第一章控制系統(tǒng)的基本知識

《工業(yè)過程儀器與控制》多媒體課件系部：機械工程系專業(yè)：化工過程機械專業(yè)制作：張琳

關(guān)于《工業(yè)過程儀器與控制》這門課一課程基本情況●學(xué)分：2.0●總學(xué)時：32●授課學(xué)時：24●實驗學(xué)時：8●課程性質(zhì)：專業(yè)選修●先修課：化工原理、自動控制原理、過程流體機械、過程設(shè)備設(shè)計●教材：張寶芬、張毅、曹麗.

自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng).北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2000.12

二本課程的性質(zhì)與教學(xué)目的

《工業(yè)過程儀器與控制》課程是化工過程機械專業(yè)研究生的一門專業(yè)選修課程。在技術(shù)發(fā)展的今天化工過程機械專業(yè)的技術(shù)人員掌握過程參數(shù)的自動檢測及自動化儀表、控制系統(tǒng)設(shè)計方面的知識，不但對于工業(yè)生產(chǎn)的正常運行是必要的、而且對于化工工藝及過程裝備技術(shù)的改進也是必不可少的。本課程的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生具有過程參數(shù)檢測及自動化儀表、控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)。三教學(xué)基本要求及內(nèi)容

掌握控制系統(tǒng)的基本概念、各種檢測儀表的工作原理、控制系統(tǒng)的設(shè)計、了解計算機儀表控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。通過本課程的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生在實踐科研工作中能合理運用自動檢測和控制技術(shù)。

四教學(xué)環(huán)節(jié)內(nèi)容和學(xué)時分配（一）理論教學(xué)24學(xué)時第1章控制系統(tǒng)的基本概念

4

學(xué)時第2章過程裝備控制基礎(chǔ)

8第3章過程檢測技術(shù)

8第4章過程控制裝置

2第5章計算機控制系統(tǒng)

2(二）實踐教學(xué)8實驗1：被控對象數(shù)學(xué)模型測試2實驗2：簡單控制系統(tǒng)實驗3實驗3：復(fù)雜控制系統(tǒng)實驗3五參考書[1]厲玉鳴．化工儀表及自動化（第三版）．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．1999.11[2]厲玉鳴．化工儀表及自動化例題習(xí)題集．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．1999.10[3]付家才．工業(yè)控制工程實踐技術(shù)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．2003.8[4]翁維勤，孫洪程．過程控制系統(tǒng)及工程（第二版）．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．2002.7[5]俞金壽．化工自控工程設(shè)計．上海：華東化工學(xué)院出版社．1991.4[6]陳詩滔．工業(yè)過程儀表與控制．北京：中國輕工業(yè)出版社．1998.9[7]陳守仁．自動檢測技術(shù)及儀表．北京：機械工業(yè)出版社．1989[8]王毅.過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.7六考核方式平時成績：30%考試成績：70%教學(xué)要求與學(xué)習(xí)目標：1掌握自動控制系統(tǒng)的組成。

2掌握帶控制點流程圖上常用圖形符號的含義。3掌握方塊圖的畫法。4掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)在階躍擾動作用下，過渡過程的幾種基本形式及過渡過程品質(zhì)指標的含義。5掌握控制系統(tǒng)的分類

教學(xué)內(nèi)容:●§1.1化工自動化的主要內(nèi)容▲§1.2控制系統(tǒng)的組成▲§1.3

帶控制點的工藝流程圖▲§1.4

自動控制系統(tǒng)方塊圖▲

§1.5控制系統(tǒng)的分類▲§1.6自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標●本章學(xué)習(xí)要點●本章思考題及作業(yè)

第1章自動控制系統(tǒng)基本知識§1.1化工自動化的主要內(nèi)容化工過程生產(chǎn)自動化，包括以下四個的主要內(nèi)容:1.自動檢測系統(tǒng)2.信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)3.自動操縱及自動開停車系統(tǒng)4.自動控制系統(tǒng)利用各種檢測儀表對主要工藝參數(shù)進行測量、指示或記錄。它代替操作人員對工藝參數(shù)的不斷觀察與記錄，起著眼睛的作用。往復(fù)壓縮機在線監(jiān)測系統(tǒng)

