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1、过控系统概述本讲稿第一页，共六十页联系方式联系方式办公室：电力电子技术实验室办公室：电力电子技术实验室 （百工楼（百工楼428428）电子邮箱：电子邮箱：lvting_lvting_手机：手机：13601557695136015576952本讲稿第二页，共六十页关于课程结构关于课程结构自动化仪表自动化仪表过程控制过程控制检测仪表检测仪表 第第2 2章章执行器执行器 第第3 3章章控制器控制器 第第5 5章章过程特性过程特性 第第4 4章章控制系统控制系统 第第7 7、8 8、9 9章章控制策略控制策略 第第5 5、6 6章章3本讲稿第三页，共六十页控制系统到底做什么？控制系统到底做什么？4本讲
2、稿第四页，共六十页控制工程与其他相关学科控制工程与其他相关学科5本讲稿第五页，共六十页本课程的教学要求本课程的教学要求了解控制系统的设计目的，掌握控制系统方了解控制系统的设计目的，掌握控制系统方块图描述法块图描述法掌握过程对象的建模方法掌握过程对象的建模方法掌握掌握PID类常规控制策略，能够结合具体的工类常规控制策略，能够结合具体的工业过程设计合理的控制方案业过程设计合理的控制方案了解先进控制算法，掌握其设计思想、概了解先进控制算法，掌握其设计思想、概念、特点及适用场合念、特点及适用场合了解控制系统的设计与实施了解控制系统的设计与实施6本讲稿第六页，共六十页3第第1 1章章 过程控制系统概述过
3、程控制系统概述 过程控制系统的组成和特点过程控制系统的组成和特点 过程控制系统的分类和区别过程控制系统的分类和区别 过程控制的过程控制的阶跃响应阶跃响应指标指标主要内容主要内容 过程控制的发展过程控制的发展 本课程的地位和任务本课程的地位和任务7本讲稿第七页，共六十页传感测量：液位计传感测量：液位计+人眼人眼控制器：大脑控制器：大脑执行机构：手执行机构：手+手动阀手动阀差压传感变送器差压传感变送器电动调节器电动调节器自动调节阀自动调节阀控制在日常生活中无处不在！控制在日常生活中无处不在！1.1 1.1 过程控制系统组成及特点过程控制系统组成及特点控制系统的由来控制系统的由来1.1.1 1.1.
4、1 过程控制认识过程控制认识8本讲稿第八页，共六十页41.1 1.1 过程控制系统组成及特点过程控制系统组成及特点1.1.1 1.1.1 过程控制认识过程控制认识1.1.过程控制过程控制根据根据工业生产过程工业生产过程的特点，采用的特点，采用自动化工具自动化工具，应用应用控制理论控制理论，设计设计工业生产过程工业生产过程控制系统控制系统，实现工业生产过程自动化。实现工业生产过程自动化。2.2.工业生产过程工业生产过程离散过程：火箭、机械加工、汽车制造等离散过程：火箭、机械加工、汽车制造等连续过程：化工、石油、冶金等连续过程：化工、石油、冶金等温度、压力、流量、物位温度、压力、流量、物位和和成分
5、成分等变量。等变量。被控参数被控参数9本讲稿第九页，共六十页1.1 1.1 过程控制系统组成及特点过程控制系统组成及特点3.3.过程控制的认识过程控制的认识EX1:EX1:球磨给矿过程控制球磨给矿过程控制工作过程工作过程存在问题存在问题解决办法解决办法10本讲稿第十页，共六十页球磨给矿过程控制系统方框图球磨给矿过程控制系统方框图球磨给矿过程控制系统方框图球磨给矿过程控制系统方框图1.1 1.1 过程控制系统组成及特点过程控制系统组成及特点 以以流量流量为为被控参数被控参数的工业生产过程控制系统，通过的工业生产过程控制系统，通过给矿过程给矿过程的自动控制稳定产量，并为后续工艺质量的控制提供基础。
6、的自动控制稳定产量，并为后续工艺质量的控制提供基础。总结总结11本讲稿第十一页，共六十页1.1 1.1 过程控制系统组成及特点过程控制系统组成及特点12本讲稿第十二页，共六十页1.1 1.1 过程控制系统组成及特点过程控制系统组成及特点化工行业硫酸生产工艺中，化工行业硫酸生产工艺中，SO2主风机以前采用主风机以前采用手动调手动调节蝶阀开度节蝶阀开度，控制风机出，控制风机出口压力，口压力，压力波动大压力波动大。采用采用变频器变频器，调节，调节风机转风机转速速来来稳定压力稳定压力，具有显著，具有显著的节能效果。的节能效果。EX2:EX2:硫酸工艺过程控制硫酸工艺过程控制13本讲稿第十三页，共六十页
