1过程控制系统的基本概念.

了解过程控制的基本原理过程控制是指通过对系统中的各种操作过程进行监测和调节，使得系统能够稳定运行，达到预期的工作目标。

在工业生产、交通运输、能源供应等领域，过程控制起着至关重要的作用。

了解过程控制的基本原理对于能够有效管理和优化过程控制系统具有重要意义。

本文将介绍过程控制的基本概念、基本原理和常见的控制策略。

一、过程控制的基本概念过程控制指的是对系统进行实时监测、检测和调节的过程，通过对系统输入和输出的测量和分析，采取相应的控制措施，使得系统能够按照预定的标准或要求进行工作。

过程控制的目标是保障系统的稳定运行和达到设计要求。

二、过程控制的基本原理1. 反馈原理反馈原理是过程控制中的核心概念之一。

通过对系统输出进行测量和检测，与设定值进行比较，得到误差值，并将误差值作为输入信号对系统进行调节。

反馈控制能够使系统对外界扰动具有较强的抵抗能力，提高系统的稳定性和精度。

2. 控制策略过程控制中常用的控制策略包括比例控制、积分控制和微分控制，即PID控制。

比例控制主要根据误差的大小进行控制，积分控制主要根据误差的积分值进行控制，微分控制主要根据误差的变化率进行控制。

PID控制通过对这三种控制策略的综合应用，能够有效地调节系统，使系统保持稳定状态，并具有较好的动态性能。

3. 控制器控制器是过程控制中的重要组成部分，通常由传感器、执行器和控制算法组成。

传感器用于检测系统的实时状态和参数，将其转化为电信号；执行器根据控制信号进行动作，控制系统的运行；控制算法通过对传感器数据进行分析和处理，得出控制信号，对执行器进行控制。

4. 过程模型过程模型是对被控对象的描述，通过建立系统模型，可以对系统进行分析、仿真和优化。

常用的过程模型有线性模型和非线性模型。

对于线性过程，可以采用经典控制方法进行分析和设计；对于非线性过程，需要采用先进的控制算法，如自适应控制、模糊控制和智能控制等。

三、常见的控制策略1. ON-OFF控制ON-OFF控制是最简单的控制策略之一，当系统输出超过一定阈值时，控制器输出一个固定的控制信号，对系统进行ON或OFF的控制。

第一 章 过 程控制基 本概念教学要求：了解过程控制的发展概况及特点；掌握过程控制系统各 部分作用，系统的组成；图绘制方法，认识常见图形符号、文字代号；管道及仪表流程图；掌握静态、动态及过 ,学会计算品质指标。

点：自动控制系统的 组成及各部分的功能； 负反馈概念；控制系统的基本控制要求及质量指标。

难 点：常用术语物理意义（操纵变量与扰动量区别）；根据控制系统要求绘制方框图； 静态，过渡过程概念。

自动控制技术在工业 、农业、国防和科学技术现代化中起着十 分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。

随着国民经济和国防 建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。

生产过程自动控制（简称过程控制）---- 自 动 控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。

§ 1.1 过程控 制 的 发展 概 况 及特 点一、过 程控制的发展概况在过程控制发展的历 程中，生产过程的需求、控制理论的开拓和控制技术工具和手段 的进展三者相互影响 、相互促进，推动了过程控制不断的向前 发展。

纵观过程控制的发展历史，大致经历了以下几个阶段：20 世纪 40 年代：手工操作状态，只有 少量的检测仪表用于生产过程，操作人员 主要根据观测 到的反映生产过程的 关键参数，用人工来改变操作条件，凭经验去控制生产过程。

20世纪40年代末〜50年代：过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统过程检测：采用的是 基地式仪表和部分单元组合仪表（气动I 型和电动I 型）；部分生产过程实现了仪表化和局部自动化控制理论：以反馈为中心的经典控制理论掌握控制系统的基本 控制要求（稳定、快速、准确 ）； 掌握渡过程概念； 掌握品质指标的定义20 世纪 60 年代：过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。

