工业过程控制工程课件第二章控制系统组成及指标PPT
图2.1-2 液位自动控制系统
8
表2.1-1 被测变量和仪表功能的代号
TI表示温度指示，TT表示温度变送器，TIC表示温度指示
控制，HC表示手动控制。
9
例2 温度控制系统
它由蒸汽加热器、温度变 送器TT、温度控制器TC 和蒸汽流量控制阀组成。 控制的目标是保持流体出 口温度恒定。当进料流量 或温度等因素的变化引起 出口物料的温度变化时， 通过温度变送器TT测得温 度的变化，并将其信号送 至温度控制器TC与给定 值进行比较，温度控制器 TC根据其偏差信号进行 运算后将控制命令送至控 制阀，以改变蒸汽流量来 维持出口温度。
小和方向，经过分析、思考，然后根据操作经验发出命 令；
③ 根据大脑发出的控制命令，通过手去改变出水阀门 开度，以改变Qo来控制液位；
④ 反复执行上述操作，直到将液位控制到所希望的数 值上。
上述操作工通过眼、脑、手相互配合完成液位的控制
过程就是一个人工控制过程。
7
由于人工控制受到生理上的限制，满足不了大型现 代化生产的要求。如果能用一些仪表或装置来代替操作 工的眼、脑、手自动地完成控制任务，不仅能大大减轻 操作工的劳动强生度，而且可大大提高控制速度和精度。 为此，采用液位测量变送器LT检测液位值并转换为标准 信号，如4~20mA。这一测量信号送往液位控制器LC， 控制器的设定值由人工给定。控制器根据偏差的正负、 大小及变化情况，发出控制信号。控制器的输出送往执 行器，此处为控制阀，控制阀根据控制信号变化增大或 减小阀门的开度，调节出水流量，使测量值接近或等于 给定值。这样，就构成了液位自动控制系统。
自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起 来的。
例1 液位控制系统 ：
图2.1-1为液体储罐内液位的人工控制示
意图。从维持生产平稳进行考虑，工艺
上希望罐内的液位h 能维持在所希望的位
置hs上。液位h 是需要控制的工艺变量，
称为被控变量。显然，当进水量Qi或出
水量Qo波动时，都会使罐内的液位发生
变化。现假定通过控制出水量Qo维持液
是其上下限符合规定系列0~10mA，4~20mA，
0.02~0.1MPa
12
执行器 常用的是控制阀。接受控制器来的信号u，直接 改变操纵变量q。操纵变量是被控对象的某输 入变量，通过操作这个变量可克服扰动对被控 变量的影响，通常是由执行器控制的某工艺流 量。
控制器 也称调节器。它将被控变量的设定值与测量值 进行比较得出偏差信号e，并按一定规律给出 控制信号u 。
7．控制过程（调节过程） 原来处于平衡状态的控制对象，一旦受到扰动作用，被调量 就会偏离给定值。要通过自动控制仪表或运行人员的调节作 用使被调量重新恢复到新的平衡状态的过程，称为调节过程。
8．自动控制系统 自动控制仪表和控制对象通过信号的传递互相联系起来就构 成一个自动控制系统。
5
2.1.1 控制系统组成
13
2.1.2 控制系统的方框图
用文字叙述的方法来描述控制系统的 组成和工作原理较为繁琐，在自动控制 中常常采用直观图形的方法来表达，即 方框图 。
14
图2.1-5 简单控制系统的方框图
15
几点说明：
✓ 方框图中的各个信号值都是增量，增益放大 系数和传递函数都是在稳态值为零的条件下 得到的。
✓ 各环节的增益有正、负之分/ ✓ 方框图中箭头方向表示的是信号的流向，指
5．控制量（调节量） 由调节机构(阀门、挡板等)改变的流量(或能量)，用以控制 被调量的变化。
4
6．扰动 引起被调量偏离其给定值的各种原因称为扰动。 如果扰动不包括在控制回路内部(例外界负荷)，称为外扰。 如果扰动发生在控制回路内部，称为内扰。 由于调节机构开度变化造成的扰动，称为基本扰动。 变更控制器的给定值的扰动称为给定值扰动,也称控制作用扰 动。
向与指离的关系，使原因与后果的关系，不 是物料或能量的流向。
16
区分输入量、输出量和流入量、流出量： 从物料平衡和能量平衡的角度看，把被控对象 视为一隔离体，从外部流入对象内部的物质或 能量流称为流入量．从对象内部流出的流量称 为流出量。在控制系统中，无论流入量和流出 量，它们作为引起被控变量（输出量）变化的 原因，都是被控对象的输入量。
图2.1-3 蒸汽加热器温度自动控制系统
10
例3 流量控制系统 它由管路系统、孔板和差压 变送器、流量控制器FC和 流量控制阀组成。控制的目 标是保持流量恒定。当管道 其他部分阻力发生变化或有 其他扰动时，流量将偏离设 定值。利用孔板作为检测元 件，把孔板上、下游的静压 用连接导管接至差压变送器， 将流量信号转化为标准电流 信号；该信号送至流量控制 器FC 与给定值进行比较， 流量控制器FC 根据其偏差 信号进行运算后将控制命令 送至控制阀，改变阀门开度， 就调整了管道中流体的阻力， 从而影响了流量，使流量维 持在设定值。