7、1.1 1.1 过程控制系统组成及特点过程控制系统组成及特点硫酸工艺流程过程控制系统方框图硫酸工艺流程过程控制系统方框图硫酸工艺流程过程控制系统方框图硫酸工艺流程过程控制系统方框图4.4.过程控制目的过程控制目的 抑制外界抑制外界扰动扰动的影响，确保过程的的影响，确保过程的稳定性稳定性，使生产过程，使生产过程的的工况最优化工况最优化。14本讲稿第十四页，共六十页1.1 1.1 过程控制系统组成及特点过程控制系统组成及特点1.1.2 1.1.2 过程控制系统组成过程控制系统组成被控变量被控变量-CV(Controlled Variable)设定值设定值-SP(Setpoint)操纵变量操纵变量-
8、MV(Manipulated Variable)扰动变量扰动变量-DV(Disturbance Variable)控制变量控制变量-Control Variable测量信号测量信号-Measurement过程控制系统的重要术语过程控制系统的重要术语15本讲稿第十五页，共六十页1.1 1.1 过程控制系统组成及特点过程控制系统组成及特点1.1.2 1.1.2 过程控制系统组成过程控制系统组成问题：指出每一条连接线所对应的变量信号的物理意义与单位，以及每一问题：指出每一条连接线所对应的变量信号的物理意义与单位，以及每一个方块所表示的意义？个方块所表示的意义？16本讲稿第十六页，共六十页1.2 1.
9、2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标图示乙烯裂解气温度控制系统。采用液态丙烯，使其图示乙烯裂解气温度控制系统。采用液态丙烯，使其汽化吸收热量以冷却乙烯裂解气。调节气态丙烯流量汽化吸收热量以冷却乙烯裂解气。调节气态丙烯流量使温度控制在（使温度控制在（151.5）。EX3:EX3:丙烯冷却器过程控制丙烯冷却器过程控制17本讲稿第十七页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标1.1.指出系统中被控过程、被控参数和控制参数各是什么？指出系统中被控过程、被控参数和控制参数各是什么？2.试画出该控制系统的组成方块图。试画出该控制系统的组成方块图。被
10、控过程为被控过程为丙烯冷却器丙烯冷却器；被控参数为；被控参数为乙烯裂解气的出口温度乙烯裂解气的出口温度；控制参数为控制参数为气态丙烯的流量气态丙烯的流量。18本讲稿第十八页，共六十页在示意在示意图图中，气中，气态态丙丙烯烯的流向是由丙的流向是由丙烯烯冷却器流出。冷却器流出。3.试比较示意图和方块图，说明控制参数的信号流向与试比较示意图和方块图，说明控制参数的信号流向与 物料的实际流动方向不同。物料的实际流动方向不同。在方块图中，气态丙烯作为控制参数，其信号的流向是指向丙烯冷却器的。在方块图中，气态丙烯作为控制参数，其信号的流向是指向丙烯冷却器的。19本讲稿第十九页，共六十页1.1 1.1 过程
11、控制系统组成及特点过程控制系统组成及特点1.1.3 1.1.3 过程控制的特点过程控制的特点生产过程生产过程传热过程传热过程燃烧过程燃烧过程化学过程化学过程精馏过程精馏过程传质过程传质过程换热器、加热器、再沸器换热器、加热器、再沸器锅炉、冶炼炉、加热炉锅炉、冶炼炉、加热炉各类化学反应设备各类化学反应设备提纯或分离，精馏塔提纯或分离，精馏塔不同组分的分离与结合不同组分的分离与结合20本讲稿第二十页，共六十页板翅式换热器板翅式换热器盘盘管管式式换换热热器器过程控制生产装置过程控制生产装置21本讲稿第二十一页，共六十页铜矿冶炼炉铜矿冶炼炉过程控制生产装置过程控制生产装置22本讲稿第二十二页，共六十页
12、萃取装置萃取装置污水汽提装置污水汽提装置过程控制生产装置过程控制生产装置23本讲稿第二十三页，共六十页1.1 1.1 过程控制系统组成及特点过程控制系统组成及特点1.1.3 1.1.3 过程控制的特点过程控制的特点1.1.被控过程复杂多样。被控过程复杂多样。2.2.控制方案多样性。控制方案多样性。3.3.控制过程多属缓慢过程，存在滞后和非线性。控制过程多属缓慢过程，存在滞后和非线性。4.4.有定值控制和随动控制，定值控制是主要控制形式。有定值控制和随动控制，定值控制是主要控制形式。5.5.控制过程由规范的检测变送、控制和执行装置组成，实现控制过程由规范的检测变送、控制和执行装置组成，实现生产过
