单回路控制系统的工程设计方案(PPT 141页)_2131
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单回路控制系统设计
控制仪表的选择
(1) 仪表的选型——电动单元组合仪表(DDZ) (2) 测温元件与变送器：
热电阻温度计，三线制接法配温度变送器。
(3) 调节阀选型：选气动调节阀，且事故时要求不 要超温！
气关形式，流量特性选择？
(4)调节器: PI或PID。
控制仪表的选择
调节器的正反作用的确定:
由于调节阀为气关方式 因此KV 0 由于冷风量（控制量） 增加炉温（被控量）降 低，K0 0 通常传感器的增益为正 , Km 0
虽然PID调节器的调节效果比较理想，但是PID调节器要整定 TI TD
三个参数才能使系统整定得最佳。
PID控制器参数的工程整定
调节器的参数整定是指确定调节器的比例带 、积
分时间常数Ti 和微分时间常数Td 的具体数值。整定的实质 是通过改变调节器的参数使其特性与过程的参数相匹配， 以改善系统的动态和静态性能指标取得最佳的控制效果。
干扰通道的影响
干扰进入位置对控制质量的影响
F(s)
Gf (s)
R(s) E(s)
U (s)
Q(s)
GC (s)
Gv (s)
C(s) Gp (s)
Y (s)
H (s)
系统输出与干扰之间的传递函数为：
C(S)
Gf (S)Gp (S)
F(S) 1 Gc (S)Gv (S)Gp (S)H (S)
干扰通道的影响
调节器参数整定的理论基础
具体分析如下 ：
如果特征方程有一个实根( s a )，其通解 Aet 为非周期变化过程。
如果特征方程有一对共轭复根( S1,2 j )，则通解 Aet cos(t )
为振荡过程，当 0 时, 呈发散振荡,系统不稳定； 当 0 时,呈等幅振荡。
热工控制系统课堂ppt_第四章单回路控制系统
1 m
根据上述关系式就可计算出具有相对稳定度为m时调节器比例
带 值。如系统希望有 ＝0.75的衰减率，即m＝0.221时，调节
器整定计算如下：
由式4-6知：
tg
1
1
m
tg
1
0.
1 221
1.
35
代入4-6中:
1
1 m2 e m
1.35 1 0.2212
e 0.2211.35
1
即：
2、采用比例积分调节器
临界比例带又称边界稳定法，要点:将调节器先设置成纯 比例作用，将系统投入自动运行并将比例带由大到小改变， 直到系统产生等幅振荡为止，记下此状态下的比例带值，
即临界比例带K，以及振荡周期TK ，然后根据经验公式计
算出调节器的各个参数。
可以看出临界比例带法无需知道对象的动态特性，可直 接在闭环系统中进行参数整定。
如：磨煤机入口原煤干燥程度测量----用磨煤机入口介质温度 来代表原煤的干燥程度。
用间接参数作为系统被调量，要求被调量与实际所需维持的工 艺参数之间为单值函数关系，否则采取相应补偿措施。
有些参数虽然能直接测量，但信号微弱或迟延较大，则不如选 用间接参数作为系统的被调量。
(2)为提高测量的灵敏度、减小迟延，应采用先进测量方法， 选择合理的取样点，正确合理地安装检测元件。
临界比例带法的具体步骤是： （1）将调节器的积分时间置于最大，即Ti ；置微分时间
２、控制通道
控制通道的时间常数T 如果↑，系统工作频率↓，反映速度↓ ， 过渡过程的时间将↑ 。
时间常数T过小,系统反映则过于灵敏,又使系统稳定下降。 即:在保证控制系统有一定稳定程度下，应尽量减小控制通道时 间常数。
单回路控制系统方案
第五章单回路控制系统设计⏹本章提要1.过程控制系统设计概述2.单回路控制系统方案设计3.单回路控制系统整定4.单回路控制系统投运5.单回路控制系统设计原则应用举例⏹授课内容第一节过程控制系统设计概述单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。
➢单回路反馈控制系统组成方框图：简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。
➢过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。
