1、過程控制工程課程總結過程控制工程課程總結pidpid單回路單回路過程工業影響因素過程工業影響因素1）一般影響因素）一般影響因素原料組成、流量、溫度等變化原料組成、流量、溫度等變化產品質量要求產品質量要求過程設備的可使用性、特性漂移、關聯關系影過程設備的可使用性、特性漂移、關聯關系影響響2）控制過程影響因素）控制過程影響因素信號測量及數據處理（實時性、準確性等）信號測量及數據處理（實時性、準確性等）被控過程的滯后性、時變性、非線性、耦合性被控過程的滯后性、時變性、非線性、耦合性關系關系控制方案的合理性、控制系統穩定性控制方案的合理性、控制系統穩定性執行器特性執行器特性 2）控制過程影響因素）控制

2、過程影響因素信號測量及數據處理（實時性、準確性等）信號測量及數據處理（實時性、準確性等）被控過程的滯后性、時變性、非線性、耦合性關被控過程的滯后性、時變性、非線性、耦合性關系系控制方案的合理性、控制系統穩定性控制方案的合理性、控制系統穩定性執行器特性執行器特性 課程重點：課程重點：1）基本概念和特點的掌握）基本概念和特點的掌握2）控制方案）控制方案控制方案的構成及方框圖控制方案的構成及方框圖控制方案工作特性，應用特性控制方案工作特性，應用特性控制系統分析及設計控制系統分析及設計第一章第一章 單回路控制系統單回路控制系統1）主要內容）主要內容控制回路的基本構成控制回路的基本構成基本控制規律基本控

3、制規律被控變量、控制變量選擇原則被控變量、控制變量選擇原則執行器、控制器作用方式的選擇執行器、控制器作用方式的選擇控制參數整定方法等基本知識控制參數整定方法等基本知識簡單介紹主要控制對象的過程特性簡單介紹主要控制對象的過程特性2）主要知識點）主要知識點控制系統組成、評價指標控制系統組成、評價指標基本控制規律基本控制規律被控變量選擇、操作變量選擇被控變量選擇、操作變量選擇通道特性及對控制質量影響通道特性及對控制質量影響調節閥開關形式、控制器作用形式選擇調節閥開關形式、控制器作用形式選擇第二章第二章 串級控制系統串級控制系統1）主要內容）主要內容串級控制系統基本概念和構成串級控制系統基本概念和構成

4、串級控制系統特性串級控制系統特性串級控制系統設計串級控制系統設計串級控制系統的投運串級控制系統的投運2）主要知識點：）主要知識點：串級控制系統構成特點（系統圖、方框圖）串級控制系統構成特點（系統圖、方框圖）內環的作用內環的作用控制過程動作分析，區別干擾進入點控制過程動作分析，區別干擾進入點主、副控制器作用方式選擇主、副控制器作用方式選擇串級控制系統設計串級控制系統設計第三章第三章 前饋及比值控制系統前饋及比值控制系統1）基本內容）基本內容前饋控制系統前饋控制系統 基本內容：基本內容：前饋控制的基本控制原理及特點前饋控制的基本控制原理及特點前饋控制的組合應用前饋控制的組合應用比值控制系統比值控制

5、系統 基本內容：基本內容：基本概念基本概念比值控制基本回路特性比值控制基本回路特性比值控制系統構成類型比值控制系統構成類型比值控制實現（比值器、乘法器、除法器）比值控制實現（比值器、乘法器、除法器）2）知識要點）知識要點前饋控制：前饋控制：l方案特點：方案特點： 前饋控制是依據干擾兩實施控制的方案，具有控制前饋控制是依據干擾兩實施控制的方案，具有控制及時性特點，理論上具有參數不變性功能。及時性特點，理論上具有參數不變性功能。l控制器：控制器： 與干擾通道及控制通道特性有關，是一種特殊的控與干擾通道及控制通道特性有關，是一種特殊的控制器。制器。l構成：構成： 簡單前饋，前饋反饋，前饋串級控制簡單