13、程的自动监控。生产过程的自动监控。24本讲稿第二十四页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标1.2.1 1.2.1 过程控制系统的分类过程控制系统的分类按系统的结构特点来分按系统的结构特点来分 反馈控制系统反馈控制系统 前馈控制系统前馈控制系统 复合控制系统复合控制系统（前馈前馈-反馈控制系统反馈控制系统）按给定值信号的特点来分按给定值信号的特点来分 定值控制系统定值控制系统 随动控制系统随动控制系统 25本讲稿第二十五页，共六十页1.1.反馈控制系统反馈控制系统偏差值偏差值是控制的依据，控制目的是是控制的依据，控制目的是减小或消除偏差减小或消除偏差。属
14、于属于闭环控制系统闭环控制系统，反馈信号可能有多个，从而可以构，反馈信号可能有多个，从而可以构成成多回路控制系统多回路控制系统（如（如串级控制系统串级控制系统）。）。1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标26本讲稿第二十六页，共六十页2.2.前馈控制系统前馈控制系统1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标扰动量扰动量是控制的依据，控制目的是是控制的依据，控制目的是及时抑制干扰及时抑制干扰。属于属于开环控制系统开环控制系统，在实际生产中不能单独采用。，在实际生产中不能单独采用。27本讲稿第二十七页，共六十页3.3.闭环与开环系统闭环与开环
15、系统1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标EX4:EX4:列管式换热器过程控制列管式换热器过程控制蒸汽流量控制系统蒸汽流量控制系统进料流量控制系统进料流量控制系统28本讲稿第二十八页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标闭环控制系统闭环控制系统开环控制系统开环控制系统闭环控制系统闭环控制系统29本讲稿第二十九页，共六十页“反馈反馈”是控制的核心！只有通过是控制的核心！只有通过反馈反馈才能实现才能实现对被控参数的对被控参数的闭环控制闭环控制！开环控制开环控制系统不能自动地系统不能自动地“察觉察觉”被控参数的被控参数的变化情况，
16、也不能判断控制参数的校正作用是变化情况，也不能判断控制参数的校正作用是否适合实际需要。否适合实际需要。1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标总结总结30本讲稿第三十页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标4.4.复合控制系统复合控制系统充分发挥了充分发挥了“前馈前馈”和和“反馈反馈”的各自优点。的各自优点。31本讲稿第三十一页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标5.5.定值和随动控制系统定值和随动控制系统定值控制系统定值控制系统是被控量（温度、压力、流量、液位、成分是被控量（温度、压
17、力、流量、液位、成分等）的给定值是等）的给定值是固定不变固定不变的过程控制系统。的过程控制系统。有时可在规定的有时可在规定的小范围附近不变小范围附近不变。随动控制系统随动控制系统是一种被控量的给定值是一种被控量的给定值随时间任意变化随时间任意变化的控制的控制系统。系统。主要作用是主要作用是克服扰动克服扰动，使，使被控量被控量随时随时跟踪给定值跟踪给定值。32本讲稿第三十二页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标1.2.2 1.2.2 过程控制的性能指标过程控制的性能指标过过程控制系程控制系统统的性能由的性能由组组成系成系统统的的结结构构、被控被控过过程程
