过程控制讲义第6章
过程控制系统广义对象讲义
温度控制通道阶跃响应特性参数为：稳定时温度变化 Δθ (∞) = 50°C ；时间常数T = 100s ；
纯迟延时间τ = 12s 。试求控制器的 δ 、Ti 。
r(t)
e(t)
u(t)
μ (t )
y(t)
⎜⎜⎝⎛1 +
1 Ti s
+
Td s ⎟⎟⎠⎞
（7）
式中，δ * = δ /(Kv Km ) = 1/(Kv Km Kc ) 为等效控制器的比例带；Km 为测量变送装置的增益。
由上可知，实际控制器 Gc (s) 和等效控制器的参数仅比例带（比例系数）不同，需进行
转换，而积分时间 Ti 和微分时间 Td 完全相同，不需要转换。 例 对于图 1 所示温度控制系统，控制器采用 PI 控制规律。温度变送器量程为 0～200
=
K0Km Ts + 1
e −τs
=
4 /15 e−12s 100s + 1
=
K e−τs Ts + 1
采用动态特性参数法，按 Z-N 公式，可得等效控制器的等效比例带为
δ * = 1.1× ⎜⎛ 4 /15 ⎟⎞ ×12 = 0.0352 ⎝ 100 ⎠
此时等效控制器包括了实际控制器和调节阀，则等效比例带为实际控制器的比例带和调 节阀增益倒数相乘的结果，即
采用动态特性参数法，按 Z-N 公式，可得等效控制器的等效比例带为
δ * = 1.1× ⎜⎛ 50 /15 ⎟⎞ ×12 = 0.44 ⎝ 100 ⎠
此时等效控制器包括了实际控制器、调节阀和测量变送装置，则等效比例带为实际控制 器的比例带和调节阀增益倒数、测量变送装置增益倒数相乘的结果，即
公共基础知识讲义整理-第六章-管理知识
公共基础知识讲义整理第六章管理知识第一节管理概述管理是指在特定的环境条件下，以人为中心对组织所拥有的人力、物力、财力、信息等资源进行有效的计划、组织、领导、控制，以期高效的达到既定组织目标的过程。
一、主要管理理论及代表人物（一）古典管理阶段1.泰勒及其科学管理理论美国的弗雷德里克·泰勒是科学管理理论的核心代表人物（其主要贡献是将管理由一种经验发展为一门学科），被誉为“科学管理之父”（其研究的主要是如何提高管理的效率，进而提高整体的劳动生产效率）。
他提倡管理要科学化、标准化。
其主要著作有：《科学管理原理》（1911）、《科学管理》（1912）。
泰勒使管理由经验发展为一门科学。
泰勒的科学管理理论主要内容：科学管理的中心问题是提高劳动生产率，必须为每项工作选择“第一流的工人”（将每个工人安排到与其相适应的岗位，这样他才能热爱自己的工作，发挥自己的积极性，提高生产效率。
），实施标准化管理（想要提高生产效率，必须挖掘工人潜力，这就需要将工人多年积累的经验和技巧进行归纳总结，腥草一种共性/规律性的东西，即标准化，这样在管理中就可以形成一种科学的方法，利用这种方法就能将工人的操作方法、使用工具和时间进行合理搭配，消除种种不合理因素，形成一种系统性的、共性的管理方法，再利用经验和技巧将其标准化，所有工人都按照这种模式进行工作，工作效率就能提高。
），实行“差别计件工资制（根据大家工作量的多少或贡献大小与工资匹配，提高工作积极性。
）”强调雇主与工人合作的“精神革命”（改变劳资双方对彼此的态度，只有双方密切合作，才能创造更多的财富，工人才能拿到更高的工资，资本家才能获得更多的利润），主张计划职能与执行职能相分离（让专业的人干专业的事），实行职能工长制。
2.法约尔法约尔是以大企业为研究对象，提出的是管理整个企业的理论和方法，这一理论不仅适用于公私企业，也使用于其他各种组织，因而他的管理理论被叫做“一般管理理论”（因其理论不仅适用于一般企业，也适用于行政单位，具有普适性）。
过程控制课件--讲义第六章利用补偿原理提高系统
25.01.2021
过程控制
5
系统传递函数为：
F 1((ss))G P D (s)G ff(s)G V(s)G P C(s) F
系统对于干扰F实现完全补偿的条件是:
GPD(s) + θ1 Gff(s) Gv(s) Q GPC(s) +
F ( s ) 0 ,而 1 ( s ) 0 ,代 入 上 式 有 ：
25.01.2021
过程控制
11
r
主调
节器
副调 节器
给水 扰动
G(s)
D(s)负 扰荷 动
调节阀
管路
锅炉 H
压力变送器
液位变送器
如果直接以负荷的扰动来调节阀门,使给水量总等于负荷量,就能解决 负荷扰动大,控制不及时的缺点.
