第一章_緒論__過程裝備控制技術(shù)及其應(yīng)用

1、過程裝備控制技術(shù)及其應(yīng)用第第1 1章章 緒論緒論1.1 1.1 過程裝備控制技術(shù)的基本概念過程裝備控制技術(shù)的基本概念1.1.控制控制 廣義地講控制本身是一種手段、廣義地講控制本身是一種手段、措施或者講是一種機(jī)制。它存在于大措施或者講是一種機(jī)制。它存在于大自然、人體本身、人類社會、工業(yè)生自然、人體本身、人類社會、工業(yè)生產(chǎn)過程等。產(chǎn)過程等。應(yīng)用在不同領(lǐng)域的控制技術(shù)產(chǎn)生了不同應(yīng)用在不同領(lǐng)域的控制技術(shù)產(chǎn)生了不同的科學(xué)學(xué)科。例如的科學(xué)學(xué)科。例如 ： 環(huán)境科學(xué)環(huán)境科學(xué) 生物科學(xué)及醫(yī)學(xué)生物科學(xué)及醫(yī)學(xué) 社會學(xué)及管理科學(xué)社會學(xué)及管理科學(xué) 信息科學(xué)信息科學(xué) 計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù) 通訊技術(shù)通訊技術(shù) 控制技術(shù)控制技術(shù)

2、自然界自然界動植物動植物人類社會人類社會 應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程中的控制方應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程中的控制方法和措施稱之為自動化控制技術(shù)法和措施稱之為自動化控制技術(shù) 本課程針對工業(yè)生產(chǎn)過程來討論本課程針對工業(yè)生產(chǎn)過程來討論控制方法。控制方法。 2.2.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 人工調(diào)節(jié)人工調(diào)節(jié) 機(jī)電控制機(jī)電控制 電動儀表控制電動儀表控制 計(jì)算機(jī)分布控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)分布控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)控制目的所必備的控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)控制目的所必備的設(shè)備總和。不同的時(shí)期，根據(jù)技術(shù)的設(shè)備總和。不同的時(shí)期，根據(jù)技術(shù)的發(fā)展控制系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成是不同的。發(fā)展控制系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成是不同的。 它經(jīng)歷了它經(jīng)歷了3.3.過程過程 過程即工業(yè)生產(chǎn)過

3、程。過程即工業(yè)生產(chǎn)過程。 不同的企業(yè)產(chǎn)品不同生產(chǎn)過程也不同。不同的企業(yè)產(chǎn)品不同生產(chǎn)過程也不同。 從控制的角度出發(fā)把工業(yè)分成三類從控制的角度出發(fā)把工業(yè)分成三類: : 習(xí)慣上習(xí)慣上, , 把連續(xù)型工業(yè)稱為過程工業(yè)把連續(xù)型工業(yè)稱為過程工業(yè)( process industries) , ( process industries) , 有時(shí)為突出有時(shí)為突出其流動的性質(zhì)也稱為流程工業(yè)其流動的性質(zhì)也稱為流程工業(yè)( fluid ( fluid process industries) process industries) 。連續(xù)型連續(xù)型 離散型離散型 混合型混合型4.4.過程裝備過程裝備 通常是由一系列的過程

4、機(jī)器和過程設(shè)備通常是由一系列的過程機(jī)器和過程設(shè)備按一定的流程方式用管道閥門等連接起來的按一定的流程方式用管道閥門等連接起來的一個(gè)獨(dú)立的密閉系統(tǒng)，再配以必要的控制儀一個(gè)獨(dú)立的密閉系統(tǒng)，再配以必要的控制儀表和設(shè)備，既能平穩(wěn)連續(xù)地把以流體為主的表和設(shè)備，既能平穩(wěn)連續(xù)地把以流體為主的各種流體性材料，讓其在裝置內(nèi)部經(jīng)歷必要各種流體性材料，讓其在裝置內(nèi)部經(jīng)歷必要的物理化學(xué)過程，制造出人們需要的新的流的物理化學(xué)過程，制造出人們需要的新的流程性產(chǎn)品。程性產(chǎn)品。如塔、換熱器、反應(yīng)器、儲罐、壓縮機(jī)、泵、如塔、換熱器、反應(yīng)器、儲罐、壓縮機(jī)、泵、分離機(jī)等。分離機(jī)等。5.5.過程（裝備）控制系統(tǒng)過程（裝備）控制系統(tǒng) 過

5、程控制過程控制( process control )( process control )通常是通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過程自動控一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過程自動控制制, , 它是自動化控制技術(shù)的重要組成它是自動化控制技術(shù)的重要組成部分。部分。1.2 過程控制系統(tǒng)的基本組成過程控制系統(tǒng)的基本組成 1. 人工操作與自動控制比較人工操作與自動控制比較控制速度和精度不能滿足大型控制速度和精度不能滿足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要手動控制的步驟：手動控制的步驟：(1)

6、眼看：觀察液位數(shù)值；眼看：觀察液位數(shù)值；(2)腦想：把觀察到的實(shí)際數(shù)值與設(shè)定值加以腦想：把觀察到的實(shí)際數(shù)值與設(shè)定值加以 比較，根據(jù)偏差的大小及變化情況比較，根據(jù)偏差的大小及變化情況 做出判斷，并發(fā)布命令。做出判斷，并發(fā)布命令。(3)手動：根據(jù)命令操作給水閥，使液位回到手動：根據(jù)命令操作給水閥，使液位回到 設(shè)定值。設(shè)定值?？刂破骺刂破骺刂崎y控制閥變送器變送器進(jìn)料口進(jìn)料口 自動控制自動控制 液位工藝控制圖液位工藝控制圖液位儀表控制步驟：液位儀表控制步驟：(1)(1)檢測檢測：液位傳感器感應(yīng)液位值并將結(jié)果送液位傳感器感應(yīng)液位值并將結(jié)果送 控制器控制器；(2)(2)運(yùn)算運(yùn)算：把：把檢測檢測到的實(shí)際數(shù)值

