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二过程动态特性.ppt 90页
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* * 希望了解H与Qi之间的关系
* * * * * * 经过扰动后达到新的稳态 仿真参见 \ProcessModel\LevelProcess01.mdl
* * 假设A=1，R1＝2，R2=4 注意两条曲线的形状，注意曲线的纵坐标 仿真参见 \ProcessModel\LevelProcess02.mdl
* * 仿真参见 \ProcessModel\LevelProcess03.mdl
由于设备和管道上的压力损失与通过的流量成平方关系，当总压一定时，随着阀开度增大，管道流量增加，调节阀上压降将逐渐减小，如上图所示。因此在相同的阀芯位移下，现在的流量要比调节阀上压降保持不变的理想情况小。而且随着阀开度越大，阀上压降所占的比重越小，流量与调节阀上压降保持不变的理想情况时的流量之间的差距越大。 * * * 63.2% * * * 注意：在实际过程中不会得到如此平滑的曲线 归一化的模型 * * 注意：在实际过程中不会得到如此平滑的曲线 归一化的模型 * * 注意：只用于线性系统，为什么？ 仿真参见 \ProcessModel\OpenLoopResp.mdl *
* * * * * * *
* 调节阀流量特性的选择
仅当对象特性近似线性而且阀阻比大于 0.60 以上（即调节阀两端的压差基本不变），才选择线性阀，如液位控制系统；其他情况大都应选择对数阀。 结构形式选择
主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的物理、化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。
先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。
* 阀门的“气开”与“气关” 气开阀与气关阀 有压力信号时阀关、无信号压力时阀开的为气关式。反之，为气开式。
* 气开阀： pc↑→ f↑
(“有气则开”)
* 气关阀： pc↑→ f↓
(“有气则关”)
无气源( pc = 0 )时，气开阀全关，气关阀全开。 2. 气开阀与气关阀的选择原则
*主要从工艺生产上安全要求出发。 若无气源时，希望阀全关（危害性小），则应选择气开阀，如加热炉瓦斯气调节阀；若无气源时，希望阀全开，则应选择气关阀，如加热炉进风蝶阀。 * 调节阀的气开气关选择 * 控制阀口径的选择
口径选择得过小，会使流经控制阀的介质达不到所需要的最大流量。
口径选择得过大，会浪费设备投资，且使控制阀经常处于小开度工作，控制性能变差，易使控制系统变得不稳定。
控制阀的口径选择是由控制阀流量系数C值决定的。流量系数C的定义为：当阀两端压差为100kPa，流体密度为1g/cm3，阀全开时，每小时流经控制阀的流体流量。
* §2.5 “广义对象”及经验建模方法 特点：（1）使控制系统的设计与分析简化；
（2）广义对象的输入输出通常可测量，以便于
测试其动态特性；
（3）只关心某些特定的输入输出变量。 “广义对象”的概念 * 广义对象的描述 可用一阶加纯滞后模型来描述广义对象： 即K、T、 τ的实验方法获得 * 对象特性的实验研究方法 多点拟合法 在调节量的全部变化范围内，按一定规律依次取值实验，分别记录被调参数变化规律，并进而分析各种静态特性和动态特性参数。 优点：结果比较准确。缺点：时间长，代价大。 阶跃反应曲线法 通过调节量的一个阶跃变化寻找对象的动态特性。 优点：简单易行。缺点：精度低。 周期脉冲法 通过调节量的周期变化（矩形波或正弦变化），获取对象的动、静态特性。 优点：能反应条件波动时的结果。缺点：不能用于大滞后系统。 * 过程增益的计算 * 过程的时间常数 * 过程的时间滞后 * 阶跃响应测试法1
对象的近似模型： 对应参数见左图，而增益为： * 阶跃响应测试法2 * 广义对象矩形脉冲响应测试法 * 矩形脉冲输入
目的：可对过程施加较大幅度扰动，又不
扰动正常生产
控制器输出:
u（t）=u1（t）- u1（t-Δt）
y1（t）=y（t）+ y 1（t-Δt）
* 时间轴按Δt分成n等分，0——t0+Δt，重合y1（ t0+2Δt ）= y（ t0+2Δt ） +y1（ t0+Δt ） * 实验应在其它条件相对相对稳定时进行； 条件变化与结果记录应同时进行，以便分析滞后时间； 实验结果的记录应持续到输出量达到稳定
正在加载中，请稍后...随着科学技术的进步, 工业生产自动化、智能化水平的提高, 许多企业对称重计量技术提出了加快称重速度, 缩短称重时间的要求, 迫切需要解决快速称重、低速和动态称重问题。
称重实质上是测量物体的质量, 从古至今, 物体的质量都是通过它在重力场下的重力测量来求得的。尽管重力也是力的一种形式, 但是动态测力与动态称重却是两个不同的概念。动态测力时, 输入量X( t) 总是不断变化的, 测力传感器的输出量Y( t) 也是不断变化的, 这就要求动态力测量系统要跟踪力值变化。因此对测力传感器的瞬态特性要求较高, 即幅频要有足够的平坦区, 相位响应在相当宽的范围内是线性的, 以免引起波形失真, 产生测量误差。动态称重时, 被测物体的质量少数是变化的,例如电子皮带秤所称量的物料, 多数是恒定的。就后者而言, 对动态称重系统瞬态特性的要求可以放宽些, 只要在允许的称重时间内能够达到稳态, 准确的测量出重量即可, 而频带的宽窄, 相位的线性,波形的失真与否都不是非常重要的。当然这仅仅是对整个测量系统而言, 就来讲绝不排除它具有优良的瞬态特性和稳态特性。因此, 本文按测量动态力的技术条件来研究、分析称重传感器的动态特性。
从上述分析不难得出, 称重传感器用于动态称重时它的输出信号幅值和相位与用于静态称重时存在着根本区别。从时间域来看, 静态称重时称重传感器的输出与时间无关, 即输出不随时间变化;动态称重时称重传感器的输出与时间有关, 即输出随时间的变化而变化( 包括瞬态变化和连续变化) 。从频率域来看, 静态称重时称重传感器的输出信号频谱只有零数; 动态称重时称重传感器的输出信号频谱具有各种频率成份, 对周期信号为分离频谱,对非周期信号为连续频谱。
在静态称重中, 称重传感器组成的理想线性称重系统的特性方程为Y=kX, 式中k 为常数, 即输出Y 是输入X 的线性函数, 称重系统具有恒定的增益。
在动态称重中, 同样希望动态称重系统具有很好的线性, 即称重传感器具有理想的响应, 在时间域Y( t) =CX( t) , 在频率域Y( j!) =CX( j!) , 若要满足上述两式, 其频率特性应是一个常数。然而由于称重传感器是单一自由度二阶线性系统, 其储能部件( 弹性元件) 将使频率特性H( j!) 与频率有关, 要实现频率特性H( j!) 为一常数是不可能的。由于在动态称重过程中, 最为严重的情况是输入的X( t) 总是不断变化的, 称重传感器的输出Y( t) 也是不断变化的。动态称重的任务就是通过称重传感器的输出Y( t) 来获得输入X( t) , 这就要求输出Y( t) 能够实时的、无失真的跟踪输入X( t) 的变化。因此, 必须研究、分析称重传感器的动态特性。
二、动态特性的数学模型和传递函数
动态特性是指称重传感器对于随时间而变化的输入量的响应特性。实际输入随时间变化的形式可能是各种各样的, 只要输入是时间的函数, 则其输出也将是时间的函数。动态方程就是指在动态称重时, 称重传感器的输出与输入之间随时间变化的函数关系。它依赖于称重传感器本身的测量原理、弹性元件结构, 取决于系统内部机械、电气等各种参数, 而且这个特性本身不因输入量、时间和环境
条件的不同而改变。通常研究, 分析动态特性时, 是根据标准输入特性来考虑并评估称重传感器的响应特性。标准输入主要有正弦变化的输入、阶跃变化的输入和线性输入, 而应用较多的是前两种。
1.动态特性的数学模型
为便于分析称重传感器的动态特性, 必须建立数学模型。理论分析和大量试验结果证明, 称重传感器可以看作是单一自由度的二阶线性系统, 它的数学模型为一常系数线性微分方程。对于线性定常( 时间不变) 系统, 其数学模型为高阶常系数线性微分方程, 即
式中: Y&输出量; X&输入量( 被测量) ; t&时间a0, a1, &, an&仅与测量系统特性有关的常数,b0, b1, &, bn&仅与测量系统特性有关的常数
2.动态特性的传递函数
称重传感器动态特性的传递函数在线性或线性化定常( 时间不变) 系统中, 是指初始条件为零时, 系统输出量的拉氏( Laplase) 变换与输入量的拉氏变换之比。
在称重传感器的一般微分方程式( 1) 中, 当其初始值为零时, 对式( 1) 进行拉氏变换, 即可得到动态特性的传递函数H( s) 的一般式, 即
式中: Y( s) &称重传感器输出量的拉氏变换式X( s) &称重传感器输入量的拉氏变换式根据上述定义, 将微分方程式( 4) 经过拉氏变换即可得出工程上用的传递函数公式。微分方程式( 4) 的拉氏变换为
三、动态响应及动态性能指标
称重传感器的动态响应特性可以从时间域和频率域来分析。通常在时间域, 主要分析称重传感器在阶跃输入、脉冲输入下的瞬态响应特性; 在频率域, 主要分析称重传感器在正弦输入下的稳态特性, 并着重从幅频特性和相频特性来分析。
