自动控制系统概述PPT

1.2.2闭环控制与开环控制
闭环控制：
蒸汽
在反馈控制系统中， 被控变量的值被送回 输入端，与设定值进 行比较，根据偏差进 汽包 行控制，控制被控变 量，这样，整个系统 省煤器 构成了一个闭环。
LT
Biblioteka Baidu
LC
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
➢闭环控制的特点（优
蒸汽
点）：
按偏差进行控制，使偏差 减小或消除，达到被控变 量与设定值一致的目的。 汽包
汽包水位是锅炉运行的主要
蒸汽
指标，维持水位在一定范围
内是锅炉安全运行的首要条
汽包
件。
省煤器
给水 图1-1 锅炉汽包示意图
水位过高：影响汽包内的汽 水分离，饱和水蒸汽带水过 多，会使过热器管壁结构导 致损坏，同时过热蒸汽温度 急剧下降，作为汽轮机动力 的话会损坏叶片，影响运行 的安全及经济性。
蒸汽
适用范围： 高维线性系统
智能控制理论:不需要建立被控对象的数学模型
➢控制系统结构及仪表的发展 •控制系统结构的发展
基地式：20世纪50年代，适用于单回路（就地式液 位控制器及自力式温度控制器）
单元组合式（按功能划分，然后组合）： 有DDZ, QDZ，20世纪60年代，仪表之间用标准统一信号联 系计算机：DDC,20世纪70年代
DCS（集散控制系统）
先进控制和优化控制：CIPS、FCS，20世纪80年代 以后
• 自动化仪表的发展 模拟仪表 数字仪表 智能仪表
➢当前自动控制系统发展的一些主要特点 •生产装置实施先进控制成为发展主流 •过程优化受到普遍关注 •传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统 •综合自动化系统（CIPS）是发展方向
汽包 省煤器
FT
LT
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
设定值：
工艺参数所要求 保持的数值
偏差：
被控变量实际值 与设定值之差
负反馈：
将被控变量送回 输入端并与输入 变量相减
加热炉温度控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
被控过程： 加热炉 被控变量： 物料出口温度 操纵变量： 燃料油流量 扰动： 被加热原料油温度、燃料油热值等
汽包
省煤器 给水
图1-1 锅炉汽包示意图
水位过低：汽包内水较少， 负荷很大时，水的汽化速 度加快，汽包内水量急速 减少，如不能及时得到控 制，则会烧干，烧坏水冷 壁，甚至爆炸。
蒸汽
汽包
省煤器 给水
图1-1 锅炉汽包示意图
手动控制的步骤：
(1)观察液位数值；
(2)把观察到的实际数值 与设定值加以比较，根 据偏差的大小及变化情 况做出判断，并发布命 令。
FT：Flow Transmitter FC：Flow Controller
PT：Pressure Transmitter PC：Pressure Controller
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
被控过程：锅炉汽包 被控变量： 汽包液位
术语
过程（被控对 象）：
自动控制系统中， 工艺参数需要控 制的生产过程、 设备或机器。
被控变量：
被控过程内要求 保持设定值的工 艺参数
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
操纵变量：水的流量 扰动：进水压力、蒸汽流量
操纵变量：
受控制器操纵的 用以克服干扰的 影响，使被控变 量保持设定值的 物料量或能量
扰动：
除操纵变量外， 作用于被控过程 并引起被控变量 变化的因素
蒸汽
LT
LC
➢闭环控制的缺点：
省煤器
控制不够及时；如果系统
给水
内部各环节配合不当，系 统会引起剧烈震荡，甚至
锅炉汽包自动控制系统示意图
会使系统失去控制。
开环控制：根据扰动信号的变化来进行控制。 开环的液位控制系统又称前馈控制。
➢开环控制的特点（优 点）：
不需要对被控变量进 行测量，只根据输入 信号进行控制，控制 很及时。
现代控制理论:20世纪60年代获得迅猛发展
其主要内容为： （基础）线性系统理论，最优控制理
论，最佳估计理论，系统辨识等。
特点： 从输入-状态-输出的关系全面地分析 与研究系统。
适用范围： 不限于线性定常系统，也适用于线
形时变，非线性及离散系统，多输
入、
多输出的情况。
大系统理论:20世纪70年代开始 将现代控制理论与系统理论相结合 核心思想： 系统的分解与协调
(3)根据命令操作给水阀， 使液位回到设定值。
锅炉汽包液位自动控制系统
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包液位自动控制系统示意图
LT：Level Transmitter LC：Level Controller
加热炉温度自动控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
TT：Temperature Transmitter TC：Temperature Controller
测控技术
华东理工大学信息学院自动化系
学习这门课的必要性：
1、自动控制系统应用非常普遍
用在国民生活的各个方面，化工领域的应用 更加普遍，比如：炼油厂、化肥厂、纯碱生产过 程在涤纶短纤维生产过程、制浆、造纸过程、制 药等等。
2、自动化技术人员应该掌握充分的专业知识
3、工艺人员应该掌握一定的控制系统的知识
才能设计合理的工艺，充分了解所用的控制 系统，以及控制系统的特性，便于使用与维护。
使用常规仪表的中央控制室
早期的DCS控制系统
现在的DCS控制系统
1 自动控制系统概述
本章的主要内容：
1.1 自动化及仪表发展概述 1.2 自动控制系统 1.3 控制系统过渡过程及品质指标
1.1 自动化及仪表发展概述
1.2 自动控制系统
1.2.1自动控制系统 自动控制的必要性
蒸汽
汽包
锅炉设备的控制任务主 要是：
根据生产负荷的需要，供应 一定规格（压力、温度）的 蒸汽，同时使锅炉在安全、 经济的条件下运行。
锅炉设备的主要控制系 统有：
省煤器
给水 图1-1 锅炉汽包示意图
（1）锅炉汽包水位的控制 （2）锅炉燃烧的控制 （3）过热蒸汽系统的控制
➢控制理论的发展 经典控制理论:20世纪40年代～20世纪50年代 Nyquist(1932)频域分析技术 Bode(1945)图 根轨迹分析方法(1948)
特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究 问题。
适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。
以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计 PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一