7、與設(shè)定值加以到的實(shí)際數(shù)值與設(shè)定值加以 比較，比較，將將偏差偏差經(jīng)過適當(dāng)運(yùn)算，其結(jié)經(jīng)過適當(dāng)運(yùn)算，其結(jié) 果作為輸出給控制閥果作為輸出給控制閥。(3)(3)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)：控制閥控制閥根據(jù)根據(jù)控制器輸出調(diào)節(jié)流量。控制器輸出調(diào)節(jié)流量。蒸汽蒸汽汽包汽包加熱器加熱器給水給水 鍋爐汽包示意圖鍋爐汽包示意圖 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包加熱器加熱器給水給水 鍋爐汽包自動工藝控制圖鍋爐汽包自動工藝控制圖 2.2.液位自動控制的方框圖液位自動控制的方框圖在研究自動控制系統(tǒng)時(shí)，為了便于對系統(tǒng)在研究自動控制系統(tǒng)時(shí)，為了便于對系統(tǒng)分析研究，一般都用方框圖來表示控制系分析研究，一般都用方框圖來表示控制系統(tǒng)的組成。統(tǒng)的組成。下頁

8、圖為液位自動控制系統(tǒng)的方框圖，每下頁圖為液位自動控制系統(tǒng)的方框圖，每個(gè)環(huán)節(jié)表示組成系統(tǒng)的一個(gè)部分，稱為個(gè)環(huán)節(jié)表示組成系統(tǒng)的一個(gè)部分，稱為“環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)”。兩個(gè)方塊之間用一條帶有箭頭。兩個(gè)方塊之間用一條帶有箭頭的線條表示其信號的相互關(guān)系，箭頭指向的線條表示其信號的相互關(guān)系，箭頭指向方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開方方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸出。線旁的字母表塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號。示相互間的作用信號。儲罐儲罐液位傳感與變送器液位傳感與變送器液位控制器液位控制器控制閥控制閥液位液位液位給定液位給定 儲罐液位自動控制系統(tǒng)方框圖儲罐液位自動控制

9、系統(tǒng)方框圖鍋爐汽包鍋爐汽包液位傳感與變送器液位傳感與變送器液位控制器液位控制器控制閥控制閥液位液位給定 汽包液位自動控制系統(tǒng)方框圖汽包液位自動控制系統(tǒng)方框圖控制器控制器(調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器)被控對象被控對象檢測元件及檢測元件及變送器變送器（檢測儀表）（檢測儀表）+r(t)執(zhí)行器執(zhí)行器顯示儀表顯示儀表干擾干擾 f(t)ym(t)給定給定y(t)3.各部分作用和基本術(shù)語各部分作用和基本術(shù)語(1 )被控對象被控對象 被控對象是指被控制的生產(chǎn)設(shè)備或被控對象是指被控制的生產(chǎn)設(shè)備或 裝置裝置, 如上述其水位受控制的儲罐和鍋如上述其水位受控制的儲罐和鍋 爐汽包。爐汽包。 常見的被控對象有塔、加熱爐、常見的被控對象

10、有塔、加熱爐、 分餾塔、反應(yīng)釜、干燥爐、壓縮機(jī)、旋分餾塔、反應(yīng)釜、干燥爐、壓縮機(jī)、旋 轉(zhuǎn)窯、換熱器、儲存物料的槽、罐以及轉(zhuǎn)窯、換熱器、儲存物料的槽、罐以及 傳送物料的管段等。傳送物料的管段等。 圖中用一個(gè)圖中用一個(gè)“被控對象被控對象”方框來表方框來表示示, , 其輸出就是生產(chǎn)過程中所要保持恒其輸出就是生產(chǎn)過程中所要保持恒定的變量定的變量, ,例如液位等。例如液位等。 在控制系統(tǒng)中在控制系統(tǒng)中稱為被控變量稱為被控變量, , 用用y(t)y(t)來表示。來表示。其輸入有兩類，操縱變量和擾動其輸入有兩類，操縱變量和擾動 操縱變量：操縱變量：受控制器操縱的用以克受控制器操縱的用以克服干擾的影響，使被控

11、變量保持設(shè)定值服干擾的影響，使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。的物料量或能量。 擾動：擾動：除操縱變量外，作用于被控除操縱變量外，作用于被控過程并引起被控變量變化的因素過程并引起被控變量變化的因素(2 )檢測元件及變送器檢測元件及變送器 需要進(jìn)行自動控制的參數(shù)稱為被控需要進(jìn)行自動控制的參數(shù)稱為被控 變量變量, 如上例中的鍋爐汽包中的水位。如上例中的鍋爐汽包中的水位。 被控變量由檢測元件進(jìn)行檢測被控變量由檢測元件進(jìn)行檢測, 當(dāng)其輸當(dāng)其輸 出不是電學(xué)量出不是電學(xué)量, 或雖然是電學(xué)量或雖然是電學(xué)量, 但不但不 是是420mA 信號時(shí)信號時(shí), 必須采用變送器必須采用變送器 將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電信號

