过程控制系统
第一章 绪论 2 3 4 5 6 第二章 被控过程的数学模型 2 3
第三章 单回路控制系统设计 2 3 4 5 第四章 串级控制系统 2 3 4 5
第五章 前馈及复合控制系统 2 第六章 时间滞后控制系统 2 3
第七章 其它过程控制系统 2 3 4 第八章 过程控制中的计算机应用 2 3 4
§ 1-1 课程的性质和教学安排
凡是采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或
某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。 (另有电
力拖动控制方向 )
1、过程控制的概念
2、过程控制是自动化专业的主要内容之一
第一章 绪论 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
3、教学安排
4、主要参考书
(1)、过程控制工程，冯品如，轻工业出版社
(2)、过程控制与自动化仪表，侯志林，
机械工业出版社
(3)、微型计算机控制技术,于海生，
清华大学出版社
(1)、学时、实验情况
(2)、内容安排
(2)、从实际应用看
(1)、从专业特点看 返回
生产过程自动化是保持生产稳定、降低
消耗、减少成本、改善劳动条件、保证安全
和提高劳动生产率重要手段，一直起着极其
重要的作用。其发展经历了以下几个方面：
1、初期阶段 (30～ 40年代 )
2、简单仪表化阶段 (40～ 60年代 )
3、综合自动 化阶段 (60～ 70年代中期 )
4、全盘自动化 (及智能化 )阶段 (70年代
中期自今 )
§ 1-2 过程控制的发展概况
§ 1-3 过程控制的特点 及计算机的作用
过程控制的目的：保持过程中的有关参数为一
定值或按一定规律变化。
1、被空对象的 多样性
2、对象特性的 难辨性
白色系统、黑色系统、灰色系统的概念
3、普遍存在 滞后
4、特性往往具有 非线性,
如间歇式加温、齿轮运动等。
5、计算机在过程控制中的地位和作用
计算机的应用不仅促进了现代控制理论的发展，
而且也推动了自动化向深度与广度进军，使生产自
动化提高到更高的水平。甚至在向智能化的方向大
步迈进。
微型计算机控制生产过程，按不同的控制目的，
可分为两类：一是 数据检测 处理，二是形成 微机控
制 系统。
微机控制在提高产品质量、保证安全运行、减
少原料和能量消耗、控制和减少环境污染、提高企
业的管理水平方面正在并将发挥越来越重要的作用。
1-1典型单回路控制系统
一、系统组成
§ 1-4 过程控制的组成及术语
1、控制原理 (如下图 )
以液体储槽的水位控制为例进行说明。
液位变送器
液位控制器
执行器
2、系统方块图
3、主要组成部分
(1)、被控对象,生产过程中被控制的工艺设备或装置。
(2)、检测变送单元,仪表课中已做介绍。
(3)、控制器,实时地对被控系统施加控制作用。
(4)、执行器,将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的
有气动和电动两种。
(5)、控制阀,控制进料量。有气开式和气关式之别。
1,被控对象 (简称对象或过程 )：前已述及。
2,被控参数,按照生产过程要求，某些变量应该维
持在稳定的变化范围内，如果对其施加控制作用,就称
二、常用术语
,凡是影响被控量的各种作用均叫做干扰或扰
动。分内干扰和外干扰。 (内干扰如原料成分变化等。 )
4、控制参数, 即调节介质。如储水槽液位控制系统的给
水量。
5、测量值,被控变量经检测变送后即是测量值。
6、给定值,即被控变量的设定值。
7、偏差值,准确地说，应是被控量的给定值与实际值之
差。但能够直接得到的信号是被控量的测量值，故通常把给定
值与测量值之差称作为偏差。
8、调节器输出,根据偏差值、经一定算法得到的输出值。
调节器输出亦称控制作用。
3、干扰,
其为被控参数。如温度、压力、流量、液位、成分等。
有常规控制系统、计算机控制系统。
一、一般分类
1、按工艺参数分类：
有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系
统、成分控制系统、物位控制系统等。
2、按系统的任务分类：
有比例控制、均匀控制、前馈控制等。
3、按自动化装置的不同分类：
§ 1-5 过程控制系统的分类
5、按是否形成闭合回路分类：
是工业生产过程中应用最大的一种过程控制系统。
在运行时，系统被控量的给定值是不变的。有时根据生
产工艺要求，被控量的给定值保持在规定的小范围附近
波动。
二、按设定值形式分类
4、按控制器的动作分类：
有
1、定值控制系统
P
PI
PID
位式
,。
2、随动控制系统
其给定值按预定的时间程序来变化。如机械工业
中的退火炉的温度控制系统，其给定值是按升温、
保温,逐次降温等程序变化的。家用电器中应用定
值控制系统的也很多，如电脑控制的洗衣机、电饭煲
等。
是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制
系统。它的主要作用是克服一切扰动，使被控量随
时跟踪给定值。
3、程序控制系统
1、递减比
2
1
B
Bn ? 见图
一般认为,n:1=4:1时稳定性好，但温度等慢变化
过程约取 10:1为好，应根据实际情况灵活处理。
2、衰减率
n/11BB1B BB
2
1
1
21 ???????
是衡量过度过程稳定性的一个动态指标 (于递减比
含义相同 ).一般取 ?=0.75～ 0.9。
§ 1-6 控制系统的质量指标
见图
3、动态偏差（亦即超调量）
为被控量偏离稳定值或设定值的最大偏差值。
其它课程已做介绍，不再详述。
4、调节时间、静态偏差（即余差）
见以下两图中的 C。
返回
1。数学模型的有关概念
§ 2-1 概述
数学模型,指过程在各输入量的作用下，其相应输出
量变化的函数关系数学表达式。
干扰,内干扰 ---调节器的输出量 u(t)；
外 干扰 ---其余非控制的输入量。
通道,输入量与输出量间的信号联系。
第二章 被控过程
的数学模型 2.2 2.3
扰动通道 --扰动作用与被控量间的信号联系。
2。研究并建立数学模型的目的
(1)、设计过程控制系统、整定调节器参数。
(2)、指导生产工艺设备的设计。
(3)、进行仿真实验研究。
(4)、培训运行操作人员。
3。单输入 -单输出过程的常见模型
(1)、线性时间连续模型
(2),线性时间离散模型
4。有 /无平衡能力的概念 (参见图 1 2 )
控制通道 --控制作用与被控量间的信号联系；
一。自衡过程的数学模型
自衡的定义, 对象受到干扰作用后，平衡状态
被破坏,无须外加任何控制作用，依靠对象本身自动
平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的性质，称为
平衡能力。
(一 )、单容过程的数学模型
1、单容过程的定义,只有一个储蓄容量的过程。
如下页图所示。
§ 2-2 机理分析法建模
过程演示
返回
讨论,(1)、静态时,q1=q2=dh/dt=0 ;
(2),当 q1变化时 ?h变化 ? q2变化。
经线性化处理，有
?
?
?
??
?
?
?
?
?????
???
)62.,,,, (
dt
hd
A
dt
dV
qq
)52.(.,,,,,,,,,.,,,,,,,,,
dt
dh
Aqq
21
21
)72.(.,,,,,,,,,.,,,,,,,,,
R
hq
2
2 ?
???
其中,R2为阀门 2的阻力，称为液阻或流阻。
2、参量关系分析
3、建立数学模型
)),,,,,,,, (s(A s H
R
)s(H
)s(Q
dt
hd
A
R
h
q
2
2
1
???
?
?
?
??
由式 (*)可画出框图 如图 所示。即
AsR2H(s)+H(s)=R2Q1(s),故
)82......(..........!sT K1sAR R)s(Q )S(H)s(W
O
O
2
2
1
O ??????
式中,TO=AR2=R2C,C为容量系数 (或容量 )。
由式 (2-6)和式 (2-7)，有
2-2
(1)、容量 C
含义：生产设备和传输管路都具有一定的储蓄物质
或能量的能力。被控对象储存能力的大小，称为容量或
容量系数，其意义是：引起单位被控量变化时，被控过
程储存量变化量。
4、容量和阻力的概念
返回
1、纯滞后的概念
纯滞后是普遍存在的，如下页图所示。
)92(
e
1sT
K
)s(Q
)s(H
)s(W
)t(qKh
dt
hd
T
s
0
0
1
0
0100
0
?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
????
?
? ?
?
种类：有电容、热容、气容、液容等等。
(2)、阻力
概念：凡是物质或能量的转移，都要克服阻力，
阻力的大小 决定于不同的势头和流率。
种类：电阻、热阻、气阻、流 (液 )阻。
2、数学模型
(二 )、具有纯滞后单容过程的数学模型
纯滞后单容过程及其响应曲线
无纯滞后 有纯滞后
(三 )、多容过程的数学模型
1、多容过程 是工业生产中常见的，如下两图。
2-5
2、三容过程的微分方程模型, 如式 (2-10)
)102(
R
h
q
dt
hd
Cqq
R
h
q
dt
hd
Cqq
R
h
q
dt
hd
Cqq
3
3
3
3
332
2
2
2
2
221
1
1
1
1
11
?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
????
?
??
?
????
?
??
?
????
3、三容过程的方框图
? 由式 (2-10)的拉氏变换，可得图 2-6。
4、三容过程的数学模型
由图 2-6，应用自控理论即可获得其模型。
二、无自衡过程的数学模型
无自衡过程的概念：如下图。
(一 )、单容过程的数学模型
1、参量关系分析
在自衡过程 (图 2-7)下，有
dt
hdCqq
21
?????
图 2-8
返回
而在无自衡过程 (图 2-8)下，因 q2=0，故
1qdt
hdC ???
2、传递函数
?
?
?
?
?
?
?
???
??
?
)162.(.,,,,,,,,,e
sT
1
)s(Q
)s(H
)s(W
),,152., (.,,,,,,,,,.,,,,,,,,,.,,,,,,,,,
sT
1
)s(W
s
01
0
0
0
0?
或
?二容,三容过程形式：
如图 2-9、图 2-10所示。
(二 )、多容过程的数学模型
对正常生产影响小。转换成阶跃响应的方法如下图。
一、响应曲线法
问题的提出,大多数工业过程的机理模型是很
难建立的，只有采用实验建模。
是一种时域法辨识对象的动态特的方法。
(一 )、阶跃扰动法测定对象的响应曲线
实验时往往会对正常生产造成影响。
(二 )、矩形脉冲法测定对象的响应曲线
§ 2-3 试验法建模
---过程辨识
将矩形脉冲看成正负两个等幅的阶
跃信号，据此而得到输出的阶跃 响应。即
转换的思路是：
x(t)=x1 (t)+x2(t) (见图 2-11上 )
=x1 (t)- x1(t-a) (2-20)
则 y*(t)=y(t)-y(t-a)
或 y(t)= y*(t)＋ y(t-a) (2-21)
用式 (2-21)进行 转换的过程如图 2-11中部 (有自衡
过程 )和下 部 (无自衡 过程 )。
(三 )、由阶跃响应曲线确定过程的传递函数
多数过程的数学模型表达式如 P19所示。
1、确定一阶惯性环节的参数
中：在,..1sT K)s(W....
o
o
o ??
(1)、放大系数
)302.....(x )0(y)(yK
0
0 ?
???
(2)、时间常数
a,切线法：如右图 。
b,图解法（半对数法）：
P20-21及下图
图 2-12阶跃响应曲线
通过 P20-21的分析，得
斜率为：
图
2-13
?
0
BC
BA
T
1
303.2
1
tt
ZlgZlg
t g a
??
?
?
?
BA
0 ZlgZlg
BC
303.2
1T.....
?
??则
2、确定有时滞的一阶惯性环节的参数
图 2-14
(2)、图解法：如 下 图 2-14 b)。
(1),切线法：如 下 图 2-14 a)。
?0和 T0的 经验公式为式 (2-36) (详见涂植英教材 )。
1?k
2-15
)1sT)(1sT(
K)s(W
21 ??
?
3、二阶惯性环节的参数
响应曲线如图 2-15
所示 。
21 T/t
12
2T/t
12
1 e
TT
Te
TT
T1)t(y ??
?????
(1).形式, （ 假设 K=1)
则其单位阶跃响应特性方程为
(2).求解
由拐点处，
0dt )t(yd 2
2
?
得
2
1
21
21
1 T
Tln
TT
TTt
??
)TT/(T
2
1
12
1)TT/(T
2
1
12
2
..,...
11
1..,...
12
2
1
122121 )
T
T
(
TT
T
)
T
T
(
TT
T
)a48472
e
TT
T
e
TT
T
)t(y1AF1AB
??
?
?
?
?
?
?
?
?????
、由式（
)])TT()TT[(TT 1)t(yt a n )TT/(T
2
1)TT/(T
2
1
12
tt
' 122121
1
??
? ?????
由图可见
拐点 A处的斜率为
BC=T2-T1,A’E=f(T2/T1)
由图还有：
?? t a ntEA,t a n/ABBC 1' ??
整理后可得有关计算表格 (P23表 2-2)。
第三章 单回路 3.2 3.3 3.4 3.5
控制系统设计
1、典型例子,见下图
一、系统的基本结构
单回路控制系统又称为简单控制系统。虽然简
单，但应用较广；过程控制的基本概念主要是在本章
建立的。因此，本章内容无疑是重点之一。
§ 3-1 概述
液位变送器 液位控制器 执行器
2、系统方框图
3、特点
最简单、最基本；应用最广泛、最成熟。
是各种复杂控制系统设计和参数整定的基础。
适用于被控对象滞后时间较小，负载和干扰不
大，控制质量要求不很高的场合。
二,过程控制系统设计的要求
1、安全性
2、稳定性
3、经济性
三,过程控制系统的设计步骤
1、建立被控过程的数学模型
2、选择控制方案
3、选择控制设备型号规格
4、实验（与仿真）
四、控制系统的工程考虑
包括仪表（微机）选型、控制室和仪表盘设计、供水
供电供气设计、信号系统设计、安全防暴设计等。
(2)、对象信息的获取和变送
(3)、执行器的选择
(4)、控制器的选择
3、工程安装
4、仪表调试
5、参数整定
2、工程设计
1、方案设计
是整个控制工程设计中最重要的一步，应注意：
(1)、合理选择被控量 (被控参数 )和操纵量 (控制参数 )
? 是控制系统方案设计的一个至关重要的问题。
? 恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、
改善劳动条件有很大的作用。
? 若选择不当，则不论组成什么样的控制系统，选
择多么先进的过程检测控制仪表，都不能达到良好的控
制效果 。
一、被控参数 (即被控量 )的选择
1.选择的意义
§ 3-2 被控参数和控制参数的选择
影响正常操作的因素很多，但并非都需加以控制。
只有根据工艺要求，深入分析工艺过程，才能选择
出合适、可测的工艺参数。
2,选择方法
(2).选间接参数
当选直接参数有困难时采用。 (如用反应釜的温度
控制间接实现化学反应的质量控制。 )
(1).选直接参数
即能直接发映生产过程产品产量和质量，以及安全
运行的参数。 (如锅炉锅筒的水位控制。 )
3,选间接参数的原则
? 必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状 。
? 间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。
? 间接参数要有足够的灵敏度。
二、控制参数 (即控制量 )的选择
当生产过程中有多个因素能影响被控参数 (量 )变化
时，应分析过程扰动通道特性与控制通道特性对控制质
量的影响，正确地选择可控性良好的变量作为操纵 (控
制 )量。
一般希望控制通道克服扰动的能力要强，动态响应
应比扰动通道快。
图 3-3
(一 )、过程静态参数对控制质量的影响
(1).基本形式,如图 3-3所示
选择控制参数的一般原则如下：
1.系统的简化方框图
(2).突出干扰作用, 框图如下图所示
2.传递函数
cc K)s(W ?
