自动化仪表及过程控制第一章绪论(doc 8页)
1-８ 第一章 绪 论
本章提要
1. 过程控制系统的基本概念
2. 过程控制的发展概况
3. 过程控制系统的组成
4. 过程控制的特点及分类
5. 衡量过程控制系统的质量指标
授课内容
第一节 过程控制的发展概况
1. 基本概念
过程控制系统-----指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。(P3)
过程控制-----指工业部门生产过程的自动化。(P3)
2. 过程控制的重要性
进入90年代以来自动化技术发展很快，是重要的高科技技术。过程控制是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提
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现车间或大型装置的集中控制。主要特点：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统；控制目的------提高控制质量或实现特殊要求；理论-----除经典控制理论，现代控制理论开始应用。
前馈控制-----按扰动来控制，在扰动可测的情况下，可以地提高控制质量。
选择性控制-----在生产过程遇到不正常工况或被控量达到安全极限事，自动实现的保护性控制。
19世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。主要特点：检测和控制仪表-----新型仪表、智能化仪表、微型计算机；过程控制系统结构
1-８ -------由单 多变量系统，由PID控制规律 特殊控制规律，由定值控制 最优控制、自适应控制，由仪表控制系统 智能化计算机分布式控制系统；理论-----现代控制理论 过程控制领域，如状态空间分析，系统辨识与状态估计，最优滤波与预报。
仅供个人参考
不得用于商业用途 第1章 绪 论
1.1 过程控制概述
第一阶段：
20世纪50年代以前。这个阶段以经典控制理论为基本方法，以传递函数为基础，采用根轨迹法和频率法对系统进行分析。自动化水平处于比较低级的阶段，理论上也尚不完整，从而促进了现代控制理论的发展。
第二阶段：
For personal use only in study and research; not for commercial use
20世纪60年代以后，人们研究出了现代控制理论，它以状态空间为分析基础，包括以最小二乘法为基础的系统辨识，以极小值原理和动态规划为基础的优化控制和以卡尔曼滤波理论为核心的最优估计三个部分。因此使分析系统的方法从外部现象深入到揭示系统的内在规律。
第三阶段：
20世纪70年代以后，为解决大规模复杂系统的优化与控制问题，现代控制理论和系统理论相结合，逐步形成了大系统理论、于专家知识的专家系统、模糊控制、人工神经网络控制、学习控制和基于信息论的智能控制，并在很多领域得到了广泛的应用。大规模集成电路和微处理器产生，为了满足工业计算机可靠性和灵活性的需要，作为一种全新的工业控制工具，DCS产生了。控制理论和其他学科相互渗透，仅供个人参考
不得用于商业用途 从而形成了以大系统理论和智能控制理论为代表的所谓第三代控制理论。
过程控制(process control )技术是自动化技术的重要组成部分，通常是指石油、化工、纺织、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动化，与其他自动控制系统比较，过程控制具有以下特点：
1. 被控过程复杂多样
工业生产是多种多样的，生产过程本身大多比较复杂，规模大小不同，生产的产品千差万别，因此过程控制的被控过程也多种多样。
2. 对象动态特性存在滞后
生产过程大多是在庞大的生产设备内进行，当流入(或流出)对象的质量或能量发生变化时，由于存在容量、惯性和阻力，被控参数不可能立即产生响应，这种现象称为滞后。生产设备的规模越大，物质传输的距离越长，热量传递的阻力越大，造成的滞后就越大。