位的恒定，称Qo为操纵变量。进水量Qi
是造成被控变量产生不期望波动的原因， 图2.1-1 液位人工控制示意图
称为扰动。
6
若由操作工来完成这一控制任务，所要做的工作是：
① 用眼睛观察液位计实际液位的指示值，并通过神 经系统告诉大脑；
② 通过大脑对眼睛观测到的实际液位值与事先在大
脑中储存好的希望值即给定值进行比较，根据偏差的大
2.1.1 控制系统组成 2.1.2 控制系统的方框图
3
自动调节中的一些常用术语
1．被调量（被控制量） 表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的物理量。
2．给定值 按生产要求被调量必须维持的希望值。
3．控制对象（被控对象） 被调节的生产过程或设备称为控制对象。
4．调节机构 可用来改变进入控制对象的物质或能量的装置称为调节机 构。
图2.1-4 流量控制系统
11
简单控制系统特征：
被控对象
也称对象。是指被控制的生产设备或装置。针
对以上三例，分别是液罐、蒸汽加热器、管路 系统。被控对象需要控制的变量称为被控变量， 上述各例中为液位、温度：流量。
测量变送器
测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标
准信号的输出，作为测量值。标准信号的含义
第二章 控制系统组成及指标
简单控制系统是由一个被调量、一个控制量 而且只用一个调节器、一个调节阀所组成的一个 闭合回路。
简单控制系统是最基本、最常见、应用最广 泛的控制系统，约占控制回路的80 ％以上。
扰动
输入量 e调节器
被控对象
输出量
1
2.1 控制系统组成 2.2 控制性能指标
2
2.1 控制系统组成
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过程控制讲义课件(全套)
前馈—反馈控制系统
29
1.4 过程控制系统的分类
6. 按给定信号的特点分类 ： 定值控制系统 程序控制系统 随动控制系统
（1）定值控制系统：就是系统被控量的给定值保持在规定 值不变，或在小范围附近不变。定值控制系统是过程控 制中应用最多的一种控制系统，因为在工业生产过程中 大多要求系统被控量的给定值保持在某一定值，或在某 很小范围内不变。 例如过热蒸汽温度控制系统、转炉供氧量控制系统 均为一个定值控制系统。
30
1.4 过程控制系统的分类
（2）程序控制系统：它是被控量的给定值按预定的时 间程序变化工作的。控制的目的就是使系统被控量按 工艺要求规定的程序自动变化。 例如同期作业的加热设备(机械、冶金工业中的热 处理炉)，一般工艺要求加热升温、保温和逐次降温 等程序，给定值就按此程序自动地变化，控制系统按 此给定程序自动工作，达到程序控制的目的。
4. 按被控制量的多少分类：
单变量控制系统 多变量控制系统
25
1.4 过程控制系统的分类
5. 按系统的结构分类：
反馈控制系统 前馈控制系统 复合控制系统 单回路控制系统 串级控制系统
26
1.4 过程控制系统的分类
（1）反馈控制系统
它是过程控制系统中的一种最基本的控制结构形 式。反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作 的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差 的目的。如过热蒸汽温度控制系统就是一个反馈控制 系统。另外，反馈信号也可能有多个，从而可以构成 多个闭合回路，称其为多回路控制系统。
23
1.4 过程控制系统的分类
1. 按被控量分类 ：
温度控制系统 压力控制系统 流量控制系统 液位控制系统等
2. 按完成的功能分类：
29
1.4 过程控制系统的分类
6. 按给定信号的特点分类 ： 定值控制系统 程序控制系统 随动控制系统
（1）定值控制系统：就是系统被控量的给定值保持在规定 值不变，或在小范围附近不变。定值控制系统是过程控 制中应用最多的一种控制系统，因为在工业生产过程中 大多要求系统被控量的给定值保持在某一定值，或在某 很小范围内不变。 例如过热蒸汽温度控制系统、转炉供氧量控制系统 均为一个定值控制系统。
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1.4 过程控制系统的分类
（2）程序控制系统：它是被控量的给定值按预定的时 间程序变化工作的。控制的目的就是使系统被控量按 工艺要求规定的程序自动变化。 例如同期作业的加热设备(机械、冶金工业中的热 处理炉)，一般工艺要求加热升温、保温和逐次降温 等程序，给定值就按此程序自动地变化，控制系统按 此给定程序自动工作，达到程序控制的目的。