25.01.2021
过程控制
12
D
ID
开方器
DT
IG*IDIL5.0
Σ IG* QC IG 开方器
r 前馈 设定值 控制器
调节量 μ
对象
前馈控制系统
y 被调量
无论干扰何时出现, 都立即开始校正, 使扰动在影响到被调量之前就被抵 消掉. 从理论上讲, 前馈控制可是实现很完善的控制, 即使是难控过程,其 性能也仅受测量和计算精度的限制．
u = f(r, D1,D2,D3)
25.01.2021
过程控制
干扰多：准确性难以保证过程控制
2
3)反馈控制的特点 ： ✓基于偏差来消除偏差； ✓“不及时”的控制 ； ✓存在稳定性问题； ✓对各种扰动均有校正作用； ✓控制规律通常是P、PI、PD或PID等典型规律。
问题:
是否可以在偏差产生前 (扰动发生但还未影响到输出量) 就 让调节机构作出反应,通过对干扰进行补偿来抵消其影响,从 而使被控对象不受干扰量的影响.这就是前馈控制(FFC),它 是一种按干扰进行控制的开环控制方式.
《热工过程自动控制》课程教学大纲(本科)
热工过程自动控制Automatic Control of Thermal Process课程代码：02410069学分：3学时：48 （其中：课堂教学学时：44实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：能源与动力工程控制基础适用专业：能源与动力工程教材：《热工过程自动控制》（自编讲义）一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热工过程自动控制》是能源与动力工程专业教学计划中重要的专业技术基础课，它是在自动化技术、计算机技术、通讯技术、电子技术、传感技术、测量技术、先进制造技术、管理学等课程知识的基础上，将自动控制原理应用到热工过程的一门应用科学。
通过本课程的学习，使学生掌握热工过程自动控制的基本原理以及必要的理论知识和工程实践能力，为学生毕业后从事本专业以及相关专业方面的工作打下坚实的基础。
（二）课程目标课程目标1:能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析热工过程自动控制中的复杂工程问题。
课程目标2：能够针对热工过程自动控制中的复杂工程问题，选择恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，提出热工过程自动控制的解决方案、预期的实现目标以及控制质量的综合评定，并能够理解其局限性。
课程目标3：能够就热工过程自动控制中的复杂工程问题与业界同行进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达和解释。
（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）1.毕业要求3：系统掌握本专业领域宽广的、必需的技术理论基础，主要包括机械和力学理论（机械原理、机械设计、理论力学、材料力学）、能源动力工程理论、热流体理论（热力学、流体力学、传热学）、电工电子和自动控制理论以及必要的计算机知识。
2.毕业要求4：掌握本专业领域方向所必需的专业知识和基本技能，了解学科前沿及发展趋势，并对其它相关专业方向的有关知识有一定了解。
3.毕业要求5：具有设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析。
高炉过程控制讲义
第一章绪论1.1 高炉过程控制的基本概念高炉过程控制就是高炉操作者根据从仪表上获取的检测数据，对高炉运行状况进行判断与预测。
高炉控制的目标是要及时发现并调整不稳定的炉况，生产出合格生铁，同时要注意降低燃料消耗和高炉长寿的问题。
1.2 高炉过程控制的发展概况高炉冶炼过程控制模型可以归纳为三种类型：1)高炉冶炼过程数学模型2)高炉冶炼过程优化模型3)高炉冶炼过程专家系统1.3 高炉过程控制的发展趋势实现高炉炼铁过程的闭环自动化。
