现代控制理论：最优控制，推理控制，预测控制， 自适应控制等，多变量控制系统。
③综合自动化阶段
20世纪90年代，过程控制进入综合自动化 阶段，出现现场总线控制技术，计算机控制达 到新的层次，出现智能控制理论，将人工智能、 控制理论和运筹学组合，采用了模糊技术，神 经网络和专家系统。
按照控制参数分：温度，压力…… 按照信号类型分：模拟，数字 按照设备：仪表控制，计算机控制（DDC，DCS，
现场总线） 按照功能：串级，均匀，自适应…… 按照控制动作规律：比例控制，积分微分
按照回路：单回路，多回路，开环，闭环。
按照设定值可以分为（掌握定义） ①定值控制系统 ②随动控制系统，例如空气量随燃料量变