电气工程与自动化工业过程控制教案

攀 枝 花 学 院教 案2008-2009学年度第一学期课 程 名 称 工业过程控制 学 时(学 分) 48（3） 适 用 班 级 2005电气工程与自动化 授 课 教 师 周荣富 教 师 职 务 副教授教 学 单 位 电信学院自动化教研室 教 务 处 制教 学 日 历序次日期周次节次教 学 内 容 摘 要累计学时作业或课后学习安排19月3号第一周三1、2第一章 绪论2P15 1-1、1-2，2-129月5号第一周五1、2第二章内容：过程参数检测，温度和压力的检测与变送439月10号第二周三1、2第二章内容：流量液位成份的检测与变送6P70 1-1、1-3，3-149月12号第二周五1、2第三章内容：过程控制仪表（DDZIII型）859月17号第三周三1、2第三章内容：执行机构10P108 1-1，1-9，1-1569月19号第三周五1、2第四章内容：被控过程的数学模型概念1279月24号第四周三1、2第四章内容：用辩识法和数学方法建立数学模型14P139 1-1、1-4、2-289月26号第四周五1、2第五章内容：简单控制系统概述16910月1号第五周三1、2第五章内容：过程特性和控制规律的影响181010月3号第五周五1、2第五章内容：单回路控制系统的参数整定20P173 1-1、1-3、1-101110月8号第六周三1、2第六章内容：复杂控制系统概述和串级控制系统的组成221210月10号第六周五1、2第六章内容：串级控制系统的工作过程和特点241310月15号第七周三1、2第六章内容：串级控制系统的应用范围、设计和整定261410月17号第七周五1、2第六章内容：前馈控制系统28P202 1-1、1-10、1-111510月22号第八周三1、2第七章内容比值控制系统301610月24号第八周五1、2第七章内容均匀控制系统32P224 1-1、1-12、3-21710月29号第九周三1、2第七章内容分程控制系统341810月31号第九周五1、2第七章内容选择性控制系统361911月5号第十周三1、2第九章内容计算机控制系统概述382011月7号第十周五1、2第九章内容计算机控制系统的组成、数据处理和DDC系统402111月12号第11周三1、2第九章内容DCS控制系统422211月14号第11周五1、2第十章内容典型控制过程介绍442311月19号第12周三1、2第八章内容复杂控制过程简介462411月21号第12周五1、2总复习48课 程 教 学 实 施 计 划授课教师周荣富助课教师）实践教学指导教师陶文英实践教学地点过程控制实验室学 时 安 排总 学 时理论学时多媒体教学学时习题课学时实践学时其它56488使 用教 材名 称编（著）者出 版 社出版时间及版次获奖情况过程控制与自动化仪表潘永湘机械工业2007年第2版十五规划教材教学参考书目过程控制与自动化仪表侯志林机械工业2007年第2版规划教材过程控制系统及工程翁维勤化学工业过程控制系统与装置何离庆重庆大学2006年第2板过程控制仪表技术DJOHNSON科学出版2005年第2板英文版课程性质工业过程控制系统是电气工程与自动化专业的一门专业基础课。本课程是在学生学完电子技术基础、自动控制原理、自动化仪表、检测技术和微型计算机原理等基础课程以后所开设的专业课程。教学目的主要目的是让学生了解和掌握典型的过程检测和控制仪表的工作原理与工作性能，并根据生产过程的特点和控制要求，选用适当的自动化仪表或计算机，组成各种实用型过程控制系统。本课程以典型工业过程控制系统的构成为目标，以应用自动控制理论设计过程控制系统为主线，重点讲述过程建模、系统分析和设计以及参数整定方法。教学要求1、课堂讲授：主要从基本概念入手讲清楚各控制系统的设计思想、构成、特点和工作原理。并强调各章重点。在内容的讲述上，以理论联系实际为原则，特别注重简明扼要、通俗易懂，努力使系统性与典型性相统一，技术先进性与工程实用性相融合；自始至终体现“从生产实际出发，应用各种控制规律实现过程控制，达到解决生产实际问题的目的”的特点。