结论：高炉冶炼过程控制模型以现代炼铁理论、自动控制理论和计算机技术为基础，由低级向高级发展，正在日臻完善，而且逐步形成了自己的一套比较系统的理论，并在生产中得到日益广泛的应用。
第二章高炉过程控制系统的构成2.1 高炉生产的特点1）过程复杂。
高炉冶炼过程为非均相、非线性、非稳态连续的物理和化学变化过程。
高炉内各种物理化学现象及其影响因素之间相互作用、相互影响，表现出很强的分布特性和耗散系统特征。
另外，高炉冶炼过程与外部环境之间的关系复杂。
冶炼过程涉及的物料流量大，相关处理设备繁多，前后工序的连贯性强，外部环境发生的变化都将对冶炼过程产生重要影响。
2）检测信息不完全。
高炉冶炼过程是在密闭状态下进行，内部情况大多无法直接观测，炉内高温、多相、含尘和机械冲刷等特点给过程变量的检测带来极大困难，一些用于建模和控制所需要的重要参数和变量目前还难以测得，一些测得的信息也含有较大噪声。
具体表现在检测项目少，且多局限于过程的边界（炉顶、渣铁、风口、炉身静压力等），很多重要检测数据的采样频度低。
3）反应迟钝。
即对控制动作的响应十分缓慢，时间常数很大，各个操作参数对过程的作用具有很大的滞后期，如：各操作变量对控制目标之一的[Si]的动态变化响应的延迟时间约为3-7小时。
4）可控范围狭窄。
一方面，铁水质量必须满足用户的要求，这使得高炉的各种控制参数可调范围相对较小；另一方面，炉况必须早调、小调，才不致于发生过大的波动，否则炉况将急剧恶化而导致失控。
统计过程控制SPC讲义
16587 15976 18322 17549 16753 17986 17569 16754 17914 19214 16554 16012 16503 16982 17991 17010 16889 17512 16842 14210
16268 16517 17432 16942 16875 17622 17581 17632 17923 18009 16548 16343 17228 17081 17210 17777 17241 17216 16852 16675
1924年，美国的休哈特博士提出将3Sigma原理运用于 生产过程当中，并发表了著名的“控制图法”，对过 程变量进行控制，为统计质量管理奠定了理论和方法 基础。
一、什麽是统计过程控制
2．预防与检测
1)事后检测——质量控制的最原始手段；
a.通过检查最终产品并剔除不符合规格产品， 保证不合格品不提交给顾客或下一工序；
1)是应用统计技术分析过程中的品质特 性，区分过程变异的特殊原因和普通原 因，从而达到控制过程变异的目的；
2)最终目的是在于预防问题的发生及减少 浪费；
3）是进行品质控制的强有力工具。
一、什麽是统计过程控制
工业革命以后， 随着生产力的进一步发展，大规模生 产的形成，如何控制大批量产品质量成为一个突出问 题，单纯依靠事后检验的质量控制方法已不能适应当 时经济发展的要求，必须改进质量管理方式。于是， 英、美等国开始着手研究用统计方法代替事后检验的 质量控制方法。
二、什麽是过程变异？
4． 观察和处理过程变异的两种方法：
2） 统计方法：下图为该过程品质成本变化的 X 图
18000
UCL=18106
17500 17000
Mean=17149
生产过程控制图讲义
研发费用占国民生产总值的百分 比与生产力之间的关系（55-64年）
生产过程控制图讲义
过程控制应当以预防为目的，而不是简单地在发现问题后返工。
如果输入符合规范，且过程变量被控制在一定的范围内， 则输出就是正确的。
检验还是预防？
生产过程控制图讲义
以预防为主的系统，我们应着重减少变化，并避免浪费。
检验还是预防？
★
2. 不合格品数控制图（Pn图）。
3. 单位缺陷数控制图（ µ图）。
4. 缺陷数控制图（c图）。
计数值控制图
生产过程控制图讲义
x-R图是x图（均值控制图）和R图（极差控制图）联合使 用的一种控制图。