18、与与过过程程仪仪表表（测测量量变变送、送、执执行器行器和和控制器控制器）各）各环节环节特性所共同决定的。特性所共同决定的。控制系控制系统结统结构（构（单单回路、串回路、串级级、前、前馈馈-反反馈馈控制等）；控制等）；各各组组成成环节环节特性：特性：33本讲稿第三十三页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标一个性能良好的过程控制系统，在受到一个性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作用外来扰动作用或或给给定值发生定值发生变化后，应能变化后，应能迅速、平稳、准确迅速、平稳、准确地达到或趋近给地达到或趋近给定值。定值。过程控制系统性能的过程控制系统性能的评价指
19、标评价指标可概括为：可概括为：系统必须是稳定的系统必须是稳定的系统应提供尽可能优良的稳态调节（系统应提供尽可能优良的稳态调节（静态指标静态指标）；）；系统应提供尽可能优良的过渡过程（系统应提供尽可能优良的过渡过程（动态指标动态指标）。）。1.1.过程控制系统的性能评价过程控制系统的性能评价34本讲稿第三十四页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标2.2.性能指标的确定和分析方法性能指标的确定和分析方法 过程控制系统性能指标应根据过程控制系统性能指标应根据生产工艺过程的生产工艺过程的实际需要来实际需要来确定。需同时注意确定。需同时注意静态静态和和动态动态性
20、能指标。性能指标。分析方法：分析方法：1.阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标，系统工程整定时采用；，系统工程整定时采用；2.偏差积分性能指标偏差积分性能指标，计算机仿真时采用。，计算机仿真时采用。35本讲稿第三十五页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标典型的控制系统过渡过程曲线典型的控制系统过渡过程曲线 不稳定不稳定稳定稳定36本讲稿第三十六页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标阶跃扰动作用下衰减振荡过渡过程阶跃扰动作用下衰减振荡过渡过程过渡时间过渡时间稳态误差稳态误差衰减比衰减比给定值给定值稳态值稳态值超调量超
21、调量37本讲稿第三十七页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标零或越小越好。零或越小越好。静态性能指标静态性能指标动态性能指标动态性能指标1.衰减比衰减比:2.超调量超调量:3.过渡过程时间过渡过程时间:稳态误差稳态误差:取衰减比为取衰减比为4:110:1 越小越好越小越好 越小越好越小越好 38本讲稿第三十八页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标EX5:EX5:阶跃响应性能指标的求取阶跃响应性能指标的求取某发酵过程工艺规定操作温度为某发酵过程工艺规定操作温度为805。试确定该系统的试确定该系统的稳态误差、衰减比
22、、超调量稳态误差、衰减比、超调量和和过渡过渡过程时间过程时间。39本讲稿第三十九页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标稳态误差稳态误差ess=80-81=-1衰减比衰减比n=B1:B2=7:1 第一个波峰值第一个波峰值B1=88-81=7；第二个波峰值第二个波峰值B2=82-81=1；超调量超调量=（88-81）/81=8.64%过渡过程时间过渡过程时间ts=18min给定值给定值稳态值稳态值40本讲稿第四十页，共六十页1.2 1.2 过程控制系统分类及性能指标过程控制系统分类及性能指标阶跃响应性能指标中各单项指标清晰明了，但如何统阶跃响应性能指标中各
23、单项指标清晰明了，但如何统筹（筹（兼顾偏差和时间兼顾偏差和时间），则比较困难。），则比较困难。偏差积分性能指标偏差积分性能指标可综合可综合偏差偏差和和时间关系时间关系，即可，即可以兼顾衰减比、超调量和过渡过程时间等各单项以兼顾衰减比、超调量和过渡过程时间等各单项指标，属于指标，属于综合性能指标综合性能指标。一般来说，一般来说，阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标便于便于工程整定工程整定，在工，在工程应用中使用广泛；而程应用中使用广泛；而偏差积分性能指标偏差积分性能指标则更便则更便于于计算机仿真计算机仿真和和理论分析理论分析。3.3.阶跃响应和偏差积分性能指标的比较阶跃响应和偏差积分性能指标的比较4
