PFD PID(一)

哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）

Harbin Institute of Technology

课程设计说明书（论文）

课程名称： 控制系统课程设计

设计题目： 一阶倒立摆控制器设计

院 系：航天学院控制科学与工程系

班 级： 0804201

设 计 者： 刘川

学 号： 1080420110

指导教师： 罗晶、周乃馨

设计时间： 2011年8月21日至2011年9月9日

哈尔滨工业大学教务处 哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）

哈尔滨工业大学课程设计任务书

姓 名： 刘川 院 （系）：航天学院控制科学与工程系

专 业：探测制导与控制技术 班 号： 0804201

任务起至日期： 2011年 8月21 日至2011年9月9 日

课程设计题目：一阶倒立摆控制器设计

已知技术参数和设计要求：

本课程设计的被控对象采用固高公司的一阶倒立摆系统GIP-100-L。

系统内部各相关参数为：

M小车质量 0.5 Kg ；m摆杆质量0.2 Kg ；b小车摩擦系数0.1 N/m/sec ； l摆杆转动轴心到杆质心的长度0.3 m ；I摆杆惯量0.006 kg*m*m ；T采样时间0.005秒。

设计要求：

1．推导出系统的传递函数和状态空间方程。用Matlab进行脉冲输入仿真，验证系统的稳定性。

2．设计PID控制器，使得当在小车上施加1N的脉冲信号时，闭环系统的响应指标为：

（1）稳定时间小于5秒

（2）稳态时摆杆与垂直方向的夹角变化小于0.1 弧度

工作量：

1. 建立一阶倒立摆的线性化数学模型；

工艺流程图内容及PID制图详解

工艺流程图是化工生产的技术核心，包含了物料平衡、设备、仪表、阀门、管路等信息，每一个化工厂都有一份独一无二的工艺流程图，可以说从一份完整工艺流程图中可以看中一个工厂大部分的技术信息。所以无论是设计院的工程师、化工厂的工艺员、还是中控控制室的主操能看、能画工艺流程图，都是必不可少的技能。

工艺流程图内容

既然我们说工艺流程图，那么工艺流程图到底包括些什么呢？主要有框图、PFD、PID这三种。一般来说流程是这样的：确定工艺路线后，绘出工艺框图；模拟计算后，确定物料平衡，绘出PFD图，进行设备、阀门、仪表、管线的选型设计后，绘出PID图。

其中框图与PFD图多用于设计阶段，PID图是在PFD图基础上设计出成型的流程图，也是生产过程遇到最多的流程图。下面为大家介绍PID图的标准与常用图例。

带控制点的工艺流程图PID ▼

带控制点的工艺流程图也称管道及仪表流程图。从这张例图中，我们可以看出，PID图由设备、管道、仪表三部分组成，让我们分别来看一下，这三部分应该如何视图，常用图例又有哪些。

（1）设备部分

绘图标准

流程图上的设备都标注设备位号和名称，设备位号一般标注在两个地方。第一是在图的上方或下方，要求排列整齐，并尽可能正对设备，在位号线的下方标注设备名称；第二是在设备内或其近旁，此处仅注位号，不注名称。当几个设备或机器为垂直排列时，它们的位号和名称可以由上而下按顺序标注，也可水平标注。 工艺设备位号的编法是这样的：每个工艺设备均应编一个位号，在流程图、设备布置图和管道布置图上标注位号时，应在位号下方画一条粗实线，位号的组成如下图所示：

主项代号一般用两位数字组成，前一位数字表示装置(或车间)代号。后一位数字表示主项代号，在一般工程设计中，只用主项代号即可。装置或车间代号和主项代号由设计总负责人在开工报告中给定；设备顺序号用两位数字01、02、…、10、…表示；相同设备的尾号用于区别同一位号的相同设备，用英文字母A、B、C、……尾号表示。常用的设备分类代号见下表，一般用设备英文名称的首字母作代号。

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PFD与PID的区别

PFD--Process Flow Diagram--工艺流程图

PID--Piping & Instrument Diagram--带控制点的工艺流程图' i3 v7 y& t2 ~& ?' V

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二者的区别在于：

PFD：工艺流程图，包含了主要的工艺流程，关键控制方案，有关物料平衡数据、能量数据以及操作条件（如操作压力、操作温度）等，由工艺专业完成；

PID:工艺管道级仪表流程图，包含了全部的设备、管道、阀门、仪表等内容，管道有管道号、管径、材料、等级等详细数据，其中设备中的数据为设计数据（如设计压力、设计温度）....由系统专业完成；

PFD是PID的设计依据，供基础设计使用（通常分版次逐版深化）

PID在工艺包阶段就开始形成初版，随着设计阶段的深入，不断补充完善深化，它分阶段和版次分别发表。PID各个版次的发表，表明了工程设计进展情况，为工艺、自控、设备、电气、电讯、配管、管机、管材、设备布置和给排水等专业及时提供相应阶段的设计信息。

PID是基础设计和详细设计中主要成品之一，它反映的是工艺设计流程、设备设计、设备和管道布置设计、自控仪表设计的综合成果。

PID所包含的内容

（1）表示出全部设备、机械、驱动机及备机（包括制造商提供的），并进行标注。

（2）表示出所有工艺、公用工程、辅助物料管道（包括开、停车管道、吹扫、置换、再生、溶液制备管道，以及间断使用的管道），并标注管道顺序、

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物料代号、管道直径、管道等级（在同一管道中有不同等级的应表示出分界符号）、管道材料代号和隔热、隔声代号，并表明物料流向。

（3）所有检测与控制仪表，以及功能标识，并进行编号。

（4）画出工艺生产所需的全部阀门，不同阀门类别以不同图形表示，特殊管件、限流孔板、安全阀、爆破片、疏水器、阻火器等都进行标注。

PDP：Process Design Package 工艺设计包

PID：Process Instrument Diagram 工艺管道仪表流程图

PFD：Process Fluid Diagram 工艺流程图

PID图：管道及仪表流程图

管路和仪表流程图 PID：Piping & Instrument Diagram，又称带控制点的工艺流程图。包括所有的管路，反应器，储罐，泵，换热器等化工设备,以及各种阀门等

PCD图：工艺控制流程图，

也就是PID上的仪表图,通常是设计院内部设计过程文件、最终体现在终版PFD中PCD图。是由工艺、仪表等专业合作完成的。 PCD直观地显示出所有工艺设备、工艺物料管道、辅助管道、阀门、主要管件以及工艺参数中各组成部分及其互相影响关系和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。

流程图 flow diagram

工艺流程图 process flow diagram (PFD)

管道及仪表流程图 piping and instrument flow diagram (PID) 公用工程流程图 utility flow diagram (UFD)

管线表 line list; line schedule

命名表；管道表 nomenclature

设备表 equipment list (schedule)