自动控制系统概述.ppt

化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院1qq第一节第一节 自动控制系统的组成自动控制系统的组成qq第二节第二节 自控系统的方块图自控系统的方块图qq第三节第三节 自控系统的分类自控系统的分类qq第四节第四节 过渡过程和品质指标过渡过程和品质指标qq第五节第五节 工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图第一章第一章 自动控制系统概述自动控制系统概述 训材田政峦乘信隆控所译盾蛋输松留塞庶霍但诧丢昂也构浴滴胎踩拐抖激自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院2第一节第一节 自动控制系统的组成自动控制系统的组成液位的人工控制液位的人工控制进进料料口口执执行行器器变变送送器器控控控控制制制制器器器器（控控控控制制制制仪仪仪仪表表表表）眼看眼看眼看眼看脑想脑想脑想脑想手动手动手动手动检测检测检测检测运算运算运算运算执行执行执行执行液位的自动控制液位的自动控制贝疡滔托伦樱圈闰晃律纳维冠择勺诊女岔愧络徘圃轻痢信横悟馁龄全球因自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院3进进料料口口执执行行器器变变送送器器调调调调节节节节器器器器 进进料料口口执执行行器器变变送送器器控控控控制制制制站站站站搔梦诅粱颁垣拥耪扶备脊厕商锯缆哆裴杂氟阿拯胜智投伐锗汹拍纂乙梨舆自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院4控制系统的控制系统的控制系统的控制系统的 4 4 4 4 个基本环节：个基本环节：个基本环节：个基本环节：被控对象被控对象被控对象被控对象、检测仪表检测仪表检测仪表检测仪表(测量变送环节测量变送环节测量变送环节测量变送环节)、控制器控制器控制器控制器、执行器执行器执行器执行器几个常用术语几个常用术语几个常用术语几个常用术语 ：（1 1 1 1）被控对象被控对象被控对象被控对象 需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象。需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象。需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象。需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象。（2 2 2 2）被控变量被控变量被控变量被控变量 对象内要求保持一定数值（或按规律变化）的物理量。对象内要求保持一定数值（或按规律变化）的物理量。对象内要求保持一定数值（或按规律变化）的物理量。对象内要求保持一定数值（或按规律变化）的物理量。（3 3 3 3）操纵变量操纵变量操纵变量操纵变量 受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值、起控制受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值、起控制受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值、起控制受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值、起控制 （控制变量）（控制变量）（控制变量）（控制变量）作用的变量称为操纵变量（控制变量）。作用的变量称为操纵变量（控制变量）。作用的变量称为操纵变量（控制变量）。作用的变量称为操纵变量（控制变量）。（4 4 4 4）干干干干 扰扰扰扰 除操纵变量除操纵变量除操纵变量除操纵变量,作用于对象并引起被控变量变化的其他因素作用于对象并引起被控变量变化的其他因素作用于对象并引起被控变量变化的其他因素作用于对象并引起被控变量变化的其他因素.（5 5 5 5）给给给给 定定定定 值值值值 工艺规定被控变量所要保持的数值工艺规定被控变量所要保持的数值工艺规定被控变量所要保持的数值工艺规定被控变量所要保持的数值。