导图社区 过程控制
此思维导图主要记录了过程控制的基础知识,方便对过程控制框架的记忆。工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。过程控制也称实时控制,是计算机及时的采集检测数据,按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制和自动调节,如数控机床和生产流水线的控制等。
编辑于2021-06-03 13:05:49此思维导图比较详细的介绍了遗传算法,包括它的特点、应用领域、基本流程、遗传算法的若干概念、遗传算法的应用步骤、遗传算法具体步骤等,欢迎小伙伴们观看使用。
此思维导图主要记录了运动控制相关的基础知识。内容包括:运动控制系统的基本概念与组成,直流闭环调速系统的分析与设计方法、交流调速系统的基本控制方式,交流调速系统的组成及工作原理。
此思维导图主要记录了计算机控制的相关基础知识。内容包括:计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的典型型式、发展概况和趋势;计算机控制系统的硬件设计技术;数字控制技术;常规及复杂控制技术;现代控制技术;先进控制技术;计算机控制系统的软件设计技术;分布式测控网络技术;计算机控制系统设计与实现。全书内容丰富,体系新颖,理论联系实际,系统性和实践性强。
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过程控制工程(戴连奎,王树青)
过程控制系统的基本概念和基本原理,系统结构图和工艺流程图表示法,控制系统对象特性分析以及一般建模方法,控制系统性能指标分析
分析过程控制系统的基本工作原理,掌握基本概念,绘制控制系统结构框图
基本工作原理
通过调节操纵变量,以克服各种扰动的影响,使被控变量保持在设定值
基本概念
被控变量
指被控对象需要维持在其理想值的工艺变量,如温压流液
设定值
被控变量要求达到的期望值
操作变量
某一执行器可控制、对被控变量有直接影响的物理量
扰动变量
任何导致被控变量偏离其设定值的输入变量
被控对象
被控制的生产设备或装置
控制系统结构框图
分析理解过程对象特性,掌握数学模型的基本概念,掌握从机理出发的简单过程对象的建模与分析方法
数学模型
数学模型描述了输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系
基本方法
机理分析法
只有当数学公式全面描述了过程的动态行为时,这些数学表达式才能称之为过程动态模型
根据建模的对象和模型的使用目的进行合理的假设
根据过程内在机理建立数学方程
简化模型
经验建模法
不考虑过程机理,完全利用测量数据来获得来获得过程的模型,因此在建模过程中往往需要进行反复调整,直到获得令人满意的效果为止
广义对象
广义对象定义为从控制器输出u到控制器输入之间的环节。常把执行机构、被控变量和测量变送环节合起来看做一个广义对象
三要素
输入输出数据
一组候选的模型
选择模型的某种性能指标
步骤
阶跃响应的获取(脉冲响应)
由阶跃(脉冲)响应确定近似传递函数
常用过程控制系统的各项性能指标的定义,学会分析对象特性、控制规律与性能指标之间的关系
性能指标
阶跃响应曲线的特征参数作为性能指标
衰减比
表示振荡过程的衰减程度,是衡量过渡过程稳定程度的动态指标。等于曲线中前后两个相邻波峰值之比
超调量与最大动态偏差
超调量:反映超调情况和衡量稳定程度的指标
最大动态偏差:单位阶跃扰动下,最大幅值与最终稳态值之和的绝对值
余差
反映控制精确度的稳态值指标,新稳态值与设定值之差
调节时间和振荡频率
调节时间是从过渡过程开始到结束所需时间,被控变量进入新稳态值附近5%或2%以内区域。反映控制系统快速性的一个指标
振荡频率是振荡周期的倒数,一定程度上可作为衡量控制系统快速性的指标
峰值时间和上升时间
峰值时间:被控变量第一次达到最大值或最小值的时刻
上升时间:过渡过程开始到被控变量第一次达到稳态值的时间
偏差积分性能指标
偏差积分(IE)
平方偏差积分(ISE)
绝对偏差积分(IAE)