1sT
K)s(W
o
o
o ??
则在定值控制下输出对干扰的闭环传递函数为
设传递函数分别为
1sT
K)s(W
f
f
f ??
)1sT(KK)1sT)(1sT(
)1sT(K
.,,,,,,,,
)s(W)s(W1
)s(W
)s(F
)s(Y
focfo
of
oc
f
????
?
?
?
?
3.稳态余差
)t(yl i m)(y t ????
由于系统本质是稳定的，则在单位阶跃扰动下的余
差为
?过程稳态特性对控制质量有很大影响，这是选择操
纵参数的一个重要依据。
?应使 Kf越小越好，以减弱扰动对控制参数的影响。
4,讨论
)]1sT(KK)1sT)(1sT[(s
)1sT(Ksl i m
focfo
of
0s ????
??
?
K1
K
KK1
K f
oc
f
????
1.时间常数的影响
由 P145,6的分析及右图可知：
?系统的超调量随 Tf的增大而减
少，控制质量得到提高。
?最佳控制过程中,KcK0应为一常数,K0大小可通
过 Kc来调节。
?在控制系统设计时，控制通道的 K0拟适当选大一
些。
(二 ).干扰通道动态特性
对控制质量的影响
fT
a 1??
2,滞后时间的影响
?Tf变大或个数增多，均对干扰起到了一种滤波
作用。
?干扰通道的纯滞后时间仅使被控参数对其反应在
时间上平移了一段时间，理论上无影响。
?干扰通道的容量滞后会使干扰信号变得缓和一些
，对克服干扰有利。
3.干扰作用位置的影响
(1).分析,如以下两图。
(三 ).控制通道动态特性对控制质量的影响
在系统设计时，应使扰动作用点位置远离被控量。
(1).T太大
?特点：使控制作用变弱，控制质量变坏。
?措施：合理选择执行器位置；采用前馈或复杂控制,
(2).结论
1.时间常数的影响
(2).T过小
?特点：控制作用增强，但系统容易振荡。
?措施：选择快速监测、控制、执行器件；设法降
低控制通道的灵敏度；改革工艺以使 T增大。
(1).纯滞后 ?0的影响较大,如
图所示。 应从工艺着手改善。
(2).容量滞后 ?c比较缓和，引
入微分作用可有效克服。
(四 ).选择控制参数 的 一般 原则
2.滞后时间的影响
1.控制通道 的放大系数 K0要适当选大
一些；时间常数 T0要适当小一些；纯滞后
时间 ?0越小越好,?0与 T0之比应小于 1.
2.扰动通道 的放大系数 Kf应尽可能小；时间常数 Tf要大；扰动引入系统的位置
要远离控制过程 (即靠近调节阀 )；容量滞
后愈大，愈有利于控制。
3.注意 工艺操作的合理性、经济性。
(五 ).实例讨论
例 1：喷雾式乳粉干
燥设备的控制（ P171) 。
1.工艺流程,参见教
材 P172图 3-28。
2.控制要求,干燥后
的产品含水量波动要小。
3.被控参数选择, 干
燥器里的温度
4.控制 参数 的选择
(三种方案如图所示 )
讨论后知，以风量作控制参数为最佳选择。
例 2 储槽液位控制 (P173)
?在自动控制系统中，接受调节器的指令；
?经执行机构将其转换为相应的角位移或直线位移；
?去操纵调节机构，改变被控对象进、出的能量或
物料。
?
?
?
调节机构
执行机构
0、概述
1,作用
2,组成
§ 3-3 执 行 器 选 择
3,类型
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
液动执行器
电动执行器
滚动膜片机构
长行程机构
活塞机构
薄膜机构－－应用最广
气动执行器
由两部分组成，
如右图所示。
一、气动薄膜控制
阀的工作原理
(一 )、气动薄膜执行机构
1、组成,由膜片、推杆、弹簧等组成。
2、作用方式
?正作用 —控制气压增加时，其开度增加。
?反作用 --控制气压增加时，其开度减小。
3、作用原理
P?PAe=kl?l=AeP/k
(二 )、控制阀体
1、作用,是一个局部阻力可以变化的节流元件。
2、流量方程
当口径 A和差压 (P1-P2)一定时，流量 Q仅随阻尼 ?
的变化而变 化。改变阀门的开启程度，可改变流通
阻力而控制介质流量 。
1)-(32PpP 221 ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? ???
A
Q???
)23()PP(2AQ 21 ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? ??
3、调节原理
二、控制阀的流量特性
1、概念
m a xQL,Ql ???????
)33()Ll(fQ Q
m a x
?????????????????
?理想 (固有 )流量特性 --假定阀前后差压不变。
?工作 (实际 )流量特性,
2、类型
(一 )、理想流量特性
?取决于阀芯曲面的形状。
1、直线流量特性
(1)、定义：控制阀的相对流量预相对开度成直线
关系，即
).43(KLldQ Qd
m a x
???? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ???
?
??
?
?
???
?
???
?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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?
??
?
?
?
?
?
??
?????
)
QQ
Ll
.,,,,,,,, (CK1
)
QQ
0l
.(C
R
1
Q
Q
C
L
l
KCLl
m a x
m i nm a x
m i n
ｄ＝Ｋ
Ｑ
Ｑ
由上式，
ｍａｘ
(2)、特性方程
2、其他流量特性
)53(Ll)1R(1R1Q Q
m a x
?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????? ????
(3)、特点：适于在较大开度下使用。 (注：国产
阀，可控比 R=30)
?对数特性：小流量时，控制作用平缓；大流量时，
控制作用灵敏有效，克服了直流特性的不足。
?快开特性：适于要求快速开、闭的控制系统。
?抛物线特性：介于直线特性与对数特性之间，弥
补了直线特性小开度时控制性能差的缺点。
(二 )、工作流量特性
(1)、阀上的差压：如图 3-10所示。
1、串联管道中的特性
(2)、流量特性
(1)、并联的目的：冗余措施；增大产量 (流量 )
(2)、可调比：在下图中，设
Q1--调节阀流量； Q2--旁路阀流量 ;
Q---总管流量 ;
1
L
l
f)1s(
1
L
l
f
Q
Q
21m ax ??
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
??
?
2、并联管道的流量特性
可控比
2m i n.1
m a x
r QQ
QR
??
2
m a x
r Q
Q
x1
11R
x)1R(R
RR ?
?????? 通常
并联管道的工作流量图
(3)、流量特性
?选择原则是广义对象具有线性特性，即总放大系
数为常数。
?选择方法可分为理论计算法和经验法两大类。
由对象特性 ?选工作特性 ?推理想特性 ?查厂家
手册。
)x1(
L
lxf
Q
Q
m a x
???
?
??
?
??
三、控制阀作用方式的选择
? 选气开还是气关式，由生产工艺的要求决定。
1、从生产的安全出发
2、从保证产品质量考虑
3、从降低原料和动力的损耗考虑
4、从介质特点考
(一 )、气开气关方式的选择
? 执行机构与阀体部件的配用有表可查。
? 先选气开、气关方式，再选执行机构。
(二 )、执行机构正、反作用方式的选择
§ 3-4 控制器的选型
?积分控制作用能消除余差，但降低了系统的稳定性。
?TI愈小，稳定性愈差。
? 信号通道在被控参数和控制参数确定之后就定下
来了。
? 根据对象特性和控制质量要求 选择控制器的
控制作用 确定控制器的类型。
?随着控制器放大系数 Kc的增大，控制系统的稳定
性降低。 (与自控理论的分析一致。 )
?随着 Kc的增大，余差将减少，但不能消除。
二、积分控制作用对控制质量的影响
一、比例控制作用对控制质量的影响
三、微分控制作用对控制质量的影响
(1)、特点：抗干扰能力强，过渡过程时间短，但
有余差。
(2)、适用：控制通道滞后较小，负荷变化不大，
允许被控量在一定范围内变化的系统。
?引入微分控制作用后，控制质量将全面提高。
?微分作用太强，会引起控制阀时而全开、时而
全关。
四、控制器的选型
?应由对象的特性和工艺要求确定
1,P控制器的选择
2,PI控制器的选择
(1)、特点：对克服对象的容量滞后有显著的效果。
(2)、适用：负荷变化大，容量滞后大，控制质量
要求很高的系统。
(1)、特点：过渡过程结束时无余差，但系统的稳
定性降低。
(2)、适用：滞后较小，负荷变化不大，被控量不
允许有余差的控制系统 。
负荷变化大，纯滞后大，采用 PID达不到要求时采用。
4、复杂控制系统
3,PID控制器的选择
五、控制器正、反作用的选择
?原则, 使整个单回路构成负反馈系统 ---乘积为
负。
1、控制阀：气开式为, ＋,,气关式为, -” ；
2、控制器：正作用为, ＋,,反作用为, -” ；
3、被控对象：物料或能量增加时，被控参数随之
增加为, ＋,,随之减少为, -” ；
4、变送器：一般为, ＋, ；
控制器正、反作用选择的判别式：
(控制器, ±, )(控制阀, ±, )(对象
,±, )=,-”
?如果控制方案已经确定，则过程各通道的静态
和动态特性就已确定，系统的控制质量就取决于控制
器各个参数值的设置。
?控制器的参数整定，就是确定最佳过渡过程中
控制器的比例度 δ,积分时间 TI、微分时间 TD的具体
数值。
?所谓最佳过渡过程，就是在某种质量指标下，
系统达到最佳调整状态。
?4,1递减比为最佳参数整定的常用依据。 4:1
?参数整定的方法,
0、概述
§ 3-5 控制器的参数整定
,对数频率特性法、根轨迹法等。
(2),工程整定法,经验凑试法、衰减曲线法、临
界比例度法、响应曲线法等。
(1),理论整定法
%100)x xe e(
m a xm a x
?? ?? ???
.x;x;e;e
m a x
m a x
输出变化量
围控制器输出的变化全范
输入变化量
控制器输入的测量范围式中
????????????
????????????
????????????
???
对于单元组合仪表,%.100
K
1
c
???
?比例度 的概念：对于比例作用大小，工业控制
器常用 δ 表示，其义为：
一、现场经验凑试法
1、常用的参数经验范围,如表 3-1所示
2、整定步骤
(1),在纯比例作用下 (TI=?,TD=0)
?在比例度 ?按表 3-1的取值下，将系统投入运行；
?若曲线振荡频繁，则加大比例度 ?；
?若超调量大，且趋于非周期，则减少 ?，求得满意
的 4,1过渡过程曲线。
(2)、引入积分作用 (此时应将上述 ?加大 1.2倍 )
?将积分时间 TI由大到小进行整定；
?若曲线波动较大，则应增大 TI；
?若曲线偏离给定值后长时间回不来，则需减少 TI，
以求得较好的过渡过程曲线。
(3)、若需引入微分作用
1、特点, 是目前工程上应用较广泛的一种控制器
参数的整定方法。
2、整定步骤
(1)、在纯比例作用下投入 (TI=?,TD=0),比例度 ?适
当；平稳操作一段时间，把系统投入自动运行。
?将 TD按经验值或按 TD=(1/3～ 1/4)TI设置，并由小
到大加入；
?若曲线超调量大而衰减慢，则需增大 TD；
?若曲线振荡厉害，则应减小 TD；
?观察曲线，再适当调节 ?和 TI，反复调试直到获得
满意的过渡过程曲线。
二、稳定边界法 （临界比例度法）
图 3-12
，得到图 3-12所示等幅振荡过
程记下临界比例度 ?K和临界振荡周期 TK值。
kT
(2)、将 ?逐渐减小
(3)、根据 ?K和 TK值，采用表 3-2中的经验公式，计
算 ?,TI,TD的值。
用临界比例度法整定某过程控制系统所得
的比例度 ?K=20%,临界振荡周期 TK=1min，当控制器分别
采用比例作用、比例积分作用、比例积分微分作用时，
求其最佳整定参数值 。
例 3-1
(4)、按, 先 P后 I最后 D”的操作程序，将控制器整
定参数调整到计算值上。
观察其运行曲线，若不够满意,再 做进一步调整。
解：应用表 3-2经验公式,可得
(1).比例 控制器
?=2?K=2× 20%=40%
(2).比例积分 控制器
?=2.2?K=2.2× 20%=44%
TI=TK/1.2=1/1.2=0.83min
(3).比例积分微分 控制器
?=1.6?K=1.6?20%=32%
TI=0.5TK=0.5?1=0.5min
TD=0.25TI=0.25?0.5=0.125min
?应用临界比例度法的几点注意事项见 P155。
三,阻尼振荡法 （衰减曲线法）
(1)、实现 4,1衰减比
?先把参数置成纯比例作用
(TI=?,TD=0),使系统投入运行；
?再把 ?从大逐渐调小，直到
出现右图所示的 4,1衰减过程曲
线 ；
?此时的 4,1衰减比例度为 ?S，
4,1衰减振荡周期为 TS。 运行效
果如下图。
1、特点,是在总结 稳定边界法 的基础上，经过
反复实验提出来的。
2、整定步骤,对于要求系统过渡过程达到 4,1
衰减的步骤如下。
返回
(3)、进一步调整
?按, 先 P后 I最后 D”的操作程序，将求得的参数设置
在控制器上；
(2)、计算参数
?再观察运行曲线，若不太理想，可做适当调整。
?根据 ?S和 TS，使用表 3-8计算出控制器的各个整定
参数值。
某温度控制系统，采用 4,1衰减曲线法整
定控制器参数，得 ?S=20%,TS=10分，当控制器分别为比
例作用、比例积分作用、比例积分微分作用时，试求其
整定参数值。
例 3-2
解 应用表 3-8中的经验公式，可得
(1),比例 控制器
?=?S=20%
(2),比例积分 控制器
?=1.2?S=1.2?20%=24%
TI=0.5TS=0.5?10=5min
(3),比例积分微分 控制器
?=0.8?S=0.8?20%=16%
TI=0.3TS=0.3?10=3min
TD=0.1TS=0.1?10=1min
四、响应曲线法 （动态特性参数法）
2、整定步骤
(1)、用 P17-18”实验法建模, 中所介绍的方法获取
对象的响应曲线，如下图所示。
1、特点,依据对象的响应曲线 ---飞升特性整定
参数，精度更高。
(2)、求取广义对象的放大系数 Ko
m i nm a xm i nm a x
o XX
X
yy
yK
?
?
?
??
式中 Δ y ---被控参数测量值的变化量；
Δ X ---控制器输出的变化量；
ymax-ymin---测量仪表的刻度范围；
Xmax-Xmin---控制器输出变化范围。
(3),根据 对象的 K0, T0, ?0,按下表 3-4所给公式求
出 4,1衰减过程控制器的参数 ?,TI和 TD 。
在某一蒸汽加热器的控制系统中，当电动
单元组合控制器的输出从 6mA改变到 7mA时，温度记录仪
的指针从 85℃ 升到 87.8℃,从原来的稳定状态达到新的
稳定状态。仪表的刻度为 50?100℃,并测出
?O=1.2min,TO=2.5min。如采用 PI和 PID控制规律，试确
定出整定参数。
例 3-3
本例中,?X=7-6=1mA
Xmax-Xmin=10-0=10mA
?y=87.8-85.0=2.8℃
ymax-ymin=100-50=50℃
所以
解：
27.0
5.2
2.1
56.0
T
K
56.0
101
508.2
K
o
oo
o
??