24、1本讲稿第四十一页，共六十页1.3 1.3 过程控制技术的发展过程控制技术的发展1.3.1 1.3.1 控制系统的发展史控制系统的发展史开大阀门还开大阀门还是逃命？是逃命？温度指示温度指示l手动操作手动操作l机械装置机械装置l气动设备气动设备l电动设备电动设备l数字计算数字计算l数字计算和通讯数字计算和通讯冷却阀冷却阀由人直接根据指示来调节阀门由人直接根据指示来调节阀门42本讲稿第四十二页，共六十页1.3 1.3 过程控制技术的发展过程控制技术的发展l手动操作手动操作l机械装置机械装置l气动设备气动设备l电动设备电动设备l数字计算数字计算l数字计算和通讯数字计算和通讯浮子用来测量液位浮子用来测
25、量液位闸门的位置决定流量闸门的位置决定流量支点的位置决定：支点的位置决定：闸门的变化闸门的变化/液位变化液位变化怎样改变设怎样改变设定值？定值？变量的值由装置的位置来表达变量的值由装置的位置来表达1.3.1 1.3.1 控制系统的发展史控制系统的发展史43本讲稿第四十三页，共六十页1.3 1.3 过程控制技术的发展过程控制技术的发展1.3.1 1.3.1 控制系统的发展史控制系统的发展史l手动操作手动操作l机械装置机械装置l气动设备气动设备l电动设备电动设备l数字计算数字计算l数字计算和通讯数字计算和通讯管道中的信号为管道中的信号为3-15psi的气压的气压气压改变阀门开度气压改变阀门开度怎样
26、执行怎样执行PID计算？计算？变量大小与气压成比例变量大小与气压成比例(50 150=3 15psi)。44本讲稿第四十四页，共六十页1.3 1.3 过程控制技术的发展过程控制技术的发展1.3.1 1.3.1 控制系统的发展史控制系统的发展史l手动操作手动操作l机械装置机械装置l气动设备气动设备l电动设备电动设备l数字计算数字计算l数字计算和通讯数字计算和通讯电线中的信号为电线中的信号为4-20mA的电流的电流电流转变为气压来操纵阀门电流转变为气压来操纵阀门怎样执行怎样执行PID计算计算？变量大小与电流或电压成比例变量大小与电流或电压成比例(50 150=4 20mA)。45本讲稿第四十五页，
27、共六十页l手动操作手动操作l机械装置机械装置l气动设备气动设备l电动设备电动设备l数字计算数字计算l数字计算和通讯数字计算和通讯电线中的信号为电线中的信号为4-20mA的电流的电流电流转变为气压来操纵阀门电流转变为气压来操纵阀门采用电动信号传输进行数字计算采用电动信号传输进行数字计算1.3 1.3 过程控制技术的发展过程控制技术的发展1.3.1 1.3.1 控制系统的发展史控制系统的发展史46本讲稿第四十六页，共六十页1.3 1.3 过程控制技术的发展过程控制技术的发展1.3.1 1.3.1 控制系统的发展史控制系统的发展史l手动操作手动操作l机械装置机械装置l气动设备气动设备l电动设备电动设
28、备l数字计算数字计算l数字计算和通讯数字计算和通讯电流转变为气压来操纵阀门电流转变为气压来操纵阀门数字数字PID信号采用数字传输信号采用数字传输信号在局域网中传输，信号在局域网中传输，传感器和阀门也可带有微处理器！传感器和阀门也可带有微处理器！47本讲稿第四十七页，共六十页1.3 1.3 过程控制技术的发展过程控制技术的发展控制在哪里实现？控制在哪里实现？现场显示现场调节电缆，可能有几百米长中央控制室中进行变量显示、计算以及操纵阀门传感器、现场显示和阀门都在生产现场48本讲稿第四十八页，共六十页1.3 1.3 过程控制技术的发展过程控制技术的发展1.3.2 1.3.2 过程控制仪表的发展过程控
29、制仪表的发展年代年代工业发展状况工业发展状况仪表技术仪表技术2020世纪世纪5050年代年代化工、冶金、造纸等规模较小化工、冶金、造纸等规模较小电子管时代电子管时代仪表信号标准：仪表信号标准：2020100kPa100kPa气动信号气动信号基地式仪表基地式仪表气动单元组合式仪表气动单元组合式仪表气动仪表控制器气动仪表控制器2020世纪世纪6060年代年代分立元件的半导体技术分立元件的半导体技术计算机计算机大型电站大型电站过程工业大型化过程工业大型化电动仪表开始使用，电动仪表开始使用，DDZ-DDZ-型，型，0 010mA10mA仪表控制室仪表控制室电动单元组合式仪表电动单元组合式仪表DDCDD