6、前饋，前饋反饋，前饋串級控制l應用場合應用場合系統滯后或容量滯后較大，反饋控制系統難以滿系統滯后或容量滯后較大，反饋控制系統難以滿足工藝控制要求場合足工藝控制要求場合系統中存在可測而不可控的強烈干擾影響的場合系統中存在可測而不可控的強烈干擾影響的場合干擾對被控變量存在顯著影響，反饋控制難以克干擾對被控變量存在顯著影響，反饋控制難以克服的場合服的場合工藝要求按照某一給定數學模型實施控制的場合工藝要求按照某一給定數學模型實施控制的場合 注意：一般前饋控制不能單獨應用注意：一般前饋控制不能單獨應用l前饋與反饋控制的互補關系前饋與反饋控制的互補關系l前饋前饋-反饋控制特點反饋控制特點具有前饋控制及時和

7、反饋控制能克服多種干具有前饋控制及時和反饋控制能克服多種干擾的雙重優點。擾的雙重優點。由于加入了反饋控制，降低了對前饋控制精由于加入了反饋控制，降低了對前饋控制精度的要求。度的要求。由于前饋控制對主要干擾作了及時控制，大由于前饋控制對主要干擾作了及時控制，大大減輕了反饋控制的負擔。大減輕了反饋控制的負擔。由于反饋控制的存在，使得前饋由于反饋控制的存在，使得前饋-反饋控制系反饋控制系統具有一定的自適應能力。統具有一定的自適應能力。l前饋前饋-反饋應用特點反饋應用特點l分析設計分析設計 比值控制基本知識點：比值控制基本知識點：l實現使兩種或兩種以上參數滿足按一定比例關系實現使兩種或兩種以上參數滿足

8、按一定比例關系變化的控制系統。變化的控制系統。 l回路屬性：比值控制屬于開環控制回路屬性：比值控制屬于開環控制l比值控制基本實施方案比值控制基本實施方案 單閉環、雙閉環，串級比值控制系統，單閉環、雙閉環，串級比值控制系統， 變比值控制變比值控制l比值控制實現方法及特點比值控制實現方法及特點 比值器、乘法器、除法器比值器、乘法器、除法器l比值系數：僅與工藝流量比例要求及選用儀表量程比值系數：僅與工藝流量比例要求及選用儀表量程有關，基本關系式：有關，基本關系式：l控制要求高，負荷變化較大的場合應考慮應用開控制要求高，負荷變化較大的場合應考慮應用開方器。方器。0164ikl 信號基本關系式：信號基本

9、關系式：221122maxmaxmaxmaxqqkkorkkqq線線性性非非線線性性第四章第四章 均勻控制均勻控制1）基本內容基本內容l利用一套控制回路，兼顧前后兩個被控參數，使利用一套控制回路，兼顧前后兩個被控參數，使二者均能在允許的范圍內波動，進而保證兩設備二者均能在允許的范圍內波動，進而保證兩設備穩定操作的控制策略。穩定操作的控制策略。l實現方法實現方法 通過參數整定實現均勻控制策略。通過參數整定實現均勻控制策略。l主要的均勻控制結構形式主要的均勻控制結構形式 簡單均勻控制簡單均勻控制 串級均勻控制串級均勻控制 雙沖量均勻控制雙沖量均勻控制2）知識點）知識點l結構上無特殊性結構上無特殊性

10、l參數整定參數整定比比 例例 度：度：100%積分時間：較長積分時間：較長微分時間：微分時間：0（微分作用不符合均勻控制思想，（微分作用不符合均勻控制思想，一般不采用微分作用）一般不采用微分作用）l串級均勻控制中副環引入的目的串級均勻控制中副環引入的目的 克服控制閥兩端的壓力變化及罐的自衡作用對流量克服控制閥兩端的壓力變化及罐的自衡作用對流量的影響，更好地協調兩個參數。的影響，更好地協調兩個參數。l操作特點操作特點表征前后相互關聯的參數應該是變化的，并且其表征前后相互關聯的參數應該是變化的，并且其變化應該是緩慢的。變化應該是緩慢的。參數的變化應被限制在允許的范圍為內。參數的變化應被限制在允許的