在内容的安排上，不仅考虑与前置课程知识的合理衔接，而且还使各部分的安排次序上顺理成章。2、作业：每一章均有作业思考题，按讲课内容布置作业以巩固所学内容，提高分析问题能力。考核方式开卷考试成绩计算方法百分制第 一 章 教 学 实 施 计 划章节名 第一章绪论： 学时安排2学时授课时间 2学时教学内容及要求（突出重难点）：了解过程控制系统的发展概况；理解过程控制系统的特点、任务和要求；掌握过程控制系统的分类，重点掌握过程控制系统性能指标的组成和定义。过程控制系统的发展概况，过程控制系统的特点、任务和要求，过程控制系统的分类，过程控制系统性能指标的组成和定义。重点：掌握过程控制系统性能指标的组成和定义；难点：过程控制系统的特点、任务和要求。讨论/思考题、作业：作业P15 1-1 1-2 2-1本章参考书目（包括参考书、文献资料等）： 第 页第 一 章 教 学 总 结写出关于本章授课情况的一些总结（包括学生的出勤情况、学生作业情况、学生掌握知识情况、教学方法的总结等内容）： 第 页 课 堂 教 学 实 施 方 案第 1 次课授课时间：2008-09-03教学时间分配：复习旧课 分钟；讲授新课 87 分钟；讨论/答疑/小结 5/5/3 分钟；授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 课教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 课 题：chapter one introduction(绪论)What is the P.C.S（Process Control System）对生产过程实现自动化控制的一系列活动。1-1 Process Control System的发展概况(三基内容)第一阶段初级阶段。40年代简单地实现局部自动化。使用比较笨重的基地式仪表。第二阶段仪表化阶段。5060年代随着仪表工业的飞速发展，实现了气动和电动单元但会仪表及巡回装置。从而实现了集中监控与集中操纵的控制系统。采用的是电动、气动、型仪表。第三阶段综合自动化阶段。70年代末，随着计算机的飞速发展，计算机为过程控制发展创造了条件，实现了计算机与现场常规仪表组合的集散控制系统。现在大部分工厂企业处于二、三阶段中。第四阶段现代控制理论阶段。随着控制理论的发展，现代控制理论中状态空间的应用推广以及计算机的应用，过程控制得到了很多优秀的发展前景：1、 最优控制：40年代由nieaer提出的概念。目的是使所设计的控制器和控制系统能最大可能地满足各项技术要求。达到最优控制，理论上推广多，现实中实现难，只是相对而言。2、 推论控制：在建立数学模型的基础上，根据对过程输出性能的要求，通过数学推理，导出控制系统所具有的结构形式。3、 预测控制：它是由较易得到的对象脉冲响或阶段响应曲线，把采样值作为描述对象特性的信息构成预测模型。确定一个控制量的时间序列，使未来一段时间内按规律控制。4、 自适应控制：随着参数变化而自动改变控制策略，使系统自动保持最优状态，比较成熟。5、 多变量控制：用计算机对多变量进行的运算控制。6、 智能控制：用人工智能和神经网络理论实现的自动化控制。7、 模糊控制：用模糊理论来实现的自动化控制。1-2 过程控制系统的组成术语及类别（三基内容）一、组成。自动控制是在人工控制基础上发展起来的，再来看一下锅炉的人工控制。水位 眼 大脑 手 阀L C组成：至少必须有检测元件与变送器、控制器、执行器与调节阀等三部分自动化装置与对象一起组成一个控制系统，如图。二、术语。1、 被控对象被控制的设备或机器。2、 被控参数y生产过程中要求控制的参数。3、 干扰d凡是影响被控参数的各种作用都叫干扰。4、 操纵参数（调节参数）用于克服干扰影响，需要进行控制的物流量。5、 测量元件、变送器发现干扰影响并转变为一定的信号输出的元件。6、 测量值z变送器的输出值。7、 给定值一个恒定的与正常的被控参数相对应的信号值。8、 偏差给定值与测量值之差。9、 控制器（调节器）系统中的元件，对测量值进行判断并作出响应的元件。10、 执行器与调节阀执行调节器指令并动作的元件。