4. 按被控制量的多少分类：
单变量控制系统 多变量控制系统
25
1.4 过程控制系统的分类
5. 按系统的结构分类：
反馈控制系统 前馈控制系统 复合控制系统 单回路控制系统 串级控制系统
26
1.4 过程控制系统的分类
（1）反馈控制系统
它是过程控制系统中的一种最基本的控制结构形 式。反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作 的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差 的目的。如过热蒸汽温度控制系统就是一个反馈控制 系统。另外，反馈信号也可能有多个，从而可以构成 多个闭合回路，称其为多回路控制系统。
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1.4 过程控制系统的分类
1. 按被控量分类 ：
温度控制系统 压力控制系统 流量控制系统 液位控制系统等
2. 按完成的功能分类：
典型工业过程控制系统PPT课件
汽 包
省 煤 器
给 水
蒸汽 LC
单冲量控制系统
第9页/共80页
单冲量汽包水位控制系统的特点
•结 构 简 单 ， 投 资 少 。 •适用于虚假水位不严重 ，负荷较平稳的场合 (小型锅炉)。 •为 安 全 运 行 ， 可 设 置 水 位 报 警 和 联 锁 控 制 系 统 。 •但 由 于 存 在 虚 假 水 位 的 反 向 特 性 ， 当 负 荷 变 化 比 较 大 时 ， 会 造 成 控 制 器 输 出 误 动 作 ， 影响控制系统的控制品质。此外，由于蒸汽负荷变化后，要在引起水位变化后才改 变给水量，因此，控制不及时。
第2页/共80页
锅炉设备的控制问题
工程上一般将锅炉的控制系统划分为：汽包水位控制系统、燃烧控制系统和过 热蒸汽控制系统，下面分别对这三个控制系统的典型方案进行讨论。
给水量 减温水 燃料量 送风量 引风量
负 荷 锅炉设备
第3页/共80页
水位 蒸汽温度 蒸汽压力 过剩空气 炉膛负压
一、锅炉汽包水位的控制 被控变量：汽包水位，用H (s)表示； 控制变量：汽包给水量流量，用G (s)表示； 主要干扰：蒸汽负荷(蒸汽流量)，用D (s)表示； 其它扰动：给水方面的扰动；燃料量的扰动；汽包压力变化； 通道对象：非自衡、反向特性、非线性等特性。
被控变量组成的串级控制系统，及蒸汽压力为主被 控变量、空气量为副被控变量的串级控制系统。
系统中燃料量与空气量的比值关系是通过 燃料控制器和空气控制器的正确动作间接保证的， 该方案能够保证蒸汽压力恒定。
第19页/共80页
方案三：逻辑提量/减量控该制方案系以统蒸汽压力为主
被控变量，燃料和空气并列 为副被控变量的串级控制系 统。既能保证蒸汽压力恒定， 又可实现燃料的完全燃烧。
工业生产过程控制讲义PPT(29张)
来就构成控制系统。 3．被调量（被控制量） 表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的
4．给定值 按生产要求被调量必须维持的希望值（简称给定
值）。 5．调节机构
6．控制量（调节量） 由操作者或调节机构(阀门、挡板等)改变的输入物
理量，用以控制被调量的变化。称为控制量。 7．扰动
引起被调量偏离平衡状态的各种原因称为扰动。
•
8、有些事，不可避免地发生，阴晴圆缺皆有规律，我们只能坦然地接受;有些事，只要你愿意努力，矢志不渝地付出，就能慢慢改变它的轨迹。
•
9、与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。
过程控制
主讲人：马平
什么是过程控制？
工业生产过程 指原材料经过若干加工步骤转变成产品并具有一
定生 产规模的过程。
工业生产过程可分为： 连续生产过程 离散生产过程
间歇生产过程（批量生产过程）。
工业生产过程的目标
在可能获得的原料和能源条件下，以最经济的 途径将原材料加工成预期的合格产品。
理想条件
原材料
•
9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。
•
10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。
•
11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。
•
12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果两者你都不占绝对优势，那你就选择善良。
学习要求：