11、范圍為內。實質：以犧牲控制靈敏度和控制質量為代價實現實質：以犧牲控制靈敏度和控制質量為代價實現協調多個參數的目的。協調多個參數的目的。注意：注意： 兩個相關聯的參數可以有主、次之分，可以通過兩個相關聯的參數可以有主、次之分，可以通過參數整定實現參數整定實現第五章第五章 選擇性控制選擇性控制1）基本內容）基本內容l概念概念 依據不同的生產狀態，自動選取不同的被控變量（依據不同的生產狀態，自動選取不同的被控變量（操作變量）或控制方案，進而實現對生產操作的自操作變量）或控制方案，進而實現對生產操作的自動控制。動控制。l應用目的：應用目的： a. 處理非正常情況，保證生產安全的需要處理非正常情況，保證

12、生產安全的需要 b. 實現工藝操作的切換實現工藝操作的切換l硬件構成硬件構成l基本類型基本類型2）知識點）知識點l概念概念l構成、類型及控制特點構成、類型及控制特點 選擇器作用、安裝位置選擇器作用、安裝位置 開關型、連續型、混合型開關型、連續型、混合型l控制器控制器 參數整定（取代控制器）參數整定（取代控制器）l選擇器選擇器 類型及確定方法類型及確定方法l分析、設計分析、設計第六章第六章 分程控制分程控制1）主要內容）主要內容l基本概念基本概念 以一個控制器的輸出信號的不同信號段分別控制不以一個控制器的輸出信號的不同信號段分別控制不同閥門，且使該閥門在其控制信號段內能夠完成從同閥門，且使該閥門

13、在其控制信號段內能夠完成從全開到全關動作的控制系統稱為分程控制系統。全開到全關動作的控制系統稱為分程控制系統。l閥門組合方式閥門組合方式l分程控制目的：分程控制目的：擴大閥門的可調比（同向調節閥）擴大閥門的可調比（同向調節閥）滿足某些工藝操作的特殊要求（異向調節閥）滿足某些工藝操作的特殊要求（異向調節閥）l分程閥組流量特性改善分程閥組流量特性改善l閥門組可調比閥門組可調比2）知識點）知識點l概念概念l閥門組合方式及應用目的閥門組合方式及應用目的l組合閥門關于信號的動作關系組合閥門關于信號的動作關系l分析設計分析設計第七章第七章 閥位控制系統（雙重控制）閥位控制系統（雙重控制）1）基本內容）基本

14、內容l解決控制系統的動特性（快速性，有效性）解決控制系統的動特性（快速性，有效性）與經濟性及合理性的協調問題。與經濟性及合理性的協調問題。l特點：特點：系統構成特點；系統構成特點；操作特點操作特點 ；l應用應用2）知識點）知識點l系統由兩個控制器分別控制兩個調節閥系統由兩個控制器分別控制兩個調節閥l主控制器輸出作為閥位控制器的測量輸入信號主控制器輸出作為閥位控制器的測量輸入信號l閥位控制回路是以主控制器控制的調節閥的開度閥位控制回路是以主控制器控制的調節閥的開度為被控變量的單回路控制系統，即：其給定值是為被控變量的單回路控制系統，即：其給定值是設定的閥門開度信號值設定的閥門開度信號值l穩態時主

15、控制器控制的閥門開度為設定開度穩態時主控制器控制的閥門開度為設定開度l閥位控制器的控制規律中應包含積分控制規律閥位控制器的控制規律中應包含積分控制規律l應用場合應用場合控制要求較高，一般的反饋控制不及時，難于控制要求較高，一般的反饋控制不及時，難于滿足工藝控制要求；滿足工藝控制要求；工藝參數不允許做激烈變化（如透平機通過的工藝參數不允許做激烈變化（如透平機通過的蒸汽）蒸汽）l基本要求基本要求概念概念控制器控制規律（閥位控制器）控制器控制規律（閥位控制器）分析：分析： 穩態工作，閥穩態工作，閥b開度保持在設定的最小開度。開度保持在設定的最小開度。 干擾出現，干擾出現，主控制器控制閥主控制器控制閥

