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1、1 过程控制系统基本问题（5-10）过程控制系统定义：生产过程中自动控制系统的被控变量是温度、压力、流量、液位、成份这样一些变量的系统。过控系统特点：连续生产过程的自动控制；过程控制系统由过程检测、检测仪表组成；被控过程是多种多样的、非电量的；控制过程的控制多数慢过程，而且多半为参量控制；控制过程方案十分丰富；定值控制是过程控制一种常用形式。被控过程特点：非线性，时变，时滞，不确定过程控制系统的组成：控制器,执行器,对象,变送器被控变量；控制变量；干扰变量；设定值的变化；干扰量的变化过程控制系统的分类：按被控变量分类：温度、压力、流量、液位等控制系统。按控制器采用的控制规律分类：比例、比利积分
2、、比利积分微分等控制系统。按被控变量的给定值是否变化分类：定值、随动、程序控制系统。性能指标：自动控制系统调节品质的优劣，表示了控制系统克服外来干扰能力的大小。一个控制系统的调节品质，可用控制系统在受到单位阶跃输入作用后，被控量在控制过程中的变化曲线来分析。常把对阶跃干扰的反应作为判别系统抗干扰能力好坏的标准。 2 对象（10-15）控制对象基本类型：自恒单容；非自恒单容；自恒多容；非自恒多容单容：只有一个存储物质或能量的容积。（可用一节微分方程描述）自恒：对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏，无需外加任何控制作用，依靠对象本身自动平衡的倾向，逐渐的达到新的平衡状态的性质。多容过程：被控过程往往
3、是由多个容积和阻力构成的。多容对象：有两个或更多存储物质或能量的容积。（有几个容积就用几阶微分方程描述）用传递函数描述：过程对象特点：时间常数大，有纯滞后，非线性，多变量耦合机理建模：（长管道，纯迟延）多容：实验建模：三单回路控制系统（30-40）会按照工艺要求设计：（1） 如何选取被控变量：1、 被控变量应能代表一定的工艺操作指标，或能反映工艺操作状态，一般都是工艺过程中比较重要的变量。2、 被控变量在工艺操作中要经常遇到一些干扰影响而变化。维持被控变量的恒稳，所选取的被控变量应该能较频繁的调节。3、 尽量选直接控制指标为控制变量。若无法获取直接指标信号，可选取与直接指标有单值对应关系的间接
4、指标作为被控变量。4、 被控变量应该能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。5、 选取被控变量时，必须考虑工艺合理性和仪表产品现状。6、 被控变量应该是独立可控的。（2） 如何选取操纵变量：1、 与被控变量的因果关系。2、 有利于实现自动化控制。3、 具有快速的动态响应性能。4、 对较大的扰动具有补偿作用。5、 能够对过程性能不利的影响进行快速的调节。 过程通道：控制通道（tao0 T0 K0 T1 T2 T3） 扰动通道（taof Tf Kf 位置） 因果关系： K0、Kf： Kf越大，余差越大；K。越大，余差越小，克服扰动通道效果越好。 Tf： ： ： T1、T2、T3： ： 时间常数越大，动
5、态偏差、控制过程的时间减少，稳定裕度增大，时间常数T0的增大能提高系统的控制质量。当控制通道有延时时，延时时间对调节是不利的，控制质量主要取决于迟延于时间尝试的比值，比值越大，则控制质量越差。 结论：1、 选择过程控制通道的放大系数K0要适当大。2、 时间常数T0要小。3、 纯滞后越小越好。4、 在有的情况下，越小越好。5、 选择过程扰动通道的放大系数Kf应尽可能小；时间常数Tf要大；扰动引入的位置要远离控制过程；容量滞后越大越有利于控制。6、 广义过程由几个一阶环节组成，在选择控制参数时应尽量把几个时间常数错开。7、 注意工艺操作的合理性和经济型。 （3）执行器：气开：输入气压增加，阀门开度