➢过程控制系统设计的一般要求：●过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。
●系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。
➢过程控制系统设计的基本方法：设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。
➢过程控制系统统设计步骤：●建立被控过程的数学模型●选择控制方案●建立系统方框图●进行系统静态、动态特性分析计算●实验和仿真➢过程控制系统设计的主要内容：控制方案的设计：核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。
●项目设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。
●项目安装和仪表调校●调节器参数项目整定：保证系统运行在最佳状态。
第二节单回路控制系统方案设计1.被控参数的选择➢选取被控参数的一般原则为：选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。
●当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。
过程控制系统单回路控制系统PPT课件
(Sensor、Transducer)
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例3：冷轧厚度反馈控制系统
压下缸
反馈 控制器
Δ
h0
h -
+
h1
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带钢
测厚仪
l
冷轧厚度反馈控制系统（FB-AGC）
14
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例4：厚度控制系统
前馈式厚度 ΔS 控制器
移位寄存器
ΔS’
压下缸
ΔH
厚差计算
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典型初始状态
典型初始状态 规定控制系统的初始状态均为零状态，即在 t 0 时
c(0 ) c(0 ) c(0 ) 0
这表明，在外作用加入系统之前系统是相对静止的，被控制 量及其各阶导数相对于平衡工作点的增量为零。
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方块图中的符号
• 信号线(Signal Line) • 环节(loop) • 分支点(Starting Point) • 相加点(Summing Point)
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±
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• 开环控制(Open Loop Control)： 控制系统的输出量对系统没有控制作用。
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近20年来，随着计算机技术的发展，已将计算机用于过程控 制系统，称之为计算机过程控制系统。计算机过程控制是当 代大型机械设备自动化控制的基本形式。
➢计算机过程控制系统/Computer Process control system
《回路控制系统》ppt课件
热工过程控制工程
通常等效为带滞后的一阶惯性特性 【理想特性为比例
环节】
Gm(S)
Km eS TmS1
刘玉长
中南大学能源科学与工程学院
3.3.2 选型本卷须知
热工过程控制工程
应尽量减少其时间常数与滞后时间。
选择快速反响的丈量元件，以减小时间常数 选择适宜的丈量点，以减小纯滞后 运用微分单元，以抑制容量滞后
被加热 介质
刘玉在长消费现场，绝大多数为直接目的控制
给定值 TC
TT T 换热器
中南大学能源科学与工程学院
热工过程控制工程