（6 6 6 6）偏偏偏偏 差差差差 设定值与测量值之差。设定值与测量值之差。设定值与测量值之差。设定值与测量值之差。品撇件径樱剂扦说铜拿老养涤屏澄谴础缅延詹殊想汲嚣弟霞寡功儡辫粒登自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院5第二节第二节第二节第二节 自动控制系统的方块图自动控制系统的方块图自动控制系统的方块图自动控制系统的方块图二者存在一一对应关系！方块方块方块方块连线连线连线连线箭头箭头箭头箭头 进进料料口口蒸汽加热器温度控制系统蒸汽加热器温度控制系统蒸汽加热器温度控制系统蒸汽加热器温度控制系统进料流量变化进料流量变化进料温度的变化进料温度的变化加热蒸汽压力变化加热蒸汽压力变化加热器加热器出料口温度出料口温度 蒸汽流量的变化蒸汽流量的变化莲棺汽砍缚虽胎生乌柑私渍紊降陌洼泼境殖坎嘿初幸铰专邦朽态缔协砂衰自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院6自动控制系统方块图：自动控制系统方块图：自动控制系统方块图：自动控制系统方块图：控制器控制器被控对象被控对象测量变送装置测量变送装置+SP执行器执行器控制器控制器+SP广义对象广义对象执行器、被控对象及测量变送环节统称为执行器、被控对象及测量变送环节统称为执行器、被控对象及测量变送环节统称为执行器、被控对象及测量变送环节统称为广义对象广义对象广义对象广义对象 固定因素固定因素补偿因素补偿因素扦读耸滓耿俯龚畏滁盖恩氧识步抗譬预缄君苏乘琼论应幼边栈愚腹怂库伏自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院7系统运行的基本要求系统运行的基本要求系统运行的基本要求系统运行的基本要求:自动控制系统的（最）基本要求是系统运行必须是自动控制系统的（最）基本要求是系统运行必须是稳定稳定的的.反馈反馈反馈反馈:是控制系统的输出（即被控变量）通过测量变送返回是控制系统的输出（即被控变量）通过测量变送返回 到控制系统的输入端，并与设定值比较的过程。到控制系统的输入端，并与设定值比较的过程。负反馈负反馈:反馈的结果使系统的输出减小的反馈类型。反馈的结果使系统的输出减小的反馈类型。e=x-z正反馈正反馈:反馈的结果使系统的输出增加的反馈类型。反馈的结果使系统的输出增加的反馈类型。e=x+z工业控制系统一般情况下都应为负反馈。工业控制系统一般情况下都应为负反馈。反馈与闭环反馈与闭环芦烦锡要晦笺舰粒健漓铬帝颠偏欢放痕韭零减跳炯植匠堰疵荒握种博黎笑自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院8 闭环闭环 闭环闭环闭环闭环系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统称为闭环系统的系统称为闭环系统，此时系统根据偏差控制，此时系统根据偏差控制，直至消除偏差。直至消除偏差。控制器控制器被控对象被控对象测量变送装置测量变送装置+SP执行器执行器要实现自动控制，系统必须闭环要实现自动控制，系统必须闭环要实现自动控制，系统必须闭环要实现自动控制，系统必须闭环前提前提前提前提闭环控制系统稳定运行的必要条件是闭环控制系统稳定运行的必要条件是负反馈负反馈负反馈负反馈。馒零失擒萄醇鸟竖矫慧错呆异框实鸣淳校哇砰参疏惶鲍元挺貌辙性疡叔滋自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院9 第三节第三节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类（一）按（一）按设定值的特点设定值的特点设定值的特点设定值的特点区分区分:（按照需要控制的（按照需要控制的给定值给定值给定值给定值是否是否/如何变化来分类）：如何变化来分类）：1 1、定值控制系统、定值控制系统2 2、随动控制系统（自动跟踪系统）、随动控制系统（自动跟踪系统）3 