??
?
因此，在 PI控制器时：
?=1.1?27%=30%
TI=3.3?1.2=4min
在 PID控制器时：
?=0.85?27%=23%
TI=2?1.2=2.4min
TD=0.5?1.2=0.6min
解毕。
1、试说明单回路控制系统的构成、主要特点及其
应用场合。并说明系统设计的主要内容。
2、过程控制系统方案设计应包含哪些主要内容？
3、选择被控参数时应遵循哪些基本原则？
4、在选择控制参数时，为什么取过程控制通道的
静态放大系数 K0 应适当大一些，而时间常数 T0应适当
小一些？
5、在设计过程控制系统时，怎样选择调节器的控
制规律？怎样确定调节器的正、反作用方式和调节阀
气开、气关形式？
思考题
第四章 串级控制系统
§ 4-1 概述
?单回路控制系统,结构简单，但难于适应工艺参数
间关系比较复杂的控制，特别是现代大规模工业生产。
?复杂控制系统,具有两个以上的检测变送单元、或
控制器、或执行器，能完成一些复杂或特殊的任务
?串级控制系统,对改善控制品质有独到之处，故而
在过程控制系统中应用很广泛。
4.2 4.3 4.4 4.5
一,串级控制系统的组成
?以炼油厂管式加热炉的出口温度控制为例。
(1)、采用 直接控制 方案：如图 4-1所示。
?优点：所有对温度的干扰都包括在控制回路之中。
?缺点：对燃油流量变化等干扰控制不及时，总滞后
较大。
(2)、采用 间接控制 方案：如图 4-2所示。
?优点：能及时而有效地克服来自燃料油压力方面的
干扰。
?缺点：燃料油控制只起辅助作用；放弃炉出口温度
控制将无法克服来自原料流量和温度、炉膛压力变化等
方面的干扰。
1、问题的提出
(1),结构图,将图 4-1、图 4-2方案综合起来，
即得串级控制系统如图 4-4所示。
2、系统组成
加热
流量测量
温度测量
(2),方框图,如图 4-3所示。
(3),特征,两台控制器串联在一起，控制一个
调节阀。
(4),另一实例
(5),常见名词术语,
主、副变量，主、副控制器，主、副对象，主、
副变送器，主、副回路等，如图 4-5,
4-5
二、二次干扰
?作用在主、副对象上的干扰分别为一、二次干扰。
?图 4-5为串级控制系统的通用方框图。
三、串级控制系统的工作过程
?仍以管式加热炉出口温度控制为例，分析克服干
扰的过程。
1、干扰来自燃料油流量
?初始阶段，出口温度不变，温度控制器的输出不
变。
?出口温度变化时，温度控制器不断改变着流量控
制器的设定值。
2、干扰来自原料油
(1)、使主、副变量同向变化
(2)、使主、副变量反向变化
?分析可知, 副控制器具有, 粗调, 作用，主控
制器具有, 细调, 作用；两者配合，控制质量必高于
单回路控制系统。
?出口温度 温度控制器输出 流量控制器设
定值 。
3、一、二次干扰同时出现
?燃料油流量为适应温度控制的需要而不断变化。
§ 4-2 串级控制系统的特点
一、时间常数
?串级控制系统能使等效副对象的时间常数变小，
放大系数增大，从而显著提高控制质量。
?将整个副回路看成一个副对象，则简化图如图
4-5所示（或下张两图）。
?由 P181分析，可得式 (4-3)
?T‘02<T02意味着控制通道的缩短。
?由于等效副回路时间常数的缩短，系统的工作
频率提高了（可使振荡周期缩短）。
?通过对串级和单回路控制系统特征方程的分析
(P181～ 2),可知,?串 >?单 。
二、工作频率
三、抗干扰能力
?设干扰从阀前进入。
?进一步等效,图 4-6。
?分析可得式,
?K1*K2越大，抗干扰能力越强。
?进一步分析可 知单回路比串级抗干扰能力差 。
21
21
11 KK
)s(F/)s(Y
)s(X/)s(Y ?
四、有一定的自适应能力
?单回路控制系统只有一个控制器，设定值一般不
变，难以适应负荷非线性的变化。
?串级控制系统中，副回路是一个随动系统，设定
值随主控制器的输出而变化，适应负荷变化的能力较
强。
?由式 (5-22)(P172)可知,K02变化对等效 K‘ 02影
响很小，亦可说明副回路能自动地克服对象非线性特
性的影响。
§ 4-3 串级控制系统的工业 应用
?当被控对象纯滞后时间较长时，在离控制阀较近、
纯滞后时间较小的地方选择一个副变量，把干扰拉入副
回路。
?利用副回路的超前作用来克服对象的纯滞后仅仅是
对二次干扰而言的，一次干扰不直接影响副变量。
?例 如下图所示：
?坚持一个设计原则：凡是用单回路控制系统能
满足控制要求的，就不再用串级控制系统。
一、用于克服对象的纯滞后
?副变量：过热蒸汽温度，位于滞后较小的 B点 。
?被控参数,A点温度
?控制参数：减温水流量
?主要干扰：减温水压力波动。
二、用于克服对象的容量滞后
?容量滞后会使被控对象反应迟钝，超调大，过渡
过程长。
?以温度或质量作为被控量的控制对象，其容量滞
后往往比较大，致使控制质量变差。
?对象容量滞后大、干扰复杂的情况下，串级控制
系统的使用最为普遍，效果较好。
?此时应选择一个滞后较小的辅助变量组成副回路。
?副环的时间常数不能过大，以防共振；也不能过
小，力求多包含一些干扰。
?例 如下张图：
燃料油热值
变化后，炉膛反
应滞后 3分钟,而
出口温度则需 15
分钟 。
三、用于克服变化剧烈和幅值大的干扰
?串级控制系统对二次
干扰具有很强的克服能
力。
?设计时应把变化剧
烈、幅值大的干扰包含
在副回路中。
?副回路放大系数应大
些，会使抗干扰能力大
大提高。
?例 如下 图 4-13，脱
气塔的压力对主控指标
(液位 )影响很大，甚至
造成溢出或打干的事故，
是主干扰，串级控制后
效果很好。
四、用于克服对象的非线性
?负荷变化会引起工作点的移动。
?当负荷变化大且频繁时，只有高级控制系统才
有重整参数以适应控制要求的能力。
?一般控制系
统中，有效办法是
采用串级控制。
?例 在 图 4-14
中，其中部温度要
严控，则将具有非
线性特性的换热器
包含在副回路。
§ 4-4 串级控制系统的设计
?主变量 (操纵量 )的选择原则主要有：
(1)、条件允许时选质量指标作为主变量。
?正确合理地设计，才能使串级控制系统发挥其
特点。
?设计包括主、副回路选择，主、副控制器控制
规律选型和正、反作用的确定。
一、主、副回路的选择
(一 )、主回路是一个定值控制系统，可以按单回
路控制系统的设计原则进行。
(二 )、副回路应包括尽可能多的扰动。
?前已述及，应将变化最剧烈、幅度最大、最频
繁的扰动包括在副回路中。
?研究系统的干扰来源是十分重要的。如前述的
管式加热炉，主扰动为然油压力还是然油热值，则副
回路的选择大不相同。
(2)、其次考虑选择与质量有单值关系的参数作
为主变量。
(3)、所选主变量应有足够的灵敏度，且工艺合
理、易实现。
?并非包括的干扰越大越好。干扰包括得越大，
副变量的位置会越靠近主变量，灵敏度会降低。
?前已分析
得到 ?串 与 ?单
的关系如 P182
所示。
?绘出分析
曲线，如右图
所示。
(三 )、主、副对象的时间常数要匹配。
?分析可知
(1)、当 T01/T02>10时，则 T02很小，副回路包括的
干扰很少，作用未发挥。
(2)、当 T01/T02<3时，说明 T02过大，副回路的控
制作用不及时。
(3)、当 T01/T02?1时，主、副回路易出现, 共振
效应, 。
?一般认为,T01/T02=3?10 较合适。
?究竟 T02取多大为好，应按具体情况确定。若欲
快速克服主干扰，则小一点为好；若欲克服对象的大
滞后，可取大点；若欲克服对象的非线性，则 T01/T02
宜取大一些。
(四 )、选副回路应考虑工艺上的合理性
?只有满足工艺要求，才具有实用性。
?先考虑工艺要求，再考虑其他要求。
(五 )、副回路设计应考虑经济性原则
?技术与经济指标应综合考虑，如下两图。
1、对 主变量控制质量要求高
?主变量宜采用 PI规律；欲克服容量滞后，应引进
微分作用，采用 PID规律。
?副变量一般采用 P规律就可以了。
2、对副变量控制要求也较高
?主、副变量均采用 PI控制规律。
3、对主变量控制要求不高，甚至允许小波动
?主变量采用 P规律，副回路对主回路的跟随要求快
而准时采用 PI控制规律。
二、主、副控制器的选择
(一 )、控制规律的选择
?副控制器按单回路方式选择，具体见 P154。
?主控制器按下式确定,
(二 )、正、反作用方式的选择
4、对主、副变量控制要求均不高
?可均采用 P规律；必要时对主变量控制引进微分
作用 。
(主控制器 +/-)(副对象 +/-)(主对象 +/-)=(-)
?主、副控制器正、反作用方式的确定是否正确，
可进行验证，如图。
§ 4-5 串级控制系统
控制器参数的整定
?所谓投运，就是通过适当的步骤，使主、副控制
器从手动工作状态转到自动工作状态。
?两种投运方法：①、先投副环后投主环 (常用 )；
②、先投主环后投副环 (很少用 )。
一、串级控制系统的投运
二、串级控制系统控制器参数的整定
?串级控制系统的方案正确设计后，为了使系统运
行在最佳状态，按照自控理论，必须对系统进行校正，
这在过程控制中称为参数整定。
?在工程实践中，串级控制系统中常用的整定方法
有：逐步逼近法、两步整定法、一步整定法等。
(一 )、逐步逼近法
?逐步逼近法是先副后主，逐步逼近。该方法较繁琐。
?具体步骤为：
?先断开主回路，整定副控制器。
?后闭合主回路，整定主控制器。
?重新调整副控制器参数。
?若未达到控制要求，再调整主控制器参数。
?以上步骤循环进行，直到满足 (逼近 )控制指
标为止。
?对于不同的控制系统和不同的品质指标要求，逐步
逼近法逼近的循环次数是不同的，所以往往费时较多。
(二 )、两步整定法 (应用最广泛 )
?第一步，整定副控制器；第二步，整定主控制器。
?具体步骤,见教材 P186。
?应用举例
在硝酸生产过程中，有一个氧化炉温度与氨气流量
的串级控制系统。温度为主参数，工艺要求较高，温度
最大偏差不 能超过 ?5℃,氨气流量为副参数，允许在一
定范围内变化，要求不高。系统控制器参数采用两步整
定法，过程如下。
①、在系统设计
时，主控制器选用 PI
控制规律，副控制器
选用 P控制规律。在系
统稳定允许条件下，
主、副控制器均置于
纯比例作用，主控制
器的比例度 ?置于 100%，
用 4,1衰减曲线法 (见
右 图 )整定副控制器的
参数，得
②将副控制器的比例度置于 32%上，用相同的方法
整定，将主控制器的比例度由大到小逐渐调节，取得主
控制器的 ?1S =50%,T1S=7min。
?2S=32%,T2S=15s。
③根据上述求得的各参数，运用 4,1衰减曲线法
整定计算公式 (见上表 4-1)，计算主、副控制器的整定
参数为：
主控制器 (温度控制器 )：比例度 ?1=1.2?1S=60%，
积分时间 T1=0.5? T1S=3.5min
副控制器 (流量控制器 )：比例度 ?2 = ?2S =32%
④把上述计算的参数，按先 P后 I的次序，分别设
置在主、副控制器上，并使串级控制系统在该参数下
运行。
实际运行，氧化炉温度稳定，完全满足生产工艺
的要求。
1、与单回路系统相比，串级控制系统有哪些主
要特点？
2、为什么说串级控制系统具有改善过程动态特
性的特点？ T’02和 K’02减小与提高控制质量有何关系
？
3、为什么提高系统工作频率也算是串级控制系
统的一大特点？
思考题
下一章
加热
温度测量
返回
加热
流量测量
返回
第五章 前馈及复合控制系统
其他反馈控制的缺点：
?无法将干扰克服在被控制量偏离设计值之前。
?被控对象总是存在一定的纯滞后和容量滞后，故
限制了控制作用的充分发挥。
§ 5-1 基本概念
1、问题的提出
5.2
2、技术思路
?直接按扰动而不是按偏差进行控制。
?干扰发生后，被控量还未显现出变化之前，控
制器就产生了控制作用。
?这种 前馈控制系统 对干扰的克服要比反馈控制
系统及时得多。
3、工作
原理
?用右
图针对
反馈控
制做比
较说明。
其中 Ma为扰动量,T2为出口
温度,WO(s)为控制通道的传递函数,Wf(s)为前馈通道的
传递函数,Wd(s)为干扰通道的传递函数。
?补偿过程如下图所示。
?可实现对扰动的完全补偿，使被控量成为对扰
动绝对不灵敏的系统。（不变性原理）
4、前馈与反馈的比较
(1),检测,前馈控制测干扰；反馈控制测被控
量。
(2),效果, 克服干扰，前馈控制及时，理论上可实现
完全补偿；反馈控制不及时。
(3),经济性,克服干扰，前馈控制只能一对一，
不如反馈控制经济。
(4),稳定性,前馈为开环，不存在此问题；反
馈则不同，稳定性与控制精度是矛盾的。
§ 5-2 前馈控制系统的结构形式
控制器的输出仅仅
是输入 F的函数，与时
间 t无关。
在图 4-12中，令前
馈控制器传函满足下式
即可：
一、静态前馈控制
?静态前馈的含义
o
f
mm K
KK)s(W ????
二、动态前馈控制
?静态前馈控制只能有效抑制静态偏差；
?动态前馈控制不但能有效抑制静态偏差；而且
能有效抑制动态偏差。
1、问题及办法
2、原理：
如右图，其中
Wm(S)非纯比例
环节。
?动态前馈控制能显著提高系统的控制质量，但结
构和参数整定均比较复杂。
?只适用于控制精度要求很高、反馈与静态前馈难
于满足时。
三、复合控制系统
亦称为前馈 --反馈控制系统。
1、方法的提出
?前馈控制是有局限性的：
① 对补偿结果无法检测；
② 难以对每个干扰均设计一套前馈控制装置；
③ 一个固定的前馈模型难以获得良好的控制质量。
3、特点及适用性
?复合控制的 好处,既发挥了前馈校正及时的优
点，又保持了反馈控制能抑制多个干扰并对被控量
始终给予检验的长处。
2、组成原理及
结构图,
?当负荷 变化时 ……
?对于前馈控制未能完全消除的偏差，以及未能
引入前馈控制的其他干扰 ( 如物料进口温度、蒸汽压
力等 )……
)s(W)s(W1
)s(W)s(W)s(W
)s(F
)s(Y
oc
omf
?