直接目的控制难以实现时选择间接目的控制。
工艺上的质量目的： 塔顶〔底〕馏出物的组份 这些组份往往不能“直接〞丈量
找一个与组份有关的变量进展控制
加热炉的被控变量选择
刘玉长
经工艺分析，塔顶组份XD与温度 TD、压力P存在对应关系
给水
刘玉锅长炉汽包水位控制系统
中南大学能源科学与工程学院
热工过程控制工程
设定值 r(t)
给水阀
比较 机构 e(t)
-
控制装置 u(t)
控制器
扰动 f(t)
执行器
过程
q(t)
广义对象 被控变量
锅炉汽包
c(t)
测量值 y(t)
检测元件、变送器
பைடு நூலகம்
控制过程分析
(1)平衡形状：当给水量和蒸汽量均不变的情况下，控制系统 处于平衡形状，并将坚持这个形状，直到有新的扰动产生。
Q 直线
R1
Q Q1 R2 yQ2 R1
与控制阀输出流量Q成正 比，那么阀流量特性应选 线性；
KP变化，且随Q增大反
l
Q
热工控制系统课堂ppt第四章单回路控制系统
详细描述
在农业领域，单回路控制系统广泛应用于温室环境控制、灌溉系统、农业机械等 方面。通过自动化控制技术，实现对温室内的温度、湿度、光照等环境因素的精 确调控，提高农作物的生长效率和产量，降低农业生产成本。
04
单回路控制系统的优化与改进
控制算法优化
PID控制算法改进
01
通过调整PID控制器的比例、积分和微分参数，提高系统的响应
通过机器学习算法，可以对历史数据进 行分析，预测未来的运行状态，提前进 行干预，避免事故发生。同时，还可以 根据历史数据优化控制策略，提高控制
效果。
人工智能技术还可以用于故障诊断和预 测，通过分析系统的运行数据，提前发 现潜在的故障，及时进行维修和更换，
避免事故发生。
新型传感器与执行器的发展
随着科技的不断进步，新型传感器和执行器不断涌现，为单回路控制系统提供了更 多的选择和可能性。
优化控制算法的代码实现， 减少计算量和时间复杂度， 提高控制器的实时性能。
控制器容错技术
采用冗余技术和故障检测 技术，提高控制器的可靠 性和可用性。
执行器与传感器技术发展
执行器技术发展
开发新型执行器，提高执行器的 响应速度、精度和可靠性。
传感器技术发展
研发高精度、高稳定性的传感器， 提高测量数据的准确性和可靠性。
智能传感器技术
利用微处理器和人工智能技术， 实现传感器的自校准、自诊断和
自适应功能。
05
单回路控制系统的发展趋势与挑战
人工智能与机器学习在单回路控制系统中的应用
人工智能与机器学习在单回路控制系统 中发挥着越来越重要的作用。这些技术 可以帮助系统自动调整参数，优化控制
效果，提高系统的稳定性和可靠性。
热工控制系统课堂ppt第 四章单回路控制系统
在农业领域，单回路控制系统广泛应用于温室环境控制、灌溉系统、农业机械等 方面。通过自动化控制技术，实现对温室内的温度、湿度、光照等环境因素的精 确调控，提高农作物的生长效率和产量，降低农业生产成本。
04
单回路控制系统的优化与改进
控制算法优化
PID控制算法改进
01
通过调整PID控制器的比例、积分和微分参数，提高系统的响应
通过机器学习算法，可以对历史数据进 行分析，预测未来的运行状态，提前进 行干预，避免事故发生。同时，还可以 根据历史数据优化控制策略，提高控制
效果。
人工智能技术还可以用于故障诊断和预 测，通过分析系统的运行数据，提前发 现潜在的故障，及时进行维修和更换，
避免事故发生。
新型传感器与执行器的发展
随着科技的不断进步，新型传感器和执行器不断涌现，为单回路控制系统提供了更 多的选择和可能性。
优化控制算法的代码实现， 减少计算量和时间复杂度， 提高控制器的实时性能。
控制器容错技术
采用冗余技术和故障检测 技术，提高控制器的可靠 性和可用性。
执行器与传感器技术发展
执行器技术发展
开发新型执行器，提高执行器的 响应速度、精度和可靠性。
传感器技术发展
研发高精度、高稳定性的传感器， 提高测量数据的准确性和可靠性。
智能传感器技术
利用微处理器和人工智能技术， 实现传感器的自校准、自诊断和
自适应功能。
05
单回路控制系统的发展趋势与挑战
人工智能与机器学习在单回路控制系统中的应用
