自动控制系统概述.pptx

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1、课程概况课程概况授课学时：授课学时： 32学时学时配套课程：配套课程： 化工仪表及自动化实验（化工仪表及自动化实验（16学时）学时）所用教材：所用教材：化工仪表及自动化化工仪表及自动化 厉玉鸣厉玉鸣 化学工业出版社化学工业出版社 第五版第五版参考教材：参考教材：过程自动化及仪表过程自动化及仪表俞金寿俞金寿 化学工业出版社化学工业出版社 第二版第二版 等等考核方式：考核方式： 闭卷考试成绩（闭卷考试成绩（70%）+平时成绩（平时成绩（30%）基础知识：基础知识： 电路、电工、计算机电路、电工、计算机 化工仪表及自动化化工仪表及自动化 仪表？仪表？课程概况课程概况课程概况课程概况课程概况课程概况化

2、工厂中央控制室化工厂中央控制室课程概况课程概况自动化系统概述自动化系统概述 过程特性过程特性 检测变送检测变送 控制器控制器 执行器执行器 简单控制系统简单控制系统复杂控制系统复杂控制系统先进先进控制系统控制系统典型控制系统典型控制系统概念概念 控制系统组成控制系统组成 系统设计及参数设定系统设计及参数设定 趋势趋势n 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容n 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式n 自动控制系统的分类自动控制系统的分类n 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标第一章第一章 自动控制系统基本概念自动控制系统基本概念过程自动

3、化过程自动化 【定义定义】：是指在机器、设备上配置一些装置，代替人工的部：是指在机器、设备上配置一些装置，代替人工的部分直接劳动，使生产过程在不同程度上自动地进行。这种用自分直接劳动，使生产过程在不同程度上自动地进行。这种用自动化装置来管理生产过程的方法称为过程自动化。动化装置来管理生产过程的方法称为过程自动化。自动化？自动化？4040化工自动化化工自动化 指在指在化工化工机器、设备上配置一些装置，代替人工的部分直接劳机器、设备上配置一些装置，代替人工的部分直接劳动，使动，使化工化工生产过程在不同程度上自动地进行。生产过程在不同程度上自动地进行。 这种用自动化这种用自动化装置来管理装置来管理化

4、工化工生产过程的方法称为生产过程的方法称为化工自动化。化工自动化。第一节第一节 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容第一节第一节 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容 P3n 1. 自动检测系统自动检测系统 “了解”生产任务n 4. 自动控制系统自动控制系统核心n 2. 自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统安全装置n 3. 自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统图1-1 热交换器自动检测系统示意图图1-2 人工操作图图1-3 液位自动控制系统图n人工操作与自动控制比较图人工操作与自动控制比较图控制速度和精度不能满足大型控制速度和精度不能满足大型现代化生产的需要现代化生

5、产的需要第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式n 自动控制系统的组成自动控制系统的组成组组成成自动化装置自动化装置被控对象被控对象测量元件与变送器测量元件与变送器自动控制器自动控制器执行器执行器第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式被控对象被控对象自动化装置自动化装置控制器控制器执行器执行器检测变送检测变送被控对象：被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。程、设备或机器等。被控变量：被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。被控对象内要求保持

6、设定数值的工艺参数。操纵变量：操纵变量：受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。控变量保持设定值的物料量或能量。第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式扰扰 动：动：除操纵变量外，除操纵变量外，作用于被控对象并引起被作用于被控对象并引起被控变量变化的因素控变量变化的因素设定值：设定值：工艺参数所要求工艺参数所要求保持的数值保持的数值偏偏 差：差：被控变量的设定被控变量的设定值与实际值之差值与实际值之差负反馈：

7、负反馈：将被控变量送回将被控变量送回输入端并与输入变量相减输入端并与输入变量相减 T 被加热原料 TT TC 燃料油 出口温度 加热炉的温度控制系统被控对象：被控对象：被控变量：被控变量：操纵变量：操纵变量：扰动：扰动：第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式加热炉加热炉物料出口温度物料出口温度燃料油流量燃料油流量原料温度、燃料油热值等原料温度、燃料油热值等闭环控制闭环控制 -在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值进行在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值进行比较，根据偏差进行控制，整个系统构成了一个闭环。比较，根据偏差进行控制，整个系统构