6、增大。失气时关闭。气关：输入气压增加，阀门开度减小。失气时全开。控制阀的流量特性：控制阀的理想流量特性：直线，快开，抛物线，等百分比（对数）控制阀流量特性的选择：随动：设定值R变化。定值：负荷变化；阀前后压力变化。 P、I、D控制器的特性： P: 时域表示： 传递函数表示： 其中，Kc=控制器增益 比例控制规律数学表达式 比例度：表示比例作用的强弱： 就是使控制器输出变化满刻度时，输入偏差变化对应指示刻度的百分数。 比例度越小，是输出变化全量程范围所需的输入变化区间就越小。 比例度越小（Kp越大），过渡过程曲线越震荡，比例度过小，就会出现发 散震荡；比例度越大过渡过程曲线越平稳，但余差增大。I
7、：数学表达式：只要偏差存在，控制器输出就会变化，控制机构就要动作，系统就不会稳定；只有当偏差消除时（e=0），输出信号才不会变化，调节机构停止动作，系统达到稳定状态。这就是说，积分控制作用在系统达到稳定时，偏差必然为零。过饱和积分：因积分过量造成执行机构不能及时改变方向的现象。产生原因：外因：偏差长期存在。内因：控制规律有积分作用，使积分输出达到某一限值。防止策略：在偏差e（t）=0时，使u0（t）不超过限值。采用输出限幅器：它只对控制器的输出限幅，u（t）。采用对u（t）限幅：实施时，采用积分外反馈，自行切换PIP。PI：P：响应快，但有余差；I：响应缓慢，但可以消除余差。积分时间越短，积分
8、速度越大，积分作用越强；反之，积分时间越长，积分速度越小，积分作用越弱。若积分时间为无穷大，则失去积分作用，就成为纯比例的控制器了。积分时间对过度过程的影响具有两重性。当缩短积分时间，加强积分作用时：有利的一面是克服余差的能力增加，不利的一面是使过程震荡加剧，稳定性降低。D： PD：PID： 4 串级控制系统（10-15）为什么用串级控制？大时滞、非线性、剧烈扰动四个特点：1、2、增强对二次干扰的客服能力3、增强对一次干扰的客服能力4、五个设计原则：1、 单回路控制系统性能不能满足要求2、 有一个被测变量是有效的3、 能够代表重要扰动的发生4、 与执行机构（阀门）间有因果关系5、 要比主回路有
9、更快的响应5 前馈控制系统（10）前馈特点（与反馈比较）：Q：只对应一个扰动。F：对应环内所有扰动。Q：在被控变量变化之前。F：在被控变量变化之后。Q：属于开环控制。F：构成闭环。Q：补偿。F：反馈。Q：没有稳定性问题。F：存在稳定性问题。Q：会有稳态误差。F：可以没有稳态误差。5个规则：1、 单回路系统性能不能满足要求。2、 有一个被测变量是有效的。3、 能够代表重要扰动的发生。4、 与执行机构（阀门）间无因果关系。5、 要比主回路有更快的响应。（被控变量CV不能比操作变量MV有更快的响应。）特点：1、 前馈控制属于开环控制只要系统中各环节稳定，控制系统必然是稳定的。反馈是闭环控制即使各环节稳定，也不能保证闭环系统稳定。2、 前馈控制是“基于干扰来消除干扰对被控量的影响”通过前馈控制器的补偿作用及时抑制干扰对被控变量的影响。反馈控制是“基于偏差消除偏差”。当干扰引起被控变量产生偏差之后才能产生控制作用。3、 前馈控制器的控制规律取决于过程特性，是一个专用控制器。反馈控制系统中，控制器通常采用PID等典型控制策略。4、 前馈控制只能抑制可测不可控的干扰对变量的影响。反馈控制则对包括在其回路中的多种干扰都具有抑制作用。分类：静态前馈与动态前馈： 动态 6 其他控制系统（10）均匀控制：比值控制：分程控制： 选择控制: 双重控制: