第五章 自动控制仪表

《化工仪表及自动化》教学大纲Chemica1Meters&Automation一、课程基本信息学时：24学分：15考核方式：考试，平时成绩占总成绩的30%中文简介：《化工仪表及自动化》是化工类专业的一门专业选修课。

该课程从自动控制系统的基本概念入手，系统地讲述构成自动控制系统的各个基本环节,包括被控对象.测量元件及变送器.显示仪表.自动控制仪表.执行器等；以及简单控制系统.复杂控制系统.新型控制系统与计算机控制系统；最后结合化工生产过程讲述几种典型化工单元操作的控制方案。

化工仪表及自动化是利用自动控制学科.仪器仪表科学及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科的。

随着现代科学技术的进步，现代化程度的提高，本课程越来越重要。

二、教学目的与要求通过对本门课程的学习，应能了解化工自动化的基本知识，理解自动控制系统的组成.基本原理及各环节的作用；能根据工艺要求，与自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案；能在工艺设计和技术改造中，与自控设计人员合作，综合考虑工艺与控制两个方面，并为自控设计人员提供正确的工艺条件与数据；能了解化工对象的基本特性及其对控制过程的影响；能了解基本控制规律及其控制器参数与被控过程的控制质量之间的关系；能了解主要工艺参数（温度.压力.流量及物位）的基本测量方法和仪表的工作原理及其特点；在生产控制.管理和调度中，能正确地选用和使用常用的测量仪表和控制装置，使它们充分发挥作用；能在生产开停过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；能在自动控制系统运行过程中，发现和分析出现的一些问题和现象，以便提出正确的解决方法；能在处理各类技术问题时，应用一些控制论.系统论.信息论的观点来分析思考，寻求考虑整体条件.考虑事物间相互关联的综合解决方法。

三、教学方法与手段1、讲授与讨论结合，课程教学主要采用讲授方法，讲授过程辅以大量工业实例，化工专业实验设备的实物仪表的现场讨论进行配合，并通过认识实习阶段对工厂观察认识的知识加以深化和理解，从而完成课程达到的目标。

其他电器辅助系统
一、柴油机的低温起动加热装置 1．电热塞 2．热胀式电火焰预热器 3．电磁式火焰预热器 4．电网式预热器 5．压力雾化火馅预热器装置
汽车电气
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第五章 仪表、指示系统及其他辅助电器装置
汽车电气
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第五章 仪表、指示系统及其他辅助电器装置
汽车电气
汽车电气
六、制动蹄片磨损警告灯
作用：灯亮表示制动摩擦片磨损到使用极限厚度。
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第五章 仪表、指示系统及其他辅助电器装置
七、空气滤清器报警灯
汽车电气
作用：灯亮表示空气 滤清器滤芯发生堵 塞。
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第五章 仪表、指示系统及其他辅助电器装置
汽车电气
第四节、电动刮水器与风窗玻璃洗涤器
第五章 仪表、指示系统及其他辅助电器装置
汽车电气
第五章 仪表及指示灯系统
第一节 概述 第二节 仪表系统 第三节 指示灯系统 第四节：电动刮水器和除霜装置 第五节：电动门窗和门锁 第六节：汽车电路控制与保护及汽车线路与线束
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第五章 仪表、指示系统及其他辅助电器装置
第一节 概述
汽车电气
汽车电气
（一 ）汽车电路控制
• 3、灯光开关
灯光开关通常是两档式开关，按操纵的形式分主要有 推拉式、旋转式两种。灯光开关I档接通示廓灯、尾灯、 仪表照明灯等；灯光开关Ⅱ档接通前照灯、尾灯、仪表照 明灯等。
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第五章 仪表、指示系统及其他辅助电器装置
汽车电气
（一 ）汽车电路控制
• 4、组合开关

比例度与比例放大倍数互为倒数。所以，控制器的比例度越 小，其放大倍数越大，比例控制作用也就越强，而比例度越大， 则比倍放大倍数越小，比例控制作用越弱。
比例控制系统的控制结果会产生余差，这是比例控制器的固 有控制特性所决定的。余差的产生也可以从比例控制的特性来 说明。
为了减少余差，可以增大比例放大倍数，也就是减小了比例度。但 这会使系统的稳定性变差。一般地，适当地增大比例放大系数，即 减小比例度，使比例控制作用增强。此时，最大的偏差减小，余差 减小，工作频率提高，周期缩短，系统的振荡加剧，稳定性下降。
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二、比例控制
在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生 持续的等幅振荡过程，为了避免这种情况，应该使控 制阀的开度与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大 小，控制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得 与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于 稳定，达到平衡状态。9Biblioteka 如左图，根据相似三角形原理
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三、积分控制
当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的 基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。
积分控制作用的输出变化量p与输入偏差 e的积分成正比，即
pKI edt
当输入偏差是常数A时
图5-9 积分控制器特性
pKI AdK t IAt
结 当有偏差存在时，输出信号将随时间增长（或减小）。 论 当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上，
At
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图5-11积分时间对过渡过程的影响
积分时间T大小表示曲线的斜率和输出曲线上升速度快慢， 积分时间T是表征积分控制作用强弱的一个重要参数。当 积分时间T越小（K越大）时，直线上升越快，积分控制作 用越强。反之，T越大（K越小），直线上升越慢，积分作 用越弱。

为什么会有余差？
我们一起讨论一下图5-5的系统从一个稳态 过渡到另外一个稳态的过程。 存在余差是比例控制的缺点。 比例控制的优点是反应快，控制及时。 有偏差信号输入时，输出立刻与它成比例 地变化，偏差越大，输出控制作用越强。

比例度与余差、 过渡过程的关系
增大Kp（即减小比
例度δ），可以减小 余调节
§5.2 模拟量PID控制器
一、基本构成 比较环节
将测量值与设定值进行比较（电流、电压、气压
相减），产生偏差信号。

放大器
将偏差信号、反馈信号、载波信号叠加后进行放
大。

反馈环节
将输出信号通过一定的运算关系反馈到放大器的
输入端，以实现比例、积分、微分等控制规律。
二、 DDZ—Ⅲ电动控制器 1. 仪表的特点
运动部件 动作频繁 容易损坏 缩短寿命
具有中间区的双位控制器
二、比例控制
图5－5 简单的 比例控制系统示 意图。 比例控制器：其输出信号（指变化量）p与输 入信号（指偏差，当给定值不变时，偏差就是 被控变量测量值的变化量）e之间成比例关系， 即
p K Pe
比例度

比例度就是指控制器输入的变化相对值与 相应的输出变化相对值之比的百分数，用 公式表示为： e p ( / ) 100%



在分析自动化系统时，偏差采用e=x-z，但在 单独分析控制仪表时，习惯上采用测量值减 去给定值作为偏差。 控制器的输出信号就是控制器送往执行器 （常用气动执行器）的信号p。 所谓控制器的控制规律就是指p与e之间的函 数关系，即
p f (e) f ( z x)
控制器的基本控制规律
位式控制（双位控制） 比例控制（P） 积分控制（I） 微分控制（D） P、I和D的组合形式：PI、PD和PID