8、成了一个闭环。-优点：优点：有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向，达到被控变量与设定值始终保持一致。用的大小和方向，达到被控变量与设定值始终保持一致。-缺点：缺点：控制不及时；如果系统内部各个环节配合不当，系控制不及时；如果系统内部各个环节配合不当，系统会引起剧烈震荡，甚至失去控制。统会引起剧烈震荡，甚至失去控制。开环控制开环控制-不需要对被控变量进行测量，只根据输入信号进行控制不需要对被控变量进行测量，只根据输入信号进行控制, ,控控制很及时。制很及时。第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示

9、形式第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图1Ff FT LT FdC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水举例举例n方框图方框图液位自动控制系统方框图第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式执行器执行器广义对象广义对象控制器控制器每个方框表示组成系统的一个每个方框表示组成系统的一个环节环节，两个方框之间用带箭头，两个方框之间用带箭头的线段表示的线段表示信号信号联系；进入方框的

10、信号为联系；进入方框的信号为环节输入环节输入，离开方，离开方框的为框的为环节输出。环节输出。注意！注意！n方框图中的每一个方框都代表一个具体的装置。方框图中的每一个方框都代表一个具体的装置。n方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联系，与工艺流程图上的物料线有区别。系，与工艺流程图上的物料线有区别。n“环节环节”的输入会引起输出的变化，而输出不会反过来直的输入会引起输出的变化，而输出不会反过来直接引起输入的变化。环节的这一特性称为接引起输入的变化。环节的这一特性称为“单向性单向性” 。n自动控制系统是一个闭环系统自动控制系统是一个闭环系统

11、第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式用同一种形式的方框图可以代表不同的控制系统用同一种形式的方框图可以代表不同的控制系统蒸汽加热器温度控制系统第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用fn管道及仪表流程图（管道及仪表流程图（PID图）图）第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式工艺人员确定工艺流程 根据

12、工艺流程图，按流程顺序标注出相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号与联锁保护系统等工艺管道及控制流程图（PID图） 工艺人员和自控设计人员应共同研究确定控制方案。控制方案包括流程中各测量点的选择、控制系统的确定及有关自动信号、联锁保护系统的设计等图1-6脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例图是乙烯生产过程中脱图是乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控乙烷塔的工艺管道及控制流程图制流程图 塔顶出乙烷和更轻组分(如乙烯、甲烷)，塔底出丙烷和更重组分。举例举例第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式图1-6脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例举例举例第二节第二节 自

13、动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式一、图形符号一、图形符号1. 1. 测试点（包括检出测试点（包括检出元件、取样点）元件、取样点）2. 2. 连接线连接线3. 3. 仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号 仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm，对于不同的仪表安装位置的图形符号如下表所示。 第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式序序号号安装位安装位置置图形符号图形符号备注备注序序号号安装位置安装位置图形符图形符号号备注备注1就地安就地安装仪表装仪表嵌在管道嵌在管道中中4集中仪表集中

14、仪表盘后安装盘后安装仪表仪表2集中仪集中仪表盘面表盘面安装仪安装仪表表 5就地仪表就地仪表盘后安装盘后安装仪表仪表3就地仪就地仪表盘面表盘面安装仪安装仪表表表1-1 仪表安装位置的图形符号表示 P9P9第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式 对于处理两个或两个以上被测变量，具有相同或不同功能的复式仪表时，可用两个相切的圆或分别用细实线圆与细虚线圆相切表示（测量点在图纸上距离较远或不在同一图纸上），如下图所示。图1-9 复式仪表的表示法第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式n 二、字母代号二、字母代号 在控制流程图中

15、，用来表示仪表的小圆圈的上半圆内，一般写有两位（或两位以上）字母，第一位字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能，常用字母代号见下表。第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式字母字母第一位字母第一位字母后继字母后继字母被测变量被测变量修饰词修饰词功能功能ACDEFIKLMPQRSTVWYZ分析分析 Analyze电导率电导率Conductivity 密度密度电压电压流量流量 Flow电流电流 Current Intensity时间或时间程序时间或时间程序物位物位 Level水分或湿度水分或湿度压力或真空压力或真空 Press数量或件数数量或件数放射性放射性