人工智能与机器学习在单回路控制系统 中发挥着越来越重要的作用。这些技术 可以帮助系统自动调整参数，优化控制
效果，提高系统的稳定性和可靠性。
热工控制系统课堂ppt第 四章单回路控制系统
过程控制及仪表(过程控制系统篇)PPT电子教案课件-第三章 单回路控制系统
系统的特征方程为：
（S +1 Td）[1 +Wc(S)W o(S)]= 0
增加了一个极点
-
1 Td
，见图3-
5。
极点的影响： 1. Td 增大，过程变慢，过渡
过程时间加长。 2. 使过渡过程动态分量减
小了Td 倍，即超调量减小，控 制 质 量 提 高
。
结论：干扰通道的时间常数大， 或者惯性环
第二节 被控量和操纵量的选择
第一节 概述
2. 工程设计 仪表选型，仪表盘设计，动力设计，信号系统设计，仪表防护设
计，绘制相应的图纸。 3. 工程安装、单机仪表及系统联校 4. 参数整定
整定控制器的PID参数。
第二节 被控量和操纵量的选择
一、被控量的选择（系统设计方案的核心部分） 直接参数：能表征产品产量、质量、安全性能等方面的参数。 间接参数：与直接参数具有单值关系（P、T等），并有足够灵敏度 二、操纵量的选择
T太小时, 可以考虑如下措施： 1、尽量选择快速检测元件、控制器、执行器 2、使用反微分环节适当降低控制通道的灵敏度。 3、可能时，改变系统工艺，增大控制通道时间常数
第二节 被控量和操纵量的选择
压力检测点
第二节 被控量和操纵量的选择
2 .滞后时间对控制质量的影响
见图3- 9。当对象不存在纯滞后
c的影响：与时间常数一致。
3.干扰作用位置对控制质量的影响
见图3 - 6、3 - 7。 D（1 S）对被控量的影响最小，D（2 S）次之，D（3 S）最大。
第二节 被控量和操纵量的选择
干扰通道具有的惯 性环节阶数增加，对 干扰信号的缓和作用 越强，控制质量越高
选择操纵量时，应使干扰信号远离被控量，以获得更好的控制质量。
单回路控制方案设计
单回路控制方案设计引言在工业自动化控制系统中，回路控制方案设计是非常重要的一局部。
单回路控制方案是指仅仅针对一个回路的控制方案。
本文将介绍单回路控制方案设计的要点和步骤。
设计要点在进行单回路控制方案设计时，需要考虑以下几个要点：1.回路类型：确定回路的类型，例如电气回路、液压回路、气动回路等。
2.控制对象：确定回路需要控制的对象，例如电机、液压缸、阀门等。
3.控制方式：确定回路的控制方式，例如开环控制、闭环控制。
4.控制信号：确定回路的控制信号，例如电压、电流、压力等。
5.控制策略：确定回路的控制策略，例如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
设计步骤进行单回路控制方案设计时，通常需要按照以下步骤进行：步骤一：系统分析和建模在设计控制方案之前，首先需要对要控制的回路进行分析和建模。
分析回路的结构和特性，并将其建模为数学模型。
数学模型可以是微分方程、差分方程、传输函数等形式。
步骤二：确定控制目标根据系统分析和建模的结果，确定回路的控制目标。
控制目标可以是稳定性、性能指标〔如超调量、调节时间〕、鲁棒性等。
步骤三：选择控制策略根据控制目标和回路的性质，选择适宜的控制策略。
常用的控制策略包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
步骤四：设计控制器根据选择的控制策略，设计出相应的控制器。
控制器可以是PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。
步骤五：仿真和优化设计完控制器后，进行仿真实验。
根据仿真结果对控制器进行优化，调节控制参数，使得回路的控制性能到达要求。
步骤六：实现和调试根据优化后的控制器参数，实现控制方案，并进行调试。
根据实际运行情况对控制方案进行调整，直到满足控制要求。
总结单回路控制方案设计是工业自动化控制系统中的重要环节。
在进行设计时，需要考虑回路类型、控制对象、控制方式、控制信号和控制策略等要点，并按照系统分析和建模、确定控制目标、选择控制策略、设计控制器、仿真和优化、实现和调试的步骤进行。
