2024-01-31BIQS19-過程控制-1220微課目錄CONTENTS過程控制基本概念與原理過程控制系統(tǒng)組成與功能過程控制策略與優(yōu)化方法過程控制中的故障診斷與處理過程控制實驗設(shè)計與操作指導過程控制領(lǐng)域發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)01過程控制基本概念與原理過程控制是指對生產(chǎn)制造過程中的溫度、壓力、流量、液位等工藝變量進行實時檢測、控制和調(diào)整，以確保生產(chǎn)過程按照預定要求進行。過程控制是確保產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低能耗和減少環(huán)境污染的重要手段，對于實現(xiàn)工業(yè)自動化和智能制造具有重要意義。過程控制定義及重要性重要性過程控制定義通過檢測實際輸出與期望輸出之間的差異，產(chǎn)生控制作用去消除這種差異，使系統(tǒng)輸出逐步接近期望輸出。反饋控制原理根據(jù)擾動量的大小和方向，直接產(chǎn)生控制作用去抵消擾動對被控量的影響，提高系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度。前饋控制原理結(jié)合反饋控制和前饋控制的優(yōu)點，既對擾動進行補償，又根據(jù)偏差進行調(diào)節(jié)，以獲得更好的控制效果。復合控制原理過程控制基本原理比例（P）、積分（I）和微分（D）控制是一種經(jīng)典的過程控制方法，適用于大多數(shù)工業(yè)過程。PID控制模擬人的模糊推理和決策過程，對復雜和不確定性的系統(tǒng)進行有效控制。模糊控制根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的變化自動調(diào)整控制器的參數(shù)或結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同工況和環(huán)境條件。自適應(yīng)控制基于模型預測系統(tǒng)未來輸出，并根據(jù)優(yōu)化目標計算當前時刻的控制量，使系統(tǒng)輸出盡可能接近期望軌跡。預測控制常見過程控制方法化工領(lǐng)域在化學反應(yīng)過程中，通過控制反應(yīng)溫度、壓力、流量等參數(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全生產(chǎn)。冶金領(lǐng)域在鋼鐵冶煉過程中，通過控制高爐內(nèi)的溫度、壓力和料位等參數(shù)，提高冶煉效率和產(chǎn)品質(zhì)量。電力領(lǐng)域在火力發(fā)電廠中，通過控制鍋爐燃燒過程，實現(xiàn)蒸汽壓力和溫度的穩(wěn)定輸出，保證電力供應(yīng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。案例分析以某化工廠的反應(yīng)釜溫度控制為例，介紹過程控制在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用效果和改進措施。應(yīng)用領(lǐng)域及案例分析02過程控制系統(tǒng)組成與功能傳感器與執(zhí)行器作用及選型將被控對象的非電物理量轉(zhuǎn)換為電信號，以便于傳輸和處理。根據(jù)測量范圍、精度、穩(wěn)定性、可靠性等要求進行選擇。將控制器的輸出信號轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動被控對象的物理量。根據(jù)驅(qū)動力、行程、速度、精度等要求進行選擇。傳感器作用傳感器選型執(zhí)行器作用執(zhí)行器選型根據(jù)被控對象的特性和系統(tǒng)性能指標，確定控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)?？刂破髟O(shè)計實現(xiàn)方法控制算法可以采用模擬電路、數(shù)字電路、微處理器等多種方式實現(xiàn)控制器。根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的控制算法，如PID控制、模糊控制等。030201控制器設(shè)計與實現(xiàn)方法包括溫度、壓力、流量、液位等多種類型的被控對象。被控對象類型分析被控對象的動態(tài)特性和靜態(tài)特性，如傳遞函數(shù)、頻率特性等。特性分析根據(jù)被控對象的特性建立數(shù)學模型，以便于進行控制器設(shè)計和系統(tǒng)分析。建模方法被控對象特性分析穩(wěn)定性指標動態(tài)性能指標靜態(tài)性能指標綜合評估方法系統(tǒng)性能指標評估方法01020304評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如相位裕度、增益裕度等。