自动化仪表：单元组 合仪表（气动n 型和电动n 型）成为主流 产品60 年代后期，出现了 专门用于过程控制的小型计算机 ，直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。

《过程控制原理及应用》阶段练习题一1答案第一章控制系统的基本概念1.1.答：自动控制系统主要由被控对象、测量元件和变送器、调节器和执行器等环节组成。

自动控制系统中常用的术语包括：被控变量y、给定值y s、测量值y m、操纵变量m、干扰f、偏差信号e、控制信号u。

被控变量y：是指需要控制的工艺参数，是被控对象和控制系统的输出信号；给定值y s：生产过程中被控变量的期望值；测量值y m：由检测元件得到的被控变量的实际值；操纵（控制）变量m：用以实现干扰作用，实现控制作用的变量，是调节阀的输出信号；干扰f：引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号e：被控变量的给定值与测量值之差；控制信号u：调节器将偏差按一定规律计算得到的量。

1.2答：自动控制系统的方框图是由环节方块、信号线、比较点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。

控制系统的典型方框图如下：于干扰作用（干扰变给定值图1-1控制系统的方框图1.3答：①系统的方框图如图1-3所示。

②TT环节的输入信号：温度T,输出信号：T mTC环节的输入信号：偏差e,输出信号：控制信号u调节阀环节的输入信号：控制信号u,输出信号：操纵变量m 换热器环节的输入信号：操纵变量m和干扰f,输出信号：温度T整个系统的输入信号是热物料设定温度T SP和干扰f,输出信号是热物料出口温度T O*调节阀换热器图1-3换热器出口温度控制系统方框图③系统遇到干扰作用后，如冷物料流量突然增大△ q v,被控变量热物料出口温度T将下降，温度测量变送器TT测得信号T,与T S比较后得到偏差信号e,调节器TC根据e值的大小按照一定的控制规律计算得到控制信号u, 并送给调节阀，调节阀根据控制信号u改变阀门开度，调节蒸汽用量m,调节热物料的出口温度，使其回复到给定值附近。

1.4答：①贮槽液位控制系统的方框图如图1-5所示。

*调节阀图1-5贮槽液位控制系统方框图②在该液位系统中，被控对象贮槽;被控变量液位L;操纵变量调节阀控制的出水流量q v2；干扰作用贮槽入水流量q vi的变化1.5答：处于平衡状态下的自动控制系统，在受到干扰作用后，被控变量发生变化偏离给定值，这时调节器开始起调节作用，直到使被控变量回复到给定值附近范围内。

过程控制系统 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解过程控制系统的基本概念、原理及分类；2. 掌握过程控制系统中各组成部分的作用及其相互关系；3. 学会分析简单过程控制系统的工作原理和性能指标；4. 了解过程控制系统在实际工程中的应用。

技能目标：1. 能够运用所学知识设计简单的过程控制系统；2. 能够分析过程控制系统存在的问题，并提出相应的优化方案；3. 能够熟练运用相关软件工具对过程控制系统进行模拟与仿真；4. 能够撰写过程控制系统相关报告，并进行展示和交流。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制系统相关领域的兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 培养学生具备良好的团队合作精神和沟通能力，提高其解决实际问题的能力；3. 培养学生关注过程控制系统在工程实践中的应用，认识到其在社会发展中的重要性；4. 培养学生遵循工程伦理，具备良好的社会责任感和职业道德。

课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，旨在帮助学生掌握过程控制系统的基本知识和技能，提高解决实际问题的能力。