3、程序控制系统（顺序控制系统）、程序控制系统（顺序控制系统）卑反避镐醒栖盗绕位衷氯馒景赋吴忱谋瞳活澈樱裹删耐帐衬紊佰谈羊立宅自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院10第四节第四节第四节第四节 控制系统的过渡过程和品质指标控制系统的过渡过程和品质指标控制系统的过渡过程和品质指标控制系统的过渡过程和品质指标 一、控制系统的静态（稳态）与动态一、控制系统的静态（稳态）与动态控制系统的作用控制系统的作用控制系统的作用控制系统的作用：尽可能使被控变量与设定值保持一致（或随设定值变化），当被控变量受尽可能使被控变量与设定值保持一致（或随设定值变化），当被控变量受干扰而偏离设定值时，控制作用必须驱使它（被控变量）回到设定值。干扰而偏离设定值时，控制作用必须驱使它（被控变量）回到设定值。静态：被控变量不随时间变化的平衡状态（不是静止）。静态：被控变量不随时间变化的平衡状态（不是静止）。静态：被控变量不随时间变化的平衡状态（不是静止）。静态：被控变量不随时间变化的平衡状态（不是静止）。如如果果控控制制系系统统是是稳稳定定的的，假假设设设设定定值值和和干干扰扰都都保保持持不不变变，经经过过足足够够长长的的时时间间，控控制制系系统统中中各各参参数数必必然然会会到到达达一一个个“相相对对”平平平平衡衡衡衡状状状状态态态态，这这种种状状态态就就是所谓的是所谓的“静态静态”或或“稳态稳态”。动态：被控变量随时间变化的不平衡状态。动态：被控变量随时间变化的不平衡状态。动态：被控变量随时间变化的不平衡状态。动态：被控变量随时间变化的不平衡状态。如果系统原来处于静态。出现干扰如果系统原来处于静态。出现干扰-被控变量被控变量-控制器。从干扰发生、控制器。从干扰发生、系统控制、直到重新建立平衡的过程称为系统控制、直到重新建立平衡的过程称为“动态动态”过程。过程。赖袋认带羔适吠讥叔嚎卿屁东坤壮洋倡魄酚沂蒋定沃练针糕污赔圣醒厂筑自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院11几种典型的过渡过程：几种典型的过渡过程：几种典型的过渡过程：几种典型的过渡过程：非周期衰减过程非周期衰减过程 衰减振荡过程衰减振荡过程 等幅振荡过程等幅振荡过程 发散振荡过程发散振荡过程 单调发散过程单调发散过程？X XX X一般是不允许的；一般是不允许的；一般是不允许的；一般是不允许的；除开关量控制回路除开关量控制回路除开关量控制回路除开关量控制回路央晶贼椰翼兹盼钾拾吵爱刺球萎土焦副裹该讥诈样权侗檀养骤走缩氓典恳自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院12三、控制系统的控制指标三、控制系统的控制指标三、控制系统的控制指标三、控制系统的控制指标 通常取衰减振荡来讨论控制系统的品质指标。通常取衰减振荡来讨论控制系统的品质指标。以系统受到阶跃输入作用后的响应曲线的形式给出以系统受到阶跃输入作用后的响应曲线的形式给出。主要包括：。主要包括：最最大大偏偏差差（或或超超调调量量）最最大大偏偏差差是是指指在在过过渡渡过过程程中中，被被控控变变量量偏偏离离给给定定值的最大数值值的最大数值 衰衰减减比比 衰衰减减比比是是衰衰减减程程度度的的指指标标，它它是是前前后后相相邻邻两两个个峰峰值值的的比比。习习惯惯表表示示为为 n:1，一般，一般 n 取为取为410之间为宜。之间为宜。余余差差 当当过过渡渡过过程程终终了了时时，被被控控变变量量所所达达到到的的新新的的稳稳态态值值与与给给定定值值之之间间的的偏偏差叫做差叫做余差余差 过过渡渡时时间间 从从干干扰扰作作用用发发生生的的时时刻刻起起，直直到到系系统统重重新新建建立立新新的的平平衡衡时时止止，过过渡过程所经历的时间叫渡过程所经历的时间叫过渡时间过渡时间 振振荡荡周周期期（振振荡荡频频率率）过过渡渡过过程程同同向向两两波波峰峰（或或波波谷谷）之之间间的的间间隔隔时时间间叫叫振荡周期振荡周期或工作周期，其倒数称为或工作周期，其倒数称为振荡频率振荡频率骆姑沽拷靴忽急研套酪那凰酚痪雍源探卖殃漳杏厨猫啃昌秸获哀码枫波雷自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院13阶跃干扰作用下的过渡过程（设定值固定，加阶跃干扰）阶跃干扰作用下的过渡过程（设定值固定，加阶跃干扰）定值系统定值系统 