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稳定性：绝对稳定、稳定裕量、良 好的动态响应特性(过渡过程时间短，稳 态误差小等)。
经济性：提高产品质量、产量的同 时，降耗节能，提高经济效益与社会效 益。采用先进的控制手段，优化控制。
在工程上，以上要求往往相互矛盾。 因此在设计时，应根据实际情况，分清 主次，以保证满足最重要的质量、指标 要求并留有余地。
艺过程、设备等做深入的分析； 然后应用自动控制原理与技术，拟定
一个合理正确的控制方案，选择合适的检 测变送器、控制(调节)器、执行器，从而 达到保证产品质量、提高产品产量、降耗 节能、保护环境和提高管理水平等目的。
• 本节介绍过程控制系统设计中的一些共性 的原则。
一、对过程控制系统设计的一般要求
安全性：最重要也是最基本的要求。 通常采用参数越限报警、事故报警、联 锁保护等措施加以保证。
• 工程设计：包括仪表或计算机系统选型、 控制室操作台和仪表盘设计、供电供气系 统设计、信号及联锁保护系统设计等。
• 工程安装和仪表调校 • 调节器参数整定
四、系统设计中的若干问题
1．越限报警与联锁保护
例：加热炉热油出口温度的设定值为 300℃，工艺要求其高、低限分别为305℃ 和295℃。
例：加热炉运行中出现严重故障必须
单 回 路 系 统 ( 图 3—1) 控 制 方 案 设 计 包 括 ： • 合理选择系统性能指标 • 合理选择被控参数Y(s)和控制参数Q(s) • 合理设计(选择)控制(调节)规律Wc(s) • 被控参数的测量与变送Wm(s)、执行器(调
节阀)Wv(s)的选择
一、过程控制系统的性能指标
被控过程总是不时受到各种外来干扰
的影响，即系统经常处于动态过渡过程，
因而评价一个过程控制系统的性能、质量，
主要看它在受到外来扰动作用或给定值发
生变化后，能否迅速地、准确地且平稳地
(而不是剧烈振荡地)回复(或趋近)到原(或 新)给定值上。
(一)系统阶跃响应性能指标
1．余差(静态偏差)C
(静态指标)
指系统过渡过程终了时，给定值与稳
态值之差。一般要求余差为零或不超过预
定值。
2．衰减率Ψ： (动态指标)
反映系统的稳定程度，应根据生产过 程的特点来确定适宜的Ψ值，一般取 0.75~0.9。（衰减比4:1~10:1） 3．最大偏差A(或超调量σ)
定值系统的最大偏差是指被控参数第 一个波峰值与给定值的差；随动系统通常 采用超调量指标，即
4．过渡过程时间ts 指系统从受扰动作用时起，到被控参
数进入新的稳态值±5%(±2%)的范围内 所经历的时间。(快速性指标)
上述有的性能指标之间是相互矛盾的，应 根据工艺生产的具体要求，分清主次，统筹兼 顾。 (二)偏差积分性能指标
以目标函数形式表示，属于综合指标。 1.偏差绝对值积分(IAE--Integral of Absolute Error)
• 特点：结构简单，投资少，易于调整和投 运，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性 小、负荷和扰动变化比较平缓，或者对被 控变量要求不高的场合，约占目前工业控 制系统的80%以上。
• 其分析、设计方法是其它各种复杂过程控 制系统分析、设计的基础。
第一节 过程控制系统工程设计概述
• 要分析、设计和应用好一个过程控制系统： 首先应对被控过程做全面了解，对工
根据控制方案和过程特性、工艺要 求，选择合适的测量、变送器、控制器 (控制规律)、执行器(调节阀)等。
4.实验(和仿真)
有些在系统设计过程中难以考虑的 因素，可以在实验中考虑，同时通过实 验可以检验系统设计的正确性，以及系 统的性能。
三、过程系统设计的主要内容
• 控制方案设计：系统设计的核心。若控制 方案设计不正确，则无论选用何种先进的 过程控制仪表或计算机系统，其安装如何 细心，都不可能使系统在工业生产过程中 发挥良好的作用，甚至系统不能运行。
• 过程控制系统的品质由组成系统的结构 和各个环节的特性所决定。因此对于过 程控制系统设计者来说除了掌握自动控 制理论、计算机、仪器、仪表知识外， 还要十分熟悉生产过程的工艺流程，从 控制的角度理解它的静态与动态特性， 并能针对不同被控过程、不同的生产工 艺控制要求，设计不同的控制系统。