16、 Radioactivity 速度或频率速度或频率温度温度 Temperature黏度黏度力力供选用供选用位置位置差差比（分数）比（分数）低低 中间中间积分、累积积分、累积安全安全报警报警 Alarm控制（调节）控制（调节）Control检测元件检测元件指示指示 Indicate自动自动-手动操作器手动操作器积分、累积积分、累积记录或打印记录或打印 Record开关、联锁开关、联锁传送传送 Transfer阀、挡板、百叶窗阀、挡板、百叶窗套管套管继动器或计算器继动器或计算器驱动、执行或未分类的终端执行机构驱动、执行或未分类的终端执行机构表1-2 被测变量和仪表功能的字母代号R=R+I灯灯 La

17、mpLamp 高高 n 三、仪表位号三、仪表位号 仪表位号仪表位号是由字母代号组合和阿拉伯数字编号两部分组成。阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部，其第一位数字表示工段号，后续数字（二位或三位数字）表示仪表序号。 第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式 如果同一个仪表回路中有两个以上具有相同功能的仪表，可用仪表位号后附加尾缀（大写英文字母）加以区别，如： PT-202A，PT-202B； PV-201A，PV-201B液位指示、联锁、报警液位指示、联锁、报警设备设备LISA 112液位高度指示灯液位高度指示灯设备设备LLH114ALLM114BLLL114C第

18、二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式 图示为超细碳酸钙生产工艺中炭化部分的工艺管道及控制流程图，图示为超细碳酸钙生产工艺中炭化部分的工艺管道及控制流程图，H 手动；手动；I 指示；指示；C 控制器；控制器； 即：带显示的手动控制器（手操器）即：带显示的手动控制器（手操器）集中仪表盘面安装集中仪表盘面安装,第一工段，第第一工段，第01个个 CO2 就地安装压力指示仪表就地安装压力指示仪表第一工段，第第一工段，第01个个 L 液位；液位；I 指示；指示；C 控制器；控制器； 即：具

19、显示功能的液位控制回路即：具显示功能的液位控制回路集中仪表盘面安装，第一工段，第集中仪表盘面安装，第一工段，第01个个 泵泵 F 流量；流量；I 指示；指示；C 控制器；控制器；Q 累积；累积； 即：具有累积、显示功能的流量控制回路即：具有累积、显示功能的流量控制回路集中仪表盘面安装，第一工段，第二个。集中仪表盘面安装，第一工段，第二个。第三节第三节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类n 几种分类方法几种分类方法n按被控变量来分类按被控变量来分类 液位、温度、压力自动控制系统。液位、温度、压力自动控制系统。n按控制器具有的控制规律来分类按控制器具有的控制规律来分类 比例、积分、微分比例、积分

20、、微分n将被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类将被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类其中第三种分类方法最普遍其中第三种分类方法最普遍第三节第三节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类给定值给定值x可以是外部给定，也可以是内给定。可以是外部给定，也可以是内给定。第三节第三节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类1.定值控制系统定值控制系统2.2.随动控制系统（自动跟踪系统）随动控制系统（自动跟踪系统）3.3.程序控制系统（顺序控制系统）程序控制系统（顺序控制系统）根据给定值的不同情况，将自动控制系统分为根据给定值的不同情况，将自动控制系统分为三三类类第三节第三节 自动控制系统的分类自动控

21、制系统的分类1. 定值控制系统定值控制系统给定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为给定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定值控制系统。定值控制系统。 -克服干扰的影响克服干扰的影响电阻丝加热恒温箱温度控制系统第三节第三节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类2 2. . 随动控制系统（随动控制系统（自动跟踪自动跟踪控制）控制）给定值不断地变化，而且这种变化不是已知的、预先规给定值不断地变化，而且这种变化不是已知的、预先规定好的，而是随机的。并要求系统的输出（被控变量）随之定好的，而是随机的。并要求系统的输出（被控变量）随之变化。变化。给定值按一定的时间程序变化。但它是一个已知给定

22、值按一定的时间程序变化。但它是一个已知的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化 , ,f(t)f(t) 如马弗炉程序升温系统如马弗炉程序升温系统 3. 3. 程序控制系统（顺序控制系统）程序控制系统（顺序控制系统）第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 n 一、控制系统的静态与动态一、控制系统的静态与动态自动控制目的：自动控制目的：希望将被控希望将被控变量保持在一个不变的给定变量保持在一个不变的给定值上，这只有当进入被控对值上，这只有当进入被控对象的物料量（或能量）和流象的物料量（或能量）和流出对象的物料量（或能量