11、 开环与闭环：从控制对象的输出信号开始经过一连串的自动化装置又回到控制对象构成一个闭合回路的系统称闭环系统。闭环系统是一个反馈系统，不形成信号且不是闭合回路的系统就是开环系统。三、类别。过程控制系统的分类方法很多： 比值 流量 均匀按生产过程参数分 压力 按控制系统的作分 前馈 温度 串反 自选按自动化装置分：常规仪表，计算机按系统组成分：单回路、多回路、开环、闭环但在分析自控特性时，给定值的形式不同会涉及到不同的分析方法，所以宜将控制系统按给定的不同情况分类，分为三类：1、 定值控制系统就是给定值恒定的控制系统，生产中的大多数情况是如此。2、 随动控制系统（跟踪系统）给定值在不断变化无规律，是未知的时间函数。控制系统的目的就是使被控参数尽快地、准确及时地跟随给定值变化，如变送器等。3、 程序控制系统给定值也是变化的，但它的变化规律是一个已知的时间函数，程序控制系统根据需要可做闭环也可做成开环。四、过程控制的特点（画书P2） 1-3 控制系统的品质指标（重难点内容）在自动控制系统中，我们把被控参数不随时间而变化的平衡状态作为稳态或静态(steady-state)，而把被控参数随时间变化的不平衡状态称为动态或瞬态(transient-state)。当给定值改变或干扰进入，原平衡状态被打破，出现偏差，控制器按规定发出命令使阀动作，改变操纵量使被控量逐渐回到给定值，直到恢复平衡为止。从干扰开始，由于控制器的作用在系统达到平衡之前，系统中各个环节都在不断变化，在阶跃信号输入的情况下，整个过度过程有几种较典型的状态。如图所示a、发散震荡过程 db、等幅震荡过程 cc、衰减震荡过程 d、非周期震荡过程 b b aa、b不稳定 a cc、d稳定 控制过程就是消除干扰的过程。控制系统是否稳定，是否能准确而快速达到平衡状态，通常采用下列指标来衡量： y 0.020.05 一、递减比（衰减比） A1 B1 A2 B2 衰减震荡是最一般的过程，衰减的快慢直 1 接反应控制品质的好坏。 图中第一、二两周期的振幅B1与B2的比值 充分反映了衰减情况， t 称为递减比=B1/B2=A1/A2（自稳） TC 一般采用4：1，视对象不同也采用10：1二、动态偏差扰动发生后，被控量偏离给定值的最大偏差B1 三、调整时间TC 扰动作用后，经系统控制作用使被控量过渡到允许的范围内波动，即被控量在稳态值的2%或5%以内时达到新的平衡所经历的时间。四、静态偏差C过度过程终了时，被控量与给定值之差。 第 页 第 二 章 教 学 实 施 计 划课题：过程参数的检测与变送学时安排（4学时）授课时间 （4学时） 教学内容及要求（分了解、理解、掌握 三个层次）：了解各种检测仪表的工作原理，理解过程参数检测与变送的基本概念，重点掌握温度、压力、流量、液位等参数检测与变送的的方法和基本原理。重点：掌握温度、压力、流量、液位等参数检测与变送的的方法和基本原理；难点：理解过程参数检测与变送的基本概念。讨论/思考题、作业：作业：P70 1-1 1-3 3-1 本章参考书目（包括参考书、文献资料等）： 第 页第 二 章 教 学 总 结写出关于本章授课情况的一些总结（包括学生的出勤情况、学生作业情况、学生掌握知识情况、教学方法的总结等内容）： 第 页 课 堂 教 学 实 施 方 案第 2 次课授课时间：2008-09-05教学时间分配：复习旧课 2 分钟；讲授新课 85 分钟；讨论/答疑/小结 5/5/3 分钟；授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 课教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 课 题：第二章 过程参数检测与变送第一节 过程参数检测概述过程控制系统至少包括四个基本组成部分，即被控对象、检测装置、控制器和执行机构，其中检测装置是过程控制系统的重要组成部分。过程控制系统的过程参数有温度、压力、流量、液位、位移等，如何把这些参数检测出来，这就是检测装置的任务。