第1章-过程控制性能指标(1-2).docx

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1、过程控制的性据指标过程控制系统的性能由组成系统的结构、被控过程与过程仪表测盘变送、执行器和仲制器）各环节特性所共同决定的.1 .过程控制系统的性能评价 一个性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作用或给定值发生变化后,应能迅速（快）、平稳（稳）、准确（准）地到达或趋近给定值. 过程控制系统性能的评价指标可概括为：a）系统必须是稳定的（依IR要、最根本的御求！）b）系统应提供尽可能优良的例态调节（沛态指标）：C）系统应提供尽可能优良的过渡过程（动态指标）.2 .决定过程控制系燎性能的国米控制系统结构（单回路、申级、前馈反应控制等）；在组成环节特性：a）被控过程特性（海后、非线性、时变性和朋合特性

2、）：b）检测环节特性（非线性、间接测员）：O执行环节特性（非战性）：由控制器特性。当系统结构和上述三个环节都确定后，控制器特性是决定控制系统性能指标的唯一因索.这就是参数整定（Tuning）.稳定是系统性能中Abii要、最根本的指标，只有在系统是检定的前提下，才能讨论静态和动态指标。3 .性挺指标确实定和分析方法过程控制系统性能指标应根据生产工艺过程的实际;R要来确定.需同时注意解态和动态性能指标.分析方法：（1） .阶跃响应性能指标，系统工程整定时采用：（重点介绍）（2） .偏差积分性能指标计算机仿真或理论分析时采用.阶跃扰动作用下控制系统过渡过程曲税信）发出振蒋程（b非振谓发敢过程”）等取

3、排药过程（d）哀减摭荡过程（C）非振偌哀战过程在阶状振动作用下,控制系统过渡过程曲线有以上几种典型形式：发放振荡过程、非振荡发放过程、等幅振荡过程、衰减振荡过程、非啦掳衰减过程前三者属于不枪定过程一性能指标无从该起，后两种过程为枪定过程，一.&讨论为M振荡过程的常用性能指标。给定值阶跃变化时过渡过程的典型曲线动态性能指标意义：生产过程中干扰无时不在,控制系统时时刻刻都处在-种频繁的、不间断的动态调节过程中.所以,在过程控制中.了解或研咒控制系统的动态比其幅态更为重要、更有意义.描述系统动态指标主要包括： a.衰减比；b,超调I1.1.c.过渡过程时间a.我战比n 衡量系统过渡过程稳定性的一个动

4、态指标： 一般取衰减比为4:110:1.其中4:1衰减比常作为评价过渡过程动态性能的一个理想指标。对于缓慢变化过程，可取到10:1b.超调址r)该性能指标着重于抑制过渡过程中的大误差(d)时间乘假型平方枳分(ITSE)定义：时间柒体是平方积分TSE(Integra1.ofTimeandSquaredError)而重惩罚过渡过程拖得过长和大误差。阶跃响应与儡差积分性能指标的比拟 阶跃响应性能指标中各单项指标清晰明了，但如何统处(兼Wi偏差和时间)，那么比拟困难 偏差积分性能指标可踪合偏差和时间关系,即可以兼顾衰破比、超调W:和过渡过程时间等各单项指标,屈于综合性能指标. 一般来说，阶跃响应性能指

5、标便于工程整定，在工程应用中使用广泛；而偏差枳分性能指标那么更使于计算机仿文和理论分析。1.3过程控制技术的开展1.3.1过程控制仪表的开展自20世纪40年代开始,过程控制陆续采用自动检测程拄制以取代手工操作.气动T电动工业自动化仪衣的开展，现场就地T中央控制室控制仪表盘(屏)上监视T计算机操作站操作模拟信号T数字信号过程控制仪表的开展史年代H业发展伏况仪表技术2O5阵代化工、冶缸适限等规模较小电子管时代仪表信号标准：20100kPa气动信号基地式仪表气动单元组合式仪表气动仪表控制器2O处阵代分支元件的半导体技术计算机大型电站过程工业大型化电动仪表开始使用DDZ-11.O-ICtaA仪表控制室

6、电动单元组合式仪表DDC20纪7阵代集成电路技术城处理却工业现代化微机广泛使用DDZ-IIIff1.,信号标准，42QM或一外，CAD机黑人DCS,P1.C2O融廊代办公自动化数字化技术通信.网络技术数字化智能化仪表各种通信协议.RS232485422DCS功能扩展20妞阵代智能控制工业控蜕高要求现场a姣分析仪翳的在线应用1 .3.2计算机在过税控制中的应用及开双计算机在过程控制项的应用及开展每代计Jt机应用技术2O侬碎代汁算机开始与用于自动控IM集中控制按独字拉制(DDC)26tt670年代微型订货机产生京处耳机技术用于H业控制集型拄制荔统DCS)产生小型机开始在企业管理中应用2旭纪So年代