12、。將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電信號。變送器的輸出就是被控變量變送器的輸出就是被控變量y(t)y(t)的測量值的測量值y ym m(t)(t)。(3 )控制器控制器 控制器作用：控制器作用：干擾一經(jīng)產(chǎn)生干擾一經(jīng)產(chǎn)生, 控制控制 器就發(fā)出控制命令器就發(fā)出控制命令,對系統(tǒng)施加控制作對系統(tǒng)施加控制作 用用, 使被控變量回到設(shè)定值使被控變量回到設(shè)定值。 設(shè)定值：設(shè)定值：按生產(chǎn)工藝要求給被控按生產(chǎn)工藝要求給被控 量規(guī)定一個(gè)參考值量規(guī)定一個(gè)參考值, 稱為設(shè)定值稱為設(shè)定值r(t), 這這 是經(jīng)過系是經(jīng)過系統(tǒng)統(tǒng)的自動控制作用被控量的自動控制作用被控量 應(yīng)保持的正常參數(shù)值。應(yīng)保持的正常參數(shù)值。 負(fù)反饋：將被控變量送回輸

13、入端負(fù)反饋：將被控變量送回輸入端 并與輸入變量相減。并與輸入變量相減。控制器輸入：被控控制器輸入：被控變變量的測量值量的測量值ym(t)由系統(tǒng)的由系統(tǒng)的 輸出端反饋到系統(tǒng)的輸入端輸出端反饋到系統(tǒng)的輸入端, , 與設(shè)定值與設(shè)定值r r 比較后得到偏差比較后得到偏差 值值e(t)e(t)= =r(t)r(t)- -y ym m(t)(t), , 就是就是 控制器的輸入信號?？刂破鞯妮斎胄盘枴？刂破鬟\(yùn)算：也稱之為控制規(guī)律，即對偏差控制器運(yùn)算：也稱之為控制規(guī)律，即對偏差 信號進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)學(xué)方法。信號進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)學(xué)方法?？刂破鬏敵觯嚎刂破鬏敵觯簩⑦\(yùn)算結(jié)果輸出將運(yùn)算結(jié)果輸出作為控制閥的作為控制閥的 輸入信

14、號輸入信號 u(t u(t）。）。(4)控制閥控制閥/執(zhí)行器執(zhí)行器 被控變量的測量值與設(shè)定值在控制被控變量的測量值與設(shè)定值在控制 器內(nèi)進(jìn)行比較后得到的偏差大小器內(nèi)進(jìn)行比較后得到的偏差大小, 由由 控制器按規(guī)定的控制規(guī)律控制器按規(guī)定的控制規(guī)律( PID 等等)進(jìn)進(jìn) 行運(yùn)算后行運(yùn)算后, 發(fā)出相應(yīng)的控制信號發(fā)出相應(yīng)的控制信號u(t)去去 推動執(zhí)行器推動執(zhí)行器, 該控制信號是控制器的該控制信號是控制器的 輸出量輸出量, 稱為控制變量。稱為控制變量。由控制器發(fā)出控制信號由控制器發(fā)出控制信號, , 通過電動或氣通過電動或氣動執(zhí)行器產(chǎn)生的位移量驅(qū)動控制閥門動執(zhí)行器產(chǎn)生的位移量驅(qū)動控制閥門, , 以改變被控對

15、象的操縱變量以改變被控對象的操縱變量q(t)q(t), , 使被使被控變量受到控制?？刈兞渴艿娇刂??？刂破骺刂破?調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器)被控對象被控對象檢測元件及檢測元件及變送器變送器（檢測儀表）（檢測儀表）+r(t)執(zhí)行器執(zhí)行器顯示儀表顯示儀表干擾干擾 f(t)控制控制信號信號u(t)偏差偏差e(t)操縱操縱變量變量q(t)ym(t)y(t)被控被控變量變量給定給定 其他控制系統(tǒng) 用同一種形式地方塊圖可以代表不同的控制系統(tǒng)圖圖1-4 蒸汽加熱器溫度工藝控制圖蒸汽加熱器溫度工藝控制圖 當(dāng)進(jìn)料流量或溫度變當(dāng)進(jìn)料流量或溫度變化等因素引起出口物料化等因素引起出口物料溫度變化時(shí)，可以將該溫度變化時(shí)，可以將該溫

16、度變化測量后送至溫溫度變化測量后送至溫度控制器度控制器TCTC。溫度控制。溫度控制器的輸出送至控制閥，器的輸出送至控制閥，以改變加熱蒸汽量來維以改變加熱蒸汽量來維持出口物料的溫度不變。持出口物料的溫度不變。 TTTT T 被加熱原料 TT TC 燃料油 出口溫度 加熱爐的溫度控制系統(tǒng)加熱爐的溫度控制系統(tǒng)被控對象被控對象：加熱爐加熱爐被控變量：被控變量：物料出口溫度物料出口溫度操縱變量：操縱變量：燃料油流量燃料油流量擾動：擾動：被加熱原料油溫度、燃料油熱值等被加熱原料油溫度、燃料油熱值等 注意！注意！方框圖中的每一個(gè)方方框圖中的每一個(gè)方框都代表一個(gè)具體的裝置?？蚨即硪粋€(gè)具體的裝置。n方框與方框

17、之間的連接線，只是代表方框之間的方框與方框之間的連接線，只是代表方框之間的信號聯(lián)系，并不代表方塊之間的物料聯(lián)系。方塊信號聯(lián)系，并不代表方塊之間的物料聯(lián)系。方塊之間連接線的箭頭也只是代表信號作用的方向，之間連接線的箭頭也只是代表信號作用的方向，與工藝流程圖上的物料線是不同的。與工藝流程圖上的物料線是不同的。n工藝流程圖上的物料線是代表物料從一個(gè)設(shè)備進(jìn)工藝流程圖上的物料線是代表物料從一個(gè)設(shè)備進(jìn)入另一個(gè)設(shè)備，而方塊圖上的線條及箭頭方向有入另一個(gè)設(shè)備，而方塊圖上的線條及箭頭方向有時(shí)并不與流體流向相一致。時(shí)并不與流體流向相一致。n自動控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展可以