§1.1化工自動化的主要內(nèi)容化工過程生產(chǎn)自動化，包括以下四個的主要內(nèi)容:1.自動檢測系統(tǒng)2.信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)3.自動操縱及自動開停車系統(tǒng)4.自動控制系統(tǒng)是生產(chǎn)過程中的安全裝置。當(dāng)工藝參數(shù)超過了允許范圍，在事故即將發(fā)生前，信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)就自動地發(fā)生聲光信號，告誡操作人員注意，并及時采取措施。若工況已達危險狀態(tài)時，聯(lián)鎖系統(tǒng)立即自動采取緊急措施，打開安全閥或切斷某些通路，必要時緊急停車，以防事故發(fā)生和擴大。

§1.1化工自動化的主要內(nèi)容化工過程生產(chǎn)自動化，包括以下四個的主要內(nèi)容:1.自動檢測系統(tǒng)2.信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)3.自動操縱及自動開停車系統(tǒng)4.自動控制系統(tǒng)是生產(chǎn)過程中的安全裝置。當(dāng)工藝參數(shù)超過了允許范圍，在事故即將發(fā)生前，信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)就自動地發(fā)生聲光信號，告誡操作人員注意，并及時采取措施。若工況已達危險狀態(tài)時，聯(lián)鎖系統(tǒng)立即自動采取緊急措施，打開安全閥或切斷某些通路，必要時緊急停車，以防事故發(fā)生和擴大。

§1.1化工自動化的主要內(nèi)容化工過程生產(chǎn)自動化，包括以下四個的主要內(nèi)容:1.自動檢測系統(tǒng)2.信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)3.自動操縱及自動開停車系統(tǒng)4.自動控制系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動的對生產(chǎn)設(shè)備進行某種周期性的操作。例如：煤氣發(fā)生爐的造氣過程（吹風(fēng)、上吹、下吹、二次上吹、吹凈）。自動開停車系統(tǒng)可以按照預(yù)先規(guī)定好的步驟，將生產(chǎn)過程自動地投入運行或自動停車?！?.1化工自動化的主要內(nèi)容自動控制系統(tǒng)是自動化生產(chǎn)的核心部分，也是本課程了解和學(xué)習(xí)的重點特別提醒化工過程生產(chǎn)自動化，包括以下四個的主要內(nèi)容:1.自動檢測系統(tǒng)2.信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)3.自動操縱及自動開停車系統(tǒng)4.自動控制系統(tǒng)當(dāng)某一設(shè)備的工藝條件發(fā)生變化時，自動控制系統(tǒng)能自動地排出各種干擾因素，使工藝參數(shù)始終保持在預(yù)先規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，以保證生產(chǎn)維持正?；蜃罴训墓に嚥僮鳡顟B(tài)?！?.2自動控制系統(tǒng)的組成

人工控制過程：（1）用眼觀察溫度計的指示值；（2）將觀察值與要求值進行比較，得出偏差的大小和方向，并傳遞給大腦；（3）大腦根據(jù)偏差的大小和方向，依據(jù)經(jīng)驗決定開關(guān)閥門開度的大小和方向，并指令手去執(zhí)行；（4）手根據(jù)大腦的指令去執(zhí)行控制閥門的動作。

自動控制系統(tǒng)是在人工控制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，下面以換熱器管程出口溫度的控制為例，對人工控制和自動控制加以比較。提問？自動控制過程：（1）由測溫度元件熱電阻測的出口物料的溫度，并轉(zhuǎn)換成電信號，再由溫度變送器將電信號轉(zhuǎn)換成標準信號；（2）控制器將變送器送來的信號與要求值進行比較，得出偏差的大小和方向；（3）控制器根據(jù)偏差的大小和方向，按照一定的控制規(guī)律輸送出一個對應(yīng)的信號去控制閥（執(zhí)行器）的動作；（4）控制閥接受信號，改變控制閥的開度大小，從而改變了進入換熱器的蒸汽量，達到調(diào)整溫度的目的各環(huán)節(jié)的作用：被控對象：在自動控制系統(tǒng)中，工藝變量需要控制的生產(chǎn)設(shè)備或機器，如：換熱器、塔器、反應(yīng)器、泵、壓縮機、管道、各種貯槽等。從上面的人工控制及自動控制過程可看出：自動控制系統(tǒng)由以下環(huán)節(jié)組成：▲自動控制系統(tǒng)被控對象自動控制裝置測量元件與變送器