??
3、特点
① 实现前馈控制作用的完全补偿的条件不变。
（令 Y(s)/F(s)=0即可。）
② 不会因引入前馈控制而影响反馈控制的稳定性。
4、前馈 --反馈控制的优点
① 只需对主要的干扰采用前馈补偿，大大简化
了原来的纯前馈控制系统。
② 降低了对前馈控制精度的要求，为工程上实
现简单的前馈补偿创造了条件。
③ 比纯反馈控制具有控制精度高、温度速度快
的特点。
?因而是前馈控制中广泛应用的控制系统。
?为了保证前馈控制
的精度，常希望控制阀
灵敏、线性等；
?采用串级控制系统
可满足以上要求。
四、前馈 --串级控制系统
1、方法的提出 2、原理与结构图
3、应用举例：
思考题
1、前馈控制有哪几种主要型式？
2、前馈控制与反馈控制各有什么特点？
3、为什么一般不单独使用前馈控制方案？
1,预估补偿,原理上能消除纯滞后对控制系统的动态影响，但需
被控过程的精确模型，工程上往往难以实现。
第六章 大滞后补偿控制 6.2 6.3
§ 6-1
克服纯
滞后的
几种常
见方案
2,采样控制,成本较低，但干扰加入的时刻对控制效果影响较大。
3,改进型常规控制,具有通用性广等特点，目前较常用。
4,其他,大林算法、卡尔曼预估算法、灰色预测控制等。
?是一种比较简单、工程上易实现、又能满足
一定控制质量 要求 的控制方案。
?对降低超调量更有显著的效果。
§ 6-2 改进型常规控制方案
一、微分先行控制方案
1、特点
2、组成结构
?一般常规 PID控制方案：见下张图 6-1。
?微分先行控制方案,见下张 图 6-2。
3、传递函数 （随动特性与抗扰动性能）
?一般常规 PI＋ D：式 (1)、式 (2)。
)1(
e)1T)(1sT(k)s(sWT
e)1T)(1sT(k
)s(R
)s(Y
s
DIc
1
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)2(e)1sT)(1sT(k)s(sWT seT)s(D )s(Y s
DIc
1
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I ? ? ? ? ? ? ? ?
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?
?
?
?微分先行,式 (3)、式 (4)。
)3(e)1T)(1sT(k)s(sWT e)1sT(k)s(R )s(Y s
DIc
1
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e)1sT)(1sT(k)s(sWT
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1
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I ? ? ? ? ? ? ? ?
???
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?
?
?
：微分先行较常规 PI＋ D少了一个零点
Z=1/TD,故超调量要小一些。
4、过渡过程比较：
? 区别
二、中间反馈控制方案
?使控制系统闭环传递函数极点位置发生变化，从
而使超调量大大下降，控制质量得到改善。
?微分作用是独立的，能及时起校正作用。
1、特点
2、原理方案
3、控制效果：
与一般常规控制对比：
（ 1）、在给定值变化时，无论是微分先行方案，
或中间反馈控制方案，其控制过程的品质均优于常规
PID,尤其在减小超调量方面效果更佳。。
（ 2）,在扰动作用下，其控制品质与常规 PID相
差不大。
§ 6-3 预估控制方案
?在 PID控制回路上再并联一个补偿回路，以抵消
对象的纯滞后因素。
1、特点
2、原理结构
?单回路控制系统：
?史密斯补偿原理：如下图所示。
3、控制效果：
?控制器接受的测量信号比实际检测到的被控量提
前了时间 ?，是一个对被控量的预估器。
如下图所示。
Smith预估补偿环节的等效图
4、工业应用举例：
? 加热炉温度预
估补偿控制
1、生产过程中的时间滞后是怎么引起的？
2、试举一生产过程实例，简述当其扰动通道
及控制通道存在纯滞后因素时，它们带给被控参
数的不利影响如何？
3、微分先行控制方案与常规 PID控制方案有
何异同？
思考题
第七章 实现特殊要求 2 3 4
的过程控制系统
§ 7-1 比值控制系统
在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流
量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正
常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，
甚至产生生产事故。如：
?燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定
比例混合后送入炉膛。
?制药生产中要求药物和注入剂按比例混合。
一、概述
1、方法的产生
2、比值控制的含义
凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程
控制系统，统称为比值控制系统。
3、变量及关系
?主动量 ---起主导作用而又不可控的物料流量；
?从动量 ---跟随主动量而变化的物料流量；
?比例系数, K=Q1/ Q2
?造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆
量和水量比例。
?水泥配料系统 ……
1、系统组成, 如 下 图所示。
二、比值控制系统的类型
(一 )、开环比值控制
(二 )、单闭环比值控制
?简单、成本低；
?只有当 Q1变化时才起控制作用；
?Q2变化时 Q1不会响应，比例关系被破坏。
3、适用场合
副流量没有干扰的情况。
2、系统组成, 如 下 图所示。
1、特点, 能克服开环比值方案的不足。
2、特点
3、工作过程
?稳定状态下 …… ?主流量变化时 ……
?副变量由于干扰而变化时 ……
7-3 丁烯洗涤塔进料量与洗涤水量的比值控制系统
如 右 图
所示。
4、应用实例,
?优点：不但能实现流量的副量跟主量变化，而且
能克服流量干扰等。
?缺点：主流量不受控。
6、应用场合
在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。
5、优缺点
能克服单闭环主流量不受控的不足。
1、特点
2、系统组成,如 下 图所示。
(三 )、双闭环比值控制
7-4 a) 双闭环比值控制
给定 (随动值 )
设定值 (定值 )
常用
在主流量干
扰频繁或工
艺上不允许
负荷有较大
的波动，或
工艺上经常
需要升降负
荷的场合。
3、另一优点,升降负荷比较方便。
4、适用场合
5、应用
实例,如图。
设定 值
?在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值随
第三个变量的变化而变化。
?为了满足上述生产工艺要求，开发并应用变比值
控制。
(四 )、变比值控制
1、方法的产生
2、系统结构,如 下 图所示。
3、变比值控制的含义
比值只是一种手段，不是最终目的，而第三变量
Y(s)往往是产品质量指标。
变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量 (质
量指标 )、以两个流量比为副变量的串级控制系统。
4、工作过程
?系统稳定时 ……
?当 Q1,Q2出现扰动时 ……
?当出现其他扰动 (如温度、压力、成分等变化 )
时 ……
5、该法特点
7-7 氧化炉温度与氨气 /空气串级比值控制系统
6、应用实例,见以 下两 图。
§ 7-2 均匀控制系统
?在连续生产过程中，一个装置或设备往往与前后的
装置或设备紧密地联想着，前一装置或设备的出料量是
后一装置或设备的进料量，而后一装置或设备的出料量
又输送给其他的装置或设备。
?例如石油裂解气分离工艺，前后共串联了八个塔。
?前后有物料联系的精馏塔，前塔的液位与后塔的进
料量的稳定要求会发生矛盾，如下图所示。
一、均匀控制的用途及特点
1、问题的提出
?是指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地,均
匀地变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾、均匀协
调的系统。
?两塔之
间增设缓冲器
(不适宜 )。
?采用均
匀控制系统
(上策 )。
3、均匀控制的含义
2、解决办法
4、均匀控制的特点
?表征前后供求矛盾的两个参数都是变化的，变
化是缓慢的，是在允许范围内波动的。参见下图。
?前塔的液位变化不能超过规定的上、下限。
?后塔的进料量也不能超过最大和最小处理量。
非均匀控制
二、均匀控制系统的结构方案
1、方案示例, 如下图
(一 )、简单均匀控制
去下一精馏塔
5、适用场合
2、与液位定值控制相比
通常适用于扰动较小、对流量的均匀程度要求较
低的场合。
比例作用是基本的；不能引入微分；积分是否
引入视情况而定。
系统的结构和所使用的仪表是完全一样的，但
控制目的不同。
3、对控制参数应做适当选择
4、特点
简单均匀控制系统的最大优点是结构简单、操
作方便、成本低；但控制效果差。
(二 )、串级
均匀控制
1、组成结构：
为了克服调节
阀前后压力波动
和被控过程的自
衡特性对流量的
影响，设计以流
量为副变量的流
量控制副回路，
如右图所示。
2、与典型串级的异同
不能加微分作用；液位宜采用 PI规律；流量一
般用 P规律。
串级均匀控制系统能克服控制阀前后压力较大
的扰动，使主、副变量变化均匀缓慢平稳，控制质
量较高。
结构方案相同，目的不同；均匀串级控制的
目的 是使液位与流量均匀协调。
3、控制过程
?设干扰使 1#塔液位上升 …
?设 2#塔因塔压变化使其入料量发生变化 …
4、控制作用选择 (十分重要 )
5、特点
(三 )、双冲量均匀控制
所谓双冲量均匀控制系统，就是将两个变量的
测量信号通过加法器后作为被控量的均匀控制系统。
?图中 PO= PH- PQ+ Pr+ C
1、含义
2、应用示例,见下图。
3、一般方块图,如下图所示 。
1、问题的提出
?控制中往往会出现一些随机的特殊要求，如在故障情况下能
保证安全生产；
?发出报警后改由人工操作或联锁保护不是最佳办法。
2、对选择性控制的要求
故障时自动起保护作用而又不停车 --是一种 取代控制系统 。
§ 7-3 选择性控制系统
一、基本概念
二,选择性控制系统的类型
(一 )、对被控参数的选择性控制系统
?控制参数一个，被控参数却有温度和液位两个。
?b)图增设了液面超限控制系统。
?对比方案
(二 )、对控制参数的选择性控制系统
?一般选择性控制方案如 图 4-58所示。
?被控 参数（ 量）只有一个，而 控制参数（ 操纵
量）却有两个。
?多种燃料选择性控制方案如图 7-17.
三,应用举例
?多阀：一只控制器的输出信号去带动两个或两个以上的控
制阀工作。
?分程：每一个控制阀仅在控制器输出信号整个范围的某段
内工作。
?控制阀同向动作：见下张图 7-18。
?控制阀异向动作：见下张图 7-19。
§ 7-4 分程控制系统
?如有 A,B两个控制阀；控制器输出信号压力为
0.02?0.1MPa。
?当控制信号 <0.06MPa时,A阀动作,B阀不动；
?当控制信号 >0.06MPa时,A阀动至极限,B阀才动,如下图
7-18a)。
一、分程控制的概念
1、特点
2、实现
3、分类
1、用于节
能控制
（上图）
二、分程控制方案的应用
3、保证生产过
程的安全与
稳定（下图）
2、扩大控
制阀的可
调范围
4、满足不同工
况的控制要
求
第八章 过程控制中的计算机应用
专用 工业控制机与 一般的计算机相比较，具有以下 特点 ；
1、可靠性高,一般要求连续无故障运行时间达几千小
时以上，同时平均故障时间要短 (一次故障时间不超过几分
钟 )。
2,对计算机的 速度和精度要求较低 (相对而言 )：因为
工业生产过程往往是一个慢过程，而且提高速度的主要矛
盾在于输入、输出设备。每秒几十万次的运算速度一般均
能满足过程控制的要求。
3,输入、输出等 外围设备较完善,除了常用的外围设
备，还要有包括不同数度的 I/O部件、记录、显示等设备。
§ 8-1 控制机的特点
8.2 8.3 8.4 8.5
4、实时响应性要好,在某一限定时间内必须完
成规定的处理任务。
5、中断系统比较完善,一旦出现中断请求，就暂
停执行现行的程序，而去执行中断请求的相应程序。
6、具有丰富的指令系统,尤其是逻辑判断指令和
外围设备的控制指令。
7、有 正确反映生产过程的 数学模型 (控制算法 )：
为了寻求生产过程中的最优工况，实现最优控制，必须
建立正确反映生产过程规律的数学模型。 (实现高级控
制的前提。 )
8、有比较完善的软件系统, 操作系统、应用软件。
§ 8-2 微机过程控制
系统的组成
计算机过程控制系统的典型构成如下图所示。
其基本 硬件 组成如 下 图所示。
1、主机
2、过程接口,输入、输出；模拟量、开关量。
3、外围设备,输入设备、输出设备、外存储器。
4、自动化仪表,过程通道必须通过自动化仪表才
能和贝卡被控过程发生联系。
5、软件系统,程序设计系统、操作系统、监控系
统和诊断系统等，通常由计算机制造厂家提供。
6、应用软件,是用户根据具体的生产工艺要求完
成某种控制功能所必须的软件，由用户自编。
上图包括：
对于不同的被控过程和生产工艺，其控制方案
是不同的。
1,巡回检测与数据处理,
如右图。
对工业过程
参数经采样、
A/D转换、送
计算机，处
理后进行显
示、打印、
越限报警,
计算
§ 8-3 微机过程控制系统典型的应用方式
2、直接数字控制 (DDC)系统,
原理图和组成方框图分别如以下图所示。
由图可见，微型计算机取代了模拟调节器，对生产过程直
接进行控制。直接数字控制系统是最普遍的一种应用形式。
3、监督控制 (SCC)系统,
?DDC系统中的设定值是预先给定并存入内存的，不
能随生产负荷、操作条件和工艺信息变化而及时进行修
正，因而不能使生产处于最优工况。
?在下图所示的 SCC系统中，计算机根据各种工艺参
数以及各参数间的相互关系；
?或根据最优化数学模型，计算出各被控参数的最
佳给定值，利用计算机自动调整模拟调节器的给定值；
?或可调参数值，或由第二极计算机监控第一级 DDC
系统，使生产处于最优工况。
?早期的控制方式。一旦计算机出故障，仍能由模
拟调节器维持生产过程的正常进行。
?在上图中，第二级计算机根据最优化数学模型，计
算出被控参数的给定值，以监督第一级 DDC系统的工作。
?不仅要完成生
产过程的在线控
制任务，还要进
行现代化的集中
管理。
?利用小型或微
型计算机进行 DDC
控制，再用中型
或大型计算机完
成现代化企业管
理。
?通过高速通信
线路 ---网络，使
各部门协调地进
行工作。
4、集散控制系统 (分散控制系统 DCS)：
§ 8-4 信号采集、数字滤波及数据处理
1、采样周期, T0<=T/2 ； 经验值。
2、模拟量的数字化,如下图所示,
3、数据采集, 当模入点数不多时，可通过输入指
令逐点读入；当模入点数较多时，可利用数据通道直接
把一批数据送到内存指定的缓冲区，以节省时间。
一、信号采集
1、程序判断滤波
2、递推平均滤波 (算术平均滤波 ):见下图。
3、加权递推加权平均滤波 (滑动平均值法 )
4、一阶惯性滤波
二、数字滤波
1998。 9。 21
§ 8-5 科研实例
1、聚酯树脂生产过程控制 ——东方绝缘材料厂项目
2、旋转流管式膜微滤净水过程控制系统
——省级重点实验室项目
思考题
1、与一般的通用机相比，控制机有哪些主
要特点？
2、为什么控制机可靠性要求很高而对其运
算速度和精度的要求较低？
第一章 绪论 2 3 4 5 6 第二章 被控过程的数学模型 2 3
第三章 单回路控制系统设计 2 3 4 5 第四章 串级控制系统 2 3 4 5
第五章 前馈及复合控制系统 2 第六章 时间滞后控制系统 2 3
第七章 其它过程控制系统 2 3 4 第八章 过程控制中的计算机应用 2 3 4
§ 1-1 课程的性质和教学安排
凡是采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或