绪论： 建立过程控制系统的基本概念，了解 现状及发展趋势
4．给定值 按生产要求被调量必须维持的希望值（简称给定
值）。 5．调节机构
6．控制量（调节量） 由操作者或调节机构(阀门、挡板等)改变的输入物
理量，用以控制被调量的变化。称为控制量。 7．扰动
引起被调量偏离平衡状态的各种原因称为扰动。
•
8、有些事，不可避免地发生，阴晴圆缺皆有规律，我们只能坦然地接受;有些事，只要你愿意努力，矢志不渝地付出，就能慢慢改变它的轨迹。
•
9、与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。
过程控制
主讲人：马平
什么是过程控制？
工业生产过程 指原材料经过若干加工步骤转变成产品并具有一
定生 产规模的过程。
工业生产过程可分为： 连续生产过程 离散生产过程
间歇生产过程（批量生产过程）。
工业生产过程的目标
在可能获得的原料和能源条件下，以最经济的 途径将原材料加工成预期的合格产品。
理想条件
原材料
•
9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。
•
10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。
•
11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。
•
12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果两者你都不占绝对优势，那你就选择善良。
学习要求：
绪论： 建立过程控制系统的基本概念，了解 现状及发展趋势
过程控制系统ppt课件
2、调节原理 二、稳定边界法（临界比例度法）
4、变送器：一般为“＋”； 一般控制系统中，有效办法是采用串级控制。
当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的
变化而变化。改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而 控制介质流量。
二、控制阀的流量特性
1、概念
l Q ,L Q max
Ql f( )(33)
§2-2 被控参数和控制参数的选择
一、被控参数(即被控量)的选择
1.选择的意义
2. 选择方法
(1).选直接参数
即能直接发映生产过程产品产量和质量，以及安全 运行的参数。(如锅炉锅筒的水位控制。)
(2).选间接参数
当选直接参数有困难时采用。(如用反应釜的温度 控制间接实现化学反应的质量控制。)
3. 选间接参数的原则
它是每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即：
B1 B2
B1
2．超调量和最大动态偏差：
随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为：
B1 100%
C
定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即：
3．余差：
A B1 C
它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作
用下，余差（Steady-state error）为：
以液体储槽的水位控制为例进行说明。
1、控制原理(如下图)
液位变送器 液位控制器
执行器
2、系统方块图
1-1典型单回路控制系统
3、主要组成部分
(1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2)、检测变送单元： (3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。 (4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的
• 必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状。 • 间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。 • 间接参数要有足够的灵敏度。
4、变送器：一般为“＋”； 一般控制系统中，有效办法是采用串级控制。
当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的
变化而变化。改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而 控制介质流量。
二、控制阀的流量特性
1、概念
l Q ,L Q max