学生特点：学生具备一定的物理、数学和工程基础，具有较强的学习能力和动手能力。

教学要求：结合学生特点和课程性质，通过案例分析、实验操作、小组讨论等形式，引导学生主动参与教学过程，提高其理论联系实际的能力。

在教学过程中，注重培养学生的创新意识和团队协作精神，使学生在掌握基本知识的同时，提升自身综合素质。

最终实现课程目标的分解和落实，为后续教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 过程控制系统的基本概念与原理- 控制系统的定义、分类及特点- 控制系统的数学模型- 控制系统的性能指标2. 过程控制系统的组成与设计- 控制器的设计与选择- 执行器的类型与特性- 测量变送器的原理与应用- 控制系统的工程设计与实现3. 过程控制系统的分析方法- 稳态分析及稳态误差- 动态分析及系统稳定性- 频率响应分析及应用4. 过程控制系统的先进控制策略- 模糊控制原理及应用- 神经网络控制原理及应用- 预测控制原理及应用5. 过程控制系统的实际应用案例分析- 工业生产过程中的控制系统案例分析- 环境监测过程中的控制系统案例分析- 机器人控制系统案例分析6. 过程控制系统实验与仿真- 控制系统的模拟实验- 控制系统的仿真软件应用- 实验数据分析和报告撰写教学内容安排与进度：第1-2周：过程控制系统的基本概念与原理第3-4周：过程控制系统的组成与设计第5-6周：过程控制系统的分析方法第7-8周：过程控制系统的先进控制策略第9-10周：过程控制系统的实际应用案例分析第11-12周：过程控制系统实验与仿真教学内容与教材关联性：本教学内容紧密结合教材，涵盖过程控制系统的基础知识、设计方法、先进控制策略及实际应用等方面，确保学生能够系统地掌握过程控制系统的相关理论和技术。

华电考研复试班-华北电力大学自动化系控制工程专硕考研复试经验分享华北电力大学是教育部直属全国重点大学，是国家“211工程”和“985工程优势学科平台”重点建设大学。

2017年，学校进入国家“双一流”建设高校行列，重点建设能源电力科学与工程学科群，全面开启了建设世界一流学科和高水平研究型大学新征程。

学校1958年创建于北京，原名北京电力学院。

学校长期隶属于国家电力部门管理。

2003年，学校划转教育部管理，现由国家电网有限公司、中国南方电网有限公司、中国华能集团有限公司、中国大唐集团有限公司、中国华电集团有限公司、国家能源投资集团有限责任公司、国家电力投资集团有限公司、中国长江三峡集团有限公司、中国广核集团有限公司、中国电力建设集团有限公司、中国能源建设集团有限公司、广东省粤电集团有限公司等12家特大型电力集团和中国电力企业联合会组成的理事会与教育部共建。

学校校部设在北京，分设保定校区，两地实行一体化管理。

学校现有教职工近3千人，全日制在校本科生2万余人，研究生近1万人。

学校占地1600余亩，建筑面积100余万平方米。

华北电力大学自动化系主要以电力系统发电侧为行业背景，从事人才培养和科学研究，设有大学最早的学科和专业。

现拥有：“自动化”和“测控技术与仪器”两个本科生专业；一个国家级实验教学中心“电力生产全过程虚拟仿真实验教学中心”，一个省级工程技术研究中心“河北省电力生产过程仿真与优化控制工程技术研究中心”；两个教学研究室，一个本科生实验中心，多个教学和科研团队。

具有“控制理论与控制工程”二级学科博士学位授予权，“控制科学与工程”一级学科硕士学位授予权，“控制工程”专业硕士学位授予权。

在校生1300余人。

我们秉承“以不息为体，以日新为道”的理念，近年来以“博士化、工程化、国际化”为目标不断加强教师队伍的建设和培养。

自动化系拥有一支勇于创新、团结和谐的教职工队伍，现有专任教师45名，其中高级职称占73%，具有博士学位的比例达80%，40%以上教师具有赴美、加、英、澳、俄、日等国从事访问学者及科学研究的经历，大部分教师长期从事电力系统生产领域的科研工作，具有扎实的实践经验和工程技术基础。

绪论生产过程自动化，一般是指石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建材、陶瓷及电力发电等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制。

凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。

过程控制是自动控制学科的一个重要分支。

一、过程控制的定义和任务1.过程控制的基本概念(1)自动控制。

在没有人的直接参与下，利用控制装置操纵生产机器、设备或生产过程，使表征其工作状态的物理参数(状态变量)尽可能接近人们的期望值(即设定值)的过程，称为自动控制。

(2)过程控制。

对生产过程所进行的自动控制，称为过程控制。

或者说凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。

(3)过程控制系统。

为了实现过程控制，以控制理论和生产要求为依据，采用模拟仪表、数字仪表或微型计算机等构成的控制总体，称为过程控制系统。

2.过程控制的研究对象与任务过程控制是自动化的一门分支学科，是对过程控制系统进行分析与综合。

综合是指方案设计。

3.过程控制的目的生产过程中，对各个工艺过程的物理量或称工艺变量有着一定的控制要求。

有些工艺变量直接表征生产过程，对产品的产量与质量起着决定性的作用。

例如，精馏塔的塔顶或塔釜温度，一般在操作压力不变的情况下必须保持一定，才能得到合格的产品:加热炉出口温度的波动不能超出允许范围，否则将影响后一工段的效果:化学反应器的反应温度必须保持平稳，才能使效率达到指标。

有些工艺变量虽不直接影响产品的质量和产量，然而保持其平稳却是使生产获得良好控制的前提。

例如，用蒸汽加热反应器或再沸器，如果在蒸汽总压波动剧烈的情况下，要把反应温度或塔釜温度控制好将极为困难:中间储槽的液位高度与气柜压力，必须维持在允许的范围之内，才能使物料平衡，保持连续的均衡生产。

有些工艺变量是决定安全生产的因素。

例如，锅炉汽包的水位、受压容器的压力等，不允许超出规定的限度，否则将威胁生产安全。

过程控制系统如何提高生产灵活性和响应速度在当今竞争激烈的制造业环境中，企业面临着不断变化的市场需求、日益缩短的产品生命周期以及越来越高的质量标准。

为了在这样的环境中生存和发展，企业必须具备高度的生产灵活性和快速的响应速度。

而过程控制系统作为现代制造业的重要组成部分，对于提高生产灵活性和响应速度起着至关重要的作用。

一、过程控制系统的基本概念过程控制系统是指对生产过程中的物理量、化学量或生物量进行自动检测、控制和调节，以保证生产过程按照预定的要求进行运行的系统。

它通常由传感器、变送器、控制器、执行器等组成，通过对生产过程中的各种参数进行实时监测和控制，实现对生产过程的优化和稳定运行。

二、过程控制系统提高生产灵活性的方式1、可配置的控制策略过程控制系统可以通过采用灵活的控制策略，根据不同的生产需求进行快速配置和调整。

例如，在生产不同规格或型号的产品时，可以通过修改控制器的参数、控制逻辑或控制算法，实现对生产过程的快速切换和适应。

这种可配置的控制策略使得企业能够在不进行大规模设备改造的情况下，迅速调整生产流程，满足多样化的市场需求。

2、模块化的系统设计采用模块化的设计理念，将过程控制系统分解为多个独立的功能模块。

这些模块可以根据生产需求进行灵活组合和配置，从而快速搭建出适应不同生产工艺和流程的控制系统。

当生产需求发生变化时，只需对相关的模块进行替换或升级，而无需对整个系统进行重新设计和开发，大大提高了系统的灵活性和可扩展性。

3、先进的控制算法先进的控制算法如模型预测控制、自适应控制等，能够更好地处理复杂的生产过程和多变的生产条件。

这些算法可以根据实时采集的数据对生产过程进行预测和优化，自动调整控制策略，使生产过程始终保持在最佳状态。

同时，这些算法还具有较强的鲁棒性和容错能力，能够在生产过程出现干扰或异常情况时迅速做出响应，保证生产的连续性和稳定性。

三、过程控制系统提高响应速度的途径1、实时数据采集与处理过程控制系统通过安装在生产现场的传感器和变送器，能够实时采集生产过程中的各种数据，如温度、压力、流量、液位等。