一、 基本概念1、 敏感元件就是“独立于”被测系统之外，以参数方式对被测物理量作出“敏感响应的物理实体。检测就是利用适当的物理转换手段和信号形式的变换并以数量方式达成对被测物理量的确切认识。敏感元件的共性和基本特征是，对被测物理量的“敏感”并以参数形式作出响应。2、 传感器和变送器传感器是由敏感元件和相应线路所组成的物理系统，是将敏感元件参数响应变量转换成便于应用和传送的信号系统。变送器就是输出信号符合标准化要求的传感器。二、自动化单元仪表的工作特性1、 量程量程就是被测物理量的上限值与下限值的代数差。2、 零点及其迁移零点就是检测工作的起点值，也就是与检测仪表输出下限值相对应的被测物理量的最大值。零点迁移就是把检测仪表传递特性平行移动。三、误差概念与表述1、测量过程和测量误差测量过程就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距，称为测量误差。测量误差通常有两种表示方法：绝对误差和相对误差。绝对误差是仪表指示值xi与被测量真值xt之间的差值，可表示为： =xixt由于真值理论存在，无法实测，故一般用标准表（精度较高）的测量值x0来代替,即 =xx0相对误差为某一点的绝对误差与标准表在这一点的指示值x0之比。即y=/x0=(xx0)/x0引用误差=/（装置满量程）*100%2、 表的性能指标A、 确度（精度）允许=（仪表允许的最大绝对误差）/（仪表的量程）100%允许越大，仪表的精度越低，允许越小，仪表的精度越高。国家将仪表的允许相对百分误差去掉“”号及“%”号来确定仪表的精度等级。目前，我国生产的常用精度等级有0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等11级。例子仪表面上精度的标志。B、 变差变差就是在外界条件不变的情况下，用同一台仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。变差的大小，用在同一被测参数值下，正反行程间仪表指示值的最大绝对差值与仪表量程之比的百分数表示：变差=（最大绝对差值/量程）*%注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差。C、 敏度与灵敏限仪表指针的位移与引起这个位移的被测参数变化量之比称为仪表的灵敏度：S=a/xD、分辨率数字仪表的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。E、 线性度线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际较准曲线与理论直线的吻合程度。F、 应时间反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反应出参数变化的品质指标。 第二节 温度检测与变送一、 温度传感器A、非电参数式1、 液体感温膨胀式传感器：水银温度计、酒精温度计2、 固体膨胀式传感器：双金属温度计3、 压力式温度传感器：压力温度计B、电参数式1、 热电偶：WRS、WRB、WRK、WRT2、 热电阻：WZC、WZB二、 温度变送器它接受热电偶或热电阻的毫伏信号，输出标准信号给记录、显示、调节仪表。三、 测温仪表的工程应用与选型原则P87第三节 压力检测与变送压力就是气体或液体均匀垂直地作用于单位面积的力。一、 压力单位及测压仪表压力P=垂直作用力F/受力面积A压力单位为帕，1帕为1牛顿每平方米1Pa=1N/m31Mpa=1*106Pa 原用的许多压力单位，现以淘汰，它们与PA的关系见书P43表2-4在测量中，常有表压、绝对压力、负压、或真空度之分。表压是绝对压力与大气压力之差P表=P绝对P大气压当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度表示，它是大气压力与绝对压力之差。P真空度=P大气压P绝对 P表 大气压力线=（工程）9.807*104P绝 P真 P绝 绝对压力的零线由于各种工艺设备和测量仪表通常都处于大气之中本身就承受着大气压。