0最大偏差最大偏差最大偏差最大偏差e emaxmax：衰衰衰衰 减减减减 比比比比n n n n：余余余余 差差差差 e()e()e()e()：过过渡渡 时间时间t tp p：振振 荡荡 周周 期期：超调量超调量B设定值设定值新稳态值新稳态值郸浮帖束丧厅悸蜘惦乎樟责磺隶嵌兼葱仙遗歇记苑顶桐血乒醒孰得碳炮饺自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院14四、影响控制指标的主要因素四、影响控制指标的主要因素四、影响控制指标的主要因素四、影响控制指标的主要因素固定因素：固定因素：被控对象特性被控对象特性 测量仪表特性测量仪表特性 执行器特性执行器特性补偿因素补偿因素：控制器特性控制器特性控制器特性控制器特性这是自动控制的主这是自动控制的主 要研究内容要研究内容帖翼埔告庄茄拎朔世赶失载摇恍诵沏残牟拂沤宇哼窄舅宋刹筐无惫终广餐自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院15第五节第五节第五节第五节 工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图（P&ID）乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图工艺流程工艺流程控制方案控制方案控制流程控制流程求柳断辨绪阮瞎输绅谐幽级婉跌蛀嘲坞拨松徊留客郭谊欠耘域却诺方将橡自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院16(1)图形符号图形符号检测点检测点检测点检测点 一般是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起点一般是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起点 必要时也可以用象形或图形符号表示必要时也可以用象形或图形符号表示 (2)图形符号图形符号连线连线连线连线 通用的仪表信号线均以细实线表示通用的仪表信号线均以细实线表示 (3)图形符号图形符号仪表符号仪表符号仪表符号仪表符号 仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm 10mm 就地就地安装安装仪表仪表 就地就地安装安装仪表仪表嵌在嵌在嵌在嵌在管道管道管道管道中中中中 集中集中仪表仪表盘面盘面安装安装仪表仪表 就地就地仪表仪表盘面盘面安装安装仪表仪表 集中集中仪表仪表盘盘后后后后安装安装仪表仪表 就地就地仪表仪表盘盘后后后后安装安装仪表仪表 同一个检测点，有两个同一个检测点，有两个或多个测量，可用两个或多个测量，可用两个或多个相切的圆表示或多个相切的圆表示 咽猖焚贝戚锡榜半琢戒贬霍夫奶哈芽从申域叁搞迅蹿糕钙箭惜席栋芯匙终自动控制系统概述自动控制系统概述化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化化工仪表及自动化南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院南京航空航天大学材料学院17仪表符号除了图形之外，圆圈之中还应有一串有字母和数字组成的代号仪表符号除了图形之外，圆圈之中还应有一串有字母和数字组成的代号称为称为“仪表位号仪表位号”。例如：。例如：PIC207 TRC210 (4)(4)字母代号字母代号字母代号字母代号 字母编号写在圆圈的上半部。字母编号写在圆圈的上半部。第一位字母表示被测变量第一位字母表示被测变量后继字母表示仪表的功能后继字母表示仪表的功能 PIC207压力压力指示指示 控制控制(5)(5)数字代号数字代号数字代号数字代号 数字编号写在圆圈的下半部。数字编号写在圆圈的下半部。第一位数字表示段号第一位数字表示段号后续数字后续数字(二位或三位数字二位或三位数字)表示仪表序号。表示仪表序号。第第2 2工段工段仪表序号为仪表序号为0707PIC207猩油沟原卫睦窑献薯桂笋扭屯蠕不咱秃拎湾漫帽甘铺画慷屎浆愈羽顽瘸餐自动控制系统概述自动控制系统概述