例：热交换过程：过程特性复杂，时延明显 液位过程：时间常数有大有小 燃烧过程：燃料不一（煤、油、气等）
适用于衰减和无静差系统。 2.偏差绝对值与时间乘积的积分(ITAE)
3．偏差平方值积分(ISE)
4．时间乘偏差平方积分(ITSE)
不同的积分性能指标对动态过渡过程 的要求侧重点不同。例如ISE着重于抑制过 渡过程中的大误差，而ITAE和ITSE则着重 惩罚过渡过程时间拖得太长，被广泛应用 于最优化分析和设计中，其中ITSE兼顾抑 制过程中的大误差。
紧急停止运行时，应立即先停燃油泵，然 后关掉燃油阀，经过一定时间后，停止引 风机，最后再切断热油阀。
2．其它系统安全保护对策
危险环境条件(如高温、高压、易燃、 易爆、强腐蚀等)下，还必须采取相应的 安全保护对策，如采用系统可靠性设计， 选用本质安全防爆〔防腐、防爆结构材料) 的仪器仪表及装置等。
第二节 控制方案设计
单回路控制系统的工程设计方案(PPT 141页)
• 单回路过程控制系统亦称单回路调节系 统，简称单回路系统，一般是指针对一 个被控过程(调节对象)，采用一个测量变 送器监测被控过程，采用一个控制(调节) 器来保持一个被控参数恒定(或在很小范 围内变化)，其输出也只控制一个执行机 构S(调ing节le阀-L)o。op control system
二、过程控制系统设计步骤
过程控制系统的设计，从任务的提 出到系统投入运行，是一个从理论设计 到实践，再从实践到理论设计的多次反 复的过程，往往要多次用试探法和综合 法并借助计算机来模拟仿真。 1．建立被控过程的数学模型
只有掌握了(深入了解了)过程的数学 模型，才能深入分析过程的特性和选择 正确的控制方案。 2．选择控制方案
根据设计任务和技术指标要求，经过 调查研究，综合考虑安全性、稳定性、 经济性和技求实施的可行性、简单性， 进行反复比较，选择合理的控制方案。
过程方案初步确定后，应用控制理 论并借助计算机辅助分析进行系统静态、 动态持性分析计算，判定系统的稳定性、 过渡过程等特性是否满足系统的品质指 标要求。
3.控制设备选型
经济性：提高产品质量、产量的同 时，降耗节能，提高经济效益与社会效 益。采用先进的控制手段，优化控制。
在工程上，以上要求往往相互矛盾。 因此在设计时，应根据实际情况，分清 主次，以保证满足最重要的质量、指标 要求并留有余地。
艺过程、设备等做深入的分析； 然后应用自动控制原理与技术，拟定
一个合理正确的控制方案，选择合适的检 测变送器、控制(调节)器、执行器，从而 达到保证产品质量、提高产品产量、降耗 节能、保护环境和提高管理水平等目的。
• 本节介绍过程控制系统设计中的一些共性 的原则。
一、对过程控制系统设计的一般要求
安全性：最重要也是最基本的要求。 通常采用参数越限报警、事故报警、联 锁保护等措施加以保证。
• 工程设计：包括仪表或计算机系统选型、 控制室操作台和仪表盘设计、供电供气系 统设计、信号及联锁保护系统设计等。
• 工程安装和仪表调校 • 调节器参数整定
四、系统设计中的若干问题
1．越限报警与联锁保护
例：加热炉热油出口温度的设定值为 300℃，工艺要求其高、低限分别为305℃ 和295℃。
例：加热炉运行中出现严重故障必须
单 回 路 系 统 ( 图 3—1) 控 制 方 案 设 计 包 括 ： • 合理选择系统性能指标 • 合理选择被控参数Y(s)和控制参数Q(s) • 合理设计(选择)控制(调节)规律Wc(s) • 被控参数的测量与变送Wm(s)、执行器(调
节阀)Wv(s)的选择
一、过程控制系统的性能指标
被控过程总是不时受到各种外来干扰
的影响，即系统经常处于动态过渡过程，
因而评价一个过程控制系统的性能、质量，
主要看它在受到外来扰动作用或给定值发
生变化后，能否迅速地、准确地且平稳地
(而不是剧烈振荡地)回复(或趋近)到原(或 新)给定值上。
(一)系统阶跃响应性能指标
1．余差(静态偏差)C
(静态指标)
指系统过渡过程终了时，给定值与稳
态值之差。一般要求余差为零或不超过预
定值。
2．衰减率Ψ： (动态指标)