所以，工程上就用表压或真空度来表示压力的大小。测仪表很多，按照其转换原理的不同，可分为四类。1、 液柱式压力计它是根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量的。2、 弹性式压力计它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。3、 电气式压力计它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的。4、 活塞式压力计它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡法码的质量来测量的。二、 力平衡式压力变送器1、 气动压力变送器2、 电动压力变送器原理：p45图2-34 三、 电容式压力（差压）变送器原理：P49图2-41 引线 P1 P2 第 页 课 堂 教 学 实 施 方 案第 3 次课授课时间：2008-09-10教学时间分配：复习旧课 2 分钟；讲授新课 85 分钟；讨论/答疑/小结 5/5/3 分钟；授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 课教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 课 题：第四节 教 学 内 容：流量检测仪表所谓流量是指在单位时间内流过工艺管道的流体数量，有体积流量qv（M3/h,或l/h等）、重量流量Qg(kgf/h)和质量流量qm(kg/h)一、基于差压原理的流量检测1、 流量孔板P55孔板是最简单和实用的节流装置，是装在流体管道内的板状阻力件，中央处有孔，孔板的节流原理如图3-44所示。其中a、b、c分别为介质流线分布、流速分布和压力分布。理论分析和实验表明，孔板两侧的压力之差，即P=P1-P2与质量流量Qm之间有如下关系：Qm=cs2 P56这表明流量QM与差压P的平方根成正比。2、 差压流量变送器也即在差压变送器中引入开方电路。如不引入，可直接加开方器。二、其他类型的流量变送器1、 靶式流量计2、 转子流量计3、 旋涡流量计第五节 液位检测仪表一、 差压式液位计 原理：P59二、 电容式液位计 原理见P60三、 超声波和辐射式 原理见P61第六节 成分分析仪表一、 概述成分是指在多种物质的混合构成中某一物质所占的比例。二、 红外气体分析仪 它是利用不同种类气体对红外线波段的电磁波能量具有特殊的吸收能力来实现气体种类检测的。主要有CO、CO2报警仪等三、 气相色谱分析仪是色谱分析仪表中的一种。四、 磁氧分析仪利用氧气的磁化率远高于其他气体的特性制成的仪表。五、氧化锆分析仪P66 第 页第 三 章 教 学 实 施 计 划课题 过程控制仪表学时安排（4学时）授课时间 （4学时）教学内容及要求（分了解、理解、掌握 三个层次）：了解过程控制仪表的组成及分类和可编程调节器的特点及功能；着重理解电动III型单元组合仪表八大单元及气动薄膜调节阀的型号及功能；重点掌握调节器及调节阀的工作原理与特性。重点：掌握调节器及调节阀的工作原理与特性；难点：电动III型单元组合仪表八大单元及气动薄膜调节阀的型号及功能。讨论/思考题、作业：作业：P108 1-1 1-9 1-15 本章参考书目（包括参考书、文献资料等）： 第 页第 三 章 教 学 总 结写出关于本章授课情况的一些总结（包括学生的出勤情况、学生作业情况、学生掌握知识情况、教学方法的总结等内容）： 第 页 课 堂 教 学 实 施 方 案第 4 次课授课时间：2008-09-12教学时间分配：复习旧课 2 分钟；讲授新课 85 分钟；讨论/答疑/小结 5/5/3 分钟；授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 课教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 课 题：第四章 过程控制仪表教 学 内 