1.时间域瞬态响应特性当输入量X( t) 为单位阶跃信号时, 则
X( t) =!( t) =1 t&0 ( 7)
X( t) =!( t) =0 t&0
若要求称重传感器对此输入信号进行无失真、无延迟测量, 就必须使其输出Y( t) 满足Y=k!( t) ( 8)式( 8) 中k 为称重传感器的灵敏度, 也称静态增益。这就要求称重传感器的传递函数H( s) 或频率特性H( j&) 为一常数, 即
H( s) =k或H( j&) =k 0&&&& ( 9)
在实际测量中, 要作到这一点是非常困难的,甚至是不可能的。为了理论分析和实际评估称重传感器的实际输出偏离无失真输出的程度, 通常在实际输出曲线中, 从幅值和时间两个方面找出有关特征,并以此作为分析和衡量时间域动态性能指标的依据。瞬态载荷的波形是各种各样的, 不可能都实施动力试验进行检测, 通常多选择阶跃波作为输入,来检测称重传感器的输出响应。例如一称重传感器
经动力试验得出的阶跃输入与输出随时间变化曲线如图1 所示。
在图1 中, 曲线1 为称重传感器阻尼小( 欠阻尼) 的情况, 曲线2 为阻尼大( 过阻尼) 的情况。绝大多数称重传感器的阻尼都很小, 为欠阻尼情况, 允许误差一般规定为&2%~&5%。由传递函数公式( 6) 和图1 可以看出, 称重传感器对阶跃信号的响应主要决定于阻尼比$ 和固有频率&0。固有频率&0 由称重传感器结构参数决定,&0 越高, 动态响应速度越快。当&0 为常数时, 其动态响应速度取决于阻尼比$。阻尼比$ 直接影响输出信号的振荡次数及超调量%。$=0 时为临界阻尼,超调量为100%产生等幅振荡; $&1 时为过阻尼, 无超调量也无振荡, 但达到稳态输出所需要的时间较长; $&1 时为欠阻尼, 产生衰减振荡, 达到稳态输出所需要的时间随$ 的增加而减小; 在$=1 时, 达到稳态输出所需要的时间最短。工程中通常取$=0.6～0.8, 最大超调量约为2.5%~10%, 其稳态响应时间也
较短。一般都用阶跃输入与输出随时间变化曲线上的特性参数来表示瞬态响应性能指标:
( 1) 时间常数&&输出值上升到稳态值Y( &) 的63%所需要的时间。
( 2) 上升时间tr&输出值从稳态值Y( &) 的10%上升到90%所需要的时间。
( 3) 响应时间t5 或t2&输出值进入稳态值Y( &)的5%或2%的允许误差带内所需要的时间。
( 4) 超调量%&在过渡过程中, 输出量的最大值Y( tP) 小于Y( &) 时, 响应无超调量; 在Y( tP) &Y( &)时, 响应有超调量。超调量的定义是超过理想的稳态输出值Y( &) 的量&Y与稳态输出值Y( &) 之比, 即
2.频率域稳态响应特性
称重传感器的稳态响应或频率响应特性是指输出信号的幅值和相位随频率变化的特性, 通常用其动态特性的传递函数来分析稳态响应特性。与振动传感器相同用于动态称重系统的称重传感器也属于单自由度二阶线性传感器。如图2 所示。
该线性定常系统, 有两个十分重要的性质, 即叠加性和频率保持性。当系统有多个输入信号激励时, 根据叠加性输出的响应等于各个输入信号单独激励作用的响应之和。这样在分析上, 就可以将复杂的激励信号分解成若干简单的信号, 然后求解这些简单信号激励响应之和。频率保持性表明线性系统稳态响应时输出信号的频率保持与输入信号的频率相同。由于不论何种输入信号都可以用傅里叶
级数来表示, 也就是可以用多种频率的正弦信号叠加来表示, 因此可以用称重传感器对正弦输入信号的响应特性来判断它对复杂输入信号的响应。含有质量m, 弹性元件k, 阻尼器c 和被测载荷w( t) 的系统, 根据牛顿第二定律其动力学方程式为
从上述公式不难看出, 频率响应特性主要取决于称重传感器的固有频率!。和阻尼比&。在&&1, !0&!时, A( !) &1, $( !) 很小, 幅频特性平直, 输入与输出呈线性关系, 此时称重传感器的输出能真实的再现输入信号。因此在设计称重传感器时, 必须使阻尼比&&1, 固有率&0 至少应大于被测信号频率&的3～5 倍, 即&0&( 3～5) &。实际上对固有频率&0,要求过高, 将增加称重传感器的制造难度, 考虑到在整个频谱内, 频率越高, 幅值越小, 灵敏度越低,因此固有频率&0 的选择应根据测量系统的需要综合考虑。
现以输入量X( t) 为正弦信号的称重传感器为
例分析瞬态响应特性, 即现以输入量X( t) 为正弦信号的称重传感器为例分析瞬态响应特性, 即X( t) =Xmsin&t ( 18)式中Xm&输入信号的幅值&&输入信号的圆频率如果称重传感器的动态响应特性非常好, 其输出应为YS( t) =KXmsin!t=Ysmsin!t ( 19)
式中K 为称重传感器的灵敏度。式( 13) 表明,如果是理想的称重传感器, 其输出幅值为Ym=KXm,并以相同的频率和相位作正弦变化。在实际测量中, 由于称重传感器有惯性等原因, 它的输出幅值和相位不可能按式( 19) 正弦规律变化, 而是按下式作正弦变化, 即
Y( t) =Ymsin( !t+#) ( 20)称重传感器的正弦输入与输出随时间变化的曲线如图3 所示, 图中曲线1 是正弦输入信号X( t) , 曲线2 是理想输入信号YS ( t) , 曲线3 是输出信号Y( t) 。
在校准称重传感器的稳态响应时, 可求得不同频率下的幅频特性曲线和相频特性曲线, 如图4 所示。一般要求幅值误差小于&5%~&2%。根据实际需要对相位误差提出要求, 例如要求在工作频率内的相位差应小于5&
可用下列指标评定称重传感器的稳态响应特性:
( 1) 通频带!b&&&在幅频特性曲线上幅值衰减3dB 时所对应的频率范围。
( 2) 工作频带!g1 或!g2&&&幅值误差为&5%或&10%时所对应的频率范围。
( 3) 相位误差一在工作频带范围内, 称重传感器的实际输出与无失真输出之间的相位差值, 即相位误差。
综上所述, 称重传感器的动态性能指标有:固有频率!0; 阻尼系数( 阻尼比) &; 频率响应范围;频率特性; 时间常数#; 上升时间tr 响应时间; 超调量$; 衰减率%; 稳态误差; 临界速度; 临界频率等。
四、动态校准和动态误差
动态校准( 或称动态标定) 的目的是研究和分析称重传感器的动态响应以及与动态响应有关的特性参数、性能指标, 例如固有频率!0, 阻尼比&, 时间常数&, 上升时间tr, 峰值时间tP, 频率响应范围和最大超调量等。尽管各类传感器的动态校准方法不同,相同的称重传感器也有多种校准方法, 但其基本要求是相同的。动态校准时, 的输入信号应该是一个标准的激励函数, 如阶跃函数、正弦函数等。在称重传感器的输入、输出信号间建立起时间域或频率域的函数, 并由此函数校准时间域或频率域的特性参数。目前世界各国尚无统一的动态校准方法, 但在动态校准原理和工艺上存在共识, 这就是为了获取称重传感器典型输入下的动态响应, 必须有合适的动态校准设备和科学而精密的校准工艺, 包括典型输入信号发生设备, 动态信号记录仪器和数据采集处理系统。
动态校准所用的标准激励源主要有两种, 一是周期性函数如正弦波、三角波等, 以正弦波信号为常用; 一是瞬变函数如阶跃信号、半正弦波等, 以阶跃信号为常用。
目前, 世界各国动态测力与称重传感器的校准,多采用动力校准方法。所谓动力校准法, 就是利用动力试验, 给测力与称重传感器施加一个标准激励,测量出整个信号通道的响应, 从而确定其动态特性的传递函数, 再以此确定频率特性, 幅频特性和相频特性的校准方法。
在动力校准方法中, 利用电动力激励器直接获得频率特性的方法最为先进, 我国目前还没有研制这种校准设备。电动力激励器实际上就是一种电磁力马达, 其总体结构与电磁式振动台相似, 主要是由直流磁场、非导磁材料制成的加力棒和缠绕在加力棒上的激励绕组等组成。电动力激励器的工作原理是处于直流磁场中的载流导体将产生劳仑茨力( 电动力) 。即当激励绕组通以电流时, 在磁场的作用下加力棒将作用到一个电动力, 此力的大小与磁场的磁感强度、激励绕组的电流强度和匝数成正比, 其波形决定于激励电流的波形。如果在激励绕组中通以幅值恒定、频率可变的正弦电流时, 测力与称重传感器就会作用到一个可变的正弦力。根据不同频率下
测量的输出信号的幅值和相位就可求得频率特性。采用电动力激励器直接获得频率特性的动态校准方法, 最大的特点是可以很快的得出测力与称重传感器的频率特性, 但需要有性能良好的电动力激励器和高响应的测量系统。
美国振动工程与测试技术专家给出了三种动力校准方法: 跌落校准、惯性校准和比较校准。动态校准时称重传感器的动态性能用时间域表示的优点是简单、直观。国内一些科研部门多用动态校准的阶跃过渡过程响应曲线上的性能参数,来确定称重传感器的时间域特性指标。用频率域表示的数学基础是富里哀分析法, 即信号频谱分析法, 其优点是可以直接了解信号的本质, 频率与幅值、频率与相位的关系。例如, 用于在线自动定量包装等系统的动态称重传感器, 如果每分钟称重300次, 相当于在0.2s 称重时间内称重一次, 由于整个称重时间的2/3 可能用于替换重物, 故剩下的实际称重时间只有67ms, 对动态性能要求较高。因此必须进行严格的动态校准, 用频率域分析法确定其稳态响应特性。由于在动态校准之前, 传递函数中的系数!0 和& 是未知数, 必须通过动态校准才能直接求得。在我国按激励源不同有三种激励方法。
