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1、过程控制系统的基本知识,第 一章 过程控制系统的基本知识,一、过程控制系统的组成及分类 二、过程控制系统过渡过程和品质指标 三、传递函数 四、方框图的等效变换 五、自动控制系统认识实习,第 一章 过程控制系统的基本知识,一.过程控制的组成 二.过程控制系统的方框图及其术语 三.过程控制系统的分类,第一节 过程控制系统组成及分类,在锅炉正常运行中，汽包液位的高低直接影响着蒸汽的品质及锅炉的安全。图1-1所示的是锅炉汽包水位人工控制的示意图。,图1-1 汽包液位人工控制,1 人工控制,一.过程控制的组成,操作人员所进行的工作有三方面:检测运算、命令 执行,用眼睛观察玻璃管液位计液位的高低,并通过神
2、经系统告诉大脑.,大脑根据眼睛看到的液位高度,加以思考分析,然后根据操作经验,经思考决策后发出命令。,根据大脑发出的命令,通过双手去改变阀门开度.,2 自动控制,自动化装置的三个部分分别是：,测量元件与变送器,控制器,执行器（控制阀）,(图片),(图片),(图片),图1-2 锅炉汽包水位自动控制示意图,图1-3 锅炉汽包水位过程控制原理图,液位变送器,返回,返回,带电气阀门定位器的气动薄膜控制阀,返回,1自动控制系统的术语 2 自动控制系统方框图 3 反馈,二.自动控制系统方块图及其术语,(1)被控变量 y,(2)干扰(或扰动)作用 f,1.自动控制系统的术语,被控变量是表征生产设备或过程运行
3、状况,需要加以控制的变量.,在生产过程中,凡是影响被控变量的各种外来因素都叫干扰(或扰动)作用.,(3)操纵变量 q,在控制系统中，具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。,(4)设定值 x,设定值是一个与工艺要求的(期望的)被控变量相对应的信号值。,(5)偏差值 e,控制系统中,规定偏差值是设定值与测量值之差,即e=x-z。,指出什么是被控变量?操纵变量?干扰?,控制器,控制阀,被控对象,给定值X,测量值Z,e,p,q,被控变量y,干扰,图1-5 控制系统的方框图,测量变送器,2 自动控制系统方框图,3 反馈,把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节又引回到输入端的做法叫做反馈。,三.自动控
4、制系统的类型,按被控变量分类,按开闭环分类,按给定值分类,定值控制系统:,给定值恒定,随动控制系统:,给定值随机变化,程序控制系统:,给定值按一定规律变化,温度控制系统压力控制系统流量控制系统液位控制系统,开环控制系统闭环控制系统,一.控制系统的静态与动态 二.控制系统的过渡过程 三.控制系统的品质指标 四.影响控制系统过渡过程品质的主要因素,第二节 控制系统的过渡过程和品质指标,静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态动态：被控变量随时间变化的不平衡状态,一.控制系统的静态与动态,定义:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程,称为系统的过渡过程。,二.控制系统的过渡过程,图1-9 过渡过
5、程的几种基本形式,自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程有以下所示的几种基本形式。,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,第二节 传递函数一、传递函数的定义,Y(S=X(S)G(S),如何进行拉氏变换?Y(t)Y(S)X(t)X(S)dy/dtsy(s)xdtX(s)/s,典型环节传递函数,（1）比例环节 又称放大环节或无惯性环节。数学表达式：传递函数为：,（2）积分环节 数学表达式：传递函数为：,（3）微分环节 数学表达式：传递函数为：（4）一阶滞后环节 又称惯性环节 数学表达式：传递函数为：为时间常数，为环节放大系数。,（4）一阶滞后环节 又称惯性环节 数学表达式：传递
6、函数为：式中K为时间常数，T为环节放大系数。（5）二阶滞后环节 数学表达式：传递函数为：,（6）纯滞后环节 又称延迟环节 数学表达式：传递函数为：,(一)、环节基本组合及其传递函数1.串联,Y(S)=Y2(S)G3(S)=Y1(S)G2(S)G3(S)=X(S)G1(S)G2(S)G3(S)G(S)=G1(S)G2(S)G3(S)结论:串联环节的等效传递函数为串联各环节传递函数的乘积,二.方框图的等效变换,2.并联,Y(S)=Y1(S)+Y2(S)+Y3(S)=X(S)G1(S)+X(S)G2(S)+X(S)G3(S)=X(S)G1(S)+G2(S)+G3(S)G(S)=G1(S)+G2(S)+G3(S)结论:并联环节的等效传递函数为并联各环节传递 函数的和.,3.负反馈连接,Y(S)=E(S)G1(S)E(S)=X(S)-Z(S)Z(S)=Y(S)H(S)G(S)=G1(S)/1+G1(S)H(S)负反馈环节的等效传递函数为正向通道传函 除以1+正向通道传函乘以反馈通道传函.,结论:,求下列环节等效传递函数Y(S)/X(S),