Ql f( )(33)
§2-2 被控参数和控制参数的选择
一、被控参数(即被控量)的选择
1.选择的意义
2. 选择方法
(1).选直接参数
即能直接发映生产过程产品产量和质量，以及安全 运行的参数。(如锅炉锅筒的水位控制。)
(2).选间接参数
当选直接参数有困难时采用。(如用反应釜的温度 控制间接实现化学反应的质量控制。)
3. 选间接参数的原则
它是每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即：
B1 B2
B1
2．超调量和最大动态偏差：
随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为：
B1 100%
C
定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即：
3．余差：
A B1 C
它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作
用下，余差（Steady-state error）为：
以液体储槽的水位控制为例进行说明。
1、控制原理(如下图)
液位变送器 液位控制器
执行器
2、系统方块图
1-1典型单回路控制系统
3、主要组成部分
(1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2)、检测变送单元： (3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。 (4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的
• 必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状。 • 间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。 • 间接参数要有足够的灵敏度。
《过程控制工程》课件
详细描述
反馈控制原理基于负反馈机制，通过传感器检测系统输出，并将其与期望输出进行比较，产生一个误差信号。控 制器根据误差信号调整系统输入，以减小实际输出与期望输出之间的偏差。这种控制方式具有快速响应、抗干扰 能力强等优点。
前馈控制原理
总结词
前馈控制原理是一种开环控制系统，通过预先对扰动因素进行补偿，来减小其 对系统输出的影响。
执行器分为电动、气动和液压等类型，根据被控对象的特性选择合适的执行器， 以实现精确的控制效果。
传感器
传感器是过程控制系统中的测量元件，用于检测被控对象的 参数并将其转换为电信号或数字信号。
传感器的类型包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等 ，它们的选择直接影响系统的测量精度和控制效果。
过程单元
系统仿真
总结词
系统仿真是在计算机上模拟实际生产过 程，用于评估和比较不同控制策略的效 果。
VS
详细描述
系统仿真通过模拟生产过程中各个工艺变 量的变化，可以预测系统在不同控制策略 下的行为。通过比较不同控制策略的效果 ，可以找到最优的控制方案。系统仿真还 可以用于培训操作人员，提高其对系统的 理解和操作能力。
02
过程控制系统的基本组 成
控制器
控制器是过程控制系统的核心，用于 接收来自传感器的输入信号，并根据 设定值与实际值的偏差产生控制输出 。
控制器的类型包括比例控制器、积分 控制器和微分控制器等，它们通过不 同的控制算法来调整执行器的输出， 以实现系统的稳定和优化。
执行器
执行器是过程控制系统的执行机构，根据控制器的输出信号来调节被控对象的参 数。
详细描述
集成化控制系统将生产过程中的各种设备和系统进行集成，实现数据共享、信息交互和协同工作，提高生产过程 的整体协调性和效率。同时，集成化控制系统还有助于降低能源消耗和减少环境污染，促进可持续发展。
反馈控制原理基于负反馈机制，通过传感器检测系统输出，并将其与期望输出进行比较，产生一个误差信号。控 制器根据误差信号调整系统输入，以减小实际输出与期望输出之间的偏差。这种控制方式具有快速响应、抗干扰 能力强等优点。
前馈控制原理
总结词
前馈控制原理是一种开环控制系统，通过预先对扰动因素进行补偿，来减小其 对系统输出的影响。
执行器分为电动、气动和液压等类型，根据被控对象的特性选择合适的执行器， 以实现精确的控制效果。
传感器
传感器是过程控制系统中的测量元件，用于检测被控对象的 参数并将其转换为电信号或数字信号。
传感器的类型包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等 ，它们的选择直接影响系统的测量精度和控制效果。