x图主要用于判断生产过程的均值是否处于或保持在所要 求的受控状态； R图用于判断生产过程的标准差是否处于或保持在所要求 的受控状态；
x的计 量值控制图；
在现场直接研究质量数据随时间变化的统计规律 的动态方法；
控制图是判别生产过程是否处于控制状态的一种 手段，利用它可以区分质量波动是由偶然原因引 起的还是由系统原因引起的。
控制图由来
生产过程控制图讲义
1、关注顾客； 2、采用有效的测量手段； 3、过程控制的目标是预防； 4、技能训练和继续培养； 5、保证质量的发展战略、实施措施、政策规定、方法步骤和实践过程； 6、通过逐步的增量改进、企业运作程序的重构和发明创新，不断进取； 7、六条原则要综合协调发挥作用；
生产过程控制图讲义
2020/11/26
生产过程控制图讲义
控制图：本章主要内容
1、了解控制图的涵义和作用 2、均值-极差控制图 3、单值-移动极差控制图 4、不合格品率控制图 5、单位缺陷数控制图 6、控制图的观察和分析及使用程序
统计过程控制培训讲义
存在过大的普通原因及特殊原因的变差。 需要进行100％检测以保障客户利益。 必须采取紧急措施使过程稳定，并减小变差。
40
过程控制和过程能力
判断一个过程是否满足规格要求： 能力指数－Cpk 性能指数－Ppk
判断一个过程是否受控： 控制图
41
控制图
42
控制图
什么是控制图？ 控制图是对过程质量加以测定、记录从而
25
过程变差
生产/装配
设备及工装夹具的差异 随时间而产生的摩损，漂移等 操作工之间的差异（如手工操作的过程） 设置的差异 环境的差异
26
测量系统的变差
量具精确度（偏差）
量具精确度是指测量观察平均值与真实值（基准值） 的差异。 真实值由更精确的测量设备所确定
27
测量系统变差
量具重复性 量具重复性是由一个操作者采用一种测量
仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的 测量值变差。
28
测量系统变差
量具再现性 量具再现性是由不同的操作者，采用相同
的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量 平均值的变差。
29
测量系统变差
量具稳定性 量具稳定性是同一测量系统在不同时间测
量同一零件时，至少两组测量值的总变差。
30
测量系统变差
9.99 10.04 9.22 9.76 10.06 10.12 9.99 9.77 9.53 9.97
9.85 9.98 10.01 10.15 10.42 10.14 9.89 9.58 9.95 9.91
9.94 9.81 9.85 10.11 10.24 10.17 9.83 10.33 10.39 9.64
取局部措施或对系统采取措施的指南。
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过程控制系统 第6章
苯 苯—甲苯
甲苯
只好在与馏出物的 纯度有单值关系的工艺 参数中，找出合适的变 量作为被控变量，进行 间接参数控制。
经工艺分析发现， 塔内压力和塔内温度都 对馏出物纯度有影响。 需要对二者进行比较试 验，选出一个合适的变 量。
y1(t)
f
GF
r
e GC
GV
GO1
GO2
yk(t) y2(t)
t
y
Gm
过程控制系统 第6章
❖ 控制通道G01的纯滞后 ， y
使控制作用滞后τ01到达，造
成控制偏差增大。
❖ G02是控制、干扰共用通道，
干扰作用滞后τ02产生，但控 y
制作用再滞后τ02到达，同样造 成控制偏差增大。
f
GF
r
e GC
因为， τf 使干扰对被 控变量的影响推迟了τf 时间， 则控制作用也推迟τf 时间 ， 整个过渡过程曲线也推迟 时间τf ，但控制品质未变。
过程控制系统 第6章
2）控制通道动态特性对控制品质的影响
❖ 控制通道G01的时间常 y 数T01增大，使控制速度变 慢，最大偏差增大。
