38自动控制系统概述

—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院1第一节自动控制系统的组成第二节自控系统的方块图第三节自控系统的分类第四节过渡过程和品质指标第五节工艺管道及控制流程图第一章自动控制系统概述—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院2第一节自动控制系统的组成液位的人工控制进料口执行器变送器控制器（控制仪表）眼看脑想手动检测运算执行液位的自动控制—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院3进料口执行器变送器调节器进料口执行器变送器控制站—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院4控制器执行器对象测量元件变送器偏差e控制器输出p给定值x操纵变量q测量值－z被控变量yf干扰变量控制器执行器对象测量元件变送器偏差e控制器输出p给定值x操纵变量q测量值－z被控变量yf干扰变量控制系统的4个基本环节：被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器几个常用术语：（1）被控对象需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象。（2）被控变量对象内要求保持一定数值（或按规律变化）的物理量。（3）操纵变量受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值、起控制（控制变量）作用的变量称为操纵变量（控制变量）。（4）干扰除操纵变量,作用于对象并引起被控变量变化的其他因素.（5）给定值工艺规定被控变量所要保持的数值。（6）偏差设定值与测量值之差。—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院5第二节自动控制系统的方块图控制器控制阀被控对象偏差控制器输出操纵变量测量元件变送器给定值测量值被控变量干扰作用ｘｘｐｑｆｙ－ｚ二者存在一一对应关系！方块连线箭头进料口蒸汽加热器温度控制系统进料流量变化进料温度的变化加热蒸汽压力变化加热器出料口温度蒸汽流量的变化—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院6自动控制系统方块图：控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器控制器+－SP广义对象执行器、被控对象及测量变送环节统称为广义对象固定因素补偿因素—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院7控制器控制阀被控对象偏差控制器输出操纵变量测量元件变送器给定值测量值被控变量干扰作用Ｘ+eｐｑｆｙ－ｚ系统运行的基本要求:自动控制系统的（最）基本要求是系统运行必须是稳定的.反馈:是控制系统的输出（即被控变量）通过测量变送返回到控制系统的输入端，并与设定值比较的过程。负反馈:反馈的结果使系统的输出减小的反馈类型。e=x-z正反馈:反馈的结果使系统的输出增加的反馈类型。e=x+z工业控制系统一般情况下都应为负反馈。反馈与闭环—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院8②闭环闭环——系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统称为闭环系统，此时系统根据偏差控制，直至消除偏差。控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器要实现自动控制，系统必须闭环—前提闭环控制系统稳定运行的必要条件是负反馈。—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院9第三节自动控制系统的分类（一）按设定值的特点区分:（按照需要控制的给定值是否/如何变化来分类）：1、定值控制系统2、随动控制系统（自动跟踪系统）3、程序控制系统（顺序控制系统）—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院10第四节控制系统的过渡过程和品质指标一、控制系统的静态（稳态）与动态控制系统的作用：尽可能使被控变量与设定值保持一致（或随设定值变化），当被控变量受干扰而偏离设定值时，控制作用必须驱使它（被控变量）回到设定值。静态：被控变量不随时间变化的平衡状态（不是静止）。如果控制系统是稳定的，假设设定值和干扰都保持不变，经过足够长的时间，控制系统中各参数必然会到达一个“相对”平衡状态，这种状态就是所谓的“静态”或“稳态”。动态：被控变量随时间变化的不平衡状态。如果系统原来处于静态。出现干扰-被控变量-控制器。从干扰发生、系统控制、直到重新建立平衡的过程称为“动态”过程。—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院11几种典型的过渡过程：非周期衰减过程衰减振荡过程等幅振荡过程发散振荡过程单调发散过程√√？XX一般是不允许的；除开关量控制回路—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院12三、控制系统的控制指标通常取衰减振荡来讨论控制系统的品质指标。以系统受到阶跃输入作用后的响应曲线的形式给出。主要包括：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4～10之间为宜。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振荡周期（振荡频率）过渡过程同向两波峰（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★—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院13阶跃干扰作用下的过渡过程（设定值固定，加阶跃干扰）——定值系统t()yt0BB()e3t2t1tC25稳定误差范围：％或者％的新稳态值最大偏差emax：maxeBC衰减比n：/nBB余差e(∞)：()()eCy过渡时间tp：3ptt振荡周期：21tt超调量B设定值新稳态值—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院14四、影响控制指标的主要因素固定因素：被控对象特性测量仪表特性执行器特性补偿因素：控制器特性——这是自动控制的主要研究内容—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院15第五节工艺管道及控制流程图（P&ID）乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图工艺流程控制方案控制流程—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院16(1)图形符号——检测点一般是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起点必要时也可以用象形或图形符号表示(2)图形符号——连线通用的仪表信号线均以细实线表示(3)图形符号——仪表符号仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm就地安装仪表就地安装仪表嵌在管道中集中仪表盘面安装仪表就地仪表盘面安装仪表集中仪表盘后安装仪表就地仪表盘后安装仪表同一个检测点，有两个或多个测量，可用两个或多个相切的圆表示交叉相接—化工仪表及自动化—南京航空航天大学材料学院17仪表符号除了图形之外，圆圈之中还应有一串有字母和数字组成的代号称为“仪表位号”。例如：PIC－207TRC－210……(4)字母代号字母编号写在圆圈的上半部。第一位字母表示被测变量后继字母表示仪表的功能PIC－207压力指示控制(5)数字代号数字编号写在圆圈的下半部。第一位数字表示段号后续数字(二位或三位数字)表示仪表序号。第2工段仪表序号为07PIC207