过程单元
系统仿真
总结词
系统仿真是在计算机上模拟实际生产过 程，用于评估和比较不同控制策略的效 果。
VS
详细描述
系统仿真通过模拟生产过程中各个工艺变 量的变化，可以预测系统在不同控制策略 下的行为。通过比较不同控制策略的效果 ，可以找到最优的控制方案。系统仿真还 可以用于培训操作人员，提高其对系统的 理解和操作能力。
02
过程控制系统的基本组 成
控制器
控制器是过程控制系统的核心，用于 接收来自传感器的输入信号，并根据 设定值与实际值的偏差产生控制输出 。
控制器的类型包括比例控制器、积分 控制器和微分控制器等，它们通过不 同的控制算法来调整执行器的输出， 以实现系统的稳定和优化。
执行器
执行器是过程控制系统的执行机构，根据控制器的输出信号来调节被控对象的参 数。
详细描述
集成化控制系统将生产过程中的各种设备和系统进行集成，实现数据共享、信息交互和协同工作，提高生产过程 的整体协调性和效率。同时，集成化控制系统还有助于降低能源消耗和减少环境污染，促进可持续发展。
过程控制课件1-4
《过程控制与自动化仪表》
1-4学时 第1章 自动控制系统基本概念 重点: 1．了解化工自动化的主要内容
2．理解控制系统的组成方块图
一、什么是过程控制？它的作用是什么？
过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、 轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周 期程序进行的生产过程的自动控制,它是自动化技术 的重要组成部分。它在现代化工业生产中，为实现 各种最优的经济技术指标、提高劳动生产率和经济 效益、改善劳动条件、保护劳动者的身体健康以及 保护生产环境等方面起着举足轻重的作用。
（2）经济型－－成本低（消耗的原材料、能量、人力 资源要少）、效率高（产量高、质量好）；
（3）稳定性－－较强的抑制外部干扰的能力和长期无故障运行 的能力；
（4）具体的技术指标：即系统的快速性、稳定性与准确性等指 标。
2、自控专业和工艺专业共同研讨确定被控参数（直接测量、 间接测量或称软测量等）；
3.建立被控过程的数学模型（包括控制通道模型与干扰通道模 型）； 4、选择控制参数（或控制介质）确定控制方案； 5、选择控制策略； 6、选择执行机构与调节阀；
4、 按系统的给定值信号特点分为 定值控制、随动控制、顺序控制等；
5、 按控制策略分为 PID控制、预测控制、推理控制、模糊控制、Smith预估控制
、自适应控制等；
七、过程控制系统的过渡过程
1.系统的静态和动态 在自动化领域内,把被调参数不随时间变化的平衡状 态称为系统的静态,而把被调参数随时间变化的不平 衡状态称为系统的动态.
例2 加热炉控制系统
控制目标：
1. 保证热油出口温度稳 定。
2 . 在保证热油出口温度 稳定的同时要求加热 炉热效率最高。
特点： 1.串级调节 2. 当某些参量不易测量时 ，可通过测量其他容易测 量的相关参量达到控制目 标； 3 燃油流量控制子系统。
1-4学时 第1章 自动控制系统基本概念 重点: 1．了解化工自动化的主要内容
2．理解控制系统的组成方块图
一、什么是过程控制？它的作用是什么？
过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、 轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周 期程序进行的生产过程的自动控制,它是自动化技术 的重要组成部分。它在现代化工业生产中，为实现 各种最优的经济技术指标、提高劳动生产率和经济 效益、改善劳动条件、保护劳动者的身体健康以及 保护生产环境等方面起着举足轻重的作用。
（2）经济型－－成本低（消耗的原材料、能量、人力 资源要少）、效率高（产量高、质量好）；
（3）稳定性－－较强的抑制外部干扰的能力和长期无故障运行 的能力；
（4）具体的技术指标：即系统的快速性、稳定性与准确性等指 标。
2、自控专业和工艺专业共同研讨确定被控参数（直接测量、 间接测量或称软测量等）；
3.建立被控过程的数学模型（包括控制通道模型与干扰通道模 型）； 4、选择控制参数（或控制介质）确定控制方案； 5、选择控制策略； 6、选择执行机构与调节阀；
4、 按系统的给定值信号特点分为 定值控制、随动控制、顺序控制等；
5、 按控制策略分为 PID控制、预测控制、推理控制、模糊控制、Smith预估控制
、自适应控制等；
七、过程控制系统的过渡过程
1.系统的静态和动态 在自动化领域内,把被调参数不随时间变化的平衡状 态称为系统的静态,而把被调参数随时间变化的不平 衡状态称为系统的动态.