18、分為三個(gè)階段。過程控制系統(tǒng)的發(fā)展可以分為三個(gè)階段。1.3 1.3 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展概況過程控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 1.1.儀表儀表控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)階段階段 2.2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)階段計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)階段 3.3.綜合自動化階段綜合自動化階段1.1.儀表自動化階段儀表自動化階段 20 20 世紀(jì)世紀(jì)40 40 年代前后年代前后, ,生產(chǎn)過程自動生產(chǎn)過程自動化主要是憑生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)化主要是憑生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn), ,局限于一般的局限于一般的控制元件及機(jī)電式控制儀器控制元件及機(jī)電式控制儀器, ,采用比較笨采用比較笨重的基地式儀表重的基地式儀表, ,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備就地分散實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備就地分散的局部自動控制。的局部自動

19、控制。 20 20 世紀(jì)世紀(jì)50 50 年代至年代至60 60 年代年代, ,先后出現(xiàn)先后出現(xiàn)了電動與氣動單元組合儀表和巡回檢測裝了電動與氣動單元組合儀表和巡回檢測裝置置, ,采用了集中監(jiān)控與集中操縱的控制系采用了集中監(jiān)控與集中操縱的控制系統(tǒng)統(tǒng), , 實(shí)現(xiàn)了工廠儀表化和局部自動化。實(shí)現(xiàn)了工廠儀表化和局部自動化。 電動單元組合式儀表發(fā)展概況電動單元組合式儀表發(fā)展概況DDZ-DDZ-型儀表：型儀表： 2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代年代，放大元件為電子管、磁放大器，放大元件為電子管、磁放大器DDZ-DDZ-型儀表：型儀表： 2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代年代 ，采用晶體管放大元件，采用晶體管放大元件DD

20、Z-DDZ-型儀表：型儀表： 2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代，采用集成電路年代，采用集成電路S S型儀表：型儀表： 2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代，采用微處理器的數(shù)字調(diào)節(jié)器年代，采用微處理器的數(shù)字調(diào)節(jié)器電廠生產(chǎn)車間電廠生產(chǎn)車間使用常規(guī)儀表的中央控制室使用常規(guī)儀表的中央控制室儀表集中控制室儀表集中控制室 儀表集中控制室儀表集中控制室 2.2.計(jì)算機(jī)控制階段計(jì)算機(jī)控制階段 20 20 世紀(jì)世紀(jì)7070年代至年代至8080年代年代, ,由于集成電由于集成電路與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)展路與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)展, ,為過程控制的為過程控制的發(fā)展創(chuàng)造了條件發(fā)展創(chuàng)造了條件, ,開始采用計(jì)算機(jī)直接數(shù)字開始采用計(jì)算機(jī)直

21、接數(shù)字控制控制(direct digital control,DDC)(direct digital control,DDC)系統(tǒng)。系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)(DCS) 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴(kuò)大隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴(kuò)大, , 控制要求不斷提高控制要求不斷提高, , 過程參數(shù)日益增多過程參數(shù)日益增多, , 致使控制回路更加復(fù)雜。為了滿足工業(yè)致使控制回路更加復(fù)雜。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)控集中、危險(xiǎn)分散的要求生產(chǎn)的監(jiān)控集中、危險(xiǎn)分散的要求, 70, 70年代中期年代中期, , 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)( distributed ( distributed cont

22、rol systems,DCS,control systems,DCS,也稱之為分布式也稱之為分布式控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)) ) 開發(fā)問世了。開發(fā)問世了。集散控制系統(tǒng)（DCS）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控室計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控室 計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控室計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控室 早期的早期的DCSDCS控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通集散控制系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)為一體的裝置（信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)為一體的裝置（4C4C技技術(shù)）。其特點(diǎn)術(shù)）。其特點(diǎn): : 結(jié)構(gòu)上是分散的。就是將計(jì)算機(jī)分布結(jié)構(gòu)上是分散的。就是將計(jì)算機(jī)分布到車間或現(xiàn)場。這不僅使系統(tǒng)的危險(xiǎn)分散到車

23、間或現(xiàn)場。這不僅使系統(tǒng)的危險(xiǎn)分散, , 消消除了全局性的故障點(diǎn)除了全局性的故障點(diǎn), , 而且提高了系統(tǒng)的可靠而且提高了系統(tǒng)的可靠性。性。 系統(tǒng)由于是分級的系統(tǒng)由于是分級的, ,能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的最佳能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的最佳管理。實(shí)現(xiàn)了過程控制最優(yōu)化和生產(chǎn)調(diào)度與經(jīng)管理。實(shí)現(xiàn)了過程控制最優(yōu)化和生產(chǎn)調(diào)度與經(jīng)營管理自動化相結(jié)合營管理自動化相結(jié)合, , 使生產(chǎn)過程自動化的發(fā)使生產(chǎn)過程自動化的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)新的水平。展達(dá)到了一個(gè)新的水平。3.3.綜合自動化階段綜合自動化階段 從從20 20 世紀(jì)世紀(jì)90 90 年代開始年代開始, , 過程控制進(jìn)入了過程控制進(jìn)入了綜合自動化階段。綜合自動化階段。 突出特征是在自動化工具上