某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。 (另有电
力拖动控制方向 )
1、过程控制的概念
2、过程控制是自动化专业的主要内容之一
第一章 绪论 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
3、教学安排
4、主要参考书
(1)、过程控制工程，冯品如，轻工业出版社
(2)、过程控制与自动化仪表，侯志林，
机械工业出版社
(3)、微型计算机控制技术,于海生，
清华大学出版社
(1)、学时、实验情况
(2)、内容安排
(2)、从实际应用看
(1)、从专业特点看 返回
生产过程自动化是保持生产稳定、降低
消耗、减少成本、改善劳动条件、保证安全
和提高劳动生产率重要手段，一直起着极其
重要的作用。其发展经历了以下几个方面：
1、初期阶段 (30～ 40年代 )
2、简单仪表化阶段 (40～ 60年代 )
3、综合自动 化阶段 (60～ 70年代中期 )
4、全盘自动化 (及智能化 )阶段 (70年代
中期自今 )
§ 1-2 过程控制的发展概况
§ 1-3 过程控制的特点 及计算机的作用
过程控制的目的：保持过程中的有关参数为一
定值或按一定规律变化。
1、被空对象的 多样性
2、对象特性的 难辨性
白色系统、黑色系统、灰色系统的概念
3、普遍存在 滞后
4、特性往往具有 非线性,
如间歇式加温、齿轮运动等。
5、计算机在过程控制中的地位和作用
计算机的应用不仅促进了现代控制理论的发展，
而且也推动了自动化向深度与广度进军，使生产自
动化提高到更高的水平。甚至在向智能化的方向大
步迈进。
微型计算机控制生产过程，按不同的控制目的，
可分为两类：一是 数据检测 处理，二是形成 微机控
制 系统。
微机控制在提高产品质量、保证安全运行、减
少原料和能量消耗、控制和减少环境污染、提高企
业的管理水平方面正在并将发挥越来越重要的作用。
1-1典型单回路控制系统
一、系统组成
§ 1-4 过程控制的组成及术语
1、控制原理 (如下图 )
以液体储槽的水位控制为例进行说明。
液位变送器
液位控制器
执行器
2、系统方块图
3、主要组成部分
(1)、被控对象,生产过程中被控制的工艺设备或装置。
(2)、检测变送单元,仪表课中已做介绍。
(3)、控制器,实时地对被控系统施加控制作用。
(4)、执行器,将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的
有气动和电动两种。
(5)、控制阀,控制进料量。有气开式和气关式之别。
1,被控对象 (简称对象或过程 )：前已述及。
2,被控参数,按照生产过程要求，某些变量应该维
持在稳定的变化范围内，如果对其施加控制作用,就称
二、常用术语
,凡是影响被控量的各种作用均叫做干扰或扰
动。分内干扰和外干扰。 (内干扰如原料成分变化等。 )
4、控制参数, 即调节介质。如储水槽液位控制系统的给
水量。
5、测量值,被控变量经检测变送后即是测量值。
6、给定值,即被控变量的设定值。
7、偏差值,准确地说，应是被控量的给定值与实际值之
差。但能够直接得到的信号是被控量的测量值，故通常把给定
值与测量值之差称作为偏差。
8、调节器输出,根据偏差值、经一定算法得到的输出值。
调节器输出亦称控制作用。
3、干扰,
其为被控参数。如温度、压力、流量、液位、成分等。
有常规控制系统、计算机控制系统。
一、一般分类
1、按工艺参数分类：
有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系
统、成分控制系统、物位控制系统等。
2、按系统的任务分类：
有比例控制、均匀控制、前馈控制等。
3、按自动化装置的不同分类：
§ 1-5 过程控制系统的分类
5、按是否形成闭合回路分类：
是工业生产过程中应用最大的一种过程控制系统。
在运行时，系统被控量的给定值是不变的。有时根据生
产工艺要求，被控量的给定值保持在规定的小范围附近
波动。
二、按设定值形式分类
4、按控制器的动作分类：
有
1、定值控制系统
P
PI
PID
位式
,。
2、随动控制系统
其给定值按预定的时间程序来变化。如机械工业
中的退火炉的温度控制系统，其给定值是按升温、
保温,逐次降温等程序变化的。家用电器中应用定
值控制系统的也很多，如电脑控制的洗衣机、电饭煲
等。
是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制
系统。它的主要作用是克服一切扰动，使被控量随
时跟踪给定值。
3、程序控制系统
1、递减比
2
1
B
Bn ? 见图
一般认为,n:1=4:1时稳定性好，但温度等慢变化
过程约取 10:1为好，应根据实际情况灵活处理。
2、衰减率
n/11BB1B BB
2
1
1
21 ???????
是衡量过度过程稳定性的一个动态指标 (于递减比
含义相同 ).一般取 ?=0.75～ 0.9。
§ 1-6 控制系统的质量指标
见图
3、动态偏差（亦即超调量）
为被控量偏离稳定值或设定值的最大偏差值。
其它课程已做介绍，不再详述。
4、调节时间、静态偏差（即余差）
见以下两图中的 C。
返回
1。数学模型的有关概念
§ 2-1 概述
数学模型,指过程在各输入量的作用下，其相应输出
量变化的函数关系数学表达式。
干扰,内干扰 ---调节器的输出量 u(t)；
外 干扰 ---其余非控制的输入量。
通道,输入量与输出量间的信号联系。
第二章 被控过程
的数学模型 2.2 2.3
扰动通道 --扰动作用与被控量间的信号联系。
2。研究并建立数学模型的目的
(1)、设计过程控制系统、整定调节器参数。
(2)、指导生产工艺设备的设计。
(3)、进行仿真实验研究。
(4)、培训运行操作人员。
3。单输入 -单输出过程的常见模型
(1)、线性时间连续模型
(2),线性时间离散模型
4。有 /无平衡能力的概念 (参见图 1 2 )
控制通道 --控制作用与被控量间的信号联系；
一。自衡过程的数学模型
自衡的定义, 对象受到干扰作用后，平衡状态
被破坏,无须外加任何控制作用，依靠对象本身自动
平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的性质，称为
平衡能力。
(一 )、单容过程的数学模型
1、单容过程的定义,只有一个储蓄容量的过程。
如下页图所示。
§ 2-2 机理分析法建模
过程演示
返回
讨论,(1)、静态时,q1=q2=dh/dt=0 ;
(2),当 q1变化时 ?h变化 ? q2变化。
经线性化处理，有
?
?
?
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?????
???
)62.,,,, (
dt
hd
A
dt
dV
)52.(.,,,,,,,,,.,,,,,,,,,
dt
dh
Aqq
21
21
)72.(.,,,,,,,,,.,,,,,,,,,
R
hq
2
2 ?
???
其中,R2为阀门 2的阻力，称为液阻或流阻。
2、参量关系分析
3、建立数学模型
)),,,,,,,, (s(A s H
R
)s(H
)s(Q
dt
hd
A
R
h
q
2
2
1
???
?
?
?
??
由式 (*)可画出框图 如图 所示。即
AsR2H(s)+H(s)=R2Q1(s),故
)82......(..........!sT K1sAR R)s(Q )S(H)s(W
O
O
2
2
1
O ??????
式中,TO=AR2=R2C,C为容量系数 (或容量 )。
由式 (2-6)和式 (2-7)，有
2-2
(1)、容量 C
含义：生产设备和传输管路都具有一定的储蓄物质
或能量的能力。被控对象储存能力的大小，称为容量或
容量系数，其意义是：引起单位被控量变化时，被控过
程储存量变化量。
4、容量和阻力的概念
返回
1、纯滞后的概念
纯滞后是普遍存在的，如下页图所示。
)92(
e
1sT
K
)s(Q
)s(H
)s(W
)t(qKh
dt
hd
T
s
0
0
1
0
0100
0
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????
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种类：有电容、热容、气容、液容等等。
(2)、阻力
概念：凡是物质或能量的转移，都要克服阻力，
阻力的大小 决定于不同的势头和流率。
种类：电阻、热阻、气阻、流 (液 )阻。
2、数学模型
(二 )、具有纯滞后单容过程的数学模型
纯滞后单容过程及其响应曲线
无纯滞后 有纯滞后
(三 )、多容过程的数学模型
1、多容过程 是工业生产中常见的，如下两图。
2-5
2、三容过程的微分方程模型, 如式 (2-10)
)102(
R
h
q
dt
hd
Cqq
R
h
q
dt
hd
Cqq
R
h
q
dt
hd
Cqq
3
3
3
3
332
2
2
2
2
221
1
1
1
1
11
?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
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????
3、三容过程的方框图
? 由式 (2-10)的拉氏变换，可得图 2-6。
4、三容过程的数学模型
由图 2-6，应用自控理论即可获得其模型。
二、无自衡过程的数学模型
无自衡过程的概念：如下图。
(一 )、单容过程的数学模型
1、参量关系分析
在自衡过程 (图 2-7)下，有
dt
hdCqq
21
?????
图 2-8
返回
而在无自衡过程 (图 2-8)下，因 q2=0，故
1qdt
hdC ???
2、传递函数
?
?
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?
?
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???
??
?
)162.(.,,,,,,,,,e
sT
1
)s(Q
)s(H
)s(W
),,152., (.,,,,,,,,,.,,,,,,,,,.,,,,,,,,,
sT
1
)s(W
s
01
0
0
0
0?
或
?二容,三容过程形式：
如图 2-9、图 2-10所示。
(二 )、多容过程的数学模型
对正常生产影响小。转换成阶跃响应的方法如下图。
一、响应曲线法
问题的提出,大多数工业过程的机理模型是很
难建立的，只有采用实验建模。
是一种时域法辨识对象的动态特的方法。
(一 )、阶跃扰动法测定对象的响应曲线
实验时往往会对正常生产造成影响。
(二 )、矩形脉冲法测定对象的响应曲线
§ 2-3 试验法建模
---过程辨识
将矩形脉冲看成正负两个等幅的阶
跃信号，据此而得到输出的阶跃 响应。即
转换的思路是：
x(t)=x1 (t)+x2(t) (见图 2-11上 )
=x1 (t)- x1(t-a) (2-20)
则 y*(t)=y(t)-y(t-a)
或 y(t)= y*(t)＋ y(t-a) (2-21)
用式 (2-21)进行 转换的过程如图 2-11中部 (有自衡
过程 )和下 部 (无自衡 过程 )。
(三 )、由阶跃响应曲线确定过程的传递函数
多数过程的数学模型表达式如 P19所示。
1、确定一阶惯性环节的参数
中：在,..1sT K)s(W....
o
o
o ??
(1)、放大系数
)302.....(x )0(y)(yK
0
0 ?
???
(2)、时间常数
a,切线法：如右图 。
b,图解法（半对数法）：
P20-21及下图
图 2-12阶跃响应曲线
通过 P20-21的分析，得
斜率为：
图
2-13
?
0
BC
BA
T
1
303.2
1
tt
ZlgZlg
t g a
??
?
?
?
BA
0 ZlgZlg
BC
303.2
1T.....
?
??则
2、确定有时滞的一阶惯性环节的参数
图 2-14
(2)、图解法：如 下 图 2-14 b)。
(1),切线法：如 下 图 2-14 a)。
?0和 T0的 经验公式为式 (2-36) (详见涂植英教材 )。
1?k
2-15
)1sT)(1sT(
K)s(W
21 ??
?
3、二阶惯性环节的参数
响应曲线如图 2-15
所示 。
21 T/t
12
2T/t
12
1 e
TT
Te
TT
T1)t(y ??
?????
(1).形式, （ 假设 K=1)
则其单位阶跃响应特性方程为
(2).求解
由拐点处，
0dt )t(yd 2
2
?
得
2
1
21
21
1 T
Tln
TT
TTt
??
)TT/(T
2
1
12
1)TT/(T
2
1
12
2
..,...
11
1..,...
12
2
1
122121 )
T
T
(
TT
T
)
T
T
(
TT
T
)a48472
e
TT
T
e
TT
T
)t(y1AF1AB
??
?
?
?
?
?
?
?
?????
、由式（
)])TT()TT[(TT 1)t(yt a n )TT/(T
2
1)TT/(T
2
1
12
tt
' 122121
1
??
? ?????
由图可见
拐点 A处的斜率为
BC=T2-T1,A’E=f(T2/T1)
由图还有：
?? t a ntEA,t a n/ABBC 1' ??
整理后可得有关计算表格 (P23表 2-2)。
第三章 单回路 3.2 3.3 3.4 3.5
控制系统设计
1、典型例子,见下图
一、系统的基本结构
单回路控制系统又称为简单控制系统。虽然简
单，但应用较广；过程控制的基本概念主要是在本章
建立的。因此，本章内容无疑是重点之一。
§ 3-1 概述
液位变送器 液位控制器 执行器
2、系统方框图
3、特点
最简单、最基本；应用最广泛、最成熟。
是各种复杂控制系统设计和参数整定的基础。
适用于被控对象滞后时间较小，负载和干扰不
大，控制质量要求不很高的场合。
二,过程控制系统设计的要求
1、安全性
2、稳定性
3、经济性
三,过程控制系统的设计步骤
1、建立被控过程的数学模型
2、选择控制方案
3、选择控制设备型号规格
4、实验（与仿真）
四、控制系统的工程考虑
包括仪表（微机）选型、控制室和仪表盘设计、供水
供电供气设计、信号系统设计、安全防暴设计等。
(2)、对象信息的获取和变送
(3)、执行器的选择
(4)、控制器的选择
3、工程安装
4、仪表调试
5、参数整定
2、工程设计
1、方案设计
是整个控制工程设计中最重要的一步，应注意：
(1)、合理选择被控量 (被控参数 )和操纵量 (控制参数 )
? 是控制系统方案设计的一个至关重要的问题。
? 恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、
改善劳动条件有很大的作用。
? 若选择不当，则不论组成什么样的控制系统，选
择多么先进的过程检测控制仪表，都不能达到良好的控
制效果 。
一、被控参数 (即被控量 )的选择
1.选择的意义
§ 3-2 被控参数和控制参数的选择
影响正常操作的因素很多，但并非都需加以控制。
只有根据工艺要求，深入分析工艺过程，才能选择
出合适、可测的工艺参数。
2,选择方法
(2).选间接参数
当选直接参数有困难时采用。 (如用反应釜的温度
控制间接实现化学反应的质量控制。 )
(1).选直接参数
即能直接发映生产过程产品产量和质量，以及安全
运行的参数。 (如锅炉锅筒的水位控制。 )
3,选间接参数的原则
? 必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状 。
? 间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。
? 间接参数要有足够的灵敏度。
二、控制参数 (即控制量 )的选择
当生产过程中有多个因素能影响被控参数 (量 )变化
时，应分析过程扰动通道特性与控制通道特性对控制质
量的影响，正确地选择可控性良好的变量作为操纵 (控
制 )量。
一般希望控制通道克服扰动的能力要强，动态响应
应比扰动通道快。
图 3-3
(一 )、过程静态参数对控制质量的影响
(1).基本形式,如图 3-3所示
选择控制参数的一般原则如下：
1.系统的简化方框图
(2).突出干扰作用, 框图如下图所示
2.传递函数
cc K)s(W ?