例2 加热炉控制系统
控制目标：
1. 保证热油出口温度稳 定。
2 . 在保证热油出口温度 稳定的同时要求加热 炉热效率最高。
特点： 1.串级调节 2. 当某些参量不易测量时 ，可通过测量其他容易测 量的相关参量达到控制目 标； 3 燃油流量控制子系统。
控制系统的性能指标
•电动仪表开始应用(II) •仪表控制室 •模拟流程图 •DDC
自动化仪表技术的发展
20世纪70年代
20世纪80年代 20世纪90年代
•集成电路技术 •微处理器 •能源危机 •工业现代化 •微机广泛应用
•办公自动化 •数字化技术 •通讯，网络技术 •对环境的重视
•智能控制 •工业控制高要求
《过程控制工程》课程组
过程控制系统的分类
按被控参数分类：温度、压力、流量过程控制系统等 按被控变量数分类：单变量和多变量过程控制系统 按设定值分类：定值过程控制系统、随动（伺服）过程控制系统、程序过
程控制系统 按参数性质分类：集中参数和分布参数过程控制系统 按控制算法分类：简单、复杂、先进（高级）过程控制系统 按控制器形式分类：常规仪表和计算机控制系统 按系统结构特点分类：反馈控制、前馈控制和复合控制
•电动仪表(III) •CAD •自动机械工具 •机器人 •DCS，PLC
•数字化仪表，各种通信协议， 如RS-232 •智能化仪表，危机化仪表 •先进控制软件 •DCS功能扩展
•现场总线 •分析仪器的在线作用 •优化控制
自动化仪表技术的发展
我国首创的无纸 无笔记录仪
《过程控制工程》课程组
微机化的记录、控制仪 表（智能化仪表）
《过程控制工程》课程组
什么叫工业生产过程？
通常把原材料转变成产品并具有一定生产规模的过程叫工业
生产过程。
能源
原料 公用工程
生产过程 （连续或间歇）
《过程控制工程》课程组
付产品
产品
市场
废物
（气、液、固）
《过程控制工程》课程组
过程控制的认识
过程控制
——一般是指工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自 动控制。
自动化仪表技术的发展
20世纪70年代
20世纪80年代 20世纪90年代
•集成电路技术 •微处理器 •能源危机 •工业现代化 •微机广泛应用
•办公自动化 •数字化技术 •通讯，网络技术 •对环境的重视
•智能控制 •工业控制高要求
《过程控制工程》课程组
过程控制系统的分类
按被控参数分类：温度、压力、流量过程控制系统等 按被控变量数分类：单变量和多变量过程控制系统 按设定值分类：定值过程控制系统、随动（伺服）过程控制系统、程序过
程控制系统 按参数性质分类：集中参数和分布参数过程控制系统 按控制算法分类：简单、复杂、先进（高级）过程控制系统 按控制器形式分类：常规仪表和计算机控制系统 按系统结构特点分类：反馈控制、前馈控制和复合控制
•电动仪表(III) •CAD •自动机械工具 •机器人 •DCS，PLC
•数字化仪表，各种通信协议， 如RS-232 •智能化仪表，危机化仪表 •先进控制软件 •DCS功能扩展
•现场总线 •分析仪器的在线作用 •优化控制
自动化仪表技术的发展
我国首创的无纸 无笔记录仪
《过程控制工程》课程组
微机化的记录、控制仪 表（智能化仪表）
《过程控制工程》课程组
什么叫工业生产过程？
通常把原材料转变成产品并具有一定生产规模的过程叫工业
生产过程。
能源
原料 公用工程
生产过程 （连续或间歇）
《过程控制工程》课程组
付产品
产品
市场
废物
（气、液、固）
《过程控制工程》课程组
过程控制的认识
过程控制
——一般是指工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自 动控制。
《过程控制系统概述》PPT课件
电气信息学院测控系
本课程在自动化类专业中的地位和作用
➢与自动控制理论的联系（思考自控的内容）； ➢与运动控制系统的区别； ➢主要应用场合； ➢支撑课程以及相关基础课程。 ➢在整个自动化大类专业中的地位；
电气信息学院测控系
本课程主要内容
➢基本概念
▪ 过程控制系统的概念和发展状况 ▪ 控制对象的数学模型
采集到的氧气流量，送入 流量变送器FT，再经过开 方器，其结果送到流量控 制器（调节器）FC作为流 量反馈值，与供氧量的设 定值比较，得到偏差值， 经过流量控制器（调节器） FC进行PID运算，输出控制 信号，去控制调节阀的开 度，从而改变供氧量的大 小，以满足生产工艺要求。
3
FC 4
2 FT
5
氧
气
界干扰，使被控量尽量保持接近或等于设定值。
电气信息学院测控系
5．过程控制有多种分类方法
• 按被控参数分类： 温度、压力、流量、液位或物位控制系统、物性
控制系统、成分控制系统。 • 按被控量数分类：
单变量过程控制系统、多变量过程控制系统。 • 按设定值分类：
定值控制系统、随动（伺服）控制系统、程序控 制系统。
电气信息学院测控系
1.1 过程控制的任务与目标
• 生产过程：
– 是指物料经过若干加工步骤而成为产品的过程。
• 生产过程的总目标：
– 以最经济的途径将原物料加工成预期的产品。
• 过程控制的任务:
– 了解工艺流程和动静态特性， – 实现生产过程的控制目标。
电气信息学院测控系
• 生产过程的要求：安全性,稳定性,经济性。
计算机控制技术。
电气信息学院测控系
二、过程控制的特点
1、被控过程的多样性 石油化工过程、钢铁生产中的冶炼和轧制过程、核
本课程在自动化类专业中的地位和作用
➢与自动控制理论的联系（思考自控的内容）； ➢与运动控制系统的区别； ➢主要应用场合； ➢支撑课程以及相关基础课程。 ➢在整个自动化大类专业中的地位；
电气信息学院测控系
本课程主要内容
➢基本概念
▪ 过程控制系统的概念和发展状况 ▪ 控制对象的数学模型
采集到的氧气流量，送入 流量变送器FT，再经过开 方器，其结果送到流量控 制器（调节器）FC作为流 量反馈值，与供氧量的设 定值比较，得到偏差值， 经过流量控制器（调节器） FC进行PID运算，输出控制 信号，去控制调节阀的开 度，从而改变供氧量的大 小，以满足生产工艺要求。
3
FC 4
2 FT
5
氧
气
界干扰，使被控量尽量保持接近或等于设定值。
电气信息学院测控系
5．过程控制有多种分类方法
• 按被控参数分类： 温度、压力、流量、液位或物位控制系统、物性
控制系统、成分控制系统。 • 按被控量数分类：
单变量过程控制系统、多变量过程控制系统。 • 按设定值分类：
定值控制系统、随动（伺服）控制系统、程序控 制系统。
电气信息学院测控系
1.1 过程控制的任务与目标
• 生产过程：
– 是指物料经过若干加工步骤而成为产品的过程。
• 生产过程的总目标：
– 以最经济的途径将原物料加工成预期的产品。
• 过程控制的任务:
– 了解工艺流程和动静态特性， – 实现生产过程的控制目标。
电气信息学院测控系
• 生产过程的要求：安全性,稳定性,经济性。
计算机控制技术。
电气信息学院测控系
二、过程控制的特点
1、被控过程的多样性 石油化工过程、钢铁生产中的冶炼和轧制过程、核
工业过程控制
第一章：1.过程控制定义 ：所谓过程控制是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。
2.通常把原材料转变成产品并具有一定生产规模的过程叫做工业生产过程。
连续生产过程中自动控制系统的被控参数往往是温度、压力、流量、物位和成分等变量。
3.球磨给矿过程控制示意图 球磨给矿过程控制方框图4.硫酸工艺流程压力控制方框图5.过程控制目的：目的：抑制外界扰动的影响，确保过程的稳定性，使生产过程的工况最优化。
具体来说：保证质量；提高产量；节能降耗；安全运行；保护环境；改善劳动条件；提高管理水平等 。
6.过程控制系统组成：1.被控过程，指运行中的多种多样的工艺生产设备；2.过程检测控制仪表，包括：测量变送；控制器、执行器。
7. 被控参数（变量）y(t ) 控制（操纵）参数（变量）q(t) 扰动量f(t) 给定值r(t) 当前值z(t) 偏差e(t) 控制作用u(t) 8.过程控制的主要特点：被控过程形形色色；控制过程多属缓慢过程和参量控制形式；控制方案的多样性，有单回路（50%以上）、串级（20%以上）、前馈-反馈、比值、均匀、分程、选择性、时滞、数字和计算机过程控制系统等； 定值控制是主要控制形式。
9.过程控制系统的分类 ：按系统的结构特点来分 ：反馈控制系统 、前馈控制系统 、复合控制系统（前馈-反馈控制系统） 按给定值信号的特点来分：定值控制系统 、随动控制系统 反馈控制系统 ：偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。
反馈信号可能有多个，从而可以构成多回路控制系统（如串级控制系统）。
前馈控制系统：扰动量的大小是控制的依据，控制“及时”。
属于开环控制系统，在实际生产中不能单独采用。
复合控制系统（前馈-反馈控制系统） ：充分发挥了前馈和反馈的各自优点。
10.过程控制系统的性能评价：一个性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作用或给定值发生变化后，应能迅速、平稳、准确地达到或趋近给定值。