原材料
理想条件
合格产品
干扰 产品？
控制
过程控制主要是指连续过程工业的过程控制
过程控制
基本过程控制系统
汽包炉汽水生产过程
测量 变送器
控制器 （PID)
执行器
饱和蒸汽
过热蒸汽
广义被控对象
（广义过程）
水位H
定值+
-
控制器
执行器
调节阀
被 调 量
对象
给水 流量
给定值
控制器
测量变送器
被调量
广义被控对象
基本过程控制系统 名词术语
Q0
μ Kμ Q0
Q1 _
1 FS
Q2
1
Rs
Q0 e-τs Q1
Q1 纯迟延
H H
阶越响应：
有迟延自衡单容对象 Q2
传递函数为：
G(s) = H(s) = K e s μ(s) Ts 1
, 其中 为迟延时间
基本过程控制系统
μ
k
Qi
h
F
Q2
无自平衡单容对象
G(s) = H(s) = kμ = 1 μ(s) Fs Ts
e2 (t)dt 0
优点：抑制响应等幅波动和大误差
局限：不能反映微小误差对系统的影响
(4)
ITAE（时间与绝对误差乘积积分）
=
0
e(t )
tdt
优点：着重惩罚过度时间过长
基本过程控制系统
三、小结 1 单项指标用若干特征参数评价系统优劣； 2 积分指标用误差积分综合评价系统优劣； 3 根据具体生产过程的实际选用不同的指标； 4 通常将衰减率和积分指标结合，首先满足衰减率。
响应速度ε = Κ Τ
（2）典型非自衡对象传递函数表达式
G(s) = 1 e-τs Ts
响应速度ε = 1 T
τ
T
τ
T
K
基本过程控制系统
§1-3 过程数学模型及其建立方法
一、过程数学模型的表达形式与对模型的要求 二、建立数学模型的两个基本方法
机理建模法 测试建模法
三、阶跃响应确定传递函数
物质平衡方程：
dH 1 dt F (Qi Q o )
其中Qi k ， Q o k H
在工作点线性化处理：
d H dt
1 F
(k
2
k H0
H )
传递函数：
G(s) = H(s) = K μ(s) Ts 1
水容
CF
水阻
T CR K k R
2 R
H0
k
基本过程控制系统
（2）双容水箱
Qi
H1 F1
偏离原来平衡状态，通过施加调节作用使被调量重新恢复到新
原平衡状态
控制过程 （调节过程）
新平衡状态
基本过程控制系统
给定值
控制器
广义被控对象
被调量
过程控制的研究内容： （1）设计控制系统的控制目标（即设计指标参数）； （2）认识生产过程的动态特性（一般为广义对象的动态性）； （3）设计控制器的控制规律及控制结构，使控制系统达到控制 系统的控制指标要求。
一般 对定值系统衰减率要求为75% 对随动系统衰减率要求为90%
基本过程控制系统
二、综合指标（时间——积分指标）
各种积分指标：
(1) IE（误差积分）= 0 e(t)dt
优点：简单，也称为线性积分准则
局限：不能抑制响应等幅波动
(2)
IAE（绝对误差积分）=
抑制响应等幅波动
(3) ISE（平方误差积分）=
测量变送器
按生产要求被调量必须维持的希望值（简称给定值）。
5．调节机构
6．调节量（控制量） 由操作者或调节机构(阀门、挡板等)改变的，生产过程的输入
物理量，用以控制被调量的变化。称为调节量。 7．扰动
引起被调量偏离平衡状态的各种原因称为扰动。
基本过程控制系统
给定值
控制器
广义被控对象
被调量
8．控制过程（调节过程） 原来处于平衡状态的生产过程，一旦受到扰动作用，被调量
基本过程控制系统
§1-2 被控对象的动态特性
一、基本概念 被控对象的动态特性是指被控对象的输入发生变化时，
其输出（被调量）随时间变化的特性 。 对于线性系统，其动态特性可用传递函数来描述。
二、典型对象动态特性 1. 典型实例分析
基本过程控制系统
（1）单容水箱
k
Qi
H F
阶越响应：
R
Q0
有自平衡单容对象
给定值
控制器
广义被控对象
被调量
1．生产过程（被控对象） 生产设备以及所发生的物理和化学变化的过程。 被置于控制系统中过程称为被控对象
2．控制系统 控制仪表和生产过程通过信号的传递互相联系起来就构成控
制系统。 3．被调量（被控制量）
基本过程控制系统
给定值+
控制器
-
4．给定值
执行器
扰动2 调节阀
对象
扰动1 被调量
T= F kμ
基本过程控制系统
自衡过程
非自衡过程
三、工业过程动态特性的特点 （1）无振荡； （2）稳定或中性稳定； （3）有惯性或迟延； （4）非线性特征，大部分生产过程可在工作点附近线性化
基本过程控制系统
归纳：
（1）典型自衡对象传递函数表达式
G(s) = K e-τs Ts + 1
自衡率ρ = 1 K
稳态
动态
稳态
基本过程控制系统
一单、项单性项能性指能标指标
衰减率: ψ= 超给定调值量: σ=
y1 - y3 控y1y制1器100% y
稳态误差: ess=y∞-r
广义被控对象
调节时间: ts(进入稳态值5%范围内）
振荡频率：ω
被调量
r
y1
y3
ts
ess y∞
基本过程控制系统 单项性能指标 衰减率ψ : 反映了系统稳定性 超调量σ : 反映了动态准确性 稳态误差ess: 反映了静态准确性 调节时间ts : 反映了快速型 振荡频率ω：反映了快速型
基本过程控制系统
第一章 生产过程动态特性
§1-1 过程控制系统的性能指标 §1-2 被控对象的动态特性 §1-3 过程数学模型及其建立方法
基本过程控制系统
§1-1 过程控制系统的性能指标
给定值
控制器
广义被控对象
被调量
控制系统的目标：当被调量受到扰动而偏离平衡状态时，控制器 的控制作用能使被调量稳、准、快地回到要求平衡状态。
R1 Q1
H2
F2
对物质平衡方程在工作点处进行 线性化处理后达到传递函数为：
G(s) = H2(s) =
rk R1
μ(s) T1T2s2 (T1 T2 )s (1- r)
其中：T1 F1R1 ,T2 F2R2 ,
R2
Q2
r R2 R1 R2
阶越响应：
有自平衡双容对象
基本过程控制系统
（3）带延长管的单容水箱
基本过程控制系统
火力发电厂热工过程控制
基本过程控制系统
什么是过程控制？
工业生产过程 指原材料经过若干加工步骤转变成产品的过程。
工业生产过程可分为： 连续生产过程 离散生产过程 间歇生产过程（批量生产过程）。
基本过程控制系统
工业生产的目标 在可能获得的原料和能源条件下，以最经济的途径将原材
料加工成预期的合格产品。