❖ G02是控制、干扰共用 通道，T02不影响最大偏差
过程控制系统 第6章
将 Y (s )G 0 (s )G c (s )X (s ) G f(s ) F (s )
1 G 0 (s )G c (s )
1 G 0 (s )G c (s )
代入系统偏差公式中：
E (s)X (s) Y (s)
E ( s )= 1 + G c ( 1 s ) G o ( s )X ( s ) - 1 + G G c ( fs ( ) s G )o ( s )F ( s )= E x ( s )+ E f( s )
2、当不能用直接工艺参数作为被控变量时， 应选择与直接工艺参数有单值函数关系的间接工艺 参数作为被控变量。
例3 化工的精馏物纯 度控制系统
苯
精馏工艺是利用被分
苯—甲苯
离物中各组分的挥发温度
不同，将各组分分离。
如图将苯—甲苯混合
液进行分离。
甲苯
过程控制系统 第6章
苯 苯—甲苯
甲苯
该精馏塔的工艺 要求是要使塔顶（或塔 底）馏出物达到规定的 纯度。按照被控变量的 选择原则1，塔顶（或 塔底）馏出物的组分应 作为被控变量。
过程控制系统 第6章
例1 储槽液位控制系统 工艺要求储槽液位稳定。那么设计的控制系统 就应以储槽液位为被控变量。
TT
LC
h
过程控制系统 第6章
例2 换热器出口温度控制系统 工艺要求出口温度为定值。那么设计的控制系 统就应以出口温度为被控变量。
载热介质
冷物料
热交换器
TC TT 热物料
过程控制系统 第6章
Y f(s)G0 1 1( s)G G 0(02 s()sG )G c(0 s3 )(s)F3(s)
1 G 0 G 2(0 s () s G )G 0 1 c ((s s ))F 2(s) 1 G G 0 0 (1 s ()s G )c(s)F 1 (s)
过程控制系统 第6章
f1(t)通道惯性小，受干扰后被调参数变化速度 快；当控制作用见效时，被调参数已经变化较大— —造成动态偏差较大。
其中最关键的设计是：
过程控制系统 第6章
6.2.2被控参数与控制变量的选择 6.2.2.1被控参数的选择
被控变量—生产过程中希望借助自动控制保 持恒定值（或按一定规律变化）的变量。
合理选择被控变量，关系到生产工艺能否达 到稳定操作、保证质量、保证安全等目的。
被控变量的选择依据： 1、根据生产工艺的要求，找出影响生产的关 键变量作为被控变量
上例中，若塔顶、塔底的产品纯度都分别设 置温控系统，会相互干扰，存在关联。因此，若采 用简单控制系统，只能设置一个温控系统，保证塔 顶或塔底一端的产品质量。
过程控制系统 第6章
6.2.2.2控制变量选择
把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制 作用的变量称为控制变量或操纵变量。最常见的操 纵变量是介质的流量，也有以转速、电压等作为操 纵变量的。
精品
过程控制第6章
过程控制系统 第6章
控制系统原理方框图
给定值
控制器 ＋－
操作量
执行器
干扰 被控变量
对象
测量变送器
控制系统工艺流程图
冷物料
载热介质 热交换器
TC TT 热物料
过程控制系统 第6章
6.2简单控制系统设计 1. 过程控制系统方案设计的基本要求
生产过程对过程控制系统的要求可简要归纳为 安全性、稳定性和经济性三个方面。 2. 过程控制系统设计的主要内容
干扰通道的惯性因子（Tf s+1）使干扰作用的 影响缓慢。
❖ Tf 越大，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有 利于控制。
❖ 干扰进入系统的位置离被控变量检测点越远， 则Tf 越大，控制时最大偏差越小。
过程控制系统 第6章
例：某控制系统中，干扰f1、f2、f3分别在三个 位置进入系统。干扰离被控变量检测点越远，则干 扰通道的时间常数越大，对被控变量的影响越慢。
可见，控制通道偏差和干扰通道偏差的传函