24、推出了現(xiàn)場總突出特征是在自動化工具上推出了現(xiàn)場總線控制技術(shù)?，F(xiàn)場總線是智能現(xiàn)場設(shè)備和自動線控制技術(shù)。現(xiàn)場總線是智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。它有如下特點(diǎn)信網(wǎng)絡(luò)。它有如下特點(diǎn): :用一對用一對N N 結(jié)構(gòu)代替一對一結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)代替一對一結(jié)構(gòu), , 互換性、互操作性好互換性、互操作性好, , 控制回路徹底分散?？刂苹芈窂氐追稚?。它的出現(xiàn)標(biāo)志著過程控制進(jìn)入了真正的計(jì)算機(jī)它的出現(xiàn)標(biāo)志著過程控制進(jìn)入了真正的計(jì)算機(jī)時(shí)代。時(shí)代。 綜合自動化系統(tǒng)就是包括生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度、綜合自動化系統(tǒng)就是包括生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度、操作優(yōu)化、基層控制和先進(jìn)控制等內(nèi)

25、容的遞階控操作優(yōu)化、基層控制和先進(jìn)控制等內(nèi)容的遞階控制系統(tǒng)制系統(tǒng), , 也稱管理控制一體化的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)也稱管理控制一體化的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)是靠計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的是靠計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的, , 因此也稱為計(jì)算因此也稱為計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)機(jī)集成過程系統(tǒng)( computer integrated ( computer integrated process system, CIPS)process system, CIPS)。 CIPS CIPS 是一種全新的哲理與概念是一種全新的哲理與概念, , 它以企業(yè)它以企業(yè)整體優(yōu)化為目標(biāo)整體優(yōu)化為目標(biāo), , 以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為主要技術(shù)工以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為主

26、要技術(shù)工具具, , 以生產(chǎn)過程的管理和控制自動化為主要內(nèi)容以生產(chǎn)過程的管理和控制自動化為主要內(nèi)容, , 將過去局部自動化的將過去局部自動化的“孤島孤島”模式集成為一個(gè)整模式集成為一個(gè)整體的系統(tǒng)體的系統(tǒng), , 它代表了當(dāng)代自動化的潮流。它代表了當(dāng)代自動化的潮流。生產(chǎn)制造管理信息系統(tǒng)MMS1.4 過程控制系統(tǒng)的分類 1. 分類方法分類方法按被控變量來分類，如溫度、壓力等控制按被控變量來分類，如溫度、壓力等控制系統(tǒng)；系統(tǒng)；按控制器具有的控制規(guī)律來分類，如比例、按控制器具有的控制規(guī)律來分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；系統(tǒng)；將控制系統(tǒng)按照工

27、藝過程需要控制的被控將控制系統(tǒng)按照工藝過程需要控制的被控變量的給定值是否變化和如何變化來分類，變量的給定值是否變化和如何變化來分類，這樣可將自動控制系統(tǒng)分為三類，即定值控這樣可將自動控制系統(tǒng)分為三類，即定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。其中第三種分類方法最普遍其中第三種分類方法最普遍 “定值定值” ” 是恒定給定值的簡稱。工藝是恒定給定值的簡稱。工藝生產(chǎn)中，若要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制生產(chǎn)中，若要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或的工藝參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說要求被控變量的給定值不變，就需要采者說要求被控變量

28、的給定值不變，就需要采用定值控制系統(tǒng)。用定值控制系統(tǒng)。 給定值隨機(jī)變化，該系統(tǒng)的目的就是給定值隨機(jī)變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。定值的變化而變化。3)3)程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)） 給定值變化，但它是一個(gè)已知的時(shí)間給定值變化，但它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過程中程序變化。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過程中應(yīng)用比較普通。應(yīng)用比較普通。2.2.過程控制的特點(diǎn)過程控制的特點(diǎn): : 1) 1)對象復(fù)雜多樣對象復(fù)雜多樣

29、 生產(chǎn)過程的復(fù)雜性生產(chǎn)過程的復(fù)雜性 對象的辨識帶來困難。對象的辨識帶來困難。 要正確描述對象特性還不完全可能要正確描述對象特性還不完全可能, ,2)2)對象存在滯后對象存在滯后 滯后：當(dāng)流入滯后：當(dāng)流入( (或流出或流出) ) 對象的質(zhì)量或?qū)ο蟮馁|(zhì)量或能量發(fā)生變化時(shí)能量發(fā)生變化時(shí), , 由于存在容量、慣性和阻由于存在容量、慣性和阻力力, , 被控參數(shù)不可能立即產(chǎn)生響應(yīng)被控參數(shù)不可能立即產(chǎn)生響應(yīng), , 這種現(xiàn)這種現(xiàn)象稱為滯后。滯后的大小決定于生產(chǎn)設(shè)備的象稱為滯后。滯后的大小決定于生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和規(guī)模結(jié)構(gòu)和規(guī)模, , 并同研究它的流入量與流出量并同研究它的流入量與流出量的特性有關(guān)。生產(chǎn)設(shè)備的規(guī)模愈

30、大的特性有關(guān)。生產(chǎn)設(shè)備的規(guī)模愈大, , 物質(zhì)傳物質(zhì)傳輸?shù)木嚯x愈長輸?shù)木嚯x愈長, , 熱量傳遞的阻力愈大熱量傳遞的阻力愈大, , 造成造成的滯后就愈大。一般來說的滯后就愈大。一般來說, , 熱過程大多具有熱過程大多具有較大的滯后較大的滯后, , 容易引起反饋回路產(chǎn)生振蕩容易引起反饋回路產(chǎn)生振蕩, , 對自動控制會產(chǎn)生十分不利的影響。對自動控制會產(chǎn)生十分不利的影響。3)3)對象特性的非線性對象特性的非線性 對象特性大多是隨負(fù)荷變化而變對象特性大多是隨負(fù)荷變化而變 的的, ,即當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)即當(dāng)負(fù)荷改變時(shí), , 其動態(tài)特性有明其動態(tài)特性有明 顯的不同。如果只以較理想的線性對顯的不同。如果只以較理想的線