反映系统的稳定程度，应根据生产过 程的特点来确定适宜的Ψ值，一般取 0.75~0.9。（衰减比4:1~10:1） 3．最大偏差A(或超调量σ)
定值系统的最大偏差是指被控参数第 一个波峰值与给定值的差；随动系统通常 采用超调量指标，即
4．过渡过程时间ts 指系统从受扰动作用时起，到被控参
数进入新的稳态值±5%(±2%)的范围内 所经历的时间。(快速性指标)
上述有的性能指标之间是相互矛盾的，应 根据工艺生产的具体要求，分清主次，统筹兼 顾。 (二)偏差积分性能指标
以目标函数形式表示，属于综合指标。 1.偏差绝对值积分(IAE--Integral of Absolute Error)
• 特点：结构简单，投资少，易于调整和投 运，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性 小、负荷和扰动变化比较平缓，或者对被 控变量要求不高的场合，约占目前工业控 制系统的80%以上。
• 其分析、设计方法是其它各种复杂过程控 制系统分析、设计的基础。
第一节 过程控制系统工程设计概述
• 要分析、设计和应用好一个过程控制系统： 首先应对被控过程做全面了解，对工
根据控制方案和过程特性、工艺要 求，选择合适的测量、变送器、控制器 (控制规律)、执行器(调节阀)等。
4.实验(和仿真)
有些在系统设计过程中难以考虑的 因素，可以在实验中考虑，同时通过实 验可以检验系统设计的正确性，以及系 统的性能。
三、过程系统设计的主要内容
• 控制方案设计：系统设计的核心。若控制 方案设计不正确，则无论选用何种先进的 过程控制仪表或计算机系统，其安装如何 细心，都不可能使系统在工业生产过程中 发挥良好的作用，甚至系统不能运行。
• 过程控制系统的品质由组成系统的结构 和各个环节的特性所决定。因此对于过 程控制系统设计者来说除了掌握自动控 制理论、计算机、仪器、仪表知识外， 还要十分熟悉生产过程的工艺流程，从 控制的角度理解它的静态与动态特性， 并能针对不同被控过程、不同的生产工 艺控制要求，设计不同的控制系统。
例：热交换过程：过程特性复杂，时延明显 液位过程：时间常数有大有小 燃烧过程：燃料不一（煤、油、气等）
适用于衰减和无静差系统。 2.偏差绝对值与时间乘积的积分(ITAE)
3．偏差平方值积分(ISE)
4．时间乘偏差平方积分(ITSE)
不同的积分性能指标对动态过渡过程 的要求侧重点不同。例如ISE着重于抑制过 渡过程中的大误差，而ITAE和ITSE则着重 惩罚过渡过程时间拖得太长，被广泛应用 于最优化分析和设计中，其中ITSE兼顾抑 制过程中的大误差。
紧急停止运行时，应立即先停燃油泵，然 后关掉燃油阀，经过一定时间后，停止引 风机，最后再切断热油阀。
2．其它系统安全保护对策
危险环境条件(如高温、高压、易燃、 易爆、强腐蚀等)下，还必须采取相应的 安全保护对策，如采用系统可靠性设计， 选用本质安全防爆〔防腐、防爆结构材料) 的仪器仪表及装置等。
第二节 控制方案设计
单回路控制系统的工程设计方案(PPT 141页)
• 单回路过程控制系统亦称单回路调节系 统，简称单回路系统，一般是指针对一 个被控过程(调节对象)，采用一个测量变 送器监测被控过程，采用一个控制(调节) 器来保持一个被控参数恒定(或在很小范 围内变化)，其输出也只控制一个执行机 构S(调ing节le阀-L)o。op control system
二、过程控制系统设计步骤
过程控制系统的设计，从任务的提 出到系统投入运行，是一个从理论设计 到实践，再从实践到理论设计的多次反 复的过程，往往要多次用试探法和综合 法并借助计算机来模拟仿真。 1．建立被控过程的数学模型
只有掌握了(深入了解了)过程的数学 模型，才能深入分析过程的特性和选择 正确的控制方案。 2．选择控制方案
根据设计任务和技术指标要求，经过 调查研究，综合考虑安全性、稳定性、 经济性和技求实施的可行性、简单性， 进行反复比较，选择合理的控制方案。
过程方案初步确定后，应用控制理 论并借助计算机辅助分析进行系统静态、 动态持性分析计算，判定系统的稳定性、 过渡过程等特性是否满足系统的品质指 标要求。
3.控制设备选型