1sT
K)s(W
o
o
o ??
则在定值控制下输出对干扰的闭环传递函数为
设传递函数分别为
1sT
K)s(W
f
f
f ??
)1sT(KK)1sT)(1sT(
)1sT(K
.,,,,,,,,
)s(W)s(W1
)s(W
)s(F
)s(Y
focfo
of
oc
f
????
?
?
?
?
3.稳态余差
)t(yl i m)(y t ????
由于系统本质是稳定的，则在单位阶跃扰动下的余
差为
?过程稳态特性对控制质量有很大影响，这是选择操
纵参数的一个重要依据。
?应使 Kf越小越好，以减弱扰动对控制参数的影响。
4,讨论
)]1sT(KK)1sT)(1sT[(s
)1sT(Ksl i m
focfo
of
0s ????
??
?
K1
K
KK1
K f
oc
f
????
1.时间常数的影响
由 P145,6的分析及右图可知：
?系统的超调量随 Tf的增大而减
少，控制质量得到提高。
?最佳控制过程中,KcK0应为一常数,K0大小可通
过 Kc来调节。
?在控制系统设计时，控制通道的 K0拟适当选大一
些。
(二 ).干扰通道动态特性
对控制质量的影响
fT
a 1??
2,滞后时间的影响
?Tf变大或个数增多，均对干扰起到了一种滤波
作用。
?干扰通道的纯滞后时间仅使被控参数对其反应在
时间上平移了一段时间，理论上无影响。
?干扰通道的容量滞后会使干扰信号变得缓和一些
，对克服干扰有利。
3.干扰作用位置的影响
(1).分析,如以下两图。
(三 ).控制通道动态特性对控制质量的影响
在系统设计时，应使扰动作用点位置远离被控量。
(1).T太大
?特点：使控制作用变弱，控制质量变坏。
?措施：合理选择执行器位置；采用前馈或复杂控制,
(2).结论
1.时间常数的影响
(2).T过小
?特点：控制作用增强，但系统容易振荡。
?措施：选择快速监测、控制、执行器件；设法降
低控制通道的灵敏度；改革工艺以使 T增大。
(1).纯滞后 ?0的影响较大,如
图所示。 应从工艺着手改善。
(2).容量滞后 ?c比较缓和，引
入微分作用可有效克服。
(四 ).选择控制参数 的 一般 原则
2.滞后时间的影响
1.控制通道 的放大系数 K0要适当选大
一些；时间常数 T0要适当小一些；纯滞后
时间 ?0越小越好,?0与 T0之比应小于 1.
2.扰动通道 的放大系数 Kf应尽可能小；时间常数 Tf要大；扰动引入系统的位置
要远离控制过程 (即靠近调节阀 )；容量滞
后愈大，愈有利于控制。
3.注意 工艺操作的合理性、经济性。
(五 ).实例讨论
例 1：喷雾式乳粉干
燥设备的控制（ P171) 。
1.工艺流程,参见教
材 P172图 3-28。
2.控制要求,干燥后
的产品含水量波动要小。
3.被控参数选择, 干
燥器里的温度
4.控制 参数 的选择
(三种方案如图所示 )
讨论后知，以风量作控制参数为最佳选择。
例 2 储槽液位控制 (P173)
?在自动控制系统中，接受调节器的指令；
?经执行机构将其转换为相应的角位移或直线位移；
?去操纵调节机构，改变被控对象进、出的能量或
物料。
?
?
?
调节机构
执行机构
0、概述
1,作用
2,组成
§ 3-3 执 行 器 选 择
3,类型
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
液动执行器
电动执行器
滚动膜片机构
长行程机构
活塞机构
薄膜机构－－应用最广
气动执行器
由两部分组成，
如右图所示。
一、气动薄膜控制
阀的工作原理
(一 )、气动薄膜执行机构
1、组成,由膜片、推杆、弹簧等组成。
2、作用方式
?正作用 —控制气压增加时，其开度增加。
?反作用 --控制气压增加时，其开度减小。
3、作用原理
P?PAe=kl?l=AeP/k
(二 )、控制阀体
1、作用,是一个局部阻力可以变化的节流元件。
2、流量方程
当口径 A和差压 (P1-P2)一定时，流量 Q仅随阻尼 ?
的变化而变 化。改变阀门的开启程度，可改变流通
阻力而控制介质流量 。
1)-(32PpP 221 ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? ???
A
Q???
)23()PP(2AQ 21 ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? ??
3、调节原理
二、控制阀的流量特性
1、概念
m a xQL,Ql ???????
)33()Ll(fQ Q
m a x
?????????????????
?理想 (固有 )流量特性 --假定阀前后差压不变。
?工作 (实际 )流量特性,
2、类型
(一 )、理想流量特性
?取决于阀芯曲面的形状。
1、直线流量特性
(1)、定义：控制阀的相对流量预相对开度成直线
关系，即
).43(KLldQ Qd
m a x
???? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ???
?
??
?
?
???
?
???
?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
??
?????
)
Ll
.,,,,,,,, (CK1
)
0l
.(C
R
1
Q
Q
C
L
l
KCLl
m a x
m i nm a x
m i n
ｄ＝Ｋ
Ｑ
Ｑ
由上式，
ｍａｘ
(2)、特性方程
2、其他流量特性
)53(Ll)1R(1R1Q Q
m a x
?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????? ????
(3)、特点：适于在较大开度下使用。 (注：国产
阀，可控比 R=30)
?对数特性：小流量时，控制作用平缓；大流量时，
控制作用灵敏有效，克服了直流特性的不足。
?快开特性：适于要求快速开、闭的控制系统。
?抛物线特性：介于直线特性与对数特性之间，弥
补了直线特性小开度时控制性能差的缺点。
(二 )、工作流量特性
(1)、阀上的差压：如图 3-10所示。
1、串联管道中的特性
(2)、流量特性
(1)、并联的目的：冗余措施；增大产量 (流量 )
(2)、可调比：在下图中，设
Q1--调节阀流量； Q2--旁路阀流量 ;
Q---总管流量 ;
1
L
l
f)1s(
1
L
l
f
Q
Q
21m ax ??
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
??
?
2、并联管道的流量特性
可控比
2m i n.1
m a x
r QQ
QR
??
2
m a x
r Q
Q
x1
11R
x)1R(R
RR ?
?????? 通常
并联管道的工作流量图
(3)、流量特性
?选择原则是广义对象具有线性特性，即总放大系
数为常数。
?选择方法可分为理论计算法和经验法两大类。
由对象特性 ?选工作特性 ?推理想特性 ?查厂家
手册。
)x1(
L
lxf
Q
Q
m a x
???
?
??
?
??
三、控制阀作用方式的选择
? 选气开还是气关式，由生产工艺的要求决定。
1、从生产的安全出发
2、从保证产品质量考虑
3、从降低原料和动力的损耗考虑
4、从介质特点考
(一 )、气开气关方式的选择
? 执行机构与阀体部件的配用有表可查。
? 先选气开、气关方式，再选执行机构。
(二 )、执行机构正、反作用方式的选择
§ 3-4 控制器的选型
?积分控制作用能消除余差，但降低了系统的稳定性。
?TI愈小，稳定性愈差。
? 信号通道在被控参数和控制参数确定之后就定下
来了。
? 根据对象特性和控制质量要求 选择控制器的
控制作用 确定控制器的类型。
?随着控制器放大系数 Kc的增大，控制系统的稳定
性降低。 (与自控理论的分析一致。 )
?随着 Kc的增大，余差将减少，但不能消除。
二、积分控制作用对控制质量的影响
一、比例控制作用对控制质量的影响
三、微分控制作用对控制质量的影响
(1)、特点：抗干扰能力强，过渡过程时间短，但
有余差。
(2)、适用：控制通道滞后较小，负荷变化不大，
允许被控量在一定范围内变化的系统。
?引入微分控制作用后，控制质量将全面提高。
?微分作用太强，会引起控制阀时而全开、时而
全关。
四、控制器的选型
?应由对象的特性和工艺要求确定
1,P控制器的选择
2,PI控制器的选择
(1)、特点：对克服对象的容量滞后有显著的效果。
(2)、适用：负荷变化大，容量滞后大，控制质量
要求很高的系统。
(1)、特点：过渡过程结束时无余差，但系统的稳
定性降低。
(2)、适用：滞后较小，负荷变化不大，被控量不
允许有余差的控制系统 。
负荷变化大，纯滞后大，采用 PID达不到要求时采用。
4、复杂控制系统
3,PID控制器的选择
五、控制器正、反作用的选择
?原则, 使整个单回路构成负反馈系统 ---乘积为
负。
1、控制阀：气开式为, ＋,,气关式为, -” ；
2、控制器：正作用为, ＋,,反作用为, -” ；
3、被控对象：物料或能量增加时，被控参数随之
增加为, ＋,,随之减少为, -” ；
4、变送器：一般为, ＋, ；
控制器正、反作用选择的判别式：
(控制器, ±, )(控制阀, ±, )(对象
,±, )=,-”
?如果控制方案已经确定，则过程各通道的静态
和动态特性就已确定，系统的控制质量就取决于控制
器各个参数值的设置。
?控制器的参数整定，就是确定最佳过渡过程中
控制器的比例度 δ,积分时间 TI、微分时间 TD的具体
数值。
?所谓最佳过渡过程，就是在某种质量指标下，
系统达到最佳调整状态。
?4,1递减比为最佳参数整定的常用依据。 4:1
?参数整定的方法,
0、概述
§ 3-5 控制器的参数整定
,对数频率特性法、根轨迹法等。
(2),工程整定法,经验凑试法、衰减曲线法、临
界比例度法、响应曲线法等。
(1),理论整定法
%100)x xe e(
m a xm a x
?? ?? ???
.x;x;e;e
m a x
m a x
输出变化量
围控制器输出的变化全范
输入变化量
控制器输入的测量范围式中
????????????
????????????
????????????
???
对于单元组合仪表,%.100
K
1
c
???
?比例度 的概念：对于比例作用大小，工业控制
器常用 δ 表示，其义为：
一、现场经验凑试法
1、常用的参数经验范围,如表 3-1所示
2、整定步骤
(1),在纯比例作用下 (TI=?,TD=0)
?在比例度 ?按表 3-1的取值下，将系统投入运行；
?若曲线振荡频繁，则加大比例度 ?；
?若超调量大，且趋于非周期，则减少 ?，求得满意
的 4,1过渡过程曲线。
(2)、引入积分作用 (此时应将上述 ?加大 1.2倍 )
?将积分时间 TI由大到小进行整定；
?若曲线波动较大，则应增大 TI；
?若曲线偏离给定值后长时间回不来，则需减少 TI，
以求得较好的过渡过程曲线。
(3)、若需引入微分作用
1、特点, 是目前工程上应用较广泛的一种控制器
参数的整定方法。
2、整定步骤
(1)、在纯比例作用下投入 (TI=?,TD=0),比例度 ?适
当；平稳操作一段时间，把系统投入自动运行。
?将 TD按经验值或按 TD=(1/3～ 1/4)TI设置，并由小
到大加入；
?若曲线超调量大而衰减慢，则需增大 TD；
?若曲线振荡厉害，则应减小 TD；
?观察曲线，再适当调节 ?和 TI，反复调试直到获得
满意的过渡过程曲线。
二、稳定边界法 （临界比例度法）
图 3-12
，得到图 3-12所示等幅振荡过
程记下临界比例度 ?K和临界振荡周期 TK值。
kT
(2)、将 ?逐渐减小
(3)、根据 ?K和 TK值，采用表 3-2中的经验公式，计
算 ?,TI,TD的值。
用临界比例度法整定某过程控制系统所得
的比例度 ?K=20%,临界振荡周期 TK=1min，当控制器分别
采用比例作用、比例积分作用、比例积分微分作用时，
求其最佳整定参数值 。
例 3-1
(4)、按, 先 P后 I最后 D”的操作程序，将控制器整
定参数调整到计算值上。
观察其运行曲线，若不够满意,再 做进一步调整。
解：应用表 3-2经验公式,可得
(1).比例 控制器
?=2?K=2× 20%=40%
(2).比例积分 控制器
?=2.2?K=2.2× 20%=44%
TI=TK/1.2=1/1.2=0.83min
(3).比例积分微分 控制器
?=1.6?K=1.6?20%=32%
TI=0.5TK=0.5?1=0.5min
TD=0.25TI=0.25?0.5=0.125min
?应用临界比例度法的几点注意事项见 P155。
三,阻尼振荡法 （衰减曲线法）
(1)、实现 4,1衰减比
?先把参数置成纯比例作用
(TI=?,TD=0),使系统投入运行；
?再把 ?从大逐渐调小，直到
出现右图所示的 4,1衰减过程曲
线 ；
?此时的 4,1衰减比例度为 ?S，
4,1衰减振荡周期为 TS。 运行效
果如下图。
1、特点,是在总结 稳定边界法 的基础上，经过
反复实验提出来的。
2、整定步骤,对于要求系统过渡过程达到 4,1
衰减的步骤如下。
返回
(3)、进一步调整
?按, 先 P后 I最后 D”的操作程序，将求得的参数设置
在控制器上；
(2)、计算参数
?再观察运行曲线，若不太理想，可做适当调整。
?根据 ?S和 TS，使用表 3-8计算出控制器的各个整定
参数值。
某温度控制系统，采用 4,1衰减曲线法整
定控制器参数，得 ?S=20%,TS=10分，当控制器分别为比
例作用、比例积分作用、比例积分微分作用时，试求其
整定参数值。
例 3-2
解 应用表 3-8中的经验公式，可得
(1),比例 控制器
?=?S=20%
(2),比例积分 控制器
?=1.2?S=1.2?20%=24%
TI=0.5TS=0.5?10=5min
(3),比例积分微分 控制器
?=0.8?S=0.8?20%=16%
TI=0.3TS=0.3?10=3min
TD=0.1TS=0.1?10=1min
四、响应曲线法 （动态特性参数法）
2、整定步骤
(1)、用 P17-18”实验法建模, 中所介绍的方法获取
对象的响应曲线，如下图所示。
1、特点,依据对象的响应曲线 ---飞升特性整定
参数，精度更高。
(2)、求取广义对象的放大系数 Ko
m i nm a xm i nm a x
o XX
X
yy
yK
?
?
?
??
式中 Δ y ---被控参数测量值的变化量；
Δ X ---控制器输出的变化量；
ymax-ymin---测量仪表的刻度范围；
Xmax-Xmin---控制器输出变化范围。
(3),根据 对象的 K0, T0, ?0,按下表 3-4所给公式求
出 4,1衰减过程控制器的参数 ?,TI和 TD 。
在某一蒸汽加热器的控制系统中，当电动
单元组合控制器的输出从 6mA改变到 7mA时，温度记录仪
的指针从 85℃ 升到 87.8℃,从原来的稳定状态达到新的
稳定状态。仪表的刻度为 50?100℃,并测出
?O=1.2min,TO=2.5min。如采用 PI和 PID控制规律，试确
定出整定参数。
例 3-3
本例中,?X=7-6=1mA
Xmax-Xmin=10-0=10mA
?y=87.8-85.0=2.8℃
ymax-ymin=100-50=50℃
所以
解：
27.0
5.2
2.1
56.0
T
K
56.0
101
508.2
K
o
oo
o
??