容：QDZ 能源140KMPA 标准联络信号20100KPADDZ-I 已停产DDZ-II 能源220V交流 标准联络信号010MADDZ-III 能源24VDC 标准联络信号420MA第一节 Automatic meter了解原理，明白输入输出关系一、 combination of automatic constitution 温度 temperature传感器 transducer sensor 压力 pressure 流量 flow 自 八大类动 电动单元组合仪表DDZ B Z T J X G K F 化 仪 表 气动单元组合仪表QDZ 八大类 计算机 Computer KMM DDS DCS PLC 二、classify of automatic meter 1、transducer or sensor ( define) transducer - the device of transform un-electric parameter to electric parameter。转换非电量到电量的装置、temperature sensor sense a、thermocouple 热电偶 02000 最佳 WRA 镍铬康铜 01000 400800 WRN 镍铬镍硅 01300 6001100 WRP 单铂铑 01600 7001400 WRR 双铂铑 02000 9001800 b、thermistor 热电阻 WZC 铜电阻 -50-150 WZP 铂电阻 0-630 、Pressure Sensor+水位a、压差变送器 differential pressure transmitterb、压力变送器 pressure transmitterc、压力计 pressure meter、Flow sensora、Flow meter 流量计(直读式)b、Hole board 孔板+transimitter 010 mA2、DDZ 电动单元组合仪表 420 mA、变送单元B transmitter transducer功能：它能将各种被测量参数，如温度、压力、流量、液位等物理量转换成标准信号（ D 010 mA 或 420 mA 和 Q 0.21/c）传送到显示调节等单元，以供指示、记录或调节。其主要品种有压力变送器DBY 差压变送器 DBC 流量变送器 DBF 温度变送器 DBW 液位变送器 DBL、转换单元Z transfer element是DDZ仪表与其它仪表之间的桥梁，它能将电压、频率等电信号或者气信号是0.21/c转换成相应的电信号420 mA，从而与DDZ仪表的调节系统联络起来，其主要品种有：直流毫伏转换器 DZZ交流毫伏转换器 DZJ频率转换器 DZP电气转换器 DZQ、调节单元T control element它将来自变送器的测量信号与给定信号进行比较，按照偏差给出调节信号。控制执行器的动作，实现自动调节。品种有：DTL 连续调节器DTZ 指示调节器DTT 特殊调节器、运算单元J calculate element它将几个420 mA直流信号进行加、减、乘、除、开方、平方等运算。适用于多参数综合调节，配比调节、流量信号的温度压力校正计算等。品种有：DJJ 加减器DJS 乘除器DJK 开方器、显示单元X display element它对各种被测量参数进行指示、记录、报警和积算，供操作人员监视、调节系统情况用。品种有：DXS 比例积算器DXZ 显示指示器DXB 显示报警DXJ 显示记录仪、给定单元G它输出420 mA标准直流信号。作为被调参数给定值送到调节单元实现定值调节。给定单元的输出也可以供给其它仪表作为参考基准值。品种有：DGA 恒流给定器DGF 分流给定器、执行单元K action element它按照调节器输出的调节信号或手动操作信号操作法门之类的执行文件控制调节对象的工况。品种有：DKJ 角程电动执行器DKZ 直程电动执行器、辅助单元F help element用来增加系统组合的灵活性。如操作器DFD和选择器DFC用于手动操作阻尼器用于压力或流量信号的平流、阻尼、限幅器用以限制电流信号的上下极限。