評估系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性，如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間等。評估系統(tǒng)的靜態(tài)誤差特性，如穩(wěn)態(tài)誤差等。綜合考慮多個性能指標，對系統(tǒng)性能進行全面評估。03過程控制策略與優(yōu)化方法串級控制適用于大滯后、強耦合系統(tǒng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。PID控制原理簡單、易于實現(xiàn)，但對參數(shù)變化和非線性系統(tǒng)效果有限。前饋控制基于擾動補償原理，對可測擾動進行及時補償，提高控制精度。經(jīng)典控制策略回顧與比較

現(xiàn)代控制策略應(yīng)用及優(yōu)勢狀態(tài)反饋控制利用系統(tǒng)狀態(tài)變量進行反饋，實現(xiàn)更精確的控制效果。最優(yōu)控制基于最優(yōu)化理論，求解系統(tǒng)性能指標最優(yōu)的控制策略。魯棒控制針對系統(tǒng)不確定性和外部擾動，設(shè)計具有較強魯棒性的控制器。Ziegler-Nichols方法一種經(jīng)典的PID參數(shù)整定方法，通過系統(tǒng)臨界振蕩信息計算PID參數(shù)。響應(yīng)曲線法通過觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線，調(diào)整控制器參數(shù)以改善系統(tǒng)性能。智能整定方法利用人工智能算法對控制器參數(shù)進行自動整定和優(yōu)化。參數(shù)整定技巧與經(jīng)驗分享遺傳算法通過模擬生物進化過程搜索最優(yōu)解，適用于多參數(shù)、非線性系統(tǒng)優(yōu)化。粒子群優(yōu)化算法模擬鳥群覓食行為，通過個體間的信息共享尋找最優(yōu)解。模擬退火算法模擬物理退火過程，以一定的概率接受劣解，避免陷入局部最優(yōu)。優(yōu)化算法在過程控制中應(yīng)用04過程控制中的故障診斷與處理傳感器故障執(zhí)行器故障過程參數(shù)異常系統(tǒng)性故障故障類型識別及原因分析可能由于傳感器老化、損壞或校準不當導致測量不準確。如溫度、壓力、流量等參數(shù)偏離正常范圍，可能由于設(shè)備故障或操作不當引起。執(zhí)行器可能因為堵塞、磨損或電氣故障而無法正確執(zhí)行控制指令。涉及多個組件或整個系統(tǒng)的故障，可能由于設(shè)計缺陷、通信故障或電源問題引起。通過目視、聽聲、觸摸等方式檢查設(shè)備運行狀態(tài)。直接觀察法利用各類儀表測量設(shè)備參數(shù)，如電壓表、電流表、溫度計等。儀表檢測法利用設(shè)備自帶的故障代碼提示功能，快速定位故障原因。故障代碼診斷如基于模型的診斷、人工智能診斷等，提高故障診斷的準確性和效率。先進診斷技術(shù)故障診斷方法與技術(shù)手段確認故障現(xiàn)象，了解故障發(fā)生前后的操作和設(shè)備狀態(tài)。故障確認原因分析處理措施驗證與監(jiān)控根據(jù)故障現(xiàn)象和診斷結(jié)果，分析故障發(fā)生的可能原因。制定針對性的處理措施，如修復、更換、調(diào)整參數(shù)等。處理完成后驗證效果，并進行持續(xù)監(jiān)控以防止故障再次發(fā)生。故障處理流程與操作規(guī)范定期檢查定期對設(shè)備進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在故障。維護保養(yǎng)按照設(shè)備廠家提供的維護保養(yǎng)建議進行保養(yǎng)，延長設(shè)備使用壽命。培訓操作人員對操作人員進行培訓，提高其對設(shè)備操作和故障處理的能力。建立故障記錄建立故障記錄和分析制度，為預防類似故障提供經(jīng)驗借鑒。預防措施及維護保養(yǎng)建議05過程控制實驗設(shè)計與操作指導03探究過程控制實際應(yīng)用通過實驗，探究過程控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域的實際應(yīng)用。01掌握過程控制基本原理和方法通過實驗，使學生深入理解和掌握過程控制的基本原理、方法和技術(shù)。02培養(yǎng)實驗技能和動手能力通過實驗操作，培養(yǎng)學生的實驗技能、動手能力和解決問題的能力。實驗?zāi)康暮鸵竺鞔_包括被控對象、傳感器、執(zhí)行器、控制器等部分，應(yīng)檢查各部件是否完好、接線是否正確。過程控制實驗裝置如萬用表、示波器、溫度計、壓力計等，應(yīng)檢查是否齊全、準確。測量儀表和工具應(yīng)檢查電源是否穩(wěn)定、連接線是否牢固可靠。