過(guò)渡過(guò)程及控制系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)

過(guò)渡過(guò)程及控制系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)第一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日自動(dòng)控制系統(tǒng)常用圖形符號(hào)測(cè)量點(diǎn)

通用表示方法熱電偶熱電阻節(jié)流元件取壓點(diǎn)例如:流量檢測(cè)采用孔板時(shí),檢測(cè)點(diǎn)圖中脫乙烷塔的進(jìn)料管線上的符號(hào)表示。第二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日連接線通用的儀表信號(hào)線均以細(xì)實(shí)線表示。連接線表示交叉及相接時(shí)有一定形式要求。第三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日儀表的圖形符號(hào)是一個(gè)細(xì)實(shí)線圓圈,直徑約10mm,對(duì)于不同的儀表安裝位置的圖形符號(hào)如表所示。

儀表(包括檢測(cè)、顯示、控制)的圖形符號(hào)第四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日控制流程圖符號(hào)意義:檢測(cè)儀表、顯示儀表、控制器序號(hào)安裝位置圖形符號(hào)備注序號(hào)安裝位置圖形符號(hào)備注1就地安裝儀表4集中儀表盤(pán)后安裝儀表嵌在管道中2集中儀表盤(pán)面安裝儀表5就地儀表盤(pán)后安裝儀表3就地儀表盤(pán)面安裝儀表第五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日控制流程圖符號(hào)意義變送器氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直通閥第六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日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(cè)變量修飾詞功能被測(cè)變量修飾詞功能A分析報(bào)警P壓力C電導(dǎo)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(kāi)關(guān)F流量比T溫度傳送I電流指示V粘度閥K時(shí)間W力L物位低指示燈YM水分或濕度Z位置執(zhí)行機(jī)構(gòu)第七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日就地安裝集中盤(pán)面安裝第八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日第九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日PIC(207)LIC(210)FR(212)TRC(210)PI(206)LICA(HL)(201)第十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日1.4自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分類(lèi)按被調(diào)參數(shù)分類(lèi)：流量調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)物位調(diào)節(jié)第十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日按被調(diào)參數(shù)的變化規(guī)律分類(lèi)：定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)按預(yù)定時(shí)間順序控制參數(shù)。第十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日按調(diào)節(jié)規(guī)律分類(lèi)：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)按信號(hào)種類(lèi)分類(lèi)：氣動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)第十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日按輸出信號(hào)對(duì)操作變量的影響劃分開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)第十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日按系統(tǒng)復(fù)雜程度分類(lèi)單回路控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)第十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日按系統(tǒng)克服干擾的方法劃分反饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)反饋—前饋控制系統(tǒng)第十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日1.4過(guò)度過(guò)程和系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)1.控制系統(tǒng)的靜態(tài)在自動(dòng)化領(lǐng)域中，被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)稱(chēng)為系統(tǒng)的靜態(tài)（相對(duì)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、控制閥都不改變其原先的狀態(tài),它們的輸出信號(hào)也都處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。第十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日什么時(shí)候系統(tǒng)處于靜態(tài)？只有當(dāng)進(jìn)入被控對(duì)象的物料量(或能量)和流出對(duì)象的物料量(或能量)，系統(tǒng)才處于靜態(tài)。液位控制系統(tǒng)：流入貯槽的流量和流出貯槽的流量相等換熱器溫度控制系統(tǒng)：進(jìn)入換熱器的熱量和由換熱器出去的熱量相等平穩(wěn)狀態(tài)是設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)的目標(biāo)，可以靜態(tài)來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能嗎？第十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日2.控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)從干擾發(fā)生開(kāi)始，經(jīng)過(guò)控制調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時(shí)間中，在干擾和控制的共同作用下，被控變量隨時(shí)間變化，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和信號(hào)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，所以這種狀態(tài)叫做動(dòng)態(tài)。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)：干擾是客觀存在的，是不可避免的；時(shí)時(shí)刻刻都有干擾作用于控制系統(tǒng)；一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)在正常工作時(shí)，總是動(dòng)態(tài)過(guò)程中。第十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日如何以動(dòng)態(tài)來(lái)評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)呢？在擾動(dòng)或給定值變化的情況下，被控量偏離給定值，在控制調(diào)節(jié)作用下，接近（回復(fù)到）給定值或跟隨給定值變化的過(guò)程。注意：控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程是干擾和自動(dòng)控制的共同作用形成的。過(guò)渡過(guò)程第二十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日時(shí)間t輸入量0t0