??
?
因此，在 PI控制器时：
?=1.1?27%=30%
TI=3.3?1.2=4min
在 PID控制器时：
?=0.85?27%=23%
TI=2?1.2=2.4min
TD=0.5?1.2=0.6min
解毕。
1、试说明单回路控制系统的构成、主要特点及其
应用场合。并说明系统设计的主要内容。
2、过程控制系统方案设计应包含哪些主要内容？
3、选择被控参数时应遵循哪些基本原则？
4、在选择控制参数时，为什么取过程控制通道的
静态放大系数 K0 应适当大一些，而时间常数 T0应适当
小一些？
5、在设计过程控制系统时，怎样选择调节器的控
制规律？怎样确定调节器的正、反作用方式和调节阀
气开、气关形式？
思考题
第四章 串级控制系统
§ 4-1 概述
?单回路控制系统,结构简单，但难于适应工艺参数
间关系比较复杂的控制，特别是现代大规模工业生产。
?复杂控制系统,具有两个以上的检测变送单元、或
控制器、或执行器，能完成一些复杂或特殊的任务
?串级控制系统,对改善控制品质有独到之处，故而
在过程控制系统中应用很广泛。
4.2 4.3 4.4 4.5
一,串级控制系统的组成
?以炼油厂管式加热炉的出口温度控制为例。
(1)、采用 直接控制 方案：如图 4-1所示。
?优点：所有对温度的干扰都包括在控制回路之中。
?缺点：对燃油流量变化等干扰控制不及时，总滞后
较大。
(2)、采用 间接控制 方案：如图 4-2所示。
?优点：能及时而有效地克服来自燃料油压力方面的
干扰。
?缺点：燃料油控制只起辅助作用；放弃炉出口温度
控制将无法克服来自原料流量和温度、炉膛压力变化等
方面的干扰。
1、问题的提出
(1),结构图,将图 4-1、图 4-2方案综合起来，
即得串级控制系统如图 4-4所示。
2、系统组成
加热
流量测量
温度测量
(2),方框图,如图 4-3所示。
(3),特征,两台控制器串联在一起，控制一个
调节阀。
(4),另一实例
(5),常见名词术语,
主、副变量，主、副控制器，主、副对象，主、
副变送器，主、副回路等，如图 4-5,
4-5
二、二次干扰
?作用在主、副对象上的干扰分别为一、二次干扰。
?图 4-5为串级控制系统的通用方框图。
三、串级控制系统的工作过程
?仍以管式加热炉出口温度控制为例，分析克服干
扰的过程。
1、干扰来自燃料油流量
?初始阶段，出口温度不变，温度控制器的输出不
变。
?出口温度变化时，温度控制器不断改变着流量控
制器的设定值。
2、干扰来自原料油
(1)、使主、副变量同向变化
(2)、使主、副变量反向变化
?分析可知, 副控制器具有, 粗调, 作用，主控
制器具有, 细调, 作用；两者配合，控制质量必高于
单回路控制系统。
?出口温度 温度控制器输出 流量控制器设
定值 。
3、一、二次干扰同时出现
?燃料油流量为适应温度控制的需要而不断变化。
§ 4-2 串级控制系统的特点
一、时间常数
?串级控制系统能使等效副对象的时间常数变小，
放大系数增大，从而显著提高控制质量。
?将整个副回路看成一个副对象，则简化图如图
4-5所示（或下张两图）。
?由 P181分析，可得式 (4-3)
?T‘02<T02意味着控制通道的缩短。
?由于等效副回路时间常数的缩短，系统的工作
频率提高了（可使振荡周期缩短）。
?通过对串级和单回路控制系统特征方程的分析
(P181～ 2),可知,?串 >?单 。
二、工作频率
三、抗干扰能力
?设干扰从阀前进入。
?进一步等效,图 4-6。
?分析可得式,
?K1*K2越大，抗干扰能力越强。
?进一步分析可 知单回路比串级抗干扰能力差 。
21
21
11 KK
)s(F/)s(Y
)s(X/)s(Y ?
四、有一定的自适应能力
?单回路控制系统只有一个控制器，设定值一般不
变，难以适应负荷非线性的变化。
?串级控制系统中，副回路是一个随动系统，设定
值随主控制器的输出而变化，适应负荷变化的能力较
强。
?由式 (5-22)(P172)可知,K02变化对等效 K‘ 02影
响很小，亦可说明副回路能自动地克服对象非线性特
性的影响。
§ 4-3 串级控制系统的工业 应用
?当被控对象纯滞后时间较长时，在离控制阀较近、
纯滞后时间较小的地方选择一个副变量，把干扰拉入副
回路。
?利用副回路的超前作用来克服对象的纯滞后仅仅是
对二次干扰而言的，一次干扰不直接影响副变量。
?例 如下图所示：
?坚持一个设计原则：凡是用单回路控制系统能
满足控制要求的，就不再用串级控制系统。
一、用于克服对象的纯滞后
?副变量：过热蒸汽温度，位于滞后较小的 B点 。
?被控参数,A点温度
?控制参数：减温水流量
?主要干扰：减温水压力波动。
二、用于克服对象的容量滞后
?容量滞后会使被控对象反应迟钝，超调大，过渡
过程长。
?以温度或质量作为被控量的控制对象，其容量滞
后往往比较大，致使控制质量变差。
?对象容量滞后大、干扰复杂的情况下，串级控制
系统的使用最为普遍，效果较好。
?此时应选择一个滞后较小的辅助变量组成副回路。
?副环的时间常数不能过大，以防共振；也不能过
小，力求多包含一些干扰。
?例 如下张图：
燃料油热值
变化后，炉膛反
应滞后 3分钟,而
出口温度则需 15
分钟 。
三、用于克服变化剧烈和幅值大的干扰
?串级控制系统对二次
干扰具有很强的克服能
力。
?设计时应把变化剧
烈、幅值大的干扰包含
在副回路中。
?副回路放大系数应大
些，会使抗干扰能力大
大提高。
?例 如下 图 4-13，脱
气塔的压力对主控指标
(液位 )影响很大，甚至
造成溢出或打干的事故，
是主干扰，串级控制后
效果很好。
四、用于克服对象的非线性
?负荷变化会引起工作点的移动。
?当负荷变化大且频繁时，只有高级控制系统才
有重整参数以适应控制要求的能力。
?一般控制系
统中，有效办法是
采用串级控制。
?例 在 图 4-14
中，其中部温度要
严控，则将具有非
线性特性的换热器
包含在副回路。
§ 4-4 串级控制系统的设计
?主变量 (操纵量 )的选择原则主要有：
(1)、条件允许时选质量指标作为主变量。
?正确合理地设计，才能使串级控制系统发挥其
特点。
?设计包括主、副回路选择，主、副控制器控制
规律选型和正、反作用的确定。
一、主、副回路的选择
(一 )、主回路是一个定值控制系统，可以按单回
路控制系统的设计原则进行。
(二 )、副回路应包括尽可能多的扰动。
?前已述及，应将变化最剧烈、幅度最大、最频
繁的扰动包括在副回路中。
?研究系统的干扰来源是十分重要的。如前述的
管式加热炉，主扰动为然油压力还是然油热值，则副
回路的选择大不相同。
(2)、其次考虑选择与质量有单值关系的参数作
为主变量。
(3)、所选主变量应有足够的灵敏度，且工艺合
理、易实现。
?并非包括的干扰越大越好。干扰包括得越大，
副变量的位置会越靠近主变量，灵敏度会降低。
?前已分析
得到 ?串 与 ?单
的关系如 P182
所示。
?绘出分析
曲线，如右图
所示。
(三 )、主、副对象的时间常数要匹配。
?分析可知
(1)、当 T01/T02>10时，则 T02很小，副回路包括的
干扰很少，作用未发挥。
(2)、当 T01/T02<3时，说明 T02过大，副回路的控
制作用不及时。
(3)、当 T01/T02?1时，主、副回路易出现, 共振
效应, 。
?一般认为,T01/T02=3?10 较合适。
?究竟 T02取多大为好，应按具体情况确定。若欲
快速克服主干扰，则小一点为好；若欲克服对象的大
滞后，可取大点；若欲克服对象的非线性，则 T01/T02
宜取大一些。
(四 )、选副回路应考虑工艺上的合理性
?只有满足工艺要求，才具有实用性。
?先考虑工艺要求，再考虑其他要求。
(五 )、副回路设计应考虑经济性原则
?技术与经济指标应综合考虑，如下两图。
1、对 主变量控制质量要求高
?主变量宜采用 PI规律；欲克服容量滞后，应引进
微分作用，采用 PID规律。
?副变量一般采用 P规律就可以了。
2、对副变量控制要求也较高
?主、副变量均采用 PI控制规律。
3、对主变量控制要求不高，甚至允许小波动
?主变量采用 P规律，副回路对主回路的跟随要求快
而准时采用 PI控制规律。
二、主、副控制器的选择
(一 )、控制规律的选择
?副控制器按单回路方式选择，具体见 P154。
?主控制器按下式确定,
(二 )、正、反作用方式的选择
4、对主、副变量控制要求均不高
?可均采用 P规律；必要时对主变量控制引进微分
作用 。
(主控制器 +/-)(副对象 +/-)(主对象 +/-)=(-)
?主、副控制器正、反作用方式的确定是否正确，
可进行验证，如图。
§ 4-5 串级控制系统
控制器参数的整定
?所谓投运，就是通过适当的步骤，使主、副控制
器从手动工作状态转到自动工作状态。
?两种投运方法：①、先投副环后投主环 (常用 )；
②、先投主环后投副环 (很少用 )。
一、串级控制系统的投运
二、串级控制系统控制器参数的整定
?串级控制系统的方案正确设计后，为了使系统运
行在最佳状态，按照自控理论，必须对系统进行校正，
这在过程控制中称为参数整定。
?在工程实践中，串级控制系统中常用的整定方法
有：逐步逼近法、两步整定法、一步整定法等。
(一 )、逐步逼近法
?逐步逼近法是先副后主，逐步逼近。该方法较繁琐。
?具体步骤为：
?先断开主回路，整定副控制器。
?后闭合主回路，整定主控制器。
?重新调整副控制器参数。
?若未达到控制要求，再调整主控制器参数。
?以上步骤循环进行，直到满足 (逼近 )控制指
标为止。
?对于不同的控制系统和不同的品质指标要求，逐步
逼近法逼近的循环次数是不同的，所以往往费时较多。
(二 )、两步整定法 (应用最广泛 )
?第一步，整定副控制器；第二步，整定主控制器。
?具体步骤,见教材 P186。
?应用举例
在硝酸生产过程中，有一个氧化炉温度与氨气流量
的串级控制系统。温度为主参数，工艺要求较高，温度
最大偏差不 能超过 ?5℃,氨气流量为副参数，允许在一
定范围内变化，要求不高。系统控制器参数采用两步整
定法，过程如下。
①、在系统设计
时，主控制器选用 PI
控制规律，副控制器
选用 P控制规律。在系
统稳定允许条件下，
主、副控制器均置于
纯比例作用，主控制
器的比例度 ?置于 100%，
用 4,1衰减曲线法 (见
右 图 )整定副控制器的
参数，得
②将副控制器的比例度置于 32%上，用相同的方法
整定，将主控制器的比例度由大到小逐渐调节，取得主
控制器的 ?1S =50%,T1S=7min。
?2S=32%,T2S=15s。
③根据上述求得的各参数，运用 4,1衰减曲线法
整定计算公式 (见上表 4-1)，计算主、副控制器的整定
参数为：
主控制器 (温度控制器 )：比例度 ?1=1.2?1S=60%，
积分时间 T1=0.5? T1S=3.5min
副控制器 (流量控制器 )：比例度 ?2 = ?2S =32%
④把上述计算的参数，按先 P后 I的次序，分别设
置在主、副控制器上，并使串级控制系统在该参数下
运行。
实际运行，氧化炉温度稳定，完全满足生产工艺
的要求。
1、与单回路系统相比，串级控制系统有哪些主
要特点？
2、为什么说串级控制系统具有改善过程动态特
性的特点？ T’02和 K’02减小与提高控制质量有何关系
？
3、为什么提高系统工作频率也算是串级控制系
统的一大特点？
思考题
下一章
加热
温度测量
返回
加热
流量测量
返回
第五章 前馈及复合控制系统
其他反馈控制的缺点：
?无法将干扰克服在被控制量偏离设计值之前。
?被控对象总是存在一定的纯滞后和容量滞后，故
限制了控制作用的充分发挥。
§ 5-1 基本概念
1、问题的提出
5.2
2、技术思路
?直接按扰动而不是按偏差进行控制。
?干扰发生后，被控量还未显现出变化之前，控
制器就产生了控制作用。
?这种 前馈控制系统 对干扰的克服要比反馈控制
系统及时得多。
3、工作
原理
?用右
图针对
反馈控
制做比
较说明。
其中 Ma为扰动量,T2为出口
温度,WO(s)为控制通道的传递函数,Wf(s)为前馈通道的
传递函数,Wd(s)为干扰通道的传递函数。
?补偿过程如下图所示。
?可实现对扰动的完全补偿，使被控量成为对扰
动绝对不灵敏的系统。（不变性原理）
4、前馈与反馈的比较
(1),检测,前馈控制测干扰；反馈控制测被控
量。
(2),效果, 克服干扰，前馈控制及时，理论上可实现
完全补偿；反馈控制不及时。
(3),经济性,克服干扰，前馈控制只能一对一，
不如反馈控制经济。
(4),稳定性,前馈为开环，不存在此问题；反
馈则不同，稳定性与控制精度是矛盾的。
§ 5-2 前馈控制系统的结构形式
控制器的输出仅仅
是输入 F的函数，与时
间 t无关。
在图 4-12中，令前
馈控制器传函满足下式
即可：
一、静态前馈控制
?静态前馈的含义
o
f
mm K
KK)s(W ????
二、动态前馈控制
?静态前馈控制只能有效抑制静态偏差；
?动态前馈控制不但能有效抑制静态偏差；而且
能有效抑制动态偏差。
1、问题及办法
2、原理：
如右图，其中
Wm(S)非纯比例
环节。
?动态前馈控制能显著提高系统的控制质量，但结
构和参数整定均比较复杂。
?只适用于控制精度要求很高、反馈与静态前馈难
于满足时。
三、复合控制系统
亦称为前馈 --反馈控制系统。
1、方法的提出
?前馈控制是有局限性的：
① 对补偿结果无法检测；
② 难以对每个干扰均设计一套前馈控制装置；
③ 一个固定的前馈模型难以获得良好的控制质量。
3、特点及适用性
?复合控制的 好处,既发挥了前馈校正及时的优
点，又保持了反馈控制能抑制多个干扰并对被控量
始终给予检验的长处。
2、组成原理及
结构图,
?当负荷 变化时 ……
?对于前馈控制未能完全消除的偏差，以及未能
引入前馈控制的其他干扰 ( 如物料进口温度、蒸汽压
力等 )……
)s(W)s(W1
)s(W)s(W)s(W
)s(F
)s(Y
oc
omf
?