控制（調(diào)節(jié)）器執(zhí)行器（控制閥）各環(huán)節(jié)的作用：▲測量元件與變送器：用來感受被控變量的變化并將它轉(zhuǎn)換成一種特定的信號：如氣壓信號（0.02～0.1MPa）電流信號（0～10mA或4～20mA）從上面的人工控制及自動控制過程可看出：自動控制系統(tǒng)由以下環(huán)節(jié)組成：▲自動控制系統(tǒng)被控對象自動控制裝置測量元件與變送器

控制（調(diào)節(jié)）器執(zhí)行器（控制閥）各環(huán)節(jié)的作用：

▲控制（調(diào)節(jié)）器：將檢測元件及變送器送來的信號與工藝上需要保持的設(shè)定值信號進行比較，得出偏差的大小，根據(jù)偏差的大小及變化趨勢，按照預(yù)先設(shè)定好的控制規(guī)律進行運算后，將運算結(jié)果用特定的信號發(fā)送給執(zhí)行器（控制閥）。從上面的人工控制及自動控制過程可看出：自動控制系統(tǒng)由以下環(huán)節(jié)組成：▲自動控制系統(tǒng)被控對象自動控制裝置測量元件與變送器

控制（調(diào)節(jié)）器執(zhí)行器（控制閥）從上面的人工控制及自動控制過程可看出：自動控制系統(tǒng)由以下環(huán)節(jié)組成：▲自動控制系統(tǒng)被控對象自動控制裝置測量元件與變送器

控制（調(diào)節(jié)）器執(zhí)行器（控制閥）各環(huán)節(jié)的作用：

▲執(zhí)行器（控制閥）：接受控制器送來的信號，自動地改變閥門的開度，從而相應(yīng)地改變流入（或流出）被控對象的物料流量或能量，克服擾動的影響，最終實現(xiàn)控制要求。常見的有：氣動薄膜執(zhí)行器，電動執(zhí)行器▲帶控制點的工藝流程圖：在控制方案確定后，用自動控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定的文字符號和圖形符號在工藝流程圖上標出相應(yīng)的測量點、控制點、控制系統(tǒng)及自動信號與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)等。流程圖中設(shè)備間連線表示物料流動的方向。例如▲

§1.3

帶控制點的工藝流程圖（補充）

HGJ7-87《化工過程檢測.控制系統(tǒng)設(shè)計符號統(tǒng)一規(guī)定》一圖形符號儀表:

用直徑約10mm的細實線圓圈表示。測量點:

是由工藝設(shè)備輪廓或工藝管線引到儀表圓圈的連接線的起點,無特定的符號。

連接線：儀表到測量點之間的信號連接線用細實線表示儀表的安裝位置見表1-1補充圖儀表及測量點的表示下面介紹控制流程中統(tǒng)一的符號規(guī)定南京化學(xué)工業(yè)公司磷酸中控室某鋼鐵廠中控室某鋼鐵廠中控室揚子芳烴廠中控室（亞洲最大的中控室）揚子芳烴廠表1-1儀表安裝位置的圖形符號表示（補充）二字母代號

①儀表圓圈的上半圓內(nèi)：用英文字母表示被測變量和儀表的功能。第一位字母表示被測變量；第二位起后續(xù)字母表示儀表功能。②儀表圓圈的下半圓內(nèi)：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示儀表的位置編號。第一位數(shù)字表示工段號；第二位起后續(xù)數(shù)字表示儀表的序號。常見被測變量和儀表功能的字母代號見表1-2√√√√√√√√√√（補充）補充圖控制點的工藝流程圖——表示測量點在塔頂?shù)膲毫χ甘究刂苾x表，儀表安裝在集中儀表盤面上，工段號為2，儀表序號為07?！硎緶y量點在加熱蒸汽管線上的蒸汽壓力指示儀表，該儀表為就地安裝儀表，工段號為2，儀表序號為06。LICA202——表示測量點在塔的下部溫度記錄控制儀表，儀表安裝在集中儀表盤面上，工段號為2，儀表序號為10。FR212TRC210PIC207PI206LIC201HL——表示測量點在回流罐封頭處的液位指示控制儀表，儀表安裝在集中儀表盤面上，工段號為2，儀表序號為01?！硎緶y量點在塔的下部的液位指示、報警控制儀表，儀表安裝在集中儀表盤面上，工段號為2，儀表序號為02。H、L表示儀表具有高、低報警功能?！硎緶y量點在進口管線上的孔板流量記錄儀表，儀表安裝在集中儀表盤面上，工段號為2，儀表序號為12。例題1