3、QDZ 气动仪表与电动基本一致，只是能将为气压信号为0.21/c气为薄膜调节阀 ZM在调节系统中根据调节器的输出信号，改变本身的流量截面，控制调节对象输出的物料量或能量，从而实现调节作用。克服干扰影响，使被调节参数回到给定值。执行器有 正作用、反作用阀有 气开、气关阀的结构有：直通单座阀 ZMAP，直通双座阀 ZMAN，三通阀，隔膜阀流量特性有，直线、对数、百分比等。4、可编程调节器、单回路调节器 KMS、多回路调节器 KMM、编程器调节器 KMK4、 计算机 第 页课 堂 教 学 实 施 方 案第 5 次课授课时间：2008-09-17教学时间分配：复习旧课 2 分钟；讲授新课 85 分钟；讨论/答疑/小结 5/5/3 分钟；授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 课教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 课 题：教 学 内 容第二节：执行器一、 概述执行器由执行机构和调节阀组成，在过程控制系统中，它接受调节器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积，以控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。执行按能源分气动、电动、液动三种。执行器安装在现场，直接与介质接触，通常在高温、高压、高粘度、强腐蚀、易结晶、易燃易爆、剧毒等场合下工作。如果选择不当，将影响整个控制系统。二、 电动执行器电动执行器机构配与不同的调节机构，其输出方式有：直行程、角行程和多转式。三、 气动执行器第三节 调节阀的流量特性及其选择调节阀是自动控制系统中极其重要的必不可少的组成部分，它的作用是接受调节器来的信号。通过阀门开度的变化，使被控制参数改变以补偿干扰对被控参数的影响，从而实现自动控制。一、调节阀的流量特性、调节阀的理想流量特性调节阀的流量特性：是指流体通过阀门的流量和阀门杆行程之间的关系。为了比较方便，往往取相对流量，行程也取相对行程。 改变阀芯、阀座间的节流面积便可以控制流量，但实际上在阀开度改变的同时，阀前阀后的压差也要发生变化，而压差的变化也会引起流量的变化。为了分析方便，假定阀前阀后压差是固定的，即P=常数。这时得到的流量特性称为理想流量特性。常用的理想流量特性有以下几种：1、线性流量特性：线性流量特性是指调节阀的相对开度（阀杆的相对行程）和相对流量成直线关系，即 是阀的可调范围，对一固定调节阀R是一常数，在直角坐标上是一条直线。2、对书流量特性（等百分比） 100 100 由图可见，曲线的斜率（即阀的放大系数）是随着阀杆行程的增加而增加的。在相同的行程变化下，流量较小时，流量的变化较小，流量较大时，流量变化较大，因而这种阀在小开度时工作比较平稳，而在大开度时，工作也灵敏，此阀在不同的开度时，只要是相同的行程变化，流量的相对变化量都是相等的，故也称等百分比，用得最多。3、快开流量特性这种特性是小开度时，流量变化大，随着阀杆行程的增大，流量很快就达到最大值，故称快开流量特性。4、抛物线流量特性与对数比较接近。、调节阀的工作流量特性调节阀的工作流量特性是指调节阀在实际控制系统中 P 总是与设备管道等连接在一起的，即使管道两端的总压降 P管 P阀 P是定值，但管道中的沿程阻力和局部阻力都会随着流 量Q的变化而变化。因此阀前后的压差P总是变化的，即在流量最小时（阀全关）压差P阀最大，流量最大时（阀全开）压差P最小，因此在工作情况下，调节阀的实际流量特性和理想流量特性是不同的，其差异程度由阀阻比S决定 。书中P99图3-35给出了不同S值的线性结构和对数结构的工作流量特性，由图可见，当S大于0.6时，工作流量特性与理想流量特性相近，当S小于0.6时，与理想流量特性相差较大，在S=0.2时，对数阀已变成线性了，而线性已变成快开了，这一点在实际中应多加注意，以上是串联管道系统中的情况，并联的情况自己看看书，了解一下。