过控重要知识点汇总.ppt

重要概念 被控参数y t 过热蒸汽温度操作变量 控制参数 q t 减温水流量控制作用u t 调节器输出系统给定T0 设定温度系统偏差e 温度偏差系统干扰f t 各种干扰因素 q 过程控制系统组成 过程控制系统组成 被控过程 Process 过程检测控制仪表 Instrumentation 被控过程是指运行中的多种多样的工艺生产设备 过程检测控制仪表包括 测量变送元件 Measurement 控制器 Controller 执行机构 ControlElement 过程控制常用术语 被控过程 Process 工艺参数需要控制的生产过程 设备或机器等 被控参数 ControlledVariable 被控过程内要求保持设定数值的工艺参数 控制参数 ManipulatingVariable 受控制器操纵的 使被控参数保持设定值的物料量或能量 也称操作变量q t 是调节阀的输出 调节器的输出是控制作用u t 它是调节阀的输入 测量变送器的作用是把控制变量y t 成比例的转换为控制信号z t 它是调节器的输入信号 扰动量 Interference 作用于被控过程并引起被控参数变化的因素 二 过程控制系统的分类 2 按被控量多少分为单变量控制系统 多变量控制系统等 1 按被控参数的名称分为温度 压力 流量 液位 成分等 3 按系统的结构特点分为前馈控制系统 反馈控制系统 复合控制系统等 4 按系统的给定值信号特点分为定值控制 随动控制 顺序控制等 5 按控制策略分为PID控制 预测控制 推理控制 模糊控制 Smith预估控制 自适应控制等 反馈控制系统 又称为闭环控制系统根据系统被控量与给定值的偏差进行工作 偏差值是控制的依据 最后达到减小或消除偏差的目的反馈信号可能有多个 从而可以构成多回路控制系统 如串级控制系统 前馈控制系统 也称为开环控制系统 根据扰动量的大小进行工作扰动是控制的依据在实际生产中不能单独采用 定值控制系统 定值控制系统是工业生产过程中应用最多的一种过程控制系统 在运行时 系统被控量 温度 压力 流量 液位 成份等 的给定值是固定不变的 有时在规定的小范围附近不变 随动控制系统 随动控制系统是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统 它的主要作用是克服一切扰动 使被控量随时跟踪给定值 顺序控制系统 顺序控制系统是被控量的给定量按预定的时间程序来变化的控制系统 基本概念 被控过程是指正在运行中的多种多样的被控制的生产工艺设备 例 加热炉 锅炉 储罐 精馏塔 化学反应器被控过程的数学模型是指过程在各输入量 包括控制量与扰动量 作用下 其相应输出量 被控量 变化函数的数学表达式 基本概念 单回路控制系统框图 过程通道 被控过程输入量与输出量之间的信号联系控制通道 控制作用与被控量之间的信号联系扰动通道 扰动作用与被控量之间的信号联系 自平衡的概念及其实质 所谓有自平衡能力的过程是指被控过程在干扰作用下 原有的平衡状态被打破后 在没有人或控制装置的干预下 自身可以恢复到新的平衡状态 这种过程称为有自平衡能力的过程 如a 否则称为无自平衡能力的过程 如b 基本概念 过程的数学模型表达式 过程的数学模型 是指过程在各输入量作用下 其相应输出量 被控量 变化函数关系的数学表达式非参数模型 阶跃响应曲线 脉冲响应曲线 频率特性曲线参数模型 微分方程 差分方程 传递函数 状态方程 机理分析法建模 原理 根据过程的工艺机理 写出各种有关的平衡方程 如物料平衡 能量平衡等 以及反映流体流动 传热 传质等基本规律的运动方程 