( 1) 在标准的冲击试验设备上利用冲击载荷获
得动态响应的校准方法这种动力校准方法是利用标准冲击试验设备上的落锤, 自由下落时撞击称重传感器的头部( 弹性元件的承载部分) , 由于是高速机械碰撞而产生一个冲击载荷, 在这种激励下称重传感器产生相应的过渡过程, 用近似的计算方法即可获得它的频率
通过试验测量可以证明, 利用落锤实现机械碰撞所产生的冲击载荷波形是半正弦波。其最大幅值与落锤碰撞前的瞬时速度( 由落锤下落高度决定) 、落锤的质量和称重传感器弹性元件的刚度成正比。因此, 可以通过选择不同质量的落锤和落锤的不同下落高度, 来获得各种冲击载荷, 在很宽的范围内对不同量程的称重传感器进行动态校准。此种动态校准方法比较简单, 容易实现, 但由于称重传感器动态响应等原因, 冲击载荷的波形易发生畸变, 以此计算的频率特性误差较大。
( 2) 利用激波管产生阶跃载荷获得动态响应的
校准方法这种动力校准方法是利用激波管内气压冲击波对称重传感器施加阶跃载荷。校准时称重传感器的头部对准激波管的低压室出口, 激波管与称重传感器通过法兰盘和密封垫圈紧密连接。当激波管高压室的气体迅速充满低压室时, 由于低压室的容积远远小于高压室的容积, 在这一瞬间造成压力突然变化, 出现气压冲击, 便在称重传感器头部的面积上产生阶跃载荷。根据阶跃响应就可以用近似的方法计算出频率响应特性。高压室的静态压力取决于低压室所需要的压力大小, 低压室的压力由施加的阶跃载荷和称重传感器头部的面积决定, 上升时间取决于高压室向低压室充气的时间。可利用编程通过计算机来计算阶跃响应的频率特性。受激波管的激波压力限制, 很难产生较大的阶跃载荷, 一般只能校准1~10t 量程范围的称重传感器。对于1t 以下和10t 以上量程的称重传感器, 多采用突然卸载的方法进行动态校准, 即先给称重传感器施加一标准载荷, 例如将被校准的称重传感器吊装在刚度很大的龙门架上, 给称重传感器施加一个标准载荷, 利用悬吊加载系统中的爆炸分离装置, 在小于10#s 的时间内突然爆炸释放所加的标准载荷, 使称重传感器获得一个负阶跃载荷, 达到与激波管产生阶跃响应相同的效果。
( 3) 动态校准的比较法
采用上述两种绝对校准法, 虽然具有精度较高、可靠性大、能直接参考响应波形等优点, 但它所要求的测试设备多, 精度要求高, 技术难度大, 校准时间长等缺点也非常突出, 这是动态传感器研究和生产单位必须认真解决的问题。近些年在动力校准实践中迅速发展起来的比较法, 越来越受到人们的重视和欢迎。
动态校准的比较法, 就是将定期送往国家力值计量检测部门的采用绝对法校准的标准称重传感器及其配套的动态检测仪器设备作标准, 与被检的称重传感器动态性能逐项比较进行动态校准。校准时将标准称重传感器与被校准的称重传感器背靠背的安装在中频或高频振动台上, 按所要求的频率和动态载荷值进行动态加载, 通过比较和分析频率响应曲线等确定被校准称重传感器的动态特性。比
较校准方法的特点是简单、快速、精确、省时。不论那一种动态校准, 只有动态性能非常好的称重传感器随时间变化的输出曲线能同时再现输入随时间变化的曲线, 即输出与输入具有相同类型的时间函数。实际上由于称重传感器弹性元件的结构, 输出信号测量系统各环节引起的误差等, 输出信号一般不会与输入信号具有完全相同的时间函数, 这种输出与输入的差异就是动态误差。一个具有良好静态特性的称重传感器, 未必就一定具有良好的动态特性。因为对于快速变化的动态输入信号, 需要称重传感器有较好的动态特性,
不仅能准确的测量信号幅值的大小, 而且还要测量出信号变化过程的波形。影响动态特性的因素任何传感器都有, 只不过是表现形式和作用程度不同而已。
称重传感器频率特性存在的响应误差, 主要是随机误差, 因为系统误差可作归一化处理, 因此研究称重传感器动态特性的目的, 就是从测量误差的角度分析产生动态误差的原因, 以及提出改进措施, 提高动态称重准确度。
应变式称重传感器用于快速称重、低速动态称重和动态称重时, 为保证称重系统的称量准确度和工作可靠性, 尽可能的免除各类不必要的误差, 必须研究称重传感器的动态特性, 并对其进行动态校准, 以及必要的环境试验和物理参数测试。研究、分析称重传感器的动态特性, 必须建立数学模型, 由于称重传感器可以视为单自由度的二阶线性系统, 其数学模型为一常系数线性微分方程。当微分方程的初始值为零时, 对其进行拉氏变换即可得到动态特性的传递函数的一般公式。其频率特性可根据传递函数求得, 也可根据过渡过程曲线经过相应的近似计算方法求得, 实际上传递函数和频率特性是可以相互转换的。求称重传感器的传递函数, 实际上就是根据过渡过程曲线来确定固有频率!0 和阻尼比& 的过程, 一般都用比较简单的激励方法, 例如自由落锤的冲击载荷来获得过渡过程曲线。
动态校准的意义还在于使称重传感器的生产者能正确的标明其产品的性能, 给使用者提供正确选择、合理应用的依据。动态校准的关键是选择好激励源, 输入信号应该是一个标准的激励函数, 以周期函数的正弦波信号, 瞬变函数的阶跃信号为常用。为了获得准确可靠的动态校准数据, 要求测试设备中的所有影响动态校准的环节, 例如典型的输入信号激励源, 动态信号记录设备和数据采集处理
系统等, 都应具有很宽的频带。
美国专家给出的跌落校准、惯性校准和比较校准三种方法, 以跌落校准法应用较多, 比较校准法相对简单易行, 快速省时。称重传感器频率特性存在的频响误差, 即频率域内传递函数的误差, 是由其输入、输出系统中各个环节的误差引起的。对于系统误差可作归一化处理, 对于随机误差是如何确定它给动态称重准确度带来的影响, 从测量误差的角度分析产生原因, 以及提出改进措施。
近年来, 动态称重传感器以及动态校准方法的研究取得了较大进展。
德国Seitner( 塞特内尔) 公司为快速称重研制出200 型铍青铜称重传感器, 固有频率高, 动态响应快, 独创油阻尼与过载保扩装置一体化, 在称量时保证称重传感器衰变时间快, 称量速度高, 工作寿命长。美国THI 公司为动态称重的旋转式定量包装机研制的THI- 1410 型称重传感器, 可承受离心力和机械振动。其内部装有特制的粘性阻尼器, 保证称量时有较快的稳定时间和较小的动态称量误差。与动态称重配套的能承受搅拌、振动载荷的新型称重模块也在美国V- BLH 公司研制成功, 并批量生产投放市场, 适应了动态称重技术发展的需要。
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生物反应工程 工业过程控制
第二篇 工业过程控制??工业过程控制是为达到规定目的，用自动化装置 对影响生产过程的变量进行自动控制和信息处理， 使生产自动地、最佳地进行 。 内容：基本 知识、被控对象的特性、变送器、 执行器、调节规律、简单控制系统、 复杂控制系统、典型控制系统第一章 自动控制系统基础知识第一节 概 述一、自动控制系统的组成 ? 被控过程(又称控制对象)：指控制系统中接受控制的 生产工艺过程(包括工艺设备和介质)； ? 调节器：控制系统核心。测量元件及变送器的作用 是测量被控变量并将它转换为一种标准信号(电信号 或气信号)。在控制流程图中，测量元件及变送器可 用 符号表示，也可用字母代号表示 (例如 表示液位变送器)。测量元件及变送器?常见被控变量的字母代号为：流量(F)、液位 (L)、压力(P)、温度(T)、成分量(A)等。相应 的测量变送器可表示为：流量变送器(FT)、成 分变送器(AT)、温度变送器(TT)等等；调节器??调节器 ：接受变送器和设定值发生器(产生参比 信号的装置)送来的信号，通过比较得出偏差信 号，并按一定的运算规律发出控制指令信号给执 行器 。 调节器可用字母代号 表示，或在小圆圈内写 有两位以上字母，以进一步说明其功能。例如， 表示 液位调节器，表示 流量调节器，表示 温度调节器等。执行器??可根据调节器送来的信号，自动地改变阀门的开 度，从而改变输送给控制对象的能量或物料量。 在控制流程图中，执行器可用符号表示 。 除此之外，在控制流程图中常见的仪表功能代 号还有： R ―记录，I―指示，Y ―计算，K ― 操作器等。另外，还常见以S.P.表示“设定点”， 以H.S.表示“高选”，以L.S.表示“低选’等。二、自动控制系统方框图1.方框及方框连接 u 调节器 执行器 ? 表示方法： 方框：系统中的一个组成环节。 箭头的连线：信号的相互联系和传递方向，并不代表方框 之间的物料联系。若箭头指向方框，则表示为作用于该 环节的输入信号，箭头离开方框则表示为该环节的输出 信号。按箭头方向，方框图中的每一个方框受前一个方 框的影响，而又对后面的方框施加影响。1.方框及方框连接??基本原则是按实际系统各组成环节之间的信号传 递顺序，用带箭头的线将各方框连接起来。一般 在连接线上，常用某个字母来表示方框间相互作 用的信号。 字母u代表控制信号，它作为调节器的输出信号， 也是作用于执行器的输入信号。2. 加减与分支?当几个信号相加减时，在方框图中用一个“小圆圈”来 表示加减器，各信号用带箭头的线与“小圆圈”连接。 箭头指向“小圆圈”的信号即为需要进行相加减的信号， 箭头离开“小圆圈”的信号则为加减后的输出信号。是 相加、还是相减，用箭头旁的加减符号表示(加号可省 略)，如图2-l-2(b)表示W=X+Y-Z。 Z ?在方框图中，当一个信号需要送至 X W 几个方框时，可在连接线上任一点分 支。