第1章過(guò)程控制及仿真概述

1、作者：郭陽(yáng)寬 王正林聯(lián)系郵箱：wa_l1.1 過(guò)程控制系統(tǒng)概述l1.2 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)l1.3 過(guò)程控制理論的發(fā)展現(xiàn)狀l1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)l1.5 Simulink在過(guò)程仿真中的優(yōu)勢(shì)l本章闡述了過(guò)程控制系統(tǒng)及仿真的基本概念，介紹了過(guò)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及過(guò)程控制理論的發(fā)展現(xiàn)狀，過(guò)程控制系統(tǒng)仿真等基礎(chǔ)知識(shí)。l通過(guò)對(duì)本章的學(xué)習(xí)，讀者對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)仿真的發(fā)展現(xiàn)狀，以及本書(shū)的主要內(nèi)容能有初步的認(rèn)識(shí)。1.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)l被控對(duì)象：指被控制的生產(chǎn)設(shè)備或裝置，如上述進(jìn)行水位控制的鍋爐l傳感器和變送器l控制器，也稱(chēng)調(diào)節(jié)器 l執(zhí)行器 l控制閥 過(guò)程控制系統(tǒng)主要具有以下特點(diǎn) 。 l1系統(tǒng)由

2、過(guò)程檢測(cè)控制儀表組成。l2被控過(guò)程具有多樣性。l3控制方案具有多樣性。l4被控過(guò)程多屬慢過(guò)程，控制目標(biāo)多為過(guò)程參數(shù)。l5給定值控制是主要的控制形式。l按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)，過(guò)程控制系統(tǒng)可以分為反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)和復(fù)合控制系統(tǒng)。 l按系統(tǒng)的給定值的特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)，過(guò)程控制系統(tǒng)可以分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。 1.2.1 過(guò)渡過(guò)程性能指標(biāo)ltp:峰值時(shí)間 lP%：超調(diào)量lts：調(diào)節(jié)時(shí)間 ln:衰減比1.2.2 誤差性能指標(biāo)l1誤差積分指標(biāo)IEl2誤差絕對(duì)值積分指標(biāo)IAEl3誤差平方積分指標(biāo)ISEl4誤差絕對(duì)值乘時(shí)間積分指標(biāo)ITAEl20世紀(jì)40年代之前，主要憑經(jīng)驗(yàn)用人工

3、控制生產(chǎn)過(guò)程l20世紀(jì)50年代前后，以頻率法和根軌跡法的經(jīng)典控制理論l20世紀(jì)60年代逐漸發(fā)展起來(lái)并且日趨完善的現(xiàn)代控制理論l先進(jìn)控制策略及相應(yīng)軟件主要有：多變量預(yù)測(cè)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制及故障診斷、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等。1.4.1 計(jì)算機(jī)仿真基本概念l1模型l模型可以分為以下三類(lèi)：（1）物理模型；（2）數(shù)學(xué)模型；（3）仿真模型l2仿真系統(tǒng)分類(lèi)l（1）按模型分類(lèi)：物理仿真、數(shù)學(xué)仿真；l（2）按計(jì)算機(jī)類(lèi)型分類(lèi)：模擬仿真、數(shù)字仿真、混合仿真、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真。l3計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)l（1）硬件方面：提高仿真系統(tǒng)的速度，大大增強(qiáng)數(shù)字仿真的實(shí)時(shí)性。l（2）應(yīng)用軟件方面：直接面向用戶的數(shù)字仿真軟件不斷推陳

4、出新。l（3）分布式數(shù)字仿真：充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行分布式仿真，投資少，效果好。l（4）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多學(xué)科。 過(guò)程控制系統(tǒng)仿真包括以下幾個(gè)基本步驟：?jiǎn)栴}描述、模型建立、仿真實(shí)驗(yàn)、結(jié)果分析 。在過(guò)程控制系統(tǒng)仿真中，Simulink具有先天的優(yōu)勢(shì)。 l1Simulink可以很方便地創(chuàng)建和維護(hù)一個(gè)完整的模塊，評(píng)估不同的算法和結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。l2Simulink模型可以用來(lái)模擬線性和非線性、連續(xù)和離散，或者兩者的混合系統(tǒng)，也就是說(shuō)它可以用來(lái)模擬幾乎所有可能遇到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。l3Simulink沒(méi)有單獨(dú)的語(yǔ)言，但是它提供了S函數(shù)規(guī)則。S函數(shù)使Simulink更加充實(shí)、完備，具有更強(qiáng)的處理能力。l過(guò)程控制系統(tǒng)是工業(yè)中控制系統(tǒng)的主要表現(xiàn)形式，一般指工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控變量為溫度、壓力、流量、液位、成分等變量的系統(tǒng)。由于被控過(guò)程的多樣性，因