干擾形式多種多樣、隨機(jī)階躍干擾常見(jiàn)、危險(xiǎn)、對(duì)被控變量影響最大。負(fù)荷的變化、閥門(mén)的突然變化。單位階躍輸入（干擾）特點(diǎn)：形式簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。第二十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日3.過(guò)渡過(guò)程的四種形式發(fā)散振蕩過(guò)程不穩(wěn)定第二十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日等幅振蕩過(guò)程不穩(wěn)定第二十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日非周期衰減。變化慢。長(zhǎng)時(shí)間偏離給定值穩(wěn)定第二十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日衰減振蕩過(guò)程穩(wěn)定第二十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日如何根據(jù)衰減振蕩過(guò)渡過(guò)程來(lái)評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)？1.系統(tǒng)受到單位階躍輸入作用后的響應(yīng)曲線的形式給出。2.偏差積分性能指標(biāo)，希望輸出與系統(tǒng)實(shí)際輸出之間誤差的某個(gè)函數(shù)的積分，這些值達(dá)到最小值的系統(tǒng)是某種意義下的最優(yōu)系統(tǒng)第二十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日2.控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)（階躍響應(yīng)曲線形式表示）最大偏差A(yù)；衰減比余差C；過(guò)渡時(shí)間t；振蕩周期T。控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日化學(xué)反應(yīng)器一、最大偏差衰減振蕩：第一個(gè)波峰峰值與給定值的差。A衰減振蕩：偏離越大，偏離時(shí)間越長(zhǎng)，離開(kāi)規(guī)定的工藝指標(biāo)越遠(yuǎn)，對(duì)穩(wěn)定正常生產(chǎn)和質(zhì)量保證不利。對(duì)于有約束條件的系統(tǒng)，最大偏差小好。干擾會(huì)不斷出現(xiàn)。偏差可能重疊第二十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日二、衰減比(衰減快慢程度)n前后相鄰兩個(gè)峰值的比。n稍大于1：衰減程度很小，等幅振蕩，不易穩(wěn)定、振蕩過(guò)于頻繁、不夠安全；n很大：非振蕩過(guò)程，過(guò)程緩慢；不希望。4:1～10:1第二十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日衰減比在4:1到10:1特點(diǎn)過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始階段的變化速度比較快；第二個(gè)峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于第一個(gè)峰值。尤其在反應(yīng)比較緩慢的情況下，衰減振蕩過(guò)程的這一特點(diǎn)尤為重要。“理想過(guò)渡過(guò)程兩個(gè)波”，指過(guò)渡過(guò)程振蕩兩次就能穩(wěn)定下來(lái)。此時(shí)的衰減比約相當(dāng)于4：1。第三十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日靜態(tài)指標(biāo)：余差e(∞)余差就是過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)的殘余偏差C余差越小越好。一般貯糟的液位：余差就可以大一些化學(xué)反應(yīng)器的溫度：應(yīng)當(dāng)盡量消除余差有差調(diào)節(jié)有差系統(tǒng)第三十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日過(guò)渡時(shí)間(ts)從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間。在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個(gè)小的范圍穩(wěn)態(tài)值的±5%(±2%)過(guò)渡時(shí)間短：表示過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行得比較迅速；從干擾開(kāi)始作用時(shí)起，直至被控變量進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值的±5%(±2%)的范圍內(nèi)不再越出時(shí)為止所經(jīng)歷時(shí)間。第三十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日振蕩周期、上升時(shí)間過(guò)渡過(guò)程同向兩個(gè)波峰之間的時(shí)間間隔。一般希望振蕩周期小些為好。指干擾開(kāi)始作用起至第一個(gè)波峰時(shí)所需要的時(shí)間。第三十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日過(guò)渡過(guò)程的品質(zhì)指標(biāo)總結(jié)最大偏差、衰減比、余差、過(guò)渡時(shí)間等。優(yōu)先予以保證：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有決定性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)。對(duì)一個(gè)系統(tǒng)提出的品質(zhì)要求和評(píng)價(jià)一個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量，都應(yīng)從實(shí)際出發(fā)。第三十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日例:某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如圖所示。試分別求出最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間(給定值為200℃)。第三十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日第一個(gè)波峰值230-205=25℃,第二個(gè)波峰值210-205=5℃,故衰減比應(yīng)為：25:5=5:1第三十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日A=230－200=30℃C=205-200=5℃最大偏差:余差：T=20-5=15(min)振蕩周期為同向兩波峰之間時(shí)間間隔，故周期第三十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日在新穩(wěn)態(tài)值205℃兩側(cè)以寬度為±4℃畫(huà)一區(qū)域，只要被控變量進(jìn)入這一區(qū)域且不再越出，從圖上可以看出，過(guò)渡時(shí)間為22min?！?%限制范圍為205×（±2%）=±4℃第三十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日偏差積分性能指標(biāo)最優(yōu)性能指標(biāo)：系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的綜合性能指標(biāo)誤差函數(shù)：e(t)=r(t)-y(t)r(t)——系統(tǒng)希望輸出y(t)——系統(tǒng)實(shí)際輸出系統(tǒng)有余差時(shí)

e(t)=y(∞)-y(t)第三十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日平方誤差積分指標(biāo)（ISE）時(shí)間乘平方誤差積分指標(biāo)（ITSE）絕對(duì)誤差積分指標(biāo)（IAE）時(shí)間乘絕對(duì)誤差積分指標(biāo)（ITAE）第四十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日IAE或ISE為指標(biāo)時(shí)，要求J最小，假若偏差較大，則ISE就會(huì)更大。因此假若要求用ISE作為系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，要求其最小化，根據(jù)ISE來(lái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)控制參數(shù)，則系統(tǒng)控制的結(jié)果必定是：偏差較小。整個(gè)過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)大的偏差。否則J會(huì)很大。IAE：設(shè)定值附近的偏差面積與遠(yuǎn)離設(shè)定值的偏差面積權(quán)值相同。ISE：偏差越大，權(quán)值越大。第四十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日時(shí)間乘絕對(duì)誤差積分指標(biāo)（ITAE）對(duì)初始偏差不敏感，對(duì)后期偏差非常敏感。過(guò)渡過(guò)程初始偏差較大，但隨著時(shí)間推移，偏差很快降低。階躍響應(yīng)曲線會(huì)出現(xiàn)較大的最大偏差或超調(diào)量，但過(guò)渡時(shí)間很短。第四十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日影晌控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)的主要因素前者并不是泛指整個(gè)工藝流程，而是指與該自動(dòng)控制系統(tǒng)有關(guān)的部分。一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即工藝過(guò)程部分(被控對(duì)象)和自動(dòng)化裝置部分。第四十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，