7、做机在企业管理信息至统(MIS)中应用心在过程拴制中推广应用先进拴制技术在工业上应用20t9碎代H业生产过程自动化PA),H厂自动化(FA)讳算忸感或过程控制筹统(CIPS)企业资澜班划(ERP)现场曲线技术发展(Fi1.dBS)管控一体化技术MCIS)优化拄制软件包I.早期：由于计算机价格昂货，可靠性不离，计算机在过程控制中的应用仅限于取代模拟PID控制器，监觇、记录或Itt警等，即所谓的计算机自接数字控制（DDC）2 .集侬控制系统（DCS）的使用3 .现场总线技术开始实用化工业过程控制的一个研究热点：以市场为好向的先论理、控制为体的计机比成粽公门动化系统。特点：绘台自动化系统应用计算机技

8、术、网络技术、信息技术和自动控制技术，引入实时数据库效劳器和美系数据即效劳器协同工作的概念，实现生产加工过程、方案调度、生产工艺悚作优化、趋势分析、物质供给、产品侦审、办公和财务等整个企业信息的平台集成和利用，实现全车间，全厂甚至全企业无人或很少人参与操作管列，实现过程控制川优化与现代化的集中调我管理相结合.1. 3.3过程控制理论的开展 上世纪40年代至60年代,经典控制理论为主.-（SIS。系统） 60年代后,现代控制理论在生产过程控制中得到/越来越多的应用. 数学上比拟完美的现代控制理论，在过程控制的实际应用中却存在较大的问超.因为它依敕于被控对象的数学模型， 近年来，控制理论界己形成一

9、个包括物能控制等在内的多角度、多方位的研究态势， 目前.在工业过程控制系统中.90%以I还是采用PID控制算法！1.3.4我国过程控制技术的开展1 .我国过程控配技术的开展.情况 上世纪50年代末期,主要采用机械式和气动仪表：屉步f-2（）世纪50年代 60年代广泛果用I型电动单元组合仪表： 70年代中期，【I型电动球元组合仪表成为过程检测和控制的主流产品； 80年代初，开始采用山里电动单元组合仪式，相端引进了分缶式控制系统（DCS）、可漏程序控制潺（P1.CI和工业PC机（IPC）等. 目前，控制系统以DCS和P1.C-SCADa系统为1：.我国已有DCS、P1.C的研发和生产能力.注：仪表

10、仍大局使用气动、电动单元殂合仪衣：在控制筑略方面，开始采用先进控制策略2.当前过程控制的几个开展.方向 现场总线控制系统FCS P1.e-SCADA系统的应用研究 远程监督与控制 智能控制应用研究 过程控制与管理信息集成1. 4本课程的地位和性质1.4. 1本课税的地位1 .过程控制与运动控制的关系过程控制（ProcessControI）和运动控制（MotionContro1.i是自动化专业的主干武理，二者的区别在于控制对象有所不同：过程控制研究化工、石油、冶金、发电等工业生产过程中的温度、乐力、流豉、物位、成份等变量的控制：而运动控制研究速度和位祝控制，如数控机床、航空航天、机器人等等.可见

11、，过程控制所涉及的行业面广,在国民经济生产中占有极其重要的地位。2 ii衽控制的空矣见位（1）过程控制可提高产量、节能降耗、平安生产、臧少环境污染，时提高经济效益、社会效益和环境效益具有非常重要的意义.（2）目前，我国还有许多工业生产过程仍然处于手动或半自动状态.操作水平较低,稳定性差,效益不佳，存在很大的生产技术改造空间。采用过程控制及信息技术改造传统产业，实施生产过程的优化控制和管理，己成为当务之急。1. 4.2本课程的任务1 .工业生产过程中的扰动工业生产过程的扰动作用使得生产过程不稳定，主要有：原材料特性的变化：产M质房与规格的变化：生产设备特性的漂移：装置与装置或工厂与工厂之间的关系

12、等。 在流程工业中.物料流与能珏流在各装置之间或厂之间有着紧密的关系,由于前后的联结两度等原因，往往要求生产过程的运行作出相应的改变，以满足整个生产过程物料与能麻的平衡。 一个局部的扰动，往往会在整个生产过程中传播开来.2 .彩响工业生产汉募的因米主要有：I）信号的测显问时：2）执行器特性：3）被控过程的滞后特性、非线性特性、时不变性、本征不稳定性和箱合特性.3 .过程控都的主要任务过程控制的主要任务是使生产过程到达平安、平稔、优质、高效（高产、低耗）.作为过程控制的最根本目标是使生产过程克服一切扰动，平安越限报警、账锁）并平稳胞进行。1.4. 3过型控制的设计1 .过崔控制系统设计工业生产过程多种多样，非常笈杂.因此，在设计工业生产过程控制系统时，必须花大量的时间和精力了解该工业生产过程的根本原理、操作过程和过程特性这是设计和宾现一个工业生产过程控制系统的”要条件,这就要求从事过程控制的技术人M必须与工艺人员充分交流，控制技术人员根据工艺将戊，制定控制方案,控制方案设计包括合理选择被控多数和控制畚数、被控参数的测埴变送、执行机构的选择、控制规律的选取以及控制结树设计等,2 .过程控制系统设计的士要内容 一个完整的过程控制系统从设计到投运，应包括方案设计、工程设计、工程安装与仪表调校以及控制器多数限定等主要内容。 其中,制方案设计和控制洪容数常定那么是系统设计中的两个核