分母是一样G的o (。s将) G c(Ts)o、Ks Gc( s ) K c
oGo(s)代入：
1
G
o
(
s
)
G f(s)
Kf
G c( s )
K
Tos Kc
o
1
过程控制系统 第6章
E x ( s )= 1 + G c ( 1 s ) G o ( s )X ( s )= ( T o s + T o 1 s )+ + 1 K o K cX ( s ) E f( s )= - 1 + G G c ( fs ( ) s G ) o ( s )F ( s )= - ( T o s + 1 )T f K ( s + f( 1 T ) o + s + K 1 o ) K c ( T fs + 1 )F ( s )
过程控制系统 第6章
例2中，影响出口温度的主要因素有：载热介 质温度、载热介质流量、冷物料温度、冷物料流量 等。显然，载热介质流量影响力最大且可控。故选 载热介质流量作为控制变量。
Tr Qr 载热介质
TC
Ti Qi 冷物料
热交换器
TT 热物料
过程控制系统 第6章
例3中，若选择提馏段某块塔板（灵敏板）的
TT
LC
h
过程控制系统 第6章
控制变量的确定 被控变量选定以后，应对工艺进行分析，找出 所有影响被控变量的因素。在这些变量中，有些是 可控的，有些是不可控的。 在诸多影响被控变量的因素中选择一个对被控 变量影响显著且便于控制的变量，作为控制变量； 其它未被选中的因素则视为系统的干扰。
影响变量
被控变量
量信号的线性化处理。
过程控制系统 第6章
6.2.3.2执行器的选择 1．调节阀工作区间的选择 正常工况下，调节阀的开度应在15%～85%区 间。据此原则计算、确定控制阀的口径尺寸。 2．调节阀的流量特性选择 按补偿对象特性的原则选取。 3．调节阀的气开、气关作用方式选择 按控制信号中断时，保证生产设备安全的原则 确定。
GV
GO1
GO2
Gm
yk(t) y2(t)
y1(t) t
τ01
yk(t) y2(t)
y1(t)
τ02 2τ02
t
y
过程控制系统 第6章
因此，控制通道时间常数T0 小一些好。表明控 制变量对被控变量的影响迅速，有利于控制。
控制通道纯滞后τ0越小越好。 τ0会使控制时间 延长、最大偏差增大。
控制变量的选择原则：
过程控制系统 第6章
被控参数y(t)受到设定信号x(t)和干扰信号f(t)的
共同影响：
干扰通道
Y (s)G 0 (s)G c(s)X (s) G f(s) F (s)
1 G 0 (s)G c(s)
1 G 0 (s)G c(s)
控制通道
X(s) ＋－
Gc(s)
F(s)
Gf(s)
＋
Go(s) ＋
Y(s)
所以扰动进入系统的位置离被控参数检测点越 远，干扰对被控参数影响越小。
y
y
yk(t)
y(t)
y
yk(t)
yk(t)
y(t)
y(t)
t
t
t
过程控制系统 第6章
❖ 干扰通道纯滞后τf不影响控制质量。
Y f( s ) 1 G G c ( fs ( ) s G )o ( s )F ( s ) ( T o s 1 含) ( T 有fK s e f( 1 –T ) o τ s f K s1 o ) K c ( T fs
过程控制系统 第6章
6.2.3.3调节器正反作用的选择 负反馈控制系统的控制作用对被控变量的影响 应与干扰作用对被控变量的影响相反，才能使被控 变量值回复到给定值。为了保证负反馈，必须正确 选择调节器的正反作用。
干扰
给定值
控制器 ＋－
操作量
被控变量
执行器
对象
测量变送器
过程控制系统 第6章
为了说明选择方法，先定义作用方向： 当某个环节的输入增加时，其输出也增加，称该 环节为“正作用”；反之，称为“反作用” 。 按此定义： 变送器都是正作用 气开阀是正作用，气关阀是反作用 被控对象有的正作用，有的反作用 控制器作用方向以测量输入与输出的关系定义：
温度作为被控变量。那么，影响灵敏板温度T灵的因 素主要有：