??
3、特点
① 实现前馈控制作用的完全补偿的条件不变。
（令 Y(s)/F(s)=0即可。）
② 不会因引入前馈控制而影响反馈控制的稳定性。
4、前馈 --反馈控制的优点
① 只需对主要的干扰采用前馈补偿，大大简化
了原来的纯前馈控制系统。
② 降低了对前馈控制精度的要求，为工程上实
现简单的前馈补偿创造了条件。
③ 比纯反馈控制具有控制精度高、温度速度快
的特点。
?因而是前馈控制中广泛应用的控制系统。
?为了保证前馈控制
的精度，常希望控制阀
灵敏、线性等；
?采用串级控制系统
可满足以上要求。
四、前馈 --串级控制系统
1、方法的提出 2、原理与结构图
3、应用举例：
思考题
1、前馈控制有哪几种主要型式？
2、前馈控制与反馈控制各有什么特点？
3、为什么一般不单独使用前馈控制方案？
1,预估补偿,原理上能消除纯滞后对控制系统的动态影响，但需
被控过程的精确模型，工程上往往难以实现。
第六章 大滞后补偿控制 6.2 6.3
§ 6-1
克服纯
滞后的
几种常
见方案
2,采样控制,成本较低，但干扰加入的时刻对控制效果影响较大。
3,改进型常规控制,具有通用性广等特点，目前较常用。
4,其他,大林算法、卡尔曼预估算法、灰色预测控制等。
?是一种比较简单、工程上易实现、又能满足
一定控制质量 要求 的控制方案。
?对降低超调量更有显著的效果。
§ 6-2 改进型常规控制方案
一、微分先行控制方案
1、特点
2、组成结构
?一般常规 PID控制方案：见下张图 6-1。
?微分先行控制方案,见下张 图 6-2。
3、传递函数 （随动特性与抗扰动性能）
?一般常规 PI＋ D：式 (1)、式 (2)。
)1(
e)1T)(1sT(k)s(sWT
e)1T)(1sT(k
)s(R
)s(Y
s
DIc
1
oI
s
DIc ? ? ? ? ? ? ? ?
???
???
??
?
?
?
)2(e)1sT)(1sT(k)s(sWT seT)s(D )s(Y s
DIc
1
oI
s
I ? ? ? ? ? ? ? ?
???? ??
?
?
?
?微分先行,式 (3)、式 (4)。
)3(e)1T)(1sT(k)s(sWT e)1sT(k)s(R )s(Y s
DIc
1
oI
s
Ic ? ? ? ? ? ? ?
???
??
??
?
?
?
)4(
e)1sT)(1sT(k)s(sWT
seT
)s(D
)s(Y
s
DIc
1
oI
s
I ? ? ? ? ? ? ? ?
???
? ??
?
?
?
：微分先行较常规 PI＋ D少了一个零点
Z=1/TD,故超调量要小一些。
4、过渡过程比较：
? 区别
二、中间反馈控制方案
?使控制系统闭环传递函数极点位置发生变化，从
而使超调量大大下降，控制质量得到改善。
?微分作用是独立的，能及时起校正作用。
1、特点
2、原理方案
3、控制效果：
与一般常规控制对比：
（ 1）、在给定值变化时，无论是微分先行方案，
或中间反馈控制方案，其控制过程的品质均优于常规
PID,尤其在减小超调量方面效果更佳。。
（ 2）,在扰动作用下，其控制品质与常规 PID相
差不大。
§ 6-3 预估控制方案
?在 PID控制回路上再并联一个补偿回路，以抵消
对象的纯滞后因素。
1、特点
2、原理结构
?单回路控制系统：
?史密斯补偿原理：如下图所示。
3、控制效果：
?控制器接受的测量信号比实际检测到的被控量提
前了时间 ?，是一个对被控量的预估器。
如下图所示。
Smith预估补偿环节的等效图
4、工业应用举例：
? 加热炉温度预
估补偿控制
1、生产过程中的时间滞后是怎么引起的？
2、试举一生产过程实例，简述当其扰动通道
及控制通道存在纯滞后因素时，它们带给被控参
数的不利影响如何？
3、微分先行控制方案与常规 PID控制方案有
何异同？
思考题
第七章 实现特殊要求 2 3 4
的过程控制系统
§ 7-1 比值控制系统
在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流
量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正
常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，
甚至产生生产事故。如：
?燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定
比例混合后送入炉膛。
?制药生产中要求药物和注入剂按比例混合。
一、概述
1、方法的产生
2、比值控制的含义
凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程
控制系统，统称为比值控制系统。
3、变量及关系
?主动量 ---起主导作用而又不可控的物料流量；
?从动量 ---跟随主动量而变化的物料流量；
?比例系数, K=Q1/ Q2
?造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆
量和水量比例。
?水泥配料系统 ……
1、系统组成, 如 下 图所示。
二、比值控制系统的类型
(一 )、开环比值控制
(二 )、单闭环比值控制
?简单、成本低；
?只有当 Q1变化时才起控制作用；
?Q2变化时 Q1不会响应，比例关系被破坏。
3、适用场合
副流量没有干扰的情况。
2、系统组成, 如 下 图所示。
1、特点, 能克服开环比值方案的不足。
2、特点
3、工作过程
?稳定状态下 …… ?主流量变化时 ……
?副变量由于干扰而变化时 ……
7-3 丁烯洗涤塔进料量与洗涤水量的比值控制系统
如 右 图
所示。
4、应用实例,
?优点：不但能实现流量的副量跟主量变化，而且
能克服流量干扰等。
?缺点：主流量不受控。
6、应用场合
在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。
5、优缺点
能克服单闭环主流量不受控的不足。
1、特点
2、系统组成,如 下 图所示。
(三 )、双闭环比值控制
7-4 a) 双闭环比值控制
给定 (随动值 )
设定值 (定值 )
常用
在主流量干
扰频繁或工
艺上不允许
负荷有较大
的波动，或
工艺上经常
需要升降负
荷的场合。
3、另一优点,升降负荷比较方便。
4、适用场合
5、应用
实例,如图。
设定 值
?在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值随
第三个变量的变化而变化。
?为了满足上述生产工艺要求，开发并应用变比值
控制。
(四 )、变比值控制
1、方法的产生
2、系统结构,如 下 图所示。
3、变比值控制的含义
比值只是一种手段，不是最终目的，而第三变量
Y(s)往往是产品质量指标。
变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量 (质
量指标 )、以两个流量比为副变量的串级控制系统。
4、工作过程
?系统稳定时 ……
?当 Q1,Q2出现扰动时 ……
?当出现其他扰动 (如温度、压力、成分等变化 )
时 ……
5、该法特点
7-7 氧化炉温度与氨气 /空气串级比值控制系统
6、应用实例,见以 下两 图。
§ 7-2 均匀控制系统
?在连续生产过程中，一个装置或设备往往与前后的
装置或设备紧密地联想着，前一装置或设备的出料量是
后一装置或设备的进料量，而后一装置或设备的出料量
又输送给其他的装置或设备。
?例如石油裂解气分离工艺，前后共串联了八个塔。
?前后有物料联系的精馏塔，前塔的液位与后塔的进
料量的稳定要求会发生矛盾，如下图所示。
一、均匀控制的用途及特点
1、问题的提出
?是指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地,均
匀地变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾、均匀协
调的系统。
?两塔之
间增设缓冲器
(不适宜 )。
?采用均
匀控制系统
(上策 )。
3、均匀控制的含义
2、解决办法
4、均匀控制的特点
?表征前后供求矛盾的两个参数都是变化的，变
化是缓慢的，是在允许范围内波动的。参见下图。
?前塔的液位变化不能超过规定的上、下限。
?后塔的进料量也不能超过最大和最小处理量。
非均匀控制
二、均匀控制系统的结构方案
1、方案示例, 如下图
(一 )、简单均匀控制
去下一精馏塔
5、适用场合
2、与液位定值控制相比
通常适用于扰动较小、对流量的均匀程度要求较
低的场合。
比例作用是基本的；不能引入微分；积分是否
引入视情况而定。
系统的结构和所使用的仪表是完全一样的，但
控制目的不同。
3、对控制参数应做适当选择
4、特点
简单均匀控制系统的最大优点是结构简单、操
作方便、成本低；但控制效果差。
(二 )、串级
均匀控制
1、组成结构：
为了克服调节
阀前后压力波动
和被控过程的自
衡特性对流量的
影响，设计以流
量为副变量的流
量控制副回路，
如右图所示。
2、与典型串级的异同
不能加微分作用；液位宜采用 PI规律；流量一
般用 P规律。
串级均匀控制系统能克服控制阀前后压力较大
的扰动，使主、副变量变化均匀缓慢平稳，控制质
量较高。
结构方案相同，目的不同；均匀串级控制的
目的 是使液位与流量均匀协调。
3、控制过程
?设干扰使 1#塔液位上升 …
?设 2#塔因塔压变化使其入料量发生变化 …
4、控制作用选择 (十分重要 )
5、特点
(三 )、双冲量均匀控制
所谓双冲量均匀控制系统，就是将两个变量的
测量信号通过加法器后作为被控量的均匀控制系统。
?图中 PO= PH- PQ+ Pr+ C
1、含义
2、应用示例,见下图。
3、一般方块图,如下图所示 。
1、问题的提出
?控制中往往会出现一些随机的特殊要求，如在故障情况下能
保证安全生产；
?发出报警后改由人工操作或联锁保护不是最佳办法。
2、对选择性控制的要求
故障时自动起保护作用而又不停车 --是一种 取代控制系统 。
§ 7-3 选择性控制系统
一、基本概念
二,选择性控制系统的类型
(一 )、对被控参数的选择性控制系统
?控制参数一个，被控参数却有温度和液位两个。
?b)图增设了液面超限控制系统。
?对比方案
(二 )、对控制参数的选择性控制系统
?一般选择性控制方案如 图 4-58所示。
?被控 参数（ 量）只有一个，而 控制参数（ 操纵
量）却有两个。
?多种燃料选择性控制方案如图 7-17.
三,应用举例
?多阀：一只控制器的输出信号去带动两个或两个以上的控
制阀工作。
?分程：每一个控制阀仅在控制器输出信号整个范围的某段
内工作。
?控制阀同向动作：见下张图 7-18。
?控制阀异向动作：见下张图 7-19。
§ 7-4 分程控制系统
?如有 A,B两个控制阀；控制器输出信号压力为
0.02?0.1MPa。
?当控制信号 <0.06MPa时,A阀动作,B阀不动；
?当控制信号 >0.06MPa时,A阀动至极限,B阀才动,如下图
7-18a)。
一、分程控制的概念
1、特点
2、实现
3、分类
1、用于节
能控制
（上图）
二、分程控制方案的应用
3、保证生产过
程的安全与
稳定（下图）
2、扩大控
制阀的可
调范围
4、满足不同工
况的控制要
求
第八章 过程控制中的计算机应用
专用 工业控制机与 一般的计算机相比较，具有以下 特点 ；
1、可靠性高,一般要求连续无故障运行时间达几千小
时以上，同时平均故障时间要短 (一次故障时间不超过几分
钟 )。
2,对计算机的 速度和精度要求较低 (相对而言 )：因为
工业生产过程往往是一个慢过程，而且提高速度的主要矛
盾在于输入、输出设备。每秒几十万次的运算速度一般均
能满足过程控制的要求。
3,输入、输出等 外围设备较完善,除了常用的外围设
备，还要有包括不同数度的 I/O部件、记录、显示等设备。
§ 8-1 控制机的特点
8.2 8.3 8.4 8.5
4、实时响应性要好,在某一限定时间内必须完
成规定的处理任务。
5、中断系统比较完善,一旦出现中断请求，就暂
停执行现行的程序，而去执行中断请求的相应程序。
6、具有丰富的指令系统,尤其是逻辑判断指令和
外围设备的控制指令。
7、有 正确反映生产过程的 数学模型 (控制算法 )：
为了寻求生产过程中的最优工况，实现最优控制，必须
建立正确反映生产过程规律的数学模型。 (实现高级控
制的前提。 )
8、有比较完善的软件系统, 操作系统、应用软件。
§ 8-2 微机过程控制
系统的组成
计算机过程控制系统的典型构成如下图所示。
其基本 硬件 组成如 下 图所示。
1、主机
2、过程接口,输入、输出；模拟量、开关量。
3、外围设备,输入设备、输出设备、外存储器。
4、自动化仪表,过程通道必须通过自动化仪表才
能和贝卡被控过程发生联系。
5、软件系统,程序设计系统、操作系统、监控系
统和诊断系统等，通常由计算机制造厂家提供。
6、应用软件,是用户根据具体的生产工艺要求完
成某种控制功能所必须的软件，由用户自编。
上图包括：
对于不同的被控过程和生产工艺，其控制方案
是不同的。
1,巡回检测与数据处理,
如右图。
对工业过程
参数经采样、
A/D转换、送
计算机，处
理后进行显
示、打印、
越限报警,
计算
§ 8-3 微机过程控制系统典型的应用方式
2、直接数字控制 (DDC)系统,
原理图和组成方框图分别如以下图所示。
由图可见，微型计算机取代了模拟调节器，对生产过程直
接进行控制。直接数字控制系统是最普遍的一种应用形式。
3、监督控制 (SCC)系统,
?DDC系统中的设定值是预先给定并存入内存的，不
能随生产负荷、操作条件和工艺信息变化而及时进行修
正，因而不能使生产处于最优工况。
?在下图所示的 SCC系统中，计算机根据各种工艺参
数以及各参数间的相互关系；
?或根据最优化数学模型，计算出各被控参数的最
佳给定值，利用计算机自动调整模拟调节器的给定值；
?或可调参数值，或由第二极计算机监控第一级 DDC
系统，使生产处于最优工况。
?早期的控制方式。一旦计算机出故障，仍能由模
拟调节器维持生产过程的正常进行。
?在上图中，第二级计算机根据最优化数学模型，计
算出被控参数的给定值，以监督第一级 DDC系统的工作。
?不仅要完成生
产过程的在线控
制任务，还要进
行现代化的集中
管理。
?利用小型或微
型计算机进行 DDC
控制，再用中型
或大型计算机完
成现代化企业管
理。
?通过高速通信
线路 ---网络，使
各部门协调地进
行工作。
4、集散控制系统 (分散控制系统 DCS)：
§ 8-4 信号采集、数字滤波及数据处理
1、采样周期, T0<=T/2 ； 经验值。
2、模拟量的数字化,如下图所示,
3、数据采集, 当模入点数不多时，可通过输入指
令逐点读入；当模入点数较多时，可利用数据通道直接
把一批数据送到内存指定的缓冲区，以节省时间。
一、信号采集
1、程序判断滤波
2、递推平均滤波 (算术平均滤波 ):见下图。
3、加权递推加权平均滤波 (滑动平均值法 )
4、一阶惯性滤波
二、数字滤波
1998。 9。 21
§ 8-5 科研实例
1、聚酯树脂生产过程控制 ——东方绝缘材料厂项目
2、旋转流管式膜微滤净水过程控制系统
——省级重点实验室项目
思考题
1、与一般的通用机相比，控制机有哪些主
要特点？
2、为什么控制机可靠性要求很高而对其运
算速度和精度的要求较低？