電源和連接線實驗器材準備和檢查事項ABCD實驗步驟詳細演示系統(tǒng)搭建與調(diào)試根據(jù)實驗要求搭建過程控制系統(tǒng)，并進行初步調(diào)試，確保系統(tǒng)各部分工作正常。干擾測試與抗干擾措施模擬實際環(huán)境中的干擾信號，測試系統(tǒng)的抗干擾能力，并采取相應(yīng)措施提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。參數(shù)整定與優(yōu)化通過調(diào)整控制器參數(shù)，使系統(tǒng)達到最佳控制效果，并探究參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。數(shù)據(jù)采集與處理采集實驗數(shù)據(jù)，并進行處理、分析和整理，得出實驗結(jié)論。實驗過程中應(yīng)實時記錄各項數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的真實性和準確性。數(shù)據(jù)記錄要真實、準確對實驗數(shù)據(jù)進行深入分析，探究數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和原因，得出全面、準確的結(jié)論。數(shù)據(jù)分析要深入、全面實驗報告應(yīng)按照規(guī)定的格式和要求撰寫，內(nèi)容應(yīng)清晰、條理分明、邏輯嚴密。同時，報告中的圖表、公式等也應(yīng)符合規(guī)范要求。報告撰寫要規(guī)范、清晰數(shù)據(jù)記錄、分析和報告撰寫要求06過程控制領(lǐng)域發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)123工業(yè)4.0背景下，生產(chǎn)過程需要實現(xiàn)高度自動化和智能化，減少人工干預，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。高度自動化與智能化生產(chǎn)過程需要實時采集各種數(shù)據(jù)，包括溫度、壓力、流量等，并進行實時分析，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并進行調(diào)整。實時數(shù)據(jù)采集與分析隨著市場需求的變化，生產(chǎn)過程需要具備一定的柔性和靈活性，能夠快速適應(yīng)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，并實現(xiàn)個性化定制。柔性生產(chǎn)與個性化定制工業(yè)4.0背景下過程控制新需求利用人工智能、機器學習等技術(shù)，對生產(chǎn)過程進行智能優(yōu)化和控制，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。智能化技術(shù)應(yīng)用通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的遠程監(jiān)控和管理，方便生產(chǎn)管理人員隨時了解生產(chǎn)情況并進行調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)應(yīng)用將智能化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)相融合，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全面智能化和網(wǎng)絡(luò)化，提高生產(chǎn)自動化水平和管理效率。智能化、網(wǎng)絡(luò)化融合智能化、網(wǎng)絡(luò)化在過程控制中應(yīng)用前景新能源利用積極利用新能源，如太陽能、風能等，替代傳統(tǒng)能源，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低生產(chǎn)成本。廢棄物處理與資源化利用對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物進行處理和資源化利用，減少廢棄物對環(huán)境的污染，并提高資源利用率。環(huán)保節(jié)能技術(shù)應(yīng)用采用環(huán)保節(jié)能技術(shù)對生產(chǎn)過程進行改造，降低能耗和排放，提高生產(chǎn)過程的環(huán)保性。環(huán)保節(jié)能要求下過程控制技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展趨勢預測01未來過程控制領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)向高度自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展