31、性對 象的動態(tài)特性作為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依象的動態(tài)特性作為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依 據(jù)據(jù), , 就難以得到滿意的控制結(jié)果。須就難以得到滿意的控制結(jié)果。須 知大多數(shù)生產(chǎn)過程都具有非線性知大多數(shù)生產(chǎn)過程都具有非線性, , 弄弄 清非線性產(chǎn)生的原因及非線性的實(shí)質(zhì)清非線性產(chǎn)生的原因及非線性的實(shí)質(zhì) 是極為重要的。是極為重要的。4 )4 )控制系統(tǒng)較復(fù)雜控制系統(tǒng)較復(fù)雜 任何生產(chǎn)過程被控制的參數(shù)都不是一個(gè)任何生產(chǎn)過程被控制的參數(shù)都不是一個(gè), , 這些參數(shù)又各具有不同的特性這些參數(shù)又各具有不同的特性, , 要針對這些不同要針對這些不同的特性設(shè)計(jì)相應(yīng)不同的控制系統(tǒng)的特性設(shè)計(jì)相應(yīng)不同的控制系統(tǒng), , 由此采用了各由此采用了各

32、種復(fù)雜的多回路控制系統(tǒng)。種復(fù)雜的多回路控制系統(tǒng)。 目前，要完全通過理論計(jì)算進(jìn)行控制系統(tǒng)目前，要完全通過理論計(jì)算進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制參數(shù)的整定是不可能。目前已設(shè)計(jì)出設(shè)計(jì)與控制參數(shù)的整定是不可能。目前已設(shè)計(jì)出各種各樣的控制系統(tǒng)各種各樣的控制系統(tǒng), , 都是通過必要的理論論證都是通過必要的理論論證和計(jì)算和計(jì)算, , 并且經(jīng)過長期的運(yùn)行、試驗(yàn)、分析、總并且經(jīng)過長期的運(yùn)行、試驗(yàn)、分析、總結(jié)起來的結(jié)起來的, , 只要采用現(xiàn)場調(diào)整的方法得當(dāng)只要采用現(xiàn)場調(diào)整的方法得當(dāng), , 可望可望得到相當(dāng)滿意的控制效果。得到相當(dāng)滿意的控制效果。1.5 1.5 控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo) 1.

33、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)靜態(tài)：靜態(tài)：當(dāng)一個(gè)控制系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）當(dāng)一個(gè)控制系統(tǒng)的輸入（給定和干擾） 恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對 穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié) 如變送器、控制器、控制閥都不改變其如變送器、控制器、控制閥都不改變其 原先的狀態(tài)，它們的輸出信號也都處于原先的狀態(tài)，它們的輸出信號也都處于 相對靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是相對靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是靜態(tài)靜態(tài)。 控制系統(tǒng)的輸入控制系統(tǒng)的輸入: : 設(shè)定作用和擾動作用。設(shè)定作用和擾動作用。動態(tài)：動態(tài)：被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)被控變量隨時(shí)間變

34、化的不平衡狀態(tài) 。 從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，經(jīng)過控從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，經(jīng)過控 制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一 段時(shí)間中，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和信段時(shí)間中，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和信 號都處于變動狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫號都處于變動狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫 做做動態(tài)動態(tài)。結(jié)論：結(jié)論：在過程控制系統(tǒng)中，了解系統(tǒng)的在過程控制系統(tǒng)中，了解系統(tǒng)的 靜態(tài)特性是必要的，但是了解系靜態(tài)特性是必要的，但是了解系 統(tǒng)的動態(tài)特性更為重要。因?yàn)樵诮y(tǒng)的動態(tài)特性更為重要。因?yàn)樵?生產(chǎn)過程中，干擾是客觀存在生產(chǎn)過程中，干擾是客觀存在 的，是不可避免的，就需要通過的，是不可避免的，就需要通過 自動化裝

35、置不斷地施加控制作用自動化裝置不斷地施加控制作用 去對抗或抵消干擾作用的影響，去對抗或抵消干擾作用的影響， 從而使被控變量保持在工藝生產(chǎn)從而使被控變量保持在工藝生產(chǎn) 所要求控制的技術(shù)指標(biāo)上。所要求控制的技術(shù)指標(biāo)上。2.控制系統(tǒng)的過渡過程控制系統(tǒng)的過渡過程系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過程。衡狀態(tài)的過程。 當(dāng)干擾作用于對象，當(dāng)干擾作用于對象，系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出y y發(fā)生變化，發(fā)生變化，在系統(tǒng)負(fù)反饋?zhàn)饔孟拢谙到y(tǒng)負(fù)反饋?zhàn)饔孟?，?jīng)過一段時(shí)間，系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間，系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡。重新恢復(fù)平衡。舉例舉例系統(tǒng)在過渡過程中，被控變量是隨時(shí)系統(tǒng)在過渡過程中，被控變量是隨

36、時(shí)間變化的。被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律間變化的。被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾形式。首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾形式。在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定形在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定形式的，且多半屬于隨機(jī)性質(zhì)。在分析和式的，且多半屬于隨機(jī)性質(zhì)。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了安全和方便，常設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中常用的選擇一些定型的干擾形式，其中常用的是階躍干擾。是階躍干擾。 采用階躍干擾的優(yōu)點(diǎn)：采用階躍干擾的優(yōu)點(diǎn)： 這種形式的干擾比較突這種形式的干擾比較突然、危險(xiǎn)，且對被控變?nèi)?、危險(xiǎn)，且對被控變量的影響也最大。如果量的影響也最大。如果一個(gè)控制系

