儀表自動化第一章

儀表自動化第一章第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六§１.１化工自動化的主要內(nèi)容自動檢測自動保護與報警自動操縱與啟停自動調(diào)節(jié)第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六QiQ0要求§１.2自動控制系統(tǒng)的組成觀察思考調(diào)節(jié)(1)檢測(2)運算(3)執(zhí)行自動控制系統(tǒng)設備+自動化裝置來代體人工操作人工操作第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六§１.2自動控制系統(tǒng)的組成及方框圖四部分(環(huán)節(jié))：測量儀表（測量并轉化統(tǒng)一信號）控制器（比較得偏差、運算輸出控制信號）執(zhí)行機構（根據(jù)控制器信號改變操作量）被控對象（設備）1、組成第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六2、方塊圖

每一個方塊稱一個“環(huán)節(jié)”，帶箭頭線條表示“信號”聯(lián)系控制器執(zhí)行器被控對象測量元件與變送器測量值給定值偏差輸出變量被控變量控制器操縱干擾作用xzepqyf說明了組成和工作原理QiQo第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六2、概念環(huán)節(jié)、偏差、反饋、正反饋、負反饋控制器執(zhí)行器被控對象測量元件與變送器測量值給定值偏差輸出變量被控變量控制器操縱干擾作用xzepqyf開環(huán)、閉環(huán)第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六§1.3自動控制系統(tǒng)的分類按被調(diào)控變量分類：流量調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、物位調(diào)節(jié)等、速度調(diào)節(jié)等按控制規(guī)律分類：位式調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)、比例微分調(diào)節(jié)、比例積分調(diào)節(jié)、比例微分積分調(diào)節(jié)按被控參數(shù)的變化規(guī)律分類：定值控制系統(tǒng)：給定值為常數(shù)；隨動控制系統(tǒng)：給定值為變數(shù)，要求跟隨變化；程序控制系統(tǒng)：按預定時間順序控制參數(shù)。按信號種類分類：氣動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電動調(diào)節(jié)系統(tǒng)第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六§1.4自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質指標一、控制系統(tǒng)靜態(tài)與動態(tài)靜態(tài)：被控變量不隨時間變化的平衡狀態(tài)動態(tài)：被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)

控制過程：動態(tài)靜態(tài)動態(tài)新的靜態(tài)控制干擾控制QiACS中,輸入=輸出

時

,各環(huán)節(jié)都不改變原先的狀態(tài)Q0輸入變化(干擾)

被控變量變化ACS產(chǎn)生控制作用克服干擾----建立新的平衡動態(tài)動----絕對的靜----相對的、短暫的研究ACS的重點是系統(tǒng)的動態(tài)LTLC給定靜態(tài)第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六

二、控制系統(tǒng)的過渡過程

階躍干擾：突然、劇烈易實現(xiàn)好分析干擾定義：由一個平衡狀態(tài)（靜態(tài)）過渡到另一個平衡狀態(tài)（新的靜態(tài)）的過程。設系統(tǒng)原處于平衡狀態(tài)y變化負反饋作用恢復平衡衡量：在階躍干擾作用下的過渡過程。

過渡過程干擾f

研究Y-t的變化規(guī)律負反饋作用給定值變化第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六

四種基本形式：

在階躍干擾作用下的過渡過程。第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六

三、控制系統(tǒng)的品質指標最大偏差A或超調(diào)量B

衰減比B/B’=n:14:1~10:1

余差C

過渡時間t

振蕩周期T

振蕩次數(shù)上升時間給定值CT第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六四、影響控制系統(tǒng)過渡過程品質的主要因素控制效果取決于控制對象（內(nèi)因）和控制系統(tǒng)（外因）兩個方面。外因只有通過內(nèi)因起作用，內(nèi)因是最終效果的決定因素。控制器執(zhí)行器被控對象測量元件與變送器給定值偏差變量被控變量操縱干擾作用xzepqyf第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六§１.5工藝管道及控制流程圖工藝流程→控制方案→工藝管道及控制流程圖（PID）

控制方案確定：測量點選擇、控制系統(tǒng)確定、保護系統(tǒng)設計

工藝管道及控制流程圖：帶測量點、控制點、控制系統(tǒng)、保護系統(tǒng)的流程圖。圖1-4第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六控制流程圖第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六工藝管道及控制流程圖：

1、圖形符號測量點：起點連接線：儀表：圓圈

2、字母代號

3、儀表位號第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六控制流程圖符號意義序號安裝位置圖形符號備注序號安裝位置圖形符號備注1就地安裝儀表4集中儀表盤后安裝儀表嵌在管道中2集中儀表盤面安裝儀表5就地儀表盤后安裝儀表3就地儀表盤面安裝儀表第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六控制流程圖字母意義字母第一位字母后繼字母字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能被測變量修飾詞功能A分析報警P壓力C電導率控制Q數(shù)量積分累積D密度差R放射性記錄E電壓S速度安全開關F流量比T溫度傳送I電流指示V粘度閥K時間W力L物位YM水分Z位置執(zhí)行機構第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六(1)儀表測量點的位置

