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系统阶跃响应的单项性能指标 单项性能指标包含了对控制系统的稳定性、准确性和 快速性三方面的评价。 1）衰减比 n 和衰减率ψ 2）最大动态偏差 A和超调量 σ 3）余差 C 4）调节时间 Ts 和振荡频率 ω 另外：还有峰值时间 Tp（又称上升时间）
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稳定性 衰减比n = 4:1~10:1最佳 准确性 余差C小好 最大偏差 A 小好 快速性 过渡时间 Ts 短好 振荡周期 T 短好
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精馏塔控制方案
• 精馏塔是一个多变量被控过程，在许多被控变 量和操纵变量中，选定一种变量配对就构成了 一个精馏塔的控制方案。
• Shinskey提出精馏塔变量配对的3条准则：
– 当仅需要控制塔的一端产品时，应当选用物料平衡方式来控制 该产品的质量 – 塔两端产品流量较小者，应作为操纵变量去控制塔的产品质量 – 当塔的两端产品均需要按质量控制，对含纯产品较少、杂质较 多的一端的质量控制选用物料平衡控制，而含纯产品较多、杂 质较少的一端的质量控制选用能量平衡控制。
实验测试法
由过程的输入输出数据确定模型的结构和参数。这种方法不需 要过程的先验知识，把过程看作一个黑箱。但该方法必须在已经 建立了过程后才能进行，而且得到的结果无法类推至设备尺寸和 型号不同的情况。
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过程数学模型的建立
机理分析法：
机理分析法是通过对过程内部机理的分析，推导出描述过程输入输
出变量之间关系的数学模型。 针对不同的物理过程，可采用不同的定理定律。 如电路采用欧姆定律和希尔霍夫定律； 机械运动采用牛顿定律；
1、串级控制系统 2、前馈控制系统 3、比值控制系统 4、均值控制系统 5、选择控制系统 6、分程控制系统 7、阀位控制系统
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4.1串级控制系统的组成
• 串级调节系统方块图：
二次扰动 设定值 一次扰动 主参数