分支点以后的各信号均与分支点 以前的信号相同，因为信号的传递并 Y 不涉及能量或物质的分流。-r-eumfcz?被控变量c :被控过程(控制对象)的输出。液位H 是该生产过程需要控制的工艺变量为被控变量。??干扰作用f：非控制系统作用而引起被控变量变 化的外来因素（或干扰量）；是作用于控制对象 的输入信号。 影响被控变量变化的因素来自进料流量Q1 的改变。 操纵变量m：受执行器直控制的工艺变量。在方 框中是执行器的输入信号，也是被控制过程的输 入信号。出料流量Q2的改变是由于执行器的动作 所致。比较机构一般设置在调节器的内部，为了分析控制系统的 特性，常将其单独画出。参比信号（r）可由设定值发生器 给出，或由该系统外部的其他装置输入。?控制系统的工作过程是液位测量变送器将被测液 位转换成测量信号（z），该测量信号送至调节 器，先与设定的参比信号(r)进行比较得出偏差信 号(e)，然后按偏差的大小与方向，以一定的运 算规律进行运算，并发出控制信号(u)给执行器， 从而改变出料阀门的开度,改变出料流量Q2，以 达到控制液位的目的。自动控制系统方块图的代表符号名 称 符号 C 概 念 对照例图液位H被控变量要求保持预期值的被控 过程输出变量测量信号参比信号 偏差信号 控制信号 操纵变量 干扰变量Zr e u m f表示被测变量的信号 变送器输出用来设定被控变量预期 值的信号 参比信号与测量信号的 之差 用以改变控制作用大小 的信号 执行器直接控制的工艺 变量 非控制系统作用而引起 被控变量变化的参数液位的预设值所设 定的信号r-Z 调解器输出 出料流量Q1 进料流量Q2等自动控制系统方块图参比信号 （设定点） 调 偏差e r 控制信号 u 操纵变量 f干扰作用 (干扰变量)z节 器执 行 器m被 控 过 程被控变量 c测量元件及变送器[例]如所示为一蒸汽加热器温度控制系统。 (1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、被控对象各是什 么? (2)该系统可能的干扰有哪些? (3)该系统的控制通道 是指什么? (4)试画出该系统的方块图。(1)该系统的被控对象是蒸 汽加热器，被控变量是被 加热物料的出口温度，操 纵变量是加热蒸汽的流量。 (2)该系统可能的干扰有加 热蒸汽压力；冷物料的流 量及温度；加热器内的传 热状况(例结垢状况)；环 境温度变化等。图 蒸汽加热器的温度控制(3)该系统的控制通道是指由加热蒸汽流量变化到 热物料的温度变化的通道。 (4)方块图给定值r z偏差ef温度调 节器TCu蒸汽加 热器阀m 加热器被控变量c温度变送气TT三、自动控制系统分类一. ? ? ? ?工业自动化系统分类 自动检测系统 自动控制系统 自动信号报警和联锁保护系统 自动操作系统自动检测系统自动控制系统二、自动控制系统的分类1按控制系统的基本结构形式分 ? 开环控制系统 ：把控制信号从一个环节送到另一个环节， 而系统的被控对象不引回信号反馈到输入控制端进行比较、 不构成闭合回路工作的系统（不能保证控制质量）。 自动检测系统、自动操作系统 ? 闭环控制系统 ：又称反馈控制系统，它是按系统的偏差 进行控制的。从各环节信号的传递关系而言，它们构成了 一个闭合的回路，所以是一个闭环控制系统，输出端被控 变量的信号是经过反馈环节送回到系统输入端调节器上的。 自动控制系统开环控制系统图1图2?一种是按设定值进行控制，当设定值发生变化时，其操 纵变量也随之变化。如图1所示，其设定值的改变引起蒸 汽流量的改变，它们保持一定的函数关系。 ?另一种是按扰动量大小进行控制，当扰动出现时，操纵 变量也随之变化。如图2所示，其主要扰动量(负荷)的变 化，引起蒸汽流量按一定函数关系而变化闭环系统? ? ?反馈，是将输出信号通过某些环节部分或全部地引回到 输入端的做法。 正反馈：引回到输入端的信号是增强输入作用的 负反馈：引回到输入端的信号是减弱输入作用的。 只有负反馈才能克服干扰影响，使被控变量从偏离参比 值的状态重新回到参比值，以达到调节的目的。2.按所输入的参比信号的不同???定值控制系统： 系统的参比信号是恒定不变的 。 在生产进程中，大多数场合要求被控变量保持恒定， 或在一定的范围内变化。因此，定值控制系统在生产过 程控制中最常见。 随动控制系统： 系统的参比信号是一个不可预定的随机信号，多见 于复杂的自动控制系统中 程序控制系统： 程序控制系统的参比信号是一个己知的时间函数第二节 自动控制系统的过渡过程及质量指标? ? ? ?任务：消除干扰作用的影响，使被控变量保持在要求的 变化范围内或按给定的规律变化。 工作原理：被控变量的测量信号与参比信号的偏差大小 来改变控制作用的强弱，以克服干扰作用的影响。 控制系统的工作过程：一个检测偏差和消除偏差的过程。 意义：被控变量的变化情况、偏离参比值的最大程度以 及消除偏差的速度、精度等都是衡量自动控制系统质量 的依据。一、自动控制系统的过渡过程（一）、系统的动态与静态 ? 静态：被控变量不随时间变化的平衡状态，静态 过程是暂时的、相对的和有条件的。 ? 动态：被控变量随时间变化的不平衡状态，它是 控制作用不断克服干扰作用的影响、使被控变量 不断跟踪参比值的过程，即为自动控制系统的过 渡过程，也就是系统从一个平衡状态过渡到另一 个平衡状态的过程。（二）、 过渡过程的特性曲线影响因素：一是自动控制系统本身的特性，如调 节器的控制规律、被控过程的特性等等；二是控 制系统输入信号的形式，即干扰或参比信号变化 的方式。 1.系统分析与设计中的试验干扰信号 经常采用的典型的试验干扰信号有阶跃信 号、斜坡信号、脉冲信号和正弦波信号?（a）阶跃信号 （b）斜坡信号 （c）脉冲信号 （d）正弦波信号实验干扰信号实验采用阶跃干扰信号?这种阶跃干扰的作用比较突然，相对来说，对被 控变量影响较大。如果控制系统能够有效而及时 地克服这种干扰，则对其它较缓和的干扰也一定 能有效地加以克服。同时，这种干扰信号的形式 简单，容易实现，便于分析，实验和计算，因此 应用较广。2. 系统过渡过程的几种基本形式系统受到阶跃信号输入作用后 发散振荡过程 被控变量C的变化持振荡状态，其振荡幅度越来越大 发散振荡过程是一种不稳定的过程。 等幅振荡过程 如图 (b)所示，被控变量在某稳定值附近振荡，而振 荡幅度恒定不变。因此一般不采用。但若幅值不超出生产允许的范 围，那么这种过渡过程仍是允许的。它也是一种不稳定的过程。 衰减振荡过程 如图 (c)所示，被控变量围绕稳定值上下振荡，经过 两三个周期波动后，就稳定下来。一种稳定的过程，它的过渡过程 时间短，控制及时，且容易看出被控变量的变化趋势，因此应用广 泛。 非周期衰减过程 如图 (d)所示，被控变量在大于(或小于)稳定值的 范围内变化，当达到最大偏离幅度后，逐渐缓慢衰减直至最后被控 变量重新稳定在某一数值上。这种过渡过程也称稳定过程，但它与 衰减振荡过程相比，被控变量回复到平衡状态的速度慢。因此，多 被采用于不允许有振荡的场的场合。? ???过渡过程曲线 (a) 发散振荡 (b)等幅振荡(c)衰减振荡 (d)非周期衰减一个自动控制系统 的过渡过程，首先 应是一个渐趋稳定 的过程，这是满足 生产要求的基本保 证。其次，在大多 数场合下，应是一 个衰减振荡的过程。二、自动控制系统的质量指标余差C＝y(∞) ― r 最大偏差A(或超调量B)过渡时间t s 振荡周期T衰减比B：B` :n:1= 4:1～10:1质量指标1. 余差C 指过渡过程终了时，被控变量新的稳定值与参比值 之差，又称残余偏差。 C＝y(∞) ― r。 余差愈小，精度愈高，控制质量就愈好。但在实际 工作中，余差的大小只要能满足生产工艺要求就可以了。 2. 最大偏差A(或超调量B) 在衰减振荡过程中，即为第一个波峰值与参比值 之差， A＝y(t p)－r，式中y(t p)表示第一个波峰值。 从对生产过程的要求考虑，希望最大偏差要小。最大 偏差愈大，系统偏离生产规定的状态愈远，造成事故的 可能性愈大。有时，也用超调量B来表示。质量指标3.过渡时间t s 指从阶跃干扰作用开始到被控变量重新稳定 时的时间间隔，即整个过渡过程所经历的时间。 过渡时间是控制系统的一个很重要的质量 指标。过渡时间愈短，表明控制速度俞快，系统 抗干扰的能力愈强、控制质量愈高。因此，过渡 时间愈短愈好。质量指标4．衰减比n:1 指过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比B：B`， 一般衰减比在4:1～10:1之间较好，波动的次数以向上波 动两次，向下波动一至两次为宜。 5．振荡周期T 指从一个波峰到相邻的第二个同向波峰之间的时间， 振荡周期的倒数称为振荡频率。在相同的衰减比条件下， 振荡周期与过渡时间成正比。因此，振荡周期短些为好。[例] 某温度控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过 程曲线如图，试问该过渡过程的最大偏差、超调 量、余差、衰减比、过渡时间及振荡周期是什么？2.8 6 12解：由题可知： 最大偏差：2.8℃；超调量：2.8℃；余差： 0：衰减比：2.8：1；过渡时间：12s； 振荡周期：6s。第二章 被控过程特性?被控过程的特性：当被控过程的输 入变量发生变化时，其输出变量随 时间的变化规律(包括变化的大小， 变化的速度等等) （输入量） Q1 干扰变量Q2操纵变量被控变量 H（输入量）（输出量）被控对象动态数学模型???