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本文增加七个过程控制基本概念的基础知识，这非常有助于我们对自动化过程控制技术的理解。 1、被控量(controlled plant) 被控量又称被控对象。在自动控制系统中，一般指被控制的设备或过程，如反应器、精馏设备的控制，或传热过程、燃烧过程的控制等。从定量分析和方案设计角度来看，控制对象只是被控设备或过程中影响对象输入、输出参数的部分因素，并不是设备的全部。例如：在精馏过程控制中，定回流控制系统的控制对象，只涉及设备的回流管道；塔釜液位控制系统的对象，只与塔釜有关。在简单控制系统中，工程上也可以把被控参数叫做对象，如流量控制、压力控制和温度控制等。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 比如在温控系统中，我们要达到的目的是恒温，那么这里能使温度升高或降低的设备就是被控量。在有些时候，这个被控对象又不是某个可以确定的设备，这个很好理解，比如现在房价太高了，我们要抑制一下，房价就是被控对象，对于导致房价升高的始作俑者-热钱的炒作，也可以被称为被控对象，控制的方法就是增加资金流动的成本，降低资金的流动性。 2、扰动量(perturbation) 干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量，也称为扰动输入。例如，本来房价是按市场规律涨跌的，但是我们的专家们说了几话，使本来正常的市场被搅乱了(请注意乱，这个乱有两个方向，加速涨或者加速跌)，这就是扰动，再比如，银行加息了，这是间接扰动，它增加了资金流动的成本，降低了投资利润率。凡是影响系统运行的输入，都称为扰动。有些扰动的结果是加速系统达到目的，称为正作用；有些是减慢系统达到目的，称为反作用。自动调节的目的就是控制设备的运行，来抵消或利用各种扰动，满足工艺要求。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 3、给定值(specified value) 根据生产的需要，我们给一些控制对象设定一个目标值，当这个被控对象达到目标值时才能生产出满足要求的产品，这个目标值就被称为给定值。比如阀门位置在20%时，给水量就能满足生产用水的需要，这里的20%就是给定值。在自动控制时，我们会制定某种控制方案，使阀门在20%开度附近波动，如果实际开度大了，系统就命令阀门关小一些，相反，如果实际开度小了，就命令阀门开大一些。由于工艺过程的变化，导致很多时候这个给定值是没有具体值的，这就需要控制方案来计算出给定值，因此它也不一定就是个定值。给定值通常与测量值做比较，看看偏差有多少，如果偏差在我们允许范围，就不去管它，如果超出允许范围，就要命令阀门去动作以消除偏差或者说使偏差回到允许范围内。 4、反馈 (feedback) 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 通过测量装置将系统或元件的输出量反送到输入端，这个量就称为反馈。反馈的概念是最重要的，可以说自动控制的精髓就是反馈。怎么样理解呢？比如我们回家之后，进屋先开灯，之后干什么呢？有人说找个水果吃，在控制系统中，这样做的结果就很可能吃到的不是水果，而是碰了一鼻子灰。为什么呢，因为我们省略了一个重要的步骤，看看灯有没有亮！对于我们习以为常的东西，我们几乎不去考虑这样细微的问题(也许是人大脑的处理速度比计算机还要快)，因为只要有电，我们的灯就是会亮的，谁也不会每天都重复这样愚笨的行为，打开灯，抬头看看亮没亮。请记住，计算机是最笨的，它仅仅是算得比较快，它的所有行为都是人教的，因此必须要教他检查一下开灯的结果，也就是灯亮了没有，依据这个结果我们再进行以后的动作。所以，灯亮了还是没亮这个开灯的结果就是反馈，如果计算机没有对此做出判断，就不能执行正确的动作，或者进入异常处理。 按反馈的信号极性分类，反馈可分为正反馈和负反馈。若反馈信号与输入信号极性相同或同相，则两种信号混合的结果将使放大器的净输入信号大于输出信号，这种反馈叫正反馈(positive feedback)。正反馈主要用于信号产生电路。