16、b迅速改變其開度，快速、有效迅速改變其開度，快速、有效地調節被控變量（擔負主要的干擾克服任務）。地調節被控變量（擔負主要的干擾克服任務）。閥位控制器控制閥閥位控制器控制閥a緩慢改變開度，但，最終將緩慢改變開度，但，最終將主控制器擔負的控制任務轉移到閥位控制器。閥主控制器擔負的控制任務轉移到閥位控制器。閥位控制器的控制結果，閥門位控制器的控制結果，閥門b恢復到設定的正常恢復到設定的正常開度。開度。設計設計第八章第八章 2）知識點）知識點 相對增益陣相對增益陣l相對增益陣的求取相對增益陣的求取l依據相對增益陣的控制回路確定方法依據相對增益陣的控制回路確定方法 選擇相對增益陣中選擇相對增益陣中ij趨

17、近趨近1的元素對應的被控變量的元素對應的被控變量和操作變量構成控制回路和操作變量構成控制回路l相對增益陣的特性相對增益陣的特性1112112/nijuijijymmmnyuyu 1tkk 解耦控制解耦控制l解耦條件：系統的閉環傳遞函數矩陣（廣義對象解耦條件：系統的閉環傳遞函數矩陣（廣義對象傳遞函數矩陣）是對角陣。傳遞函數矩陣）是對角陣。l減小及消除耦合的基本方法減小及消除耦合的基本方法通過減少控制回路解決耦合問題通過減少控制回路解決耦合問題調整控制器參數改變耦合程度調整控制器參數改變耦合程度通過選擇變量配對減少耦合通過選擇變量配對減少耦合通過串聯解耦裝置消除耦合通過串聯解耦裝置消除耦合l解耦控

18、制方案解耦控制方案理想解耦理想解耦簡化解耦簡化解耦 人為地設定一個解耦模型的框架（通過設定解耦陣人為地設定一個解耦模型的框架（通過設定解耦陣中若干個元素為中若干個元素為1來簡化解耦陣），通過使原系統來簡化解耦陣），通過使原系統傳遞關系陣與解耦陣之積為對角陣的方法求取傳遞關系陣與解耦陣之積為對角陣的方法求取f陣陣中其余元素從而獲得解耦裝置模型。中其余元素從而獲得解耦裝置模型。解耦合設計及解耦合矩陣求取解耦合設計及解耦合矩陣求取111211112121222212221212nnnnnnnnnnnngggfffgggfffgggfff 對角陣第九章第九章 先進控制技術先進控制技術1）主要內容）主要

19、內容l基本概念、應用基礎基本概念、應用基礎先進控制：先進控制： 先進控制是以計算機為硬件基礎，基于模型或知先進控制是以計算機為硬件基礎，基于模型或知識的控制方法的總稱識的控制方法的總稱 。先進控制核心技術：先進控制核心技術：數據采集處理數據采集處理數學模型建立數學模型建立先進控制策略先進控制策略工程實施工程實施應用目的：應用目的： 處理復雜的多變量過程控制問題，處理復雜的多變量過程控制問題，滿足生產過程滿足生產過程復雜被控對象的高精度控制要求。復雜被控對象的高精度控制要求。主要技術基礎主要技術基礎 數學模型、神經網絡、邏輯推理技術等數學模型、神經網絡、邏輯推理技術等主要技術方法：主要技術方法： 內膜控制、預測控制、推斷控制、監督控制、魯內膜控制、預測控制、推斷控制、監督控制、魯棒控制、自適應控制、故障診斷與容錯控制、專棒控制、自適應控制、故障診斷與容錯