时间与偏差绝对值乘积的积分(ITAE)
控制规律
比例控制
比例度
对系统性能的影响
增益Kc增大,系统的调节作用增强,但稳定性下降(衰减系数变小,衰减比变小,最大偏差变小,余差变小)
控制算式
传递函数
比例积分控制
控制算式
传递函数
积分作用
引入积分作用可以消除稳态余差,但控制系统的稳定性下降。当积分作用过强时,可能使控制系统不稳定
积分饱和
概念
防积分饱和
比例积分微分控制
传递函数
微分作用
微分作用增强,从理论上来说使系统的超前作用增强,稳定性得到增强,但对高频噪声起放大作用。对于测量噪声较大的对象,需要引入测量信号的平滑滤波;微分作用主要适合于滞后较大的广义对象,如温度、成分等
过程信号检测与自动化仪表的工业应用
流程工业中常用的过程参数检测原理,常用的信号制,量程与信号的换算关系
常用的标准信号
0~10ma DC信号(DDZ-Ⅱ型仪表)
4~20ma DC信号(DDZ-Ⅲ型仪表
0.02~0.1MPa 气动信号
量程与信号的换算关系
将量程归一化后转换为信号的量程
常用的工业现场参数检测仪表、执行器等的选型和使用方法
测量变送环节
任务
对被控变量或其他参数进行快速准确的测量,并将它转换成统一的信号,如气信号、电信号。对测量变送环节作线性处理后,一般可表示为一阶加纯滞后特性
控制阀
任务
接受控制器来的控制信号,通过改变阀的开度来达到控制流量的目的
选择
阀口径选择
确定气开与气关特性
考虑失气时使生产处于安全状态
流量特性选择
控制阀的流量特性是指通过控制阀的流量与阀门开度之间的关系
固有流量特性(理想流量特性)
控制阀的制造厂提供的流量特性曲线,总是在阀门处于固定压降下得出的,这种特性称为固有特性
直线
等百分比(对数)
快开
抛物线
安装流量特性(工作流量特性)
当控制阀安装在有阻力的管道上时,由于通过控制阀的流量变化引起阻力的变化,从而使得阀上压降也发生相应的变化,这时的流量特性称为安装流量特性
特性曲线总是向左上方畸变,S值越小,畸变越严重
一般认为s>0.6时,特性曲线畸变不严重,安装特性需选什么,固有特性就选什么。当s<0.6时,若从补偿要求需选线性安装特性,而固有特性应选等百分比特性
控制阀的增益
阀门增益定义为所输送的流量变化幅度的百分数与阀杆位置变化的百分数之比
过程控制系统的基本组成单元和系统设计与实现
根据给定的实际工程问题,掌握简单过程控制系统的分析设计方法,包括控制系统结构设计,调节器类型的选择,调节器正反作用、执行机构气开/气关(电开/电关)等
正反作用
当被控变量的测量值增大时,控制器输出增大,则该控制器为“正作用”
当测量值增大时,控制器输出减少,称为反作用
调节器类型的选择
比例控制器
适用于低阶过程,多用于就地控制以及允许有余差存在的场合。如液位控制系统
比例积分控制器
流量或快速压力系统
比例积分微分控制器
比例积分作用消除了余差,但降低了响应速度。对于多容过程,它的响应过程本身就很缓慢,加入比例积分控制器后,就变得更加缓慢。在这种情况下加入微分作用,用它来补偿对象滞后,使系统稳定性得到改善,从而运行使用高的增益,提高了响应速度
在温度控制和成分控制属于缓慢和多容过程,常使用PID控制。不过在具有高频噪声的场合,不宜使用微分,除非先对噪声进行滤波
PID参数整定
经验法
临界比例度法
衰减振荡法
响应曲线法
PID参数自整定
根据给定的实际工程问题,掌握复杂过程控制系统的分析设计方法,包括控制方案的设计,控制规律的设计,检测仪表和执行机构的选型
前馈控制
原理
测量进入过程的干扰量,并根据干扰的测量值产生合适的控制作用来改变控制量,使被控变量维持在设定值上
不变性原理或称扰动补偿原理是前馈控制的理论基础,不变性原理通过前馈控制器的校正作用,消除扰动对被控变量的这种影响。它实际上是根据不变性原理对干扰进行补偿的一种开环控制系统
前馈反馈比较
传递函数
前馈控制特点
前馈反馈控制优点
从前馈控制角度,由于增加了反馈控制,降低了对前馈控制模型精度的要求,并能对未选作前馈信号的干扰产生校正作用
从反馈控制角度,由于前馈控制的存在,对干扰作了及时的粗调作用,大大减小了反馈控制的负担
比值控制