注意：6大要點▲設(shè)計以及讀帶控制點的工藝流程圖時。①測量點

②被測變量

③儀表功能

④儀表安裝位置

⑤工段號

⑥儀表序號

思考題：揚子芳烴廠100單元帶控制點的流程圖。1與課堂上講的有什么不同？2具體含義？流程圖中的箭頭：設(shè)備間連線表示物料流動的方向方塊圖中的箭頭：表示信號的流向和相互關(guān)系一自動控制系統(tǒng)方塊圖：是用一個方塊代表自動控制系統(tǒng)中的一個組成環(huán)節(jié)，用箭頭表示兩個環(huán)節(jié)的信號聯(lián)系和傳遞方向，用規(guī)定的字母表示方塊間相互作用的信號參數(shù)。特別提醒§1.4自動控制系統(tǒng)方塊圖圖1-2簡單控制系統(tǒng)方塊圖被控變量干擾作用y給定值控制器執(zhí)行器被控對象f測量元件與變送器yse=ym

－ysumym偏差－控制信號操縱變量二自動控制系統(tǒng)中的常用術(shù)語被控變量y——被控對象內(nèi)要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)。測量值ym——由檢測元件檢測到的被控變量的實際值。設(shè)（給）定值ys——被控變量的預(yù)定值。圖1-2簡單控制系統(tǒng)方塊圖被控變量干擾作用y給定值控制器執(zhí)行器被控對象f測量元件與變送器yse=ym

－ysumym偏差－控制信號操縱變量二自動控制系統(tǒng)中的常用術(shù)語操縱變量m——受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。擾動量f——除操縱變量外，作用于被控對象并引起被控變量變化的因素。

圖1-2簡單控制系統(tǒng)方塊圖被控變量干擾作用y給定值控制器執(zhí)行器被控對象f測量元件與變送器yse=ym

－ysumym偏差－控制信號操縱變量二自動控制系統(tǒng)中的常用術(shù)語偏差信號e=

ym

－ys——被控變量的實際測量值與設(shè)定值之差?？刂菩盘杣——控制器按輸入的偏差信號按一定規(guī)律計算得到的量。圖1-2簡單控制系統(tǒng)方塊圖被控變量干擾作用y給定值控制器執(zhí)行器被控對象f測量元件與變送器yse=ym

－ysumym偏差－控制信號操縱變量二自動控制系統(tǒng)中的常用術(shù)語反饋——把系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸出信號直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸入端的做法。負反饋——反饋信號的作用與設(shè)定信號相反，使偏差信號減弱的反饋（e=ym

－

ys

），叫負反饋。正反饋——使偏差信號加強的反饋，即（e=ys+

ym）。圖1-2簡單控制系統(tǒng)方塊圖被控變量干擾作用y給定值控制器執(zhí)行器被控對象f測量元件與變送器yse=ym

－ysumym偏差－控制信號操縱變量三例題講解

例題2：鍋爐化工、煉油等企業(yè)中常見的主要設(shè)備。汽包水位是影響蒸汽質(zhì)量及鍋爐安全的一個十分重要的參數(shù)。水位過高，會使蒸汽帶液，降低了蒸汽的質(zhì)量和產(chǎn)量，甚至?xí)p壞后續(xù)設(shè)備。而水位過低，輕則影響汽液平衡，重則燒干鍋爐甚至引起爆炸。因此，必須對汽包水位進行嚴格的控制。下圖是一鍋爐汽包水位控制示意圖，要求：

1）指出該系統(tǒng)中被控對象、被控變量、操縱變量、擾動變量各是什么？

2）畫出該控制系統(tǒng)的方塊圖；

LTLC冷水蒸汽汽包加熱室鍋爐汽包水位控制示意圖解：（1）被控對象：被控變量：操縱變量：擾動量：(2)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方塊圖：