第1章过程控制系统与仪表绪论√
第1章绪论过程控制（Processcontrol）是指连续/间歇生产过程的自动控制。石油、化工、电力、水利、冶金、轻工、纺织、
制药、建材、核能、环境工程等许多领域的自动控制系统，都属于过程控制系统。化工厂炼油厂发电厂水电站炼钢生产轧钢生产过程控制技术与我们
的日程生活密切相关，直接或间接地影响着我们每时每刻生活的方方面面。放眼看去，我们使用和目力所及的几乎所有都与过程控制技术存在直接、
间接联系。食衣住药+医行新冠肺炎医院隔离病房负压控制风流示意图N95防护口罩生产线通风口布置医用空气净化过滤材料生产线连续生产过程
的特征是：生产过程中的各种物料（固体、液体、气体或多相混合物流），在连续（或间歇）的流动与传输过程中，进行持续的物理、化学反应，能
量与物质（物料）的转换或传递，并获得期望品质的（物质、能量、服务）产品。换热新风下面以图1人工控制室内温度控为例，简单说明过程控制
的基本工作原理。恒温室送风回风阀门温度计回风图1室温人工控制示意图假设在冬季，通过热水加热器，将送风加热后不断送往恒温室。为保
证恒温室温度满足要求，操作人员必须一直观察温度计指示值、随时进行判断并决定如何操作阀门，进行实际操作以满足恒温要求。人的作用可分
为三部分：眼看→脑想→手动操作，并持续循环进行。人工控制受个人经验和注意力难以持久、容易疲劳等限制，难以保证对室温精确控制和长
期平稳控制。如果用检测仪表、控制仪表、自动操作装置代替人的工作，就构成图2所示的温度控制系统。4M回水用温度变送器（含传感器
）将室内温度转换成控制器可接受的标准信号—替代人工系统的眼看；控制器将输入的实测温度信号和要求（给定）值进行比较（相减求偏差),
并按偏差值进行判断、计算出控制量（信号）—替代人工系统的脑想；换热器送风恒温室13TC2回风TT热水图2室温自动控制系统示意图1
—换热器；3—控制器；2—传感变送器；4—执行器将人工阀门换成自动调节阀，按控制量（信号）自动改变调节阀开度，控制热水流量大小—
11 第1篇 过程控制系统
第1章 单回路反馈控制系统
单回路反馈控制系统是应用最为广泛的一种控制系统，生产过程中70~80%的控制系统都是单回路反馈控制系统。由于这种控制系统结构上只有一个反馈回路（环路），所以称之为单回路反馈控制系统，简称单回路控制系统。在所有反馈控制系统中，单回路反馈控制系统是最基本、结构最简单的一种，因此又常常称为简单控制系统。
单回路控制系统的分析方法以及分析结论是所有控制系统的基础。复杂控制系统分析、设计都是以单回路控制系统的分析和设计方法为基础的，掌握了单回路控制系统的分析、研究方法，对复杂控制系统的分析和研究是十分必要的。
1．1 单回路系统的结构组成
单回路反馈控制系统由四个基本环节组成，即被控对象(简称对象)或被控过程(简称过程)、测量变送装置、控制器和控制阀。有时为了分析问题方便起见，把控制阀、被控对象和测量变送装置合在一起，称为广义对象。这样系统就归结为控制器和广义对象两部分。
下面结合一个具体例子，说明这四个基本环节如何构成一个单回路控制系统。
假定图1．1中所示是一个中间储水槽，流入量和流出量分别为Ql和Q2，生产要求是维持水槽液位L不变。为了控制液位，调整流出量Q2。为此选择相应的液位变送器、液位控制器和控制阀，并按图l．2所示构成单回路反馈控制系统。
LC
图1．2叫做控制系统的结构原理图，也简称为结构图。 表示液位变送器，LC表示液位控制器，sp代表控制器的给定值。
下面简要分析该系统的工作情况。假定控制阀为气闭式注1、控制器为反作用注2（关于控制阀开、闭形式及控制器的正反作用选择问题，以后将专门介绍），定义偏差为测量值与给定值之差。当测量值大于给定值时，偏差为正，反之则为负，即偏差=测量值—给定值注3。
首先假定在干扰发生之前系统处于平衡状态，即流入量等于流出量，液位等于给定值。当有干扰发生，平衡状态将被破坏，液位开始变化，于是控制系统开始动作。 图1．1 储水槽 Q1
