《过程控制工程》课程教学资源（PPT课件）第一章 简单控制系统

第一章简单控制系统

第一章 简单控制系统

第一章简单控制系统 简单控制系统指单输入单输出的线性系统 简单控制系统是控制系统的基本形式。 它的特点是: 工业生产程密制研究的基本观点 (1)结构简单,容易掌握性究米清,工考产过程 (2)广泛的适应性 改善劳动环境,改善劳动强度 可靠性控制系统本身能可靠运行 (3)经济实用 使用后,事故发生率降低,事故影响减小 (4)可靠性高 筍单性-满足控制条件下,系统应尽可能简单 容易掌握和操作,系统是透明的 进性-满足控制条件下,有高的性能价格比 -在一定时间内,能适应生产过程的控制要求 本章结合工程实际,从理论和应用的联系来阐述和讨论 有关简单控制系统的原理和分析方法

第一章 简单控制系统 工业生产过程控制研究的基本观点

第一章简单控制系统 第一节控制系统组成和控制性能指标 控制系统的组成 1、简单控制系统示例 2、控制系统的框图 3、控制系统的有关术语 4、控制系统框图的几点说明 控制系统的控制性能指标 1、时域控制性能指标 2、积分性能指标 忘归 3、控制系统正常运行的重要准则一 0.5 R(s)E(s) i(s) Ym(s)

第一章 简单控制系统 第一节 控制系统组成和控制性能指标 一、控制系统的组成 1、简单控制系统示例 2、控制系统的框图 3、控制系统的有关术语 4、控制系统框图的几点说明 二、控制系统的控制性能指标 1、时域控制性能指标 2、积分性能指标 3、控制系统正常运行的重要准则

第二节过程动态特性和建立过程的动态模型 过程动态特性 1、典型过程动态特性 0.5 自衡的非振荡过程 无自衡的非振荡过程 50 [ 自衡的振荡过程 具有反向特性的过程 Ko减小 2、过程特性对控制性能指标的影响 0.2 增益的影响 时间常数的影响 10 30 时滞的影响 扰动进入系统位置的影响 时间常数匹配的影响 被控变量与操作变量的选择 过程动态模型的建立 1、对过程模型的要求 2、过程模型建立的方法 系统辨识方法 机理建摸方法沮合放法 机理建桂

第二节 过程动态特性和建立过程的动态模型 一、过程动态特性 1、典型过程动态特性 自衡的非振荡过程 无自衡的非振荡过程 自衡的振荡过程 具有反向特性的过程 2、过程特性对控制性能指标的影响 增益的影响 时间常数的影响 时滞的影响 扰动进入系统位置的影响 时间常数匹配的影响 被控变量与操作变量的选择 二、过程动态模型的建立 1、对过程模型的要求 2、过程模型建立的方法 机理建模示例 系统辨识方法 机理建摸方法 混合方法

第三节检测变送环节 检测变送环节的性能 1.检测元件和变送器的作用: 2对检测变送单元的基本要求: 3.选用时的基本考虑: 4.动态特性 O对Tm的基本考虑 减小Tm的途径: O对T的考虑 I/W 减小Tm的途径 对检测变送信号的处理 1滤波及信号处理的目的: 2.滤波的方法 模拟滤波: 数字滤波: 3.数字滤波的算法: 4.信号处理:

第三节 检测变送环节 一、检测变送环节的性能 1.检测元件和变送器的作用： 2.对检测变送单元的基本要求： 3.选用时的基本考虑： 4.动态特性 ○ 对Tm的基本考虑： 减小Tm的途径： ○ 对τm的考虑： τm = l / w 减小τm的途径： 二、对检测变送信号的处理 1.滤波及信号处理的目的： 2.滤波的方法： 模拟滤波： 数字滤波： 3.数字滤波的算法： 4.信号处理：

第四节执行器环节 执行器概述 1.行器的类型 2执行机构的分析 3.调节机构的分析 流量特性 1线性流量特性 2.等百分比流量特性 3.抛物线流量特性 4.快开流量特性 控制阀特性的选择 1.从静态考虑选择控制阀的工作特性 丛动态考虑选择控制阀的工作特性 3.丛控制阀的工作特性选择控制阀的理想特性 4.控制阀气 关形式的选择 5.压降比S的考虑 四、阀门定位器的正确使用 五、其他执行器

第四节 执行器环节 一、执行器概述 1.执行器的类型 2.执行机构的分析 3.调节机构的分析 二、流量特性 1.线性流量特性 2.等百分比流量特性 3.抛物线流量特性 4.快开流量特性 三、控制阀特性的选择 1.从静态考虑选择控制阀的工作特性 2.从动态考虑选择控制阀的工作特性 3.从控制阀的工作特性选择控制阀的理想特性 4.控制阀气开、气关形式的选择; 5.压降比S的考虑 四、阀门定位器的正确使用 五、其他执行器