控制器執(zhí)行器鍋爐汽包測量元件與變送器LsLf(干擾變量）Lme=Lm－LsumLTLC冷水蒸汽汽包加熱室方塊圖動畫演示鍋爐汽包；鍋爐汽包水位；鍋爐給水量；冷水溫度、壓力、蒸汽壓力、流量、燃燒狀況等1畫法方塊圖要注意的幾個要點：①組成控制系統(tǒng)的環(huán)節(jié)用“方塊”表示②信號聯(lián)系箭頭符號不能丟③負反饋負號不能丟④對某一具體的控制系統(tǒng)來說，應(yīng)指出被控對象、被控變量、操縱變量、干擾變量是什么？⑤給定值、被控變量不是環(huán)節(jié)，不用方塊表示2理解負反饋閉環(huán)系統(tǒng)的含義

把系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸出信號直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸入端的做法，叫反饋；使偏差信號減弱的反饋，叫負反饋。要點歸納溫度控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)成分控制系統(tǒng)等…….

§1.5控制系統(tǒng)的分類2

按控制器的控制規(guī)律分：比例（P）Proportion比例積分（PI)Integral比例微分(PD)Differential比例積分微分(PID)1按被控變量分：3按給定值的特點分：定值控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)是指給定值恒定不變的控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)的作用是克服擾動對被控變量的影響，使被控變量最終回到給定值或其附近。以后無特殊說明控制系統(tǒng)均指定值控制系統(tǒng)而言。

§1.5控制系統(tǒng)的分類3按給定值的特點分：定值控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)的設(shè)定值是不斷變化的。隨動控制系統(tǒng)的作用是使被控變量能盡快地、準確無誤的跟蹤設(shè)定值的變化而變化。

§1.5控制系統(tǒng)的分類

§1.5控制系統(tǒng)的分類3按給定值的特點分：定值控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)的設(shè)定值也是變化，但它是一個已知的時間函數(shù)，即設(shè)定值按一定的時間程序變化。

§1.5控制系統(tǒng)的分類4按系統(tǒng)輸出信號對操縱變量影響分：是指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的自動控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制開環(huán)控制是指控制器與被控對象之間只有順向控制沒有反向聯(lián)系的自動控制系統(tǒng)。圖1-2簡單控制系統(tǒng)方塊圖被控變量干擾作用y給定值控制器執(zhí)行器被控對象f測量元件與變送器yse=ym

－ysumym偏差－控制信號操縱變量思考題：P13：55按系統(tǒng)的復(fù)雜程度劃分：

簡單控制系統(tǒng)

復(fù)雜控制系統(tǒng)

§1.5控制系統(tǒng)的分類是指由一個被控對象、一個檢測元件及變送器、一個控制器和一個執(zhí)行器所構(gòu)成的單回路控制系統(tǒng)。如圖1-2圖1-2簡單控制系統(tǒng)方塊圖被控變量干擾作用y給定值控制器執(zhí)行器被控對象f測量元件與變送器yse=ym

－ysumym偏差－控制信號操縱變量5按系統(tǒng)的復(fù)雜程度劃分：

簡單控制系統(tǒng)

復(fù)雜控制系統(tǒng)

§1.5控制系統(tǒng)的分類是指由多個被控對象、多個檢測元件及變送器、多個控制器和多個執(zhí)行器所構(gòu)成的多回路控制系統(tǒng)。如如圖1-4圖1-4串級復(fù)雜控制系統(tǒng)7按系統(tǒng)克服干擾的方法劃分：反饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)

前饋--反饋控制系統(tǒng)

§1.5控制系統(tǒng)的分類P8：△y=△y1+△y2=0前饋完全補償靜態(tài)：被控變量不隨時間而變化的平衡狀態(tài)。動態(tài)：被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)。?！?.6控制系統(tǒng)的過渡過程及其性能指標

一控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)二控制系統(tǒng)的過渡過程

系統(tǒng)在過渡過程中，被控變量隨時間變化的，其規(guī)律首先決定于系統(tǒng)的干擾形式。最常見的是階躍干擾1典型干擾輸入信號的形式①階躍干擾A0t0t12t20tAt②斜坡干擾③拋物線干擾0tδ（t）④單位脈沖干擾：2自動控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過渡過程①②③④

