过程控制工程课件

过程控制工程概述过程控制工程是化学工程、机械工程、电子工程等学科交叉融合的产物，旨在优化生产过程、提高产品质量和经济效益过统组程控制系的成测统统量系控制系传感器、变送器等，用于获取过程变量信息控制器、执行器等，用于根据设定值对过程进行调节过测程量测压测温度量力量热电偶、热电阻等，用于测量温度压力传感器、压力变送器等，用于变化测量压力变化测测流量量液位量流量计、涡街流量计等，用于测量液位计、超声波液位计等，用于测流体流量变化量液位变化过检测误程与差分析检测误信号差分析对测量信号进行预处理，识别异常值分析测量误差来源，评估误差影响过调节类程器及其分调节积调节调节比例器分器微分器调节输出与偏差成比例关系调节输出与偏差的积分值成比例关系调节输出与偏差的变化率成比例关系调节PID原理比例控制1快速响应偏差变化积分控制2消除静差，提高控制精度微分控制3预测偏差变化趋势，抑制振荡动态调PID参数的整参数整定1根据系统特性，调整PID参数以优化控制性能适应自控制2根据系统变化，自动调节PID参数，提高控制效果模糊控制3使用模糊逻辑，对PID参数进行非线性调整离散化PID算法12样计采算将连续信号转换为离散信号根据PID算法，计算控制输出3保持将控制输出保持一段时间，直到下次采样过程建模统计数学模型模型通过数学方程描述过程的动态特性基于历史数据，建立统计模型预测过程行为过响应程特性123阶跃响应输入信号为阶跃函数，观察脉冲响应输入信号为脉冲函数，观察频率响应输入信号为正弦函数，观察输出信号变化输出信号变化输出信号变化阶统应一系及其用时间常数反映系统响应速度快慢应用温度控制、液位控制等阶统应二系及其用应阻尼比用影响系统响应的振荡程度机械振动、电气振荡等阶统应高系及其用输输应多入多出用具有多个输入和输出信号的系统复杂工业过程、航空航天控制等传递频函数的率特性频域分析方法频频1幅特性2相特性描述系统对不同频率信号的放描述系统对不同频率信号的相大倍数位滞后线3奈奎斯特曲用于判断系统稳定性，并分析系统性能统稳系定性判据劳轨斯判据根迹法基于特征方程系数，判断系统稳定性绘制根轨迹，分析系统动态性能闭环统动态标系的性能指12时间值时间上升峰响应从初始值上升到设定值的所需时响应达到峰值所需时间间34调调节时间超量响应超过设定值的百分比响应稳定在设定值附近所需时间统设计控制系的确定控制目标和性能指标1建立过程模型，分析系统特性2选择合适的控制策略，设计控制器参数3进行仿真验证，优化控制性能4统控制系的校正积比例校正分校正微分校正调整控制器比例增益，提高响应速度添加积分环节，消除静差添加微分环节，抑制振荡阶跃响应设计法PID参数阶跃响应调分析整PID参数观察系统响应的上升时间、峰值时间、超调量、调节时间等根据阶跃响应特征，调整比例增益、积分时间、微分时间频设计域法PID参数频响应调分析率整PID参数观察系统的幅频特性、相频特性根据频率响应特征，优化控制器参数统数字控制系概述样构采与重1将连续信号转换为离散信号数字控制器2使用数字处理器实现控制算法执行器3将数字控制信号转换为连续控制信号统样构数字控制系的采与重样采周期1决定数字控制系统的响应速度构重2将离散信号恢复为连续信号统数字控制系的建模与分析12离变换散化模型Z将连续系统模型转换为离散模型用于分析离散系统的动态特性3数字仿真验证数字控制系统的性能指标变换应Z及其用离变换统散信号系分析将离散信号转换为Z域函数利用Z变换，分析数字系统的传递函数和频率特性数字PID控制算法1离散化PID算法，适用于数字控制器考虑采样周期，保证控制精度和稳定性23可根据实际需求，选择不同的数字PID算法实现离统稳散化控制系的定性Z域分析利用Z变换，分析数字系统稳定性稳定性判据基于数字系统特征方程，判断稳定性统设计调试数字控制系的与统设计调试优系化选择合适的硬件平台、软件环境，设计数字控制器算法通过实际测试，调整数字控制器参数，优化控制性能过应程控制典型用案例产电统化工生力系温度、压力、流量控制，提高生产电压、电流、频率控制，确保电力效率和产品质量系统稳定运行药生物医温度、湿度、流量控制，保证产品质量和安全过术程控制工程前沿技计人工智能云算机器学习、深度学习等技术应用将过程控制系统迁移到云平台，于过程控制，提高控制精度和智实现数据共享和远程管理能化水平边缘计算在设备端进行数据处理和控制，提高实时性总结和展望过程控制工程在现代工业中扮演着重要角色，未来将继续发展，朝着智能化、数字化、网络化的方向发展。