37、統(tǒng)能夠有效一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種類型的干擾，地克服這種類型的干擾，那么一定能很好地克服那么一定能很好地克服比較緩和的干擾。比較緩和的干擾。這種干擾的形式簡單，這種干擾的形式簡單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。階躍干擾作用階躍干擾作用定值控制系統(tǒng)過渡過程的幾種形式定值控制系統(tǒng)過渡過程的幾種形式( (階躍擾動階躍擾動) ) c(t) (e)單調(diào)衰減 (c)等幅振蕩 (b)單調(diào)發(fā)散 (d)衰減振蕩 (a)發(fā)散振蕩 c(t) c(t) c(t) c(t) t t t t t y(t)y(t)y(t)y(t)y(t)y(t)y(t)y(t)y(t)y(t)3.控

38、制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)控制系統(tǒng)的過渡過程是衡量品質(zhì)的依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)的過渡過程是衡量品質(zhì)的依據(jù)。 過渡過程品質(zhì)指標(biāo)示意圖 假定控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，被控變量的變化假定控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，被控變量的變化曲線如上圖所示，這是屬于衰減振蕩的過渡過程曲線如上圖所示，這是屬于衰減振蕩的過渡過程多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過程，在此多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過程，在此取這種過程形式討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。取這種過程形式討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。五種重要品質(zhì)指標(biāo)之一五種重要品質(zhì)指標(biāo)之一1) 1) 最大偏差或超調(diào)量最大偏差或超調(diào)量 最大偏差最大偏差是指在過渡過程中，被控變量瞬間是指在過渡過

39、程中，被控變量瞬間偏離給定值的最大數(shù)值。在衰減振蕩過程中，偏離給定值的最大數(shù)值。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個(gè)波的峰值最大偏差就是第一個(gè)波的峰值A(chǔ) A。是衡量過渡過程是衡量過渡過程穩(wěn)定性穩(wěn)定性的一個(gè)動態(tài)指標(biāo)。若偏的一個(gè)動態(tài)指標(biāo)。若偏差越大，偏離的時(shí)間越長，對穩(wěn)定正常生產(chǎn)越差越大，偏離的時(shí)間越長，對穩(wěn)定正常生產(chǎn)越不利。不利。特別是對于一些有約束條件的系統(tǒng)，如特別是對于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會對最大偏差的允許值有所限制。極限等，都會對最大偏差的允許值有所限制。 超調(diào)量也可以用來表征被控變量偏離給定超調(diào)

40、量也可以用來表征被控變量偏離給定值的程度。值的程度。衰減比是衡量過渡過程穩(wěn)定性的動態(tài)指標(biāo)。衰減比是衡量過渡過程穩(wěn)定性的動態(tài)指標(biāo)。定義：第一個(gè)波的振幅與同方向第二個(gè)波的定義：第一個(gè)波的振幅與同方向第二個(gè)波的 振幅之比。即振幅之比。即 2 2）衰減比）衰減比n nBnBCtyBBA0五種重要品質(zhì)指標(biāo)之二五種重要品質(zhì)指標(biāo)之二BnB衰減比衰減比n n n1:n1:衰減振蕩衰減振蕩。n n越大，則控制系統(tǒng)的穩(wěn)定越大，則控制系統(tǒng)的穩(wěn)定度也越高，當(dāng)度也越高，當(dāng)n n趨于無窮大時(shí)，控制系統(tǒng)的趨于無窮大時(shí)，控制系統(tǒng)的過渡過程接近于非振蕩過程。過渡過程接近于非振蕩過程。 n=1:n=1:等幅振蕩等幅振蕩。 n1:

41、n1:發(fā)散振蕩發(fā)散振蕩。n n越小，意味著控制系統(tǒng)越小，意味著控制系統(tǒng)的振蕩過程越劇烈，穩(wěn)定度也越低，的振蕩過程越劇烈，穩(wěn)定度也越低，根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，為保持足夠的穩(wěn)定裕度，為保持足夠的穩(wěn)定裕度，一般希望過渡過程有兩個(gè)波左右一般希望過渡過程有兩個(gè)波左右，與此對應(yīng)，與此對應(yīng)的的衰減比在衰減比在4:14:1到到10:110:1的的范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。衰減率：衰減率：BBB衰減比衰減比4:14:1衰減率衰減率 0.750.75衰減比衰減比10:110:1衰減衰減率率0.900.90CtyBBA03 3）余差）余差e定義：控制系統(tǒng)過渡過程終了時(shí)設(shè)定值與定義：控制系統(tǒng)過渡過程終了時(shí)設(shè)定值與

42、 被控變量穩(wěn)態(tài)值之差。被控變量穩(wěn)態(tài)值之差。( )ery 余差是反映控制余差是反映控制準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性的一個(gè)重要穩(wěn)的一個(gè)重要穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，一般希望其為零，或不超過預(yù)定態(tài)指標(biāo)，一般希望其為零，或不超過預(yù)定的范圍。的范圍。五種重要品質(zhì)指標(biāo)之三五種重要品質(zhì)指標(biāo)之三上圖中，上圖中，( )eryC 在控制系統(tǒng)中，在控制系統(tǒng)中，對余差的要求取決于對余差的要求取決于生產(chǎn)過程的要求，并不是越小越好生產(chǎn)過程的要求，并不是越小越好。例如。例如儲槽液位，余差可大一些；化學(xué)反應(yīng)器的儲槽液位，余差可大一些；化學(xué)反應(yīng)器的溫度控制要求高，余差就要小一些。溫度控制要求高，余差就要小一些。CtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性4 4）回復(fù)時(shí)間（