圖1-13過渡過程的幾種基本形式y(tǒng)tyyy①非周期衰減過程：它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量在給定值的某一側(cè)做緩慢變化，沒有來回波動，最終穩(wěn)定在某一數(shù)值上。由于過渡速度慢、時間長，一般不采用：2自動控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過渡過程②衰減振蕩過程：它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量上下波動，且幅度逐漸減小，經(jīng)過一段時間最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。我們希望得到的①②③④

圖1-13過渡過程的幾種基本形式y(tǒng)tyyy：2自動控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過渡過程③等幅振蕩過程：它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量在給定值附近來回波動且波動幅值保持不變。即被控變量在設(shè)定值的某一范圍內(nèi)來回波動，而不能穩(wěn)定下來。一般不采用，如工藝上允許被控變量在一定范圍內(nèi)波動，則可采用。①②③④

圖1-13過渡過程的幾種基本形式y(tǒng)tyyy：2自動控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過渡過程④發(fā)散振蕩過程：它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量來回波動，且波動幅度逐漸增大，即被控變量偏離設(shè)定值越來越遠，以至超越工藝允許范圍。應(yīng)盡量避免。①②③④

圖1-13過渡過程的幾種基本形式y(tǒng)tyyy

控制系統(tǒng)的過渡過程是衡量控制系統(tǒng)品質(zhì)的依據(jù)，一般都希望得到衰減振蕩過程，習(xí)慣上采用以下品質(zhì)指標來衡量衰減振蕩過程的質(zhì)量。

。三控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標1最大偏差A(yù)：指過渡過程中被控量偏離給定值的最大數(shù)值。A一般小一些較好。超調(diào)量σ：也是表示被控變量偏離給定值的程度。（y(∞)：新穩(wěn)定值）2衰減比n=B1：B2：指過渡過程曲線上同方向第一個波的峰值與第二個波的峰值之比。n：1=4：1～10：1tsB2C圖1-10過渡過程品質(zhì)指標示意圖AB1TtsB2Cy(tp)B1Ty(∞)yyy0y0y(∞)y0’3余差C：指過渡過程終了時，被控變量所達到的新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的差值。一般C越小越好

4過渡時間ts：指控制系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量從原穩(wěn)定狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)（±5%的范圍內(nèi)）所經(jīng)歷的最短時間。

5振蕩周期T（或頻率）：指過渡過程兩個同向波峰之間的間隔時間，其倒數(shù)為振蕩頻率。tsB2C圖1-10過渡過程品質(zhì)指標示意圖AB1TtsB2Cy(tp)B1Ty(∞)yyy0y0y(∞)y0’作業(yè)題1：某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為（800±10）℃。為確保生產(chǎn)安全，控制中溫度最高不得超過850℃?，F(xiàn)設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)，在最大階躍擾動下的過渡過程曲線如下圖所示。

（1）分別求出最大偏差A(yù)、超調(diào)量B、余差C、衰減比n、過渡時間Ts（溫度進入±1%新的穩(wěn)定值即示為系統(tǒng)已穩(wěn)定）和震蕩周期。（2）分析此溫度控制系統(tǒng)是否滿足工藝要求？T/℃845815

805

800720T/min25教學(xué)要求與學(xué)習(xí)目標：1掌握自動控制系統(tǒng)的組成。

2掌握帶控制點流程圖上常用圖形符號的含義。

3掌握方塊圖的畫法。4掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)在階躍擾動作用下，過渡過程的幾種基本形式及過渡過程品質(zhì)指標的含義。5熟悉控制系統(tǒng)的分類

教學(xué)內(nèi)容:§1.1化工自動化的主要內(nèi)容§1.2控制系統(tǒng)的組成§1.3帶控制點的工藝流程圖§1.4自動控制系統(tǒng)方塊圖§1.5控制系統(tǒng)的分類§1.6自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標●本章學(xué)習(xí)要點●本章思考題及作業(yè)