30、C2020世纪世纪7070年代年代集成电路技术集成电路技术微处理器微处理器工业现代化工业现代化微机广泛使用微机广泛使用DDZ-DDZ-型，信号标准：型，信号标准：4 420mA20mACADCAD机器人机器人DCSDCS，PLCPLC2020世纪世纪8080年代年代办公自动化办公自动化数字化技术数字化技术通信、网络技术通信、网络技术数字化智能化仪表数字化智能化仪表各种通信协议，各种通信协议，RS232/485/422RS232/485/422等等DCSDCS功能扩展功能扩展2020世纪世纪9090年代年代智能控制智能控制工业控制高要求工业控制高要求现场总线；分析仪器的在线应用；现场总线；分析仪
31、器的在线应用；优化控制；管理与控制的集成优化控制；管理与控制的集成49本讲稿第四十九页，共六十页1.3.3 1.3.3 计算机在过程控制中的应用及发展计算机在过程控制中的应用及发展1.3 1.3 过程控制技术的发展过程控制技术的发展年代年代计算机应用技术计算机应用技术2020世纪世纪6060年代年代计算机开始应用于自动控制计算机开始应用于自动控制集中控制及直接数字控制（集中控制及直接数字控制（DDCDDC）2020世纪世纪7070年代年代微型计算机产生微型计算机产生微处理机技术用于工业控制微处理机技术用于工业控制集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）产生）产生小型机开始在企业管理中应用小型
32、机开始在企业管理中应用2020世纪世纪8080年代年代微机在企业管理信息系统（微机在企业管理信息系统（MISMIS）中应用）中应用DCSDCS在过程控制中推广应用在过程控制中推广应用先进控制技术在工业上应用先进控制技术在工业上应用2020世纪世纪9090年代年代工业生产过程自动化（工业生产过程自动化（PAPA），工厂自动化（），工厂自动化（FAFA）计算机集成过程控制系统（计算机集成过程控制系统（CIPSCIPS）企业资源规划（企业资源规划（ERPERP）现场总线技术发展（现场总线技术发展（Field BusField Bus）管控一体化技术（管控一体化技术（MCISMCIS）优化控制软件包优
33、化控制软件包50本讲稿第五十页，共六十页1.3.4 1.3.4 过程控制理论的发展过程控制理论的发展1.3 1.3 过程控制技术的发展过程控制技术的发展上世纪上世纪40年代至年代至60年代，年代，经典控制理论经典控制理论为主。为主。60年代后，年代后，现代控制理论现代控制理论在生产过程控制中得到了在生产过程控制中得到了越来越多的应用。越来越多的应用。近年来，控制理论界已形成一个包括近年来，控制理论界已形成一个包括智能控制智能控制等在内等在内的多角度、多方位的研究态势。的多角度、多方位的研究态势。51本讲稿第五十一页，共六十页1.3 1.3 过程控制技术的发展过程控制技术的发展1.3.5 1.3
34、.5 我国过程控制技术的发展我国过程控制技术的发展上世纪上世纪50年代末期，主要采用年代末期，主要采用机械式机械式和和气动仪表气动仪表；60年代，广泛采用年代，广泛采用型电动单元组合仪表型电动单元组合仪表；70年代中期，年代中期，型电动单元组合仪表型电动单元组合仪表成为过程检测和控成为过程检测和控制的主流产品；制的主流产品；80年代初，开始采用年代初，开始采用型电动单元组合仪表型电动单元组合仪表，相继引进相继引进了了集散控制系统（集散控制系统（DCS）、可编程序控制器（可编程序控制器（PLC）和和工工业业PC机（机（IPC）等。等。目前，控制系统以目前，控制系统以DCS和和PLC-SCADA系
35、统为主。我国已系统为主。我国已有有DCS、PLC的研发和生产能力。的研发和生产能力。52本讲稿第五十二页，共六十页1.3 1.3 过程控制技术的发展过程控制技术的发展现场总线控制系统现场总线控制系统FCSPLC-SCADA系统的应用研究系统的应用研究远程监督与控制远程监督与控制智能控制应用研究智能控制应用研究过程控制与管理信息集成过程控制与管理信息集成过程控制的几个发展方向过程控制的几个发展方向53本讲稿第五十三页，共六十页1.4 1.4 本课程的地位和任务本课程的地位和任务1.4.1 1.4.1 本课程的地位本课程的地位1.4.2 1.4.2 本课程的任务本课程的任务过程控制和运动控制的区别