集中参数数学模型 模型中各个变量均按集中参数处理，常用微分方程 来描述。 分布参数数学模型 模型中各个变量均按分布参数处理，即各个变量不 仅时间的函数而且也是空间的函数，常用偏微分方程来 描述。 多级数学模型 模型中各个变量都是按时间离散变化的，机理模型 常常相当繁杂，需用计算机进行时间模拟。第一节 被控过程数学模型的建立?? ??采用数学方法求取被控过程的数学模型，只限于设备容 器比较简单、能量和物料变化过程和机理比较清楚的被 控过程。 通过静态和动态的物料平衡或能量平衡关系来推导出被 控过程的数学模型。 静态的物料(或能量)平衡关系是单位时间内进入被控过 程的物料量(或能量)等于单位时间内从被控过程流出的 物料量(或能量)。 动态的物料(或能量)平衡关系是单位时间内进入被控 过程的物料量(或能量)减去单位时间内从被控过程流出 的物料量(或能量)等于被控过程的物料(或能量)贮存量的水槽液位一、一阶对象数学模型dV dH ? A? dt dtQ2 ?H RSdH T ? H ? K ? Q1 dt令T=A ，K=RS T时间常数， K放大系数二、二阶对象数学模型水槽1的动态平衡关系为： （1 ） 水槽2的动态平衡关系为（2 ） 式（1）与式（2 ）相加得 （3）二、二阶对象数学模型同理，在Q2 、Q3 变化量极小时，水槽流出量与 液位的关系近似为： Q2=h l／Rs1 （4） Q2=h 2／Rs2 （5） 将式(4)和式(5)代入(2)(3)式 并求微分后，经整 理得：二、二阶对象数学模型令T1=A1? 1 ，T2=A2? 2 ， K= Rs2 ， 则 Rs Rs双容被控过程的二阶微分方程式，式中的Tl为水槽 1的时间常数，T2为水槽2的时间常数，K为被控 过程的放大系数。 ? 数学模型除了用方程式表示外，还可以用图形， 表格等形式来表示。第二节 被控过程的 特性描述一、被控过程的自衡特性 △H=K? 1 △Q × (1―e-(t - t0 / T) ? 破坏了被控过程的平衡 自身能重新恢复平衡的特 性 ? 当 t →∞ 时 ， △ H = K? 1 △QT dH ? H ? K ? Q1 dt无自衡被控过程?水泵的出口流量Q2不变， 因此它的动态方程为?无自衡特性被控过程在受 到扰动作后不能自动重新 恢复平衡，因此控制要求 较高。对这类被控过程除 必须施加控制外，还常常 设有自动报警系统。图所示为蒸汽锅炉的示意图，若以炉水位为被控 变量，试问以进水量为输入变量的水位被控过程 是否为为自衡被控过程?为什么??答: 有。二、被控制过程的静态特性?放大系数K：被控过程 重新达于平衡状态时 的输出变化量与输入 变化量之比，又称静 态增益，即：放大系数K??输出变化量与被控过程受到阶跃干扰作用后的变 化过程无关，只与该过程输出使初值和终值有关。 被控过程的静态特性参数。 在相同的输入变化量作用下，被控过程的放大系 数越大，输出变化量就越大，亦即输人量对输出 量的影响越大，被控过程的自身稳定性越差；放 大系数K越小则被控过程的自身稳定性越好。放大系数K图 静态特性曲线 （a）K―常数 (b) K ≠ 常数?放大系数K不为常数的被控过程，称为非线性被控过程，对非线性被控过程的控制 是比较困难的。三、被控过程的动态特性时间常数T和滞后时间τ时间常数T 指当被控过程受到阶跃输入 作用后，输出变化量达到新 的稳态值(如Δ H（t →∞）)的 63.2%所需要的时间。 Δ H（t =T）=0.632Δ H（t →∞）?一阶特性曲线时间常数T??物理意义是当被控过程受到阶跃输入作用后，输 出变量一直保持初始的变化速度，而达到新的稳 态值时所需要的时间 。 特性曲上求取时间常数的方法是从该曲线的初始 点作切线，并将其延伸与新的稳态值相交，交点 处所对应的时间就是时间常数T的数值。从曲线 初始点所作切线的斜率对应输出变量的初始变化 速度：d(Δ H) / T = KΔ Q1／T，t = 0 。时间常数T??时间常数反映了被控过程受到 输入作用后，输出变量达到新 的稳定值的快慢，它决定了整 个动态过程的长短，因此称它 为被控过程的动态特性参数。 时间常数T的大小反映了被控 过程的惯性，T越大，则被控 过程的惯性越大，受到输入作 用后，输出变量的变化越慢。 反之亦然 。不同时间常数下一阶特性曲 线(T4&T3&T2&T1)滞后时间τ传递滞后和容量滞后?传递滞后，传递滞后 又叫纯滞后，是由于信号的传输、介质的 输送或热的传递要经过一段时间而产生的， 常用传递滞后时间τ 0 来表征共滞后的程度蒸汽直接加热系统滞后时间τ??容量滞后 容量滞后又叫过渡滞后，一般是由于 物料或能量的传递需要经过一定的阻力而引起的， 或者说是由于容量数目过多而产生的。 特征是当输入阶跃作用后，被控过程的输出变量 开始变化很慢，然后逐渐加快，接着又变慢，直 至逐渐接近稳定值滞后时间τ?容量滞后时间τ c的 求法如图所示。由特 性曲线的拐点o处作 切线，与时间轴相交， 其交点与h2开始变化 的起点之间的时间间 隔就为容量滞后时间 τ c 。双容液位被控过程 特性曲线?滞后时间为被控过程的动态特性参数。?传递滞后的存在不利于控制。但若引用微分 控制作用，能有效地加以抑制。?从原理上讲，传递滞后 和容量滞后的本身是不 同的，但实际上很难区 别，当两者同时存在时， 通常把这两种滞后时间 加在一起，统亦为滞后 时间，用τ 来表示。从 数值上讲τ ＝τ ０＋τ c ，滞后时间[例]为求出某对象的对象特性，实验测定得到此对 象特性曲线如图所示。 1．试判断对象有无“自衡”能力? 2．根据图上给定的数值，试估算该对象的特征参 数―放大倍数K、时间常数T和纯滞后时间τ 的值 是多少?1．有自衡。 2． 输出变化量 10 K? ? ? 2.04?10?4 (℃／ Pa) 输入变化量 4.903?104 T＝16―2＝14(min) τ =2(min)已知下列调节对象： A. 截面积大的贮槽液位；B．截面积小的贮槽液 位；C.蒸汽夹套加热器温度； D．蒸汽直接加热 器温度；E.管道流量 试判断其中哪个对象滞后最大，哪个对象最小。 答：从大到小：C. D. A. B.E (温度、压力、液位、流量)试判断如图2-2-14所示的夹套换热器内温度 被控过程(以蒸汽量为输入变量)有无滞后现 象?是何种滞后?为什么?答：有 纯滞后和容量滞后。第三节 被控过程特性的实验求取方法数学法和实验法 一、反应曲线法 ? 反应曲线能形象地反映出被控过程的静态和动态特性。 ? 优点是简单、容易实现。 反应曲线法为实验分析及数据 处理带来了方便 ? 不足之处是实验测取精度较差。 提高实验测取精度，可以增大输入变化量x。 ? 反应曲线法适用于工艺过程比较简单，其它干扰因素较 小的场合。在反应曲 线的起始 点上作切 线，它与 新的稳态 值y∞相交， 交点所对 应的时间 即为时间 常数。反应曲线二、矩形脉冲法??矩形脉冲法就是用实验的方法测取被控过程在矩 形脉冲输入信号x作用下，输出变量y随时间的变 化规律。其输入信号的形式及一阶被控过程输出 变量的变化形式 。 矩形脉冲法也具有形式简单，容易实现的优点， 并且由于人为加入的输入信号在作用一段时间后 就被取消，可以加大输入信号的幅值x0，从而相 对削弱了其它干扰因素的影响 。? ? ?时域方法 频域方法(其输入信号为正弦波信号) 统计研究方法(其输入信号为随机信号)多数是在阶跃 输入信号作用 下进行的，因 此使用矩形脉 冲法得到的被 控过程输出变 量的特性曲线， 一般要进行数 学处理，使之 转换，成阶跃 响应曲线，再 进行分析。矩形脉冲反应曲线法[例]某被控过程在单位跃阶输入信号作用下的被控变量变 化曲线入图所示。试求该被控过程的放大系数、时间常数 和滞后时间各是多少？解： K=Y/X=4/1=4 作图； Τ=3.6-1.5=2.1S τc =1.5S1.5 3.6第四章 调节器???第一节 概 述 调节器的控制规律是指调节器输出信号与输入信号之间 随时间变化的规律。它通常是在调节器输入端加入一阶 跃信号，研究其输出信号随时间变化的规律。 Δy=f (e) e=Z-r 控制规律有比例(P)，积分(I)和微分(D)控制三种。由这 些控制规律组成P，PI，PD，PID等几种常用的工业型 调节器。 分类：电动和气动调节器表项目电动与气动调节器特性比较气动调节器 有限制 较慢 电动调节器 一般无限制 快速信号传送距离 动态响应可靠性防爆性高安全较好要采取一般措 施 可直接联用 容易实现 影响较大计算机联用自动排除故障 突然中断能源需经转换难于实现 能维持一段时 间第二节 基本控制规律及其 对控制过程的影响一、双位控制规律――继电接触控制规律 ymax(e ＞0）（或e ＜ 0) y(t)= ymin 或e ＜ 0) (或e ＞0） 双位控制规律是当测量值大于(或小于)给定值时， 调节器的输出为最大(或最小)值，即调节器只有 两个输出值，执行器也相应有“开’’或“关” 两个极限工作位置。采用双位控制的温度系统实际双位控制双位控制器范围及特点??双位控制适用于单容量对象及对象特性好、负荷 变化较小、过程滞后小、工艺允许被控参数在一 定范围内波动和要求不高的场合。 双位调节器结构简单，容易实现控制，因此，在 工业生产、科研及实验室中得到广泛应用，例如 压缩空气的压力控制，一些恒温箱、电烤箱、管 式炉的温度调节，贮槽的水位控制等。二、比例控制规律1．