反之，反馈信号与输入信号极性相反或变化方向相反(反相)，则叠加的结果将使净输入信号减弱，这种反馈叫负反馈(negative feed-back)。自动调节系统通常采用负反馈技术以稳定系统的工作状态。 本文来自www.eadianqi.com 5、开环控制系统(open-loop control system) 开环控制系统是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller) 的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量返送回来以形成任何闭环回路。有点绕嘴，可以简单理解为，只管做事，不看结果的处理方式。 6、闭环控制系统(closed-loop control system) 闭环控制系统的特点是，系统被控对象的输出(被控量)会返送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈；若极性相同，则称为正反馈。一般闭环控制系统(见图2-1)均采用负反馈，又称负反馈控制系统。 闭环控制系统的例子很多。上面讲的开灯的例子就是个闭环控制系统，如果没有眼睛，无法判断灯是否被打开，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统，这样就能一下子理解了两个概念。 本文来自www.eadianqi.com 7、过程控制系统(process control systems) 过程控制系统主要由控制器与被控对象组成、能够实现过程控制任务的系统。包括用于数据传输的网络结构、网络设备、用于测量的一次仪表及执行机构等。系统中的灵魂是控制方案，如人的思想一样，对于可能出现的问题做好处理程序，这样的控制系统才能称为自动的，至是智能的。当前一些产品只要加了单片机之类的控制芯片，就自称为智能设备，其实仅仅是拥有了一个简单的大脑，却没有教会它处理问题的思想。可见，面向行业应用的成熟控制方案才是自动控制系统的关键，因此在工作中我们就要着重了解工艺方法，最终形成自己的解决方案，这个问题我们将在后面的章节专门论述。 为了更好地制定控制方案，我们需要了解一下被控对象的一般特性：对于大多数生产过程对象，在系统开环控制下，控制信号U发生阶跃变化时，被控量会出现如图1(a)、图1(b)两种情况。一种情况是被控对象在受到阶跃扰动后经历了一个非周期过程，最后被控量达到新的平衡，如图1(a)；另一种情况是，这个扰动造成了更大的扰动，导致系统无法恢复平衡，最终造成更大的反应，这种是破坏性的，如图1(b)。 本文来自www.eadianqi.com  图1 被控对象的一般特征（1） 图2中水箱的截面积A，流入水箱的水量为Q1，由流入侧控制阀1控制；流出量为Q2；控制阀2控制；水箱水位为h。设t0时刻前，水箱系统处于平衡状态，此时流入量Q1=Q2，水位稳定在h不变，流入侧控制阀1开度为U10。在t0时刻，控制阀1突然增加了开度，发生了阶跃△U，流入侧阀门1的开大使流入量阶跃增加如△Q1，此时流入水箱中的流量为Q1+△Q1，流出侧的阀门2开度不动。这样水箱的水位在t0时刻的不平衡流量△Q1的作用下开始上升，其上升速度与△Q1成正比。水位的上升使水箱液面对控制阀2的压力增加，导致流速增大，流出量Q2增加，设△Q2，而且随着水位的上升，△Q2越来越大，当水位上升到某个高度以后,经过控制阀2的流量的增加抵消了新增水位的压力差，水位将维持在新的高度不变，达到新的平衡。由阶跃响应曲线看出，水箱水位在受到流入侧的流入量的阶跃扰动后，开始上升速度较大，随后速度越来越小，最后变化速度为零。从这个特性来分析，单容水箱具有惯性，从受扰动后无需外部干预，水位依然能恢复到新的稳态值，因此称该对象具有自平衡能力。假设我们在开大阀门1的同时也开大阀门2，也就是说使输入的增量△Q1等于输出的增量△Q2，那么水位将维持在h不动，这就是利用输出阀门的增量来抵消了输入阀门的阶跃，当然了，输出的增量应该是足够快的，否则h也会产生一个波动。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有  图2 被控对象的一般特征（2） 被控量、扰动量、给定值、反馈、开环控制系统、闭环控制系统和过程控制系统这七个过程控制基本概念是新手接触过程控制的第一步. |