(2)控制點

(3)被測變量

(4)儀表功能

(5)工段號

(6)儀表序號

(7)安裝位置

從控制流程圖可以看到第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六§2被控對象的特性及數(shù)學模型一、有關對象的基本概念二、對象特性的分類與研究方法三、描述對象特性的參數(shù)控制器執(zhí)行器被控對象測量元件與變送器給定值偏差變量被控變量操縱干擾作用xzepqyf第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六

一、有關對象的基本概念對象干擾控制作用被控變量輸入變量與輸出變量之間的信號聯(lián)系-------通道控制通道干擾通道第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六二、對象特性的分類與研究方法所謂研究對象的特性，就是用數(shù)學的方法來描述出對象輸入量與輸出量之間的關系——數(shù)學模型。對象的數(shù)學模型可以分為靜態(tài)數(shù)學模型和動態(tài)數(shù)學模型。靜態(tài)數(shù)學模型描述的是對象在穩(wěn)定時（靜態(tài)）的輸入與輸出關系；如h=KQ1動態(tài)數(shù)學模型描述的是在輸入量改變以后輸出量跟隨變化的規(guī)律；KQ1=h+T(dh/dt)靜態(tài)數(shù)學模型是動態(tài)數(shù)學模型在對象達到平衡時的特例。第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六對象的動態(tài)特性對象受到干擾作用或控制作用后，其輸出跟隨變化的規(guī)律。研究的核心是：尋找對象輸入與輸出之間的（函數(shù)）規(guī)律。對象輸入量：干擾作用、控制作用對象輸出量：被控變量控制通道特性干擾通道特性數(shù)學模型的表示方法：非參量模型：用曲線、圖表表示的系統(tǒng)輸入與輸出量之間的關系；參量模型：用數(shù)學方程式表示的系統(tǒng)輸入與輸出量之間的關系。對象干擾控制作用被控變量第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六對象動態(tài)特性的研究方法（1）機理建模（數(shù)學建模）

根據(jù)對象實際過程的內(nèi)部機理寫出的數(shù)、質量平衡關系，分析計算而獲得對象的輸入量與輸出量之間的關系。（2）實驗建模

要在實際系統(tǒng)或實驗系統(tǒng)中，通過加上一組(人為的）輸入來考察輸出的跟隨變化規(guī)律——獲得反映輸入與輸出關系的經(jīng)驗曲線和經(jīng)驗函數(shù)關系。第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六機理建模示例：一階對象由體積守恒可得：

(Q1-Q2)dt=Adh其中：Q2h/Rs

RS——出水閥的阻力系數(shù)由此可得：

RSQ1=h+ARs(dh/dt)或:

KQ1=h+T(dh/dt)hQ1Q2輸入Qi輸出h第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六實驗建?！翱茖W”和“技術”具有不同的范疇許多復雜的過程不能通過理論分析得出顯性表達式；表達式常是高階微分方程式或偏微分方程式;理論推導通常忽略一些影響因素，而這些因素對實際結果具有相當?shù)挠绊?；通過實驗獲得經(jīng)驗方程有時比理論推算更方便。第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六實測建模定義

通過實驗來測取對象的輸入輸出數(shù)據(jù);依據(jù)這些輸入輸出數(shù)據(jù)來建立對象的數(shù)學模型。幾個概念

系統(tǒng)辨識參數(shù)估計測試信號在確定模型之后,依據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)來確定模型中的某些參數(shù).在所研究的對象上,人為地加上一個輸入信號,測輸出,這個輸入信號稱測試信號.第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六實驗測取法按所加

輸入形式的不同來區(qū)分1.階躍反應曲線法通過輸入量的一個階躍變化尋找對象的動態(tài)特性。優(yōu)點：簡單易行。缺點：精度低。2.矩型脈沖法優(yōu)點：精度高,對生產(chǎn)影響小。3.周期脈沖法通過輸入量的周期變化（矩形波或正弦變化),獲取對象的動態(tài)特性。優(yōu)點：能反應條件波動時的結果。缺點：不能用于大滯后系統(tǒng)。第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六三、描述對象特性的參數(shù)

三個物理量K、T、τ圖2-12液位變化曲線1、放大系數(shù)K

K=△h/△Q1h=KQ1K越大，被控變量對輸入量越靈敏一階對象：2、時間常數(shù)T被控變量達到新的穩(wěn)定值的63.2%所需的時間.KQ1=h+T(dh/dt)

T的求法：a、0.632法b、切線法在一定的輸入作用下，被調(diào)參數(shù)完成其變化所需時間的參數(shù)。T反映達到穩(wěn)定值的快慢，T大反應慢，慣性大第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六圖8-11不同時間常數(shù)對象的反應曲線第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六3、滯后時間在輸入?yún)?shù)變化后，有的輸出參數(shù)不能立即發(fā)生變化，而需要等待一段時間才開始產(chǎn)生明顯變化，這個時間間隔稱為滯后時間。滯后時間按其產(chǎn)生原因可以分為：傳遞滯后：滯后期內(nèi)無變化——新參數(shù)的作用結果還沒有傳遞到輸出點；容量滯后：滯后期內(nèi)逐步產(chǎn)生微弱變化——新參數(shù)的作用結果受到容積量的緩沖。

a、傳遞滯后τ0（純滯后）第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六

b、容量滯后τ