比例放大倍数 比例控制规律是调节器的输出变化量与输入偏差 变化量之间成正比关系，即 Δy=KP? e 式中 KP调节器的比例放大倍数(或比例增益)P输入输出曲线a e ? b ?y?y ?a e ? KP ? e b2.比例度方及其大小对控制系统的影响?比例度δ 工业生产上所用比例调节器常采用比 例度(比例带) δ来代替KP，表示比例调节作用的 强弱。 e /( x max ? x min ) ?? ?100% 比例度δ的定义为?y /( ymax ? ymin )式中e――调节器输入信号变化量(偏差信号) xmax-xmin――调节器输入信号范围(仪表输入量程)δ??物理意义是：要使调节 器输出变化全量程时， 其输入偏差变化量占满 量程的百分数，即为比 例度。 当比例度越小时，要使 输出变化全量程，所对 应的输入变化量也越小， 比例增益也就越大。[例]一个气动比例液位调节器，其液位的测量范 围为0～1.2m，若指示值从0.40m增大到0.60m， 比例调节器的输出气压从0.05Mpa到0.07Mpa， 试求调节器的比例度及放大系数？ 解：由题意可知?? e /( x max ? x min ) ?100% ?y /( ymax ? ymin )（0.60 ? 0.40） 1.2 ? 0) /( ?? ?100%=66.7% （70 ? 50） 100? 20) /(对于单元组合仪表有： 放大系数Kp=1/ δ =1/66.7%=1.5(2)比例控制系统余差的产生 (3)含大小对控制系统的影响为了减小余差，可以增大比例增益KP 工业上常见系统的比例度选取范围为： 压力控制系统方＝30％~70%； 流量控制系统方＝40％~100%； 物位控制系统方＝20％~80%；特点及使用场合??比例控制的特点是动态反应快，控制及时，只 要有偏差输入，输出立刻产生一个与输入成比 例的输出变化信号。比例控制的缺点是控制结 果有余差。 比例控制适用于干扰变化幅度小，对象自衡 能力强，滞后(指τ/T，)较小，控制质量要求不 高，允许有一定余差的场合。比例作用压力控制器比例式液位调节原理三、积分控制规律1.纯积分控制规律及特点 积分控制规律是调节器的输出变化量Δy与输 入偏差变化量e的积分成正比。 单独积分控制在工业上是不用的 2. 比例积分控制规律及特点 (1)比例积分控制规律积分规律t 0?y(t ) ? K I ? e(t )dt0t?y( t ) ? K I ? e( t )dt ? K I Atey(2)PI控制的积分时间TI及其 对控制系统的影响?积分时间TI：在阶跃偏差输入作用下，调节器输??出变化达到比例输出变化量2倍时所需时间。 积分时间TI 是表征积分控制作用强弱的一个重 要参数。当积分时间了I越小(KP 越大)时，直线 上升越快，积分控制作用越强。 积分时间TI，趋于无穷大时，就没有积分作用， 调节器实际上成为纯比例调节器。比例积分作用压力控制器?? ?工业上常见控制系统的积分时间间范围为：压力 控 制 系 统 TI ＝ 0.4~3min ， 流 量 控 制 系 统 TI ＝ 0.3~lmin(对液位控制系统可不加积分)，温度控 制系统TI＝3~10min。 优点是能消除余差。但当对象滞后很大，负荷变 化剧烈时，控制不离及时，控制时间较长。 适合于控制对象负荷变化不大，过程较缓慢，惯 性不大容量滞后小和工艺要求不允许有余差的场 合。四、微分控制规律1. ?理想微分控制规律及特点 规律：输出与输入偏差的变化速度成正比， 数学表达式为 de?y D ? TD dt2．实际比例微分(PD)控制规律及特点(1)PD控制规律 实际的比例微分控制作用是由比例度为δ ＝100％的比例作用和微分为指数规律变化的近似微分 作用组合的。?y P D ? K P ? e ? K P e(K D ? 1)e?KD TDKD为微分增益，它仅与调节器类型有关，膜片式气动调节 器KD＝6，波纹管式气动调节器KD＝10，电动DDZ―Ⅱ 型调节器KD＝5，DDZ―Ⅲ型调节器KD＝10等。PD规律TD 越小，曲线按指数规律下降 得越快，表明微分作用越弱。(2)实际PD控制的微分时间TD及其 对控制过程的影响?y ? KPA ? 0.623KPA(KD?1)? ?说明比例微分调节器经过时间常数T后，输出从最大值 下降了微分作用部分最大输出值的63.2％(即下降到微 分作用输出值的36.8％)。 微分时间TD是表征微分控制作用强弱的一个重要参数。 当微分时间TD 增大时，微分曲线下降慢，微分作用增 强；反之，TD 减小，微分曲线下降快，微分作用减弱。 当了TD＝0时，无微分作用，比例微分调节器变为δ ＝ 100％的纯比例调节器。?? ?若微分时间TD 太大，微分作用太强，反而不利 于系统的稳定。工业上常见系统的微分时间TD 为：压力、流量、液位系统一般可以不加微分， 对温度控制系统TD＝0.5~3min。 微分调节器的优点是具有超前控制、抑制变 化、稳定系统的作用，但不能消除余差。 适合于被控对象负荷波动较大，时间常数TD 较 大，控制快速，且工艺允许有余差的场合五、比例积分微分控制规律比例积分微分(PID)控制规律是调节器的输出量 对输入偏差信号进行比例、积分、微分三种控制 作用结果的组合。其数学表达式为： 1 de 理想PID ?yP ID ? K P (e ? ? edt ? T D )TI dt实际PID 阶跃e=AK ? D 1 ?yP ID ? K P [e ? ? edt ? e(K D ?1)e T t ) TIKPA ?yP ID ? K P A ? ? K P (K D TIK ? D ? 1)e T t?适合于被控对象 负荷变化较大， 容量滞后较大， 干扰变化较强， 工艺不允许有余 差，且控制质量 要求制较高的场 合小结? ? ? ? ?PID调节器的控制质量最好，余差为零，动偏差较小， 调节时间较短。 PI调节器控制质道较高，余差为零，动偏差较大，调节 时间较长。 PD调节器控制质量较好，动偏差小，调节时间短，但 结果有余差。 P调节器控制质量不理想，余差较大，调节时间最长。 纯I调节器控制质量最差，一般不单独使用。?? ? ?液位：一般要求不高，用P或PI控制规律； 流量：时间常数要，测量信息中有杂音，用PI或 加反微分控制规律； 压力:介质为液体的时间常数小，介质为气体的 时间常数中等，用P或PI控制规律； 温度：容量滞后较大，用PID控制规律；模拟控制器 可编程调节器第五章 变送器y 变送器在自动检测和控制系统中的作用，是 ymax 对各种工艺参数，如温度，压力、流量、液位、 成分等物理量进行检测，以供显示、记录或控制 之用。无论是由模拟仪表构成的系统，还是由计 算机控制装置构成的系统，变送器都是不可缺少 y min 的环节，获取精确和可靠的过程参数值是进行控 0 x min x max x 制的基础。 变送器的理想输入输出特 二、分类：按照被控参数分类，变送器主要有差压变送 性 器、压力变送器、温度变送器、液位变送器和流 量变送器等。 变送器的理想输入输出特性如图3－1所示。 x max 和 x min 分别为变送 器测量范围的上限值和下限值，即被测参数的上限值和下限值。图中， xmin ? 0 。y max 和 y min 分别为变送器输出信号的上限值和下限值，对于模 拟式变送器， ymax 和 ymin 即为统一标准信号的上限值和下限值；对于智能式 变送器， y max 和 y min 即为输出的数字信号范围的上限值和下限值。一、作用：由图3－1可得出变送器的输出一般表达式为 x ? ymax ? ymin ? ? ymin y? xmax ? xmin 式中 x----变送器的输入信号； y----相对应于X时变送器的输出。yy maxy min0 x minx max x三、模拟式变送器的构成原理模拟式变送器完全由模拟元器件构成，它将输 入的各种被测参数转换成统一标准信号，其性能也 完全取决于所采用的硬件。从构成原理来看，模拟 式变送器由测量部分，放大器和反馈部分三部分组 成，如图3－2所示。在放大器的输入端还加有调与 零点迁移信号 ? , ?由零点调整（简称调零） 和零点迁移（简称迁移）环节产生。图3－1 变送器的理想输入输出特性zz在小型电子式模拟变送器中，反馈部分常常仅由几个电阻和电位器 构成，因此常把反馈部分和放大器合在一起作为一个负反馈放大部分看 待；或者将反馈部分合放大器合做在一块芯片内，这样变送器即可看成 由测量部分合负反馈放大器两部分组成。另外，调零和零点迁移环节也 常常合并在放大器中。四、智能式变送器的构成原理智能式变送器由以微处理器（CPU）为核心构成的硬件电路和由系 统程序、功能模块构成的软件两大部分组成。 (1) 智能式变送器的硬件构成 存储器 通常，智能式变送器 x A/D转 传感器组件 微处理器 通信电路 数字信号 的构成框图如图3－3（a） 换器 所示；采用HART协议通信 （a）一般形式 方式的智能式变送器的构 存储器 成框图，如图3－3（b）所 x D/A转 A/D转 示。所谓HART协议通信方 传感器组件 微处理器 FSK信号 换器 换器 式，是指在一条电缆中同 通信电路 时传输4－20mADC电流信号 （b）采用HART协议通信方式 和数字信号，这种类型的 图3－3 智能式变送器的构成原理 信号称为FSK信号。五、变送器的共性问题变送器在使用之前，须进行量程调整和零点调整。 y 1..量程调整y max量程调整的目的，是使变送器的输出信 号上限值 y max 与测量范围的上限值 xmax 相 对应。