比值控制实质上是前馈控制的一种特例
目的
为了使几种物料混合后符合一定的比例关系,使生产能安全正常进行
定义
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统称为比值控制系统
物料
主物料
处于主导地位
一般情况下,总是把生产过程中主要物料定为主物料。有些场合将不可控物料作为主物料,用改变可控物料即从物料来实现它们之间的比值关系
从物料
按主物料进行配比,即在控制过程中随主物料而变化
比值
比值k(工艺上)
两流体的重量或体积流量之比
比值系数K(仪表上)
统一的标准信号表示的比值关系
控制
定比值控制
控制方式
开环比值控制
单闭环比值控制
双闭环比值控制
既能实现两个流量的比值恒定,又能使进入系统的总负荷平稳
定比值控制的各种方案只考虑如何来实现这种比例关系,而没有考虑成比例的两种物料混合或反应后最终质量是否符合工艺要求。因此从最终质量来看这种定比值控制系统是开环的
变比值控制(p76)
按照某一工艺指标自动修正流量比值的变比值控制系统,变比值控制系统实质上是一种静态前馈-串级控制系统
比值控制实施
比值系数的折算
流量与测量信号成线性关系时的折算
公式p78
流量与测量信号成非线性关系时的折算
公式p79
比值系数的折算方法与仪表的结构型号无关,只与测量的方法有关
比例控制的实施方法(p79)
相乘方案
相除方案
由于用除法器组成的比值控制系统,放大倍数会随负荷变化,因此在比值控制系统中应尽量少采用除法器,一般可用相乘形式代替它
比值控制系统的设计与投运
主从动量的确定
控制方案的选择
控制器控制规律的确定
比值系数K的选取范围
比值控制系统的投运
比值控制系统的整定
开方器的选用
采用差压法测量流量的比值控制系统中,是否选用开方器,要根据对被控变量控制精度及负荷变化情况而定。当被控变量的控制精度要求较高,且负荷变化较大时,就必须设置开方器,以保证系统有较好的控制品质
串级控制系统
通过选择器第二个测量点构成第二个反馈回路来克服干扰。第二个测量点应该比被控变量更快感知到干扰的影响,这样才能在干扰对被控变量产生很大影响之前通过第二个反馈回路迅速克服干扰的影响,这样才能在干扰对被控变量产生很大影响之前通过第二个反馈回路迅速克服干扰的影响
定义
一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值,这样连起来的两个控制器称作串级控制。两个控制器都有各自的测量输入,但只有主控制器具有自己独立的设定值,只有副控制器的输出信号送给执行机构。这样组成的系统称为串级控制系统
特点
副回路具有快速调节作用,能有效地克服发生于副回路的扰动影响
串级系统对副对象和控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性,系统品质对对象特性变化越不敏感,则称该系统鲁棒性越好
主回路对副对象及控制阀的特性变化具有鲁棒性,但副回路本身却并没有这种特性
主回路对副回路测量反馈的变化没有鲁棒性
串级控制系统设计
主要优势
可快速克服进入副回路的各种干扰,对副回路对象特性变化具有很强的鲁棒性,可克服副对象的非线性与其他特性变化
均匀控制
选择性控制(超驰控制)
定义
一般来说,凡是在控制回路中引入选择器的系统都可称为选择性控制系统
选择性控制系统设计的一个内容是确定选择器的性质,是使用低值选择器还是使用高值选择器。确定选择器性质的前提是预先确定控制阀的气开、气关特性以及控制器的正反作用。选择器的性质只取决于起安全保护作用的控制器。
用途
软保护
被控变量测量值的选择
变结构控制
分程控制
定义
若一台控制器去操控几只阀门,并且是按输出信号的不同区间操作不同阀门,这种控制方式习惯上称为分程控制
阀的开闭
同向
多个阀同为气开阀或同为气关阀
同向异向规律的选择全由工艺的需要决定
异向
多个阀中一些为气开,其他为气关阀
目的
扩大控制阀的可调范围(阀的最大流通能力与最小流通能力之比)
采用两只同向动作的控制阀并联地安装在同一流体管道上
用于满足工艺操作的特殊要求
设计
确定阀的气开气关特性
分程区间