主调节器

副调节器
执行阀
副 对象
主 对象
副参数
副检测变送器 主检测变送器
串级控制系统中常见的名词术语：
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期末考试
考试时间：6月12日 18:00-20:00 地 点：6教北108,6教北110 一共6道题
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祝 考试顺利，暑假愉快！
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操纵变量/控制变量： 塔顶产出量D 塔底产出量B 回流罐排气量DG 回流量L 再沸器加热量QH 冷凝器冷却量QC
QC
QC
P
DG
TD
LD
精 馏 塔
F
V
TB
LB
L
D xD
影响物料平衡
QH
B xB
改变能量平衡
扰动变量： 进料量，进料浓度，进料温度与热焓变化等
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精馏塔的控制问题
外部扰动 (进料的流量,组成与温度等) 操作变量/控制变量 塔顶采出量 D 回流量 L 塔底采出量 B 再沸器上升蒸汽量 QH 冷凝器冷却量 QC 塔顶汽相采出量 DG 被控变量 塔顶产品纯度 xD 精馏 过程 回流罐液位 LD 塔底产品纯度 xB 塔底液位 LB 塔顶压力 P
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习题4.1.2
为保证精馏塔提馏段重组分产品质量，拟采 用以再沸器热蒸汽流量为副变量、提馏段灵 敏板温度为主变量的串级控制方案，工艺要 求在供气中断时切断热源，试： 1）确定控制阀气开、气关特性。 2）确定控制阀的正反作用。 3）画出控制系统方块图。 4）简单说明流量副回路的主要作用。 5）确定主控制器的正反作用。 6）确定副控制器的正反作用。 7）由于扰动的影响，使蒸汽流量突然增大， 简述串级控制系统如何克服该扰动。 8）由于扰动的影响，使提馏段的温度突然 升高，简述串级控制系统如何克服该扰动。
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精馏塔控制方案
不同精馏塔生产工艺，产品质量标准不一样，对控制 的要求各不相同，因而精馏塔控制方案较多。
给出常见的几种方案： (1) 物料平衡控制方案 (2) 按精馏段指标的控制方案 (3) 按提馏段指标的控制方案 (4) 两端产品质量控制方案
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第10章 锅炉控制
锅炉汽包水位控制系统 过热蒸汽温度控制系统 锅炉燃烧过程控制系统
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P102 习题6
29
4.4 选择控制系统
• 问题提出
一旦生产中遇到特大干扰作用或其它不正常、不安全工 况时，传统控制系统往往不能或不允许运行，这种情况 解决的方法是采用选择性控制系统。 设置声光报警 硬性保护 采用信号联锁装置
软性保护：既能起自动保护作用而又不停产的所谓选择性控 制系统。
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比值系数的换算
要实现比值控制，首先就必须将工艺上的流量比值系数K 换算成仪表上 的信号比值K1。根据流量与测量信号间是否成线性关系，换算方法不同。 流量与测量信号成线性关系时，仪表比值K1为
Q1max K1 K Q2max
2 Q1max
流量与测量信号成非线性关系时，仪表比值
K1 K 2
2 Q2max
先副回路， 后主回路
主、副变量，主、副控制器（调节器），主、副对象，主、 副检测变送器，主、副回路。
作用在主、副对象上的干扰分别为一、二次干扰。
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习题4.1.1
某物料加热后与添加料混合， 工艺要求混合时物料温度θo稳 定，工艺采用改变换热器蒸汽 流量Qs来稳定罐内温度θo 。 影响θo的因素有：阀前蒸汽压 力Ps，冷物料流量Qi和温度θi ， 环境温度θc等。 为提高温度控制系统的动态品质，克服扰动影响，拟采用串级 控制，试确定: (1) 控制阀气开，气关形式；(2) 控制阀正反作 用；(3) 控制系统方框图和带控制点的工艺流程图；(4) 确定控 制器的正反作用；(5) 如果蒸汽阀门压力突然增大，温度控制 系统如何克服扰动？(6) 如果冷物料流量突然增加，温度控制 系统如何克服扰动？
加热炉 锅炉
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第9章 精馏塔控制系统
精馏塔的控制目标
精馏塔的静态特性
精馏塔质量指标的选取
精馏塔的基本控制方案
精馏塔的复杂控制方案
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精馏塔的控制问题
精馏塔变量分析
被控变量： 塔顶压力P 回流罐液位LD 塔底液位LB 塔顶产品质量xD : 灵敏板温度TD 代替 塔底产品质量xB : 灵敏板温度TB 代替
如果系统同时存在冷水流量和蒸汽压力的情况下， 冷水流量怎么处理？蒸汽压力怎么处理？
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4.3 比值控制系统
比值控制系统是实现两个或两个以上物料保持一定比例关系 的控制系统。 物料中处于主导地位的成为主动量，用Q1表示，另一种物料 成为从动量，用Q2表示。工艺上要求两种物料的比值系数为
K Q2 Q1
⑷ 消除中间变量，即得到输入、输出变量的微分方程。
⑸ 若微分方程是非线性的，需要进行线性化处理。 ⑹ 标准化。即将与输入有关的各项放在等号右边，与输出有关的各项放在
等号左边，并按将幂排序。
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例题2.1
已知某换热器被控变 量是出口温度 θ ，操 纵变量是蒸汽流量 Q 。140 在蒸汽流量作阶跃变 120 化时，出口温度响应 曲线如图所示。 该过程通常可以近似 作为一阶滞后环节来 处理。试估算该控制 通道的特性参数 K 、 T 、 τ，写出该控制通 道的动态方程 。
流体运动采用质量守恒和能量守恒定律；
传热过程采用能量转化和能量守恒定律等。
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过程数学模型的建立
微分方程建立的步骤归纳如下：
⑴ 根据实际工作情况和生产过程要求，确定过程的输入变量和输出变量。
⑵ 依据过程的内在机理，利用适当的定理定律，建立原始方程式。 ⑶ 确定原始方程式中的中间变量，列写中间变量与其他因素之间的关系。
4
例题1.1
P13 习题4
5
第二章 过程建模与过程特性
1、过程特性 2、机理建模方法 3、实验建模方法
6
过程特性
控制通道过程特性
mv (t)
mv (s) Gp(s)
pv (t)
pv (s)
• 静态特性
过程输出变量与输入变量之间不随时间变化的数学关系。 pv (t) =f ( mv (t) )
c
HS：
当a>b时，c=b 当a>b时，c=a
当a<b时，c=b
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第6章 流体输送设备控制
流量控制的特点 泵与管路流量控制 离心式压缩机的流量控制 离心式压缩机的防喘振控制
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第8章 传热设备控制
热交换过程的静态特性 一般传热设备的控制 加热炉的控制 传热设备：

换热器 蒸汽加热器 再沸器 冷凝冷却器
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习题4.1.3
P101 习题5
22
4.2 前馈控制系统
前馈控制的由来与原理 前馈控制系统的特点 前馈控制系统的结构形式 前馈反馈与前馈串级： 工艺流程图 方框图 工作原理
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前馈控制与反馈控制比较 P69-70 (1)-(5)
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要实现对扰动F (S )的完全补偿，则必须有：
W f (S ) WFF (S )W 0(S ) 0
被控对象
测量变送
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小结

被控变量和操纵变量（控制变量）的选取 控制规律的选择(P, I, D)
控制器正反作用确定
执行阀气开、气闭形式


简单控制系统动态过程分析
控制器参数整定 工艺流程图及方框图
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P56-57 习题1-3
另外，如果系统需要改进，需要写出怎么改进，为什么
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第四章 复杂控制系统
第15讲 复习
第一章 绪论 过程控制系统的分类 1. 按设定值的形式分类 1）定值控制系统——设定值恒定不变。 2）随动控制系统——设定值随时可能变 化。 3）程序控制系统——设定值按预定的时 间程序变化。 2. 按系统的结构特点分类 1）反馈控制系统（闭环控制系统） 2）前馈控制系统（开环控制系统） 3）复合控制系统