第1章自動控制系統(tǒng)基本知識開始學(xué)習(xí)返回總目錄▲設(shè)計以及讀帶控制點的工藝流程圖時。注意：6大要素

①測量點

②被測變量

③儀表功能

④儀表安裝位置

⑤工段號

⑥儀表序號

▲畫法方塊圖要注意的幾個要點：①組成控制系統(tǒng)的環(huán)節(jié)用“方塊”表示②信號聯(lián)系箭頭符號不能丟③負反饋負號不能丟④對某一具體的控制系統(tǒng)來說，應(yīng)指出被控對象、被控變量、操縱變量、干擾變量是什么？⑤給定值、被控變量不是環(huán)節(jié)，不用方塊表示要點歸納揚子芳烴廠100單元帶控制點的流程圖。1與課堂上講的有什么不同？2具體含義？課堂小測驗1寫出各控制點符號的含義？2畫出該控制回路的方塊圖？

注意：6大要點▲設(shè)計以及讀帶控制點的工藝流程圖時。①測量點

②被測變量

③儀表功能

④儀表安裝位置

⑤工段號

⑥儀表序號

第1章作業(yè)講評本章作業(yè)：Pg13：6、7、補充題1：求過渡過程性能指標。本章思考題：Pg13：1、2、3、4、5、8、9、10

P13：6在圖1-11的換熱器出口溫度控制系統(tǒng)中，工藝要求熱物料出口溫度保持為某一設(shè)定值。①

試畫出該控制系統(tǒng)的方框圖；②

方框圖中各環(huán)節(jié)的輸入信號和輸出信號是什么?整個系統(tǒng)的輸入信號和輸出信號又是什么?③系統(tǒng)在遇到干擾作用(例如冷物料流量突然增大Δqv)時,該系統(tǒng)是如何實現(xiàn)自動控制的?第1章作業(yè)講評解：①換熱器出口溫度控制系統(tǒng)控制器執(zhí)行器換熱器測量元件及變送器TsTf(干擾變量）Tme=Tm－Tsum正正反②各環(huán)節(jié)的輸入和輸出信號分別如下：P5

輸入輸出換熱器操縱變量m（蒸汽流量）、干擾變量f被控變量（管程出口溫度T）測量元件與變送器管程出口溫度T、管程出口溫度的測量值Tm控制器偏差e=Tm

－Ts控制信號u執(zhí)行器控制信號u操縱變量m（蒸汽流量）整個系統(tǒng)的輸入信號：溫度給定值Ts、干擾變量f；

輸出信號：管程出口溫度T

控制器執(zhí)行器換熱器測量元件及變送器TsTf(干擾變量）Tme=Tm－Tsum正正反③系統(tǒng)在遇到干擾作用(例如冷物料流量突然增大Δqv)時,該系統(tǒng)是如何實現(xiàn)自動控制的?

答：冷物料流量突然增大Δqv時，換熱器管程的出口溫度受到干擾將降低，溫度測量變送器將檢測到的信號送給控制器，控制器的輸入偏差信號e

，控制器發(fā)出給執(zhí)行器的信號u

，執(zhí)行器將自動開大閥門，殼程蒸汽的流量m

，克服干擾的作用，將溫度T

調(diào)節(jié)到給定值。控制器執(zhí)行器換熱器測量元件及變送器TsTf(干擾變量）Tme=Tm－Tsum正正反第1章作業(yè)講評本章作業(yè)：Pg13：6、7、補充題1：求過渡過程性能指標。本章思考題：Pg13：1、2、3、4、5、8、9、10

P13：7圖1-12為貯槽液位控制系統(tǒng),工藝要求液位保持為某一數(shù)值。①試畫出該系統(tǒng)的方框圖；②指出該系統(tǒng)中被控對象、被控變量、操作變量、干擾作用各是什么？②被控對象：水槽被控變量：水槽的水位；操縱變量：水槽出水流量qv2；

擾動量：水槽進水流量qv1

、壓力解：①水槽水位控制系統(tǒng)方塊圖：

控制器執(zhí)行器水槽測量變送器LsLf(干擾變量）Lme=Lm－Lsum1畫法方塊圖要注意的幾個要點：①組成控制系統(tǒng)的環(huán)節(jié)用“方塊”表示②信號聯(lián)系箭頭符號不能丟③負反饋負號不能丟④對某一具體的控制系統(tǒng)來說，應(yīng)指出被控對象、被控變量、操縱變量、干擾變量是什么？⑤給定值、被控變量不是環(huán)節(jié)，不用方塊表示2理解負反饋閉環(huán)系統(tǒng)的含義