图3-4为变送器量程调整前后的输入 输出特性。由该图可见，量程调整相当于改 变变送器的输入输出特性的斜率，也就是改 变变送器输出信号y与输入信号x之间的比例 系数。y min0xminx ' maxx maxx2.零点调整和零点迁移图3－4 变送器量程调整 前后的输入输出特性零点调整使变送器的测量起点为零，而零点迁移是把测量的起始 点由零迁移到某一数值（正值或负值）。测量的起始点由零变为某 一正值，称为正迁移；反之，当测量的起始点由零变为某一负值， 称为负迁移。图3-5为变送器零点迁移前后的输入输出特性。由图3-5可以看出，零点迁移以后，变送器的输入输出特性沿x坐标向 右或向左平移了一段距离，其斜率并没有改变，即变送器的量程不变。 进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表的测量精度。 零点调整的调整量通常比较小，而零点迁移的调整量比较大，可达量 程的一倍或数倍。 各种变送器对其零点迁移的范围都有明确规定。 零点调整和零点迁移的方法，对于模拟式变送器，是通过改变加在放 大器输入端上的调零信号 的大小来实现，参见图3-1；对于智能式变送 ? 器，也是通过组态来完成的。zy maxyy maxyy y maxy min0 (a) 未迁移y miny minx maxx0xmin(b) 正迁移xmax xxmin 0xmax x(c) 负迁移图3－5 变送器零点迁移前后的输入输出特性变送器在使用时，总是希望其输出信号与被测参数之间成线性关系， 但由于传感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系， 因此，为了使变送器的输出信号y与被测参数x之间呈线性关系，必须进 行非线性补偿。x检测元件x'测量部分zi＋z?放大器_y3.线性化对于模拟式变送 器，非线性补偿 方法通常有两种， 如图3-6所示： 1 使反馈部分 与传感器组件具 有相同的线性特 性； 2 使测量部分 与传感器组件具 有相反的线性特 性。zf反馈部分(a) 反馈补偿 x检测元件x'测量部分zi＋z?放大器_yzf反馈部分(b) 测量补偿方法1的非线性补偿原理如图3-6（a）所示。由图可见，由于反馈部 分与传感器组件具有相同的非线性特性，而负反馈放大器的特性是反馈 部分特性的倒特性，因此负反馈放大器的特性刚好与传感器组件的非线 性关系相反，结果使得变送器输出信号Y与输入信号X之间呈线性关系。 方法2的非线性补偿原理如图3-6（b）所示。由图可见，由于测量部 分与传感器组件具有相反的非线性特性，刚好补偿了传感器组件的非线 性，因此输入放大器的信号特性是线性的，只要负反馈放大器的特性是 线性的，则变送器输出信号Y与输入信号X之间呈线性关系。 对于智能式变送器来说，只要预先将传感器的特性存储在变送器的 EPROM中，通过软件是很容易实现非线性补偿的。4.变送器信号传输方式通常，变送器安装在现场，它的气源或电源从控制室送来，而输出 信号传送到控制室。气动变送器用两根气动管线分别传送起源和输出信 号。电动模拟式变送器采用二线制或四线制传送电源或输出信号。智能 式变送器采用双向全数字量传送信号，即现场总线通信方式；目前广泛 采用一种过渡方式，即在一条通信电缆中同时传输4-20mADC电流信号和 数字信号，这种方式称为HART协议通信方式。智能式变送器的电源也由 通信电缆传输。QTL-500 比例 积分 调节器第五章 执行器? ??分类：能源形式可分为气动、电动和液动三大类 各种类型的执行器均是由执行机构和调节机构两 大部分组成的。电动和气动执行器主要区别是执 行机构有所不同，而调节机构大体相同。 辅助装置有阀门定位器、手轮机构等第一节气动执行器的组成和类型一、执行器的组成 执行机构和调节机构两部分组成 1. 执行机构 ? 执行器的推动装置，它据控制信号的大小产生 相应的推力，推动调节机构动作用。 ? 结构分为薄膜式、活塞式和长行程式气动薄膜执行机构有正作用(ZMA型)和反作用 (ZMB型)两种形式 ；当输入气压信号增大时， 输出推杆向下移动的称正作用式执行机构。二、调节阀 的类型1.直 通 单 座 调 节 阀?一个阀芯和阀座?适用于管道直径不大、低压差和要求阀的泄漏量较 小的场合。二、调节阀的类型2.直通双座调节阀 ? 两个阀芯和阀座 ? 适合于大管道、大流量、 高压差、泄漏大的场合， 但阀体流路较复杂，不 适用于高粘度、含纤维 和固体颗粒的液体介质 的调节。3. 角型调节阀? ? ?阀体为直角外，其它结构与 单座阀相类似 特点：流路简单，阻力小， 稳定性好，不易堵塞 角型阀适合于高压差、高粘 度、含有悬浮物和颗粒物质 流体的调节，可避免结焦和 堵塞，也便于自净和清洗4. 隔膜调节阀??用耐腐蚀衬里的阀体和 耐腐蚀的隔膜代替阀芯 和阀座 ； 适用于强酸、强碱等强 腐蚀性介质、要求泄漏 量极小、高粘度及悬浮 颗粒流体的调节。5. 蝶阀――翻板阀特点：结构简单， 六路阻力小，泄漏 量大。 范围；各种液体、 气体、蒸汽及含有 悬浮物颗粒和浓浊 浆状的流体。特别 适用于大口径、大 流量、泄量大、低 压差的场合。第二节 调节阀的流量特性?控制阀的流量特性是指被调介质流过调节阀 的相对流量与阀门的相对开度(相对位移)之 间的关系，数学表达式为?流量特性通常有两种形式： 理想流量特性 工作流量特性l ? f( ) Qmax LQ理想流量特性???主要有直线、等百分比(对数)、抛物线及快开等 几种。 阀门制造厂厂家和执行器手册上提供的流量特性 均指理想流量特性 取决于阀芯的结构形状特性图 不同流量特性的阀芯形状 1―快开 2――直线 3――抛物线 4――等百分比隔膜阀的流量特性接近快开特性； 闸阀的流量特性接近抛物线特性； 蝶阀的流量特性接近等百分比特性调节阀的选用? ? ?口径的选用 结构与流量 特性 气开与气关 形式的选择气动执行器：气开式? ?气关式 。?气关式：当有气压信号时阀关，无气压信号时阀开的称； 反之为气开式。 由于执行机构有正反作用，调节阀(具有双导向阀芯的) 也有正、反作用，因此气动执行器的气关或气开即由此 组合而成。 气开，气关的选择主要从工艺生产上的安全要求出发， 考虑原则是信号压力中断时，应保证设备和人身的安全。 如果阀处于打开位置时危害性小，则应选用气关式，以 便一旦气源系统发生故障。气源中断时，阀门能自动打 开，保旺安全；反之刚用气开式。组合方式表序号执行机 构凋节器气动执 行器12 3 4正正 反 反正反 正 反气关 (正) 气开 (反) 气开 (反) 气关 (正)阀门定位器? ???阀门定位器是气动执行器的主要附件 气动执行器配套组成闭环系统，可以改善阀的特 性，利用阀杆位移反馈来提高阀门定位的精度和 灵敏度。 能输出较大功率的信号压力，克服阀杆的摩擦力 和消除调节阀不平衡力的影响，从而保证阀门位 置按控制器送来的操纵信号实现正确定位。 阀门定位器分为气动和电动两大类变送器? ? ??测量部分 杠杆部分 位移检测部分 电磁反馈机构I0 ? l1l x A ?Pi l3 ( l 2 ? l x ) K fl1l x A Kp ? l3 ( l 2 ? l x ) K fI0 ? K p ?PiFil1 ? FX (l2 ? lx ) Fi ? A?PiFf l3 ? FxlxFf ? Kf I0l x (l x A?Pi ? F0l4 ) I0 ? ?Pi l3 (l2 ? l x )K f l4 I0 ? K p (?Pi ? F0 ) l1A第六章 简单控制系统??组成：一个被控变量、一个测量元件、一个调节 器、一个执行器 特点：单回路负反馈控制系统，结构简单，易于 分析设计、便于工程实施。第一节 单回路控制系统设计的基本知识一、被控变量的选择 ? 方法； 直接参数控制 间接参数控制 ? 原则； (1)若直接参数信号能够获得，而且其测量和变送信号滞后与被 控过程的滞后相比较小时，应尽量选择直接参数作为被控变量； (2)若无法获取直接参数信号，或其测量和变送信号滞后较大时， 可选择与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控变量； (3)作为被控变量，必须是可测的，并有足够大的测量灵敏度； (4)选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和可供选用的仪表产品 现状； (5)被控变量应是独立，可控的。二、操纵变量的选择? ? ?被控通道：从操纵变量到被控变量所经过的环节 干扰通道：从干扰变量到被控变量所经过的环节 原则： ① 首先从工艺上的合理性考虑，所选操纵变量 应是生产允许变化的，而且其控制过程中的变化范围也 是生产允许的。除物料平衡的控制之外，要避免使用主 物料流量作为操纵变量。 ② 作为操纵变量应具有较强的克服干扰影响的能力。 具体地说，就是控制作用对被控变量的影响要比干扰作 用对被控变量的影响灵敏有效，即控制通道的放大系数 要适当大一些，时间常数要适当小一些，而滞后时间越 小越好。被控变量；被加热介质的温度操纵变量 ：？被控变量；物料浓度操纵变量 ：？
三、测量和传递滞后测量滞后 1 尽量选择快速测量元件T测= 10 T被控 1 10 在测量元件之后引入微分作用 ? 传递滞后 1.介质的输送或热的传递要经过一段时间而产生 的滞后； 2.信号传递滞后；气动仪表?