二、调节阀流量特性的选择。流量特性的选择主要是对直线与等百分比两种特性的选择，有理论计算法与经验法，但都较复杂。工程设计多用经验准则，从控制系统特性、负荷变化与S值3个方面进行综合分析，选择控制阀的流量特性。P101有表3-4选择表，自己看看。三、调节阀的结构选择调节阀在气动、电动、液动三大类。其中气动阀由于结构简单，输出推动力大，工作平稳可靠，本质安全等原因得到了极为广泛的应用。气动阀有：单座阀，双座阀，角形阀、三通阀，隔膜阀，碟阀，小流量阀，套筒阀等。P951、单座阀：由于只有一个阀芯和阀座，容易保证关严，但阀杆受到不平衡力大，所以通常使用在要求泄漏小或要关得很严，以及低压差场合。2、双座阀：流体压差对两个阀芯作用力方向相反，阀杆上不平衡力小，适用于阀两端压差较大的场合，但泄漏较大，关严困难，流路复杂，对高粘度、含悬浮物的介质也不宜采用，但由于双座阀不平衡力小，得到了广泛的应用。3、角形阀：流路简单，阻力小，不易堵塞，适用于高粘度，含悬浮物的介质。其它阀的使用场合请看看有关书。四、调节阀气开气关形式的选择P96调节阀气开、气关形式的选择主要是从生产安全角度考虑的。在有信号压力时，阀开，无信号压力时，阀关，称“气开式调节阀”。反之，在有信号压力时，阀关，在无信号压力时，阀开，称“气关式调节阀”。在系统中选用气开阀还是气关阀是根据控制系统在断气的事故状态下，使阀全开安全还是阀关安全而定的。第二节 可编程控制器 P85一、 KMM可编程调节器的特点：画书P85二、 KMM可编程调节器的构成1、 硬件2、 软件三、 功能1. 模拟量输入处理功能2. 运算处理功能3. 输出处理功能4. 自动平衡功能5. 自诊断功能6. 通信功能四、 可编程控制器的用户编程 第 四 章 教 学 实 施 计 划课题：被控过程的数学模型学时安排4学时授课时间 4学时第四章 教学内容及要求（分了解、理解、掌握 三个层次）：理解过程建模的基本概念；重点在于熟悉传递函数的定义及解析法建立过程数学模型和响应曲线法辩识过程的数学模型；了解相关函数法辩识过程的数学模型和最小二乘法估计系统模型参数；学会辩识过程数学模型中的计算机应用。重点：熟悉传递函数的定义及解析法建立过程数学模型和响应曲线法辩识过程的数学模型；难点：相关函数法辩识过程的数学模型和最小二乘法估计系统模型参数讨论/思考题、作业：作业：P139 1-1 1-4 2-2本章参考书目（包括参考书、文献资料等）： 第 页第 四 章 教 学 总 结写出关于本章授课情况的一些总结（包括学生的出勤情况、学生作业情况、学生掌握知识情况、教学方法的总结等内容）： 第 页 课 堂 教 学 实 施 方 案第 6 次课授课时间：2008-09-19教学时间分配：复习旧课 2 分钟；讲授新课 85 分钟；讨论/答疑/小结 5/5/3 分钟；授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 课教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 Chapter FUOR 控制对象的数学模型 4-1 引 言任何自动控制系统都是由控制对象、调节器、调节阀、测量变送元件等组成。其中控制对象是矛盾的主要方向，对象的动态特性是在设计自动控制系统时，作为确定方案、分析质量指标探索最优工况的依据，也是在系统投入时作为调节器的参数整定的重要依据，控制对象的动态特性是研究被控参数在其扰动作用下随时间而变化的规律和过程，可用传递函数或微分方程描述。一、 多输入单输出对象 d1 d2 dn 我们可以选其中容易控制又直接影响对象动态特性的一个输入作为控制器的输入X，其余作为扰动 X Y Y(s)=W(s)X(s)+Wd1(s)D1(s)+Wd2(s)D2(s)+被控量Y与输入量X的联系通道称“控制通道”，被控量Y与扰动量d的联系通道称为“干扰通道”。被控对象的动态特性主要是指控制通道的动态特性。二、多输入多输出对象此时我们用传递短阵来描述：Y(s)=Wr(s)+Wd(s)D(s)对象的动态特性决定于生产过程