第五节控制器的模拟控制算法 基本控制算法分析 比例控制算法 1.比例控制算法 2.比例增益对控制系统的影响 比例积分控制算法 1.比例积分控制算法 2对PI控制作用的分析 3.PI控制作用对系统过渡过程的影响 四、积分饱和及其防止 1积分饱和 2.积分饱和的防止 wi 五、比例微分控制算法 1比例微分控制算法 使用注意事项 六、比例积分微分控制算法 1.比例积分微分控制算法 2.PID控制作用对过渡过程的影响

第五节 控制器的模拟控制算法 一、基本控制算法分析 二、比例控制算法 1.比例控制算法 2.比例增益对控制系统的影响 三、比例积分控制算法 1.比例积分控制算法 2.对PI控制作用的分析 3.PI控制作用对系统过渡过程的影响 四、积分饱和及其防止 1.积分饱和 2.积分饱和的防止 五、比例微分控制算法 1.比例微分控制算法 2.使用注意事项 六、比例积分微分控制算法 1.比例积分微分控制算法 2.PID控制作用对过渡过程的影响

第六节控制器的数字控制算法 模拟控制算法的数字化 1.位置算法 圆整误差 2.增量算法 3.速度算法 数字控制算法的改进 数字控制算法的特点 分形 分 2.数字控制算法的改进 离 ★对积分控制算法的改进 ★对微分控制算法的改进 3.实现数字控制算法时应注意的问题 微分先行 连续系统的离散化 1.差分近似 不完全微分 2输入只在采样时刻作变化情况下的精确方法 3.s域到z域的对应变换 4.插入保持器后s域到z域的对应变换 (输入泼 5.时间离散系统到时间连续系统的变换

第六节 控制器的数字控制算法 一、模拟控制算法的数字化 1.位置算法 2.增量算法 3.速度算法 二、数字控制算法的改进 1.数字控制算法的特点 2.数字控制算法的改进 ★对积分控制算法的改进 ★对微分控制算法的改进 3.实现数字控制算法时应注意的问题 三、连续系统的离散化 1.差分近似 2.输入只在采样时刻作变化情况下的精确方法 3.s域到z域的对应变换 4.插入保持器后s域到z域的对应变换 5.时间离散系统到时间连续系统的变换

第七节控制器参数整定和控制系统投运 控制器参数整定的若干原则 对已存在的控制系统,调整控制器参数 使系统达到满意的控制品质 控制器参数整定 1.控制器参数的经验整定法 2.控制器参数的半经验整定法 ★衰减曲线法 ★临界比例度法 T ★控制度法 3.控制器参数整定的反应曲线法 ★ Ziegler& Nichols法 ★ Lopez法 ★ Cohen-Coon法 4.理论计算法 5.控制器正反作用的设置 控制系统的投运和维护

第七节 控制器参数整定和控制系统投运 一、控制器参数整定的若干原则 对已存在的控制系统，调整控制器参数 使系统达到满意的控制品质 二、控制器参数整定 1.控制器参数的经验整定法 2.控制器参数的半经验整定法 ★ 衰减曲线法 ★ 临界比例度法 ★ 控制度法 3.控制器参数整定的反应曲线法 ★ Ziegler & Nichols法 ★ Lopez法 ★ Cohen-Coon法 4.理论计算法 5.控制器正反作用的设置 三、控制系统的投运和维护

第八节与PD控制密切相关的几类控制算法 二维PID控制算法 PID-PD控制算法 2.设定滤波的两维PID控制算法 P+D 、时间比例控制系统 1.开关控制 2.时间比例控制 差拍控制系统 G 1.差拍控制系统的基本原理 2.差拍控制系统的特点 3. Dahlin控制算法 ★ Dahlin控制算法 ★改进 Dahlin控制算法 4.M.E,控制算法 改进 Dahlin 5.卡尔曼控制算法 差拍控制算法总汇

第八节 与PID控制密切相关的几类控制算法 一、二维PID控制算法 1.PID-PD控制算法 2.设定滤波的两维PID控制算法 二、时间比例控制系统 1.开关控制 2.时间比例控制 三、差拍控制系统 1.差拍控制系统的基本原理 2.差拍控制系统的特点 3.Dahlin控制算法 ★ Dahlin控制算法 ★ 改进Dahlin控制算法 4.V.E.控制算法 5.卡尔曼控制算法 差拍控制算法总汇