36、。过程控制和运动控制的区别。54本讲稿第五十四页，共六十页确定控制目标：确定控制目标：依据生产过程安全性、经济性与稳定性依据生产过程安全性、经济性与稳定性的要求，针对具体工业对象确定控制目标；的要求，针对具体工业对象确定控制目标；选择被控变量：选择被控变量：选择与控制目标直接或间接相关的可测量选择与控制目标直接或间接相关的可测量参数作为控制系统的被控变量；参数作为控制系统的被控变量；选择操作变量：选择操作变量：从所有可操作变量中选择合适的操作变量，从所有可操作变量中选择合适的操作变量，要求对被控变量的调节作用尽可能大而快；要求对被控变量的调节作用尽可能大而快；确定控制方案：确定控制方案：当被控
37、变量与操作变量多于当被控变量与操作变量多于1个时，既可个时，既可以直接用以直接用MIMO（多输入多输出）控制方案；也可以将系多输入多输出）控制方案；也可以将系统分解成几个统分解成几个SISO（单输入单输出）子系统再进行设计单输入单输出）子系统再进行设计（当然这里存在最佳分解问题）。（当然这里存在最佳分解问题）。1.4 1.4 本课程的地位和任务本课程的地位和任务1.4.3 1.4.3 过程控制的设计过程控制的设计55本讲稿第五十五页，共六十页调节阀的选择调节阀的选择：根据被控变量与操作变量的工艺条件及根据被控变量与操作变量的工艺条件及对象特性，选择合适大小与流量特性的调节阀；对象特性，选择合适
38、大小与流量特性的调节阀；控制算法的选择控制算法的选择：依据控制方案选择合适的控制算法。依据控制方案选择合适的控制算法。通常对于通常对于SISO系统，系统，PID控制算法能满足大部分情况；而对控制算法能满足大部分情况；而对于于MIMO系统，可采用的控制算法很多，但一般都需要对象模系统，可采用的控制算法很多，但一般都需要对象模型，仅适用于计算机控制系统。型，仅适用于计算机控制系统。控制系统的调试和投用控制系统的调试和投用：控制系统安装完毕后，按控制控制系统安装完毕后，按控制要求检查和调整各控制仪表和设备的工作状况要求检查和调整各控制仪表和设备的工作状况(包括控制器参包括控制器参数的在线整定数的在线
39、整定)，依次将其投入运行。，依次将其投入运行。1.4 1.4 本课程的地位和任务本课程的地位和任务1.4.3 1.4.3 过程控制的设计过程控制的设计56本讲稿第五十六页，共六十页目标：目标：破碎腔内料位需要稳定。破碎腔内料位需要稳定。方案：方案：仪表测量破碎腔内料位，信号传输到控制器，仪表测量破碎腔内料位，信号传输到控制器，改变给矿机频率，从而稳定破碎腔内料位。改变给矿机频率，从而稳定破碎腔内料位。1.4 1.4 本课程的地位和任务本课程的地位和任务EX6:EX6:一个不恰当的过程控制方案一个不恰当的过程控制方案57本讲稿第五十七页，共六十页1.4 1.4 本课程的地位和任务本课程的地位和任
40、务问题：问题：给矿皮带较长，矿量改给矿皮带较长，矿量改变后传输到破碎机时间长，存变后传输到破碎机时间长，存在时间的滞后，无法及时控制。在时间的滞后，无法及时控制。结论：结论：需要串级控制而设计需要串级控制而设计成单回路控制的系统，无法成单回路控制的系统，无法满足工艺指标要求！满足工艺指标要求！58本讲稿第五十八页，共六十页习题习题1试举一个日常生活中的控制系统，说明该系统的控试举一个日常生活中的控制系统，说明该系统的控制目标及其如何实现该控制目标的。并指出该控制目标及其如何实现该控制目标的。并指出该控制系统的被控变量、控制变量以及主要干扰。制系统的被控变量、控制变量以及主要干扰。59本讲稿第五十九页，共六十页习题习题2如图所示为一个加热炉出口温度如图所示为一个加热炉出口温度控制系统，燃料流量为控制系统，燃料流量为Rf，假设，假设加热炉进料流量加热炉进料流量Rv是主要干扰。是主要干扰。试：试：1、指出被控变量、操纵变量；、指出被控变量、操纵变量；2、画出系统的方块图。、画出系统的方块图。60本讲稿第六十页，共六十页