由此获得被控对象的动态数学模型 特点 概念明确 适用范围宽 要求对该过程机理明确 纯延时 进入过程 对象 的输入本身存在的时间延迟 物料传输 管道输送等 容量时延 过程 对象 对于输入的响应在时间上存在延迟 由对象的容量大小 阻力大小决定 3 简化 从应用角度讲 动态模型在能充分反映动态特性的情况下应尽可能简单 机理法建模的一般步骤 1 根据建模对象和模型使用目的做出合理假设 任何数学模型都有假设条件 同一过程 假设条件不同时 场合不同可做不同假设 得出的模型不同 2 根据过程内在机理建立数学模型针对不同的物理过程 可采用不同的定理定律 如电路采用欧姆定律和可希霍夫定律 机械运动采用牛顿定律 流体运动采用质量守恒和能量守恒定律 传热过程采用能量转化和能量守恒定律等 试验法建模 过程辨识 试验法建模 是在实际的生产过程中根据过程输入 输出的实验数据 通过过程辨识与参数估计的方法建立被控过程的数学模型 不加专门信号法 即利用过程在正常操作时所记录的信号 进行统计分析来求得过程的数学模型 一般这种方法只反映系统的定性模型 其精度较差 试验法建模 特点 不需要深入了解过程的机理 把过程看成黑匣子 但试验方法必须合理 试验法又可分为加专门信号和不加专门信号两种 加专门信号法 是在试验过程中改变所研究的过程的输入量 对其输出量进行数据处理就可以求得过程的数学模型 加专门信号 通常有时域信号 如阶跃信号 脉冲信号等 频域信号 如正弦波 梯形波 随机信号等 阶跃响应曲线法矩形脉冲响应曲线法 试验法建模 过程辨识 一 阶跃响应曲线建模 阶跃响应法 1 定义 通过操作被控过程的调节阀 使过程的输入产生一个阶跃变化 测记被控量随时间变化的曲线 称响应曲线 再依据响应曲线 求出被控过程的输出与输入的数学关系 2 注意事项 1 合理选择阶跃信号值 一般取阶跃信号值为正常输入信号的5 15 左右 2 在输入阶跃信号前 被控过程必须处于相对稳定的工作状态 3 相同的测试条件下重复做几次 减少干扰的影响 阶跃响应曲线建模 阶跃响应法 4 由于过程的非线性 应在阶跃信号作正 反方向变化时分别测取其响应曲线 以求取过程的真实特性 二 矩形脉冲响应曲线法 用矩形脉冲响应曲线的原因 当过程长时间处于较大扰动信号作用下时 被控量的变化幅度可能超出实际生产所允许的范围 这时可用矩形脉冲信号作为过程的输入信号 测出过程的矩形脉冲响应曲线 阶跃响应曲线由于测试时间较长而不合适 响应曲线变换原因 由于试验所得的阶跃响应曲线的参数估计较方便 过程变量检测与变送 过程变量 或称过程参数 检测主要是指连续生产过程中的温度 压力 流量 液位和成分等参数的测量 所谓测量误差是指测量结果与被测变量的真值 实际值 之差 测量误差反应测量结果的可靠程度 绝对误差与相对误差 1 绝对误差是指仪表指示值与被测变量的真值之差 工程上 通常把高一等级的标准仪器所测得的量值作为真值 实际值 2 相对误差是指绝对误差与被测变量的真值之比的百分数 它比绝对误差更能说明测量结果的精确程度 常见有以下三种表示方式 1 实际相对误差是指绝对误差与被测量的真值 实际值 之比的百分数 2 标称误差是指绝对误差与仪表指示值之比的百分数 3 引用相对误差是指绝对误差与仪表的量程之比的百分数 即式中x 仪表的测量值x0 被测变量的真值a b 仪表测量范围的上 下 限 自动化仪表的性能指标 1 精度等级测量范围中最大的绝对误差与该仪表的测量范围之比测百分数2 灵敏度与灵敏限灵敏度仪表指针的线位移或角位移与引起此位移的被测参数的变化量之比即为仪表的灵敏度 即灵敏限仪表能感受并发生动作的输入量的最小值 通常不应大于仪表允许误差的一半