克服或减小信号的滞后方法如下：（1）若测量信号为电信号，而调节器采用气动执 行器时，应将电―气转换器靠近调节器以缩短 气信号的传递距离； (2)若调节器输出为电信号，而系统采用气动执行 器时，应将电―气转换器靠近执行器或采用 电―气阀门定位器； (3)若调节器和执行器均为气动仪表时，可在传送 线上加气动继动器，或在执行器上加装气动阀 门定位器，以增大输出功率，减少传递滞后的 影响。四、控制规律的选择??? ?简单控制系统适用于控制负荷变化较小的被控过程，如 果负荷变化很大，无论选择哪种控制规律，简单控制系 统都无法得到满意的控制质量。 在一般的连续性控制系统中，比例控制是必不可少的。 如果控制通道滞后较小，负荷变化较小，而工艺要求又 不高时，可选用单纯的比例控制规律。 如果控制系统需要消除余差，就要选用积分控制规律， 即选择比例积分控制规律或比例积分微分控制规律。 如果控制系统需要克服容量滞后或较大的惯性，就要选 用微分控制规律，即选择比例微分控制规律或比例积分 微分控制规律。第二节 调节器参数的工程整定一、调节器参数对过渡过程的影响 ? 目的：设计一个衰减比为4：1~10：1的衰减振 荡曲线 ? 比例度、积分时间和微分时间的大小来决定二、调节器参数的工程整定方法???调节器参数整定的目的：按照已定的控制系统， 求取控制过程最好的调节器参数。 调节器参数的工程整定方法：避开被控过程特性 和数学描述，在被控过程运行时，直接在控制系 统中，通过改变调节器参数，观察被控变量的过 程，来获取最好的调节器参数的具体数值。 方法： 经验凑试法、衰减曲线法 临界比例度法一、调节器的参数对过渡过程的影响?作用太弱： δ、TI太大，即被控变量变化慢，过渡时间 长，系统不能较快达到稳定状态。(a) δ太大: 曲 线飘动太大、 变化不规则(b) TI太大: 曲线飘动、 缓慢接近参比量作用太强： δ、TI太小， TD太大（a) δ太小(b) TI 太小?TD太大控制作用强，造成过渡过程的n减小或不衰减，成 为等幅振荡或发散振荡。其中TD太大振荡周期最短。1.经验凑试法?经验凑试法是根据经验先将调节器参数放在某个 数值上，然后直接在运行的系统中，人为地加上 阶跃干扰作用，通过观察记录仪表上的过渡过程 曲线，并以比例度、积分时间、微分时间对过渡 过程的影响为指导，按照某种顺序反复凑试比例 度，积分时间及微分时间的大小，直至获得满意 的过渡过程曲线为止。被控 变量 流 量 温 度 压 力 液 位规 律 选 择δ 应较大，TI较短， 不用微分 多容量、滞后较 大，须用微分 容量滞后一般不 大，不用微分 在允许有余差时， 不必用积分， 不用微分积 分 微 分 比例度 时 间 时 间 δ （％) TI(min) TD(min) 40～ 100 20～60 30～70 0.1～ 1 3～10 0.4～ 3 0.5～ 320～80方法先只有比例作用，然后积分作用，再微分作用。 ① TI→∞， TD=0， 调δ 适当； ②调δ =1.2δ 适，调TI适当； ③减小及TI ，调TD适当，确定。 ? 先TI ， TD确定。 ① TI适当， TD=（1/3~1/4） TI ②调δ 适当。??简单可靠，容易掌握，适用于各种系统。特别是对于外 界干扰作用较频繁，过渡过程曲线不规则的系统，采用 这种方法更为适合。但这种方法对于调节器参数较多的 情，不易找到最好的参数。2.衰减曲线法??在工艺稳定的条件下，人为地加入阶跃干扰，然 后，先用经验凑试法求出纯比例作用下的合适的 比例度δ ，再根据经验公式或数据，选择比例 积分或比例积分微分作用时的整定参数 。 方法： ① TI→∞， TD=0， 调δ 适当； ②确定TI和TD。经验公式控制规律 P PI δ δ S 1.2δ TI 0.5 TS TDS SPID0.8δ0.3TS0.1 TS特点：简单可靠，容易掌握，而且质量高。但 这种方法要求在工艺稳定的条件下进行。3. 临界比例度法??首先求取在纯比例作用下的系统为等幅振荡过程 时的比例度δK和振荡周TK，然后根据经验公式 计算出相应的调节器参数。通常将等幅振荡下的 比例度和振荡周期分别称为临界比例度和临界周 期。 特点：容易观察，易于掌握。但使用临界比例度 法有两个前提条件，一是工艺允许被控变量作等 幅振荡；二是临界比例度不能太小。经验公式控制规律 P δ 2δKTITDPIPID2.2δ1.7δK0.85 TK0.5TK 0.13 TKK[例]某温度控制系统采用DDZ-Ⅱ型调节器，用临 界比例度法整定调节器参数，已测δ K =45%， TK=4min，试确定PID的调节器参数。 解 ：对于PID规律，由临界比例度法经验公式得δ =1.7δ K=1.7×0.45=0.765=76.5% TI=0.5TK=0.5×4=2min TD=0.13TK=0.13×4=0.52min[例]如图所示为过渡过程曲线的几种情况，试比较 它们的振荡情况，指出若获得衰减振荡曲线，调 节器的δ、TI如何调节？为什么？解: 由图可知： (a)δ、TI作用弱，使过渡过程曲线呈现非周期衰减。应减小δ、TI 。 (b)δ、TI作用强，使过渡过程曲线呈现等幅振荡衰减。应增大δ、TI 。 (c)、(d) δ、或TI作用强，使过渡过程曲线呈现发散振荡衰减。应增大δ、TI第三节 控制系统的投运步骤一、准备工作 ? 熟悉工艺过程 熟悉控制方案 ? 熟悉仪表 全面检查 二、控制系统投运 ? 测量仪表的投运及执行器的手动遥控 ? 手动控制 ? 手动和自动的切换复杂控制系统? ? ? ? ? ?串级控制系统 比值控制系统 前馈控制系统 均匀控制系统 分程控制系统 多冲量控制系统举例控制：T1、 T2、 T3、 T4、 T5、P组成?设备空气干燥器、喷雾干燥塔、悬风分离器、附聚器、二次干 燥器、冷却器、定量泵仪表 1.喷雾干燥塔的过程控制系统?热风温度和排风温度2.其他装置的过程控制系统控制力理论发展? ?? ??气动控制系统PCS ：就地操作模式 过程控制体系 ACS：基于0－10mA或4－20mA的电流 模拟信号。三大控制论的确立奠定了现代控制的基础； 控制室的设立，控制功能分离的模式一直沿用至今 。 过程控制体系CCS ：开始了数字计算机的应用 过程控制体系DCS：整个控制系统不再是仅仅具有一台 计算机，而是由几台计算机和一些智能仪表和智能部件 构成一个了控制系统。分散控制。 过程控制体系FCS各个模块如控制器、执行器、检测器 等挂在一条总线上来实现通信 。现场控制；数据的传输 采用“总线”方式。