43、過渡時(shí)間）回復(fù)時(shí)間（過渡時(shí)間）回復(fù)時(shí)間表示控制系統(tǒng)過渡過程的長短。回復(fù)時(shí)間表示控制系統(tǒng)過渡過程的長短。定義：控制系統(tǒng)在受到階躍外作用后，被控變量定義：控制系統(tǒng)在受到階躍外作用后，被控變量從原有穩(wěn)態(tài)值達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間從原有穩(wěn)態(tài)值達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間。理論上講，控制系統(tǒng)要完全達(dá)到新的平衡狀態(tài)需理論上講，控制系統(tǒng)要完全達(dá)到新的平衡狀態(tài)需要無限長的時(shí)間。要無限長的時(shí)間。STCtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性五種重要品質(zhì)指標(biāo)之四五種重要品質(zhì)指標(biāo)之四實(shí)際上，實(shí)際上，被控變量接近于新穩(wěn)態(tài)值的被控變量接近于新穩(wěn)態(tài)值的 或或 或或 的范圍內(nèi)且不再越出時(shí)的范圍內(nèi)且不再越出時(shí)為止所經(jīng)歷的時(shí)間，可計(jì)為過渡

44、時(shí)間。一般為止所經(jīng)歷的時(shí)間，可計(jì)為過渡時(shí)間。一般希望過渡時(shí)間短一些。希望過渡時(shí)間短一些。5%3%2%ytBB5%ATs5 5）振蕩周期）振蕩周期 T T在衰減比相同條件下，周期與過渡時(shí)間成正在衰減比相同條件下，周期與過渡時(shí)間成正比；振蕩頻率與回復(fù)時(shí)間成反比。比；振蕩頻率與回復(fù)時(shí)間成反比。定義：過渡過程同向兩波峰之間的時(shí)間間隔定義：過渡過程同向兩波峰之間的時(shí)間間隔 稱為振蕩周期或工作周期。其倒數(shù)稱稱為振蕩周期或工作周期。其倒數(shù)稱 為振蕩頻率。為振蕩頻率。五種重要品質(zhì)指標(biāo)之五五種重要品質(zhì)指標(biāo)之五其它一些次要指標(biāo)：其它一些次要指標(biāo)：振蕩次數(shù)：振蕩次數(shù)：是指在過渡過程內(nèi)被控變量振蕩是指在過渡過程內(nèi)被控

45、變量振蕩的次數(shù)。的次數(shù)。“理想過渡過程兩個(gè)波理想過渡過程兩個(gè)波”：是指過渡過程振是指過渡過程振蕩兩次就能穩(wěn)定下來。蕩兩次就能穩(wěn)定下來。上升時(shí)間：上升時(shí)間：是指干擾開始作用起到第一個(gè)波是指干擾開始作用起到第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間。峰所需要的時(shí)間。CtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)：總結(jié)：主要指標(biāo)有：主要指標(biāo)有：最大偏差、衰減比、余差、過最大偏差、衰減比、余差、過渡時(shí)間、振蕩周期。渡時(shí)間、振蕩周期。在實(shí)際的系統(tǒng)中如何確在實(shí)際的系統(tǒng)中如何確定這些指標(biāo)，要根據(jù)實(shí)際情況來定。定這些指標(biāo)，要根據(jù)實(shí)際情況來定。原則：對生產(chǎn)過程有決定性意義的主要品質(zhì)原則：對生產(chǎn)過程有決定性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)該優(yōu)先保證。指標(biāo)應(yīng)

46、該優(yōu)先保證。例題：例題：某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾下的過渡過程曲線如下圖所示。試分別干擾下的過渡過程曲線如下圖所示。試分別求出最大偏差、衰減比、余差、過渡時(shí)間、求出最大偏差、衰減比、余差、過渡時(shí)間、振蕩周期。振蕩周期。（設(shè)定值為（設(shè)定值為200200）。）。max23020030e()()解解：(1)(1)最大偏差：最大偏差：(2)(2)余差：余差：2002055C ()() 22 20 200 205 210 230 5 t/min 溫度 (3)(3)衰減比：衰減比：第一個(gè)波的振幅第一個(gè)波的振幅第二個(gè)波的振幅第二個(gè)波的振幅23020525B 2102

47、055B ()()衰減比衰減比25:55:1n 22 20 200 205 210 230 5 t/min 溫度 (4)(4)過渡時(shí)間：過渡時(shí)間：過渡時(shí)間與規(guī)定的被控變量的限制范圍大小有過渡時(shí)間與規(guī)定的被控變量的限制范圍大小有關(guān)，假設(shè)為關(guān)，假設(shè)為 ，就可以認(rèn)為過渡過程已經(jīng)結(jié)，就可以認(rèn)為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為束，那么限制范圍為2%205 ( 2%)4.1 ()那么，在新穩(wěn)態(tài)值（那么，在新穩(wěn)態(tài)值（205205）兩側(cè)以限制范圍）兩側(cè)以限制范圍為寬度畫一區(qū)域，只要被控變量為寬度畫一區(qū)域，只要被控變量不再越出不再越出即可。即可。因此，過渡過程為因此，過渡過程為22min.22min. 22 20 200 205 210 230 5 t/min 溫度 （5 5）振蕩周期）振蕩周期 振蕩周期為同向兩波峰之間的時(shí)間振蕩周期為同向兩波峰之間的時(shí)間 間隔，故周期間隔，故周期 T T20-520-51515（minmin）某換熱器的溫度控制系統(tǒng)在單位階躍某換熱器的溫度控制系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖所干擾作用下的過渡過程曲線如下圖所示。試分別求出最大偏差、余差、衰示。試分別求出最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時(shí)間（給定值減比、振蕩周期和過渡時(shí)間（給定值為為200200）。）。舉例舉例 溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線解解 最大偏差最大偏差A(yù)