把系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸出信號直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸入端的做法，叫反饋；使偏差信號減弱的反饋，叫負反饋。要點歸納思考題：P13：3,4作業(yè)：Pg13：6、7補充作業(yè)題1：某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為（800±10）℃。為確保生產(chǎn)安全，控制中溫度最高不得超過850℃?，F(xiàn)設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)，在最大階躍擾動下的過渡過程曲線如下圖所示。

（1）分別求出最大偏差A(yù)、超調(diào)量B、余差C、衰減比n、過渡時間Ts（溫度進入±1%新的穩(wěn)定值即示為系統(tǒng)已穩(wěn)定）和震蕩周期T。（2）分析此溫度控制系統(tǒng)是否滿足工藝要求？T/℃845815

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800720T/min25本章作業(yè)：Pg13：6、7、補充題1：求過渡過程性能指標。本章思考題：Pg13：1、2、3、4、5、8、9、10第1章作業(yè)講評

控制系統(tǒng)的過渡過程是衡量控制系統(tǒng)品質(zhì)的依據(jù)，一般都希望得到衰減振蕩過程，習(xí)慣上采用以下品質(zhì)指標來衡量衰減振蕩過程的質(zhì)量。

。三控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標1最大偏差A(yù)：指過渡過程中被控量偏離給定值的最大數(shù)值。A一般小一些較好。超調(diào)量σ：也是表示被控變量偏離給定值的程度。（y(∞)：新穩(wěn)定值）2衰減比n=B1：B2：指過渡過程曲線上同方向第一個波的峰值與第二個波的峰值之比。n：1=4：1～10：1tsB2C圖1-10過渡過程品質(zhì)指標示意圖AB1TtsB2Cy(tp)B1Ty(∞)yyy0y0y(∞)y0’3余差C：指過渡過程終了時，被控變量所達到的新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的差值。一般C越小越好

4過渡時間ts：指控制系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量從原穩(wěn)定狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)（±5%的范圍內(nèi)）所經(jīng)歷的最短時間。

5振蕩周期T（或頻率）：指過渡過程兩個同向波峰之間的間隔時間，其倒數(shù)為振蕩頻率。tsB2C圖1-10過渡過程品質(zhì)指標示意圖AB1TtsB2Cy(tp)B1Ty(∞)yyy0y0y(∞)y0’本節(jié)思考題：P14：8、9、10補充作業(yè)題1：某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為（800±10）℃。為確保生產(chǎn)安全，控制中溫度最高不得超過850℃。現(xiàn)設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)，在最大階躍擾動下的過渡過程曲線如下圖所示。

（1）分別求出最大偏差A(yù)、超調(diào)量B、余差C、衰減比n、過渡時間Ts（溫度進入±1%新的穩(wěn)定值即示為系統(tǒng)已穩(wěn)定）和震蕩周期。（2）分析此溫度控制系統(tǒng)是否滿足工藝要求？T/℃845815

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800720T/min25上一章下一章返回總目錄進入作業(yè)講評T/min800T/℃80584581572025解：（1）分別求出最大偏差A(yù)、超調(diào)量B、余差C、衰減比n、過渡時間Ts（溫度進入±1%新的穩(wěn)定值即示為系統(tǒng)已穩(wěn)定）和震蕩周期T。解：最大偏差：A=845－800=45℃超調(diào)量：

σ=（845－805）/805=4.97%衰減比：n=B/B’=（845－805）/（815－805）=4：1余差：C=805－800=5℃過渡時間：Ts=25min震蕩周期：T=20－7=13minT/min800T/℃80584581572025（2）分析此溫度控制系統(tǒng)是否滿足工藝要求？解：符合要求：①系統(tǒng)新的穩(wěn)定值是805℃，符合工藝規(guī)定操作溫度為（800±10）℃

的要求②845℃＜850℃，符合控制中溫度最高不得超過850℃的要求補充圖控制流程圖舉例——表示測量點在塔頂?shù)膲毫χ甘究刂苾x表，儀表安裝在集中儀表盤面上，工段號為2，儀表序號為07?！硎緶y量點在加熱蒸汽管線上的蒸汽壓力指示儀表，該儀表為就地安裝儀表，工段號為2，儀表序號為06。LICA202——表示測量點在塔的下部溫度記錄控制儀表，儀表安裝在集中儀表盤面上，工段號為2，儀表序號為10。FR212TRC210PIC207PI2