23、）出对象的物料量（或能量）相等时才有可能。相等时才有可能。 静态静态被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率为为0，不是静止）。，不是静止）。 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图动态动态被控变量随时间变化的不平衡状态被控变量随时间变化的不平衡状态 。 从干扰作用破坏静态平衡，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，这种状态叫做动态。结论：结论：在自动化工作中，了解系统的静态是必要的，但是了解系统的动态更为重要。因为在生产过程中，干扰是客

24、观存在的，是不可避免的，就需要通过自动化装置不断地施加控制作用去对抗或抵消干扰作用的影响，从而使被控变量保持在工艺生产所要求控制的技术指标上。第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 n 二、控制系统的过渡过程二、控制系统的过渡过程n系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。 当干扰作用于对象，系统被控变量发生变化，在系统负反馈作用下，经过一段时间，系统重新恢复平衡。举例举例第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意

25、图对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳定系统对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳定系统）要分析其）要分析其稳定性、准确性和快速性稳定性、准确性和快速性，常以阶跃作用为输入时，常以阶跃作用为输入时的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很典型，实际上也的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很典型，实际上也经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。 第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 信号常见形式信号常见形式 斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号、阶跃信号等。斜坡信号

26、、脉冲信号、加速度信号和正弦信号、阶跃信号等。 第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 阶跃信号阶跃信号A 0 t0 t0 数学表达式为：数学表达式为：当A=1时称为单位阶跃信号。特特 点点易产生易产生对系统输出影响大对系统输出影响大便于分析和计算便于分析和计算第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 n系统在过渡过程中，被控变量是随时间变化的。被控变系统在过渡过程中，被控变量是随时间变化的。被控变量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰形式。量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰形式。n在生产中，出现的干

27、扰是没有固定形式的，且多半属于在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，且多半属于随机随机性质。在分析和设计控制系统时，为了安全和方便，性质。在分析和设计控制系统时，为了安全和方便，常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。 第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 n自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式非周期衰减过程非周期衰减过程衰减震荡过程衰减震荡过程等幅震荡过程等幅震荡过程 发散震荡过程发散震荡过程？对于控制质量要求不对于控制质量要求不高的场合，

28、如果被控高的场合，如果被控变量允许在工艺许可变量允许在工艺许可的范围内振荡（主要的范围内振荡（主要指在位式控制时），指在位式控制时），才可采用。才可采用。 第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 n单项控制指标（仅适用于衰减振荡过程）单项控制指标（仅适用于衰减振荡过程） 稳定性、准确性和快速性稳定性、准确性和快速性n综合控制指标综合控制指标n三、控制系统的品质指标三、控制系统的品质指标第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 n三、控制系统的品质指标三、控制系统的品质指标n控制系统的过渡过程是衡量系统品质的依据。控制

29、系统的过渡过程是衡量系统品质的依据。图1-10 过渡过程品质指标示意图第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 1、最大偏差或超调量、最大偏差或超调量2、衰减比、衰减比3、余差、余差 4、过渡时间、过渡时间5、振荡周期或频率、振荡周期或频率五种重要品质指标之一五种重要品质指标之一1. 最大偏差或超调量最大偏差或超调量最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值。超调量定义：第一个波的峰值与最终稳态值之差，即B=A-C,如果系统的新稳态值等于设定值，那么最大偏差就等于超调量。超调量也可以用来表征被控变量

30、偏离给定值的程度。第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 2. 衰减比衰减比 衰减比是衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。习惯表示为 n:1，一般 n 取为410之间为宜。五种重要品质指标之二五种重要品质指标之二第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 衡量系统稳定性的指标衡量系统稳定性的指标BnB五种重要品质指标之三五种重要品质指标之三3. 余差余差 当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差余差，或者说余差就是过渡过程终了时的残余偏差。有余差的控制过程称为有差调节，相应的系统称为

31、有差系统。反之就为无差调节和无差系统。 第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 控制系统是按照偏差控制，控制结果的好坏是根据余差衡量。控制系统是按照偏差控制，控制结果的好坏是根据余差衡量。五种重要品质指标之四五种重要品质指标之四4. 过渡时间过渡时间 从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 时间时间 t 被控变量被控变量yCABB2%TTSt1五种重要品质指标之五五种重要品质指标之五5.5.震荡周期或频率震荡周期或频率 过渡过程同

32、向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 n三、控制系统的品质指标三、控制系统的品质指标第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 1、最大偏差或超调量、最大偏差或超调量2、衰减比、衰减比3、余、余差差4、过渡时间、过渡时间5、振荡周期或频率、振荡周期或频率-精确性精确性 稳定性稳定性 快速性快速性 n 四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和

33、品质指标 自动控制系统自动控制系统 自动化装置自动化装置自动控制对象自动控制对象（工艺部分）（工艺部分）换热器换热器 温度对象温度对象工业炉工业炉 温度对象温度对象精馏塔精馏塔 温度、液位对象温度、液位对象吸收塔吸收塔 液位、流量对象液位、流量对象反应器反应器 压力、温度对象压力、温度对象储储 槽槽 液位、流量对象液位、流量对象输送设备输送设备 流量对象流量对象 变送器变送器 测量与变送装置测量与变送装置控制器控制器执行器执行器 调节阀等调节阀等主要任务是：按对象的特性设计、配置、整定自动控制系统，适主要任务是：按对象的特性设计、配置、整定自动控制系统，适应对象的特性，优化过渡过程品质指标。应

34、对象的特性，优化过渡过程品质指标。某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200）。举例举例图1-11 温度控制系统过渡过程曲线第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 解解 最大偏差最大偏差A A230-200230-2003030余差余差C C205-200205-200由图上可以看出，第一个波峰值由图上可以看出，第一个波峰值B B230-205230-2052525，第二个波峰值第二个波峰值BB21021020520555，故衰减比应为故衰减比应为B:BB:B2

35、5:525:55:15:1。振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，故周期故周期T T20-520-51515（minmin）过渡时间过渡时间22min22min第四节第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 第一章小结第一章小结 1、自动控制系统的组成、方框图表现形式、自动控制系统的组成、方框图表现形式、PID图。图。2、常用术语：常用术语：被控对象、被控变量、扰动、操纵变量、扰动被控对象、被控变量、扰动、操纵变量、扰动、闭环控制、开环控制、偏差、负反馈、闭环控制、开环控制、偏差、负反馈3、自动控制系统过渡过程、快准稳的品质指标

36、、自动控制系统过渡过程、快准稳的品质指标 前提条件前提条件是干扰是阶跃信号是干扰是阶跃信号 最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期换热器混合罐TCTT冷物料添加剂出料i Qi Qs Ps c 热物料某物料加热后与添加料混合，工艺要求混合时物料温度某物料加热后与添加料混合，工艺要求混合时物料温度o稳定，工艺采用稳定，工艺采用改变换热器蒸汽流量改变换热器蒸汽流量Qs来稳定罐内温度来稳定罐内温度o 。影响。影响o的因素有：阀前蒸汽的因素有：阀前蒸汽压力压力Ps，冷物料流量，冷物料流量Qi和温度和温度i ，环境温度，环境温度c等。等。1. 画出温度控制系统

37、的方块图；画出温度控制系统的方块图；2. 指出该控制系统的被控变量、操纵变量、被控对象及扰动指出该控制系统的被控变量、操纵变量、被控对象及扰动；3. 若蒸汽阀前压力若蒸汽阀前压力Ps突然变大时，简述该系统的控制过程。突然变大时，简述该系统的控制过程。图图a为流量控制系统，主要克服阀前压力为流量控制系统，主要克服阀前压力P1波动来稳定流量波动来稳定流量Q1 。图。图b是是储槽液位控制系统，主要克服储槽液位控制系统，主要克服Q2流量变化的扰动，保持液位稳定。流量变化的扰动，保持液位稳定。n指出两图中的各控制系统的被控变量、操纵变量、被控过程及主要扰指出两图中的各控制系统的被控变量、操纵变量、被控过

38、程及主要扰动；动；n若采用图若采用图a系统来控制液位，试比较与图系统来控制液位，试比较与图b系统的不同点。系统的不同点。FTFCQ1 Q2 LThP1 Q1 Q2 LThP1 LC 图a 图b 石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定的数值上。热量，使裂解气体的温度下降到规定的数值上。 图是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯图是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要求控制在裂解气，其温度要求控制在(151.5)。如果温度太高，冷却后的。如果温度太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，堵塞管道。烯裂解气会产生结晶析出，堵塞管道。被控对象为丙烯冷却器；被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温度被控变量为乙烯裂解气的出口温度操纵变量为气态丙烯的流量。操纵变量为气态丙烯的流量。例题例题例题例题例题例题