《过程控制系统仿真》电子工业出版社出版 2009.3

《过程控制系统仿真》电子工业出版社出版 2009.3 作者：郭阳宽王正林联系邮箱：wa_2003@126.com

第 1章过程控制及仿真概述 • 1.1 过程控制系统概述 • 1.2 过程控制系统的性能指标 • 1.3 过程控制理论的发展现状 • 1.4 过程控制系统仿真基础 • 1.5 Simulink在过程仿真中的优势

内容提要 • 本章阐述了过程控制系统及仿真的基本概念，介绍了过程控制系统的结构、特点以及过程控制理论的发展现状，过程控制系统仿真等基础知识。 • 通过对本章的学习，读者对过程控制系统仿真的发展现状，以及本书的主要内容能有初步的认识。

1.1 过程控制系统概述 1.1.1 系统结构 • 被控对象：指被控制的生产设备或装置，如上述进行水位控制的锅炉 • 传感器和变送器 • 控制器，也称调节器 • 执行器 • 控制阀

1.1.2 系统特点 过程控制系统主要具有以下特点。 • 1．系统由过程检测控制仪表组成。 • 2．被控过程具有多样性。 • 3．控制方案具有多样性。 • 4．被控过程多属慢过程，控制目标多为过程参数。 • 5．给定值控制是主要的控制形式。

1.1.3 系统分类 • 按系统的结构特点进行分类，过程控制系统可以分为反馈控制系统、前馈控制系统和复合控制系统。 • 按系统的给定值的特点进行分类，过程控制系统可以分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。

1.2 过程控制系统的性能指标 1.2.1 过渡过程性能指标 • tp:峰值时间 • P%：超调量 • ts：调节时间 • n:衰减比 1.2.2 误差性能指标 • 1．误差积分指标IE • 2．误差绝对值积分指标IAE • 3．误差平方积分指标ISE • 4．误差绝对值乘时间积分指标ITAE

1.3 过程控制理论的发展现状 • 20世纪40年代之前，主要凭经验用人工控制生产过程 • 20世纪50年代前后，以频率法和根轨迹法的经典控制理论 • 20世纪60年代逐渐发展起来并且日趋完善的现代控制理论 • 先进控制策略及相应软件主要有：多变量预测控制、自适应控制、模糊控制及故障诊断、神经元网络等。

1.4 过程控制系统仿真基础 1.4.1 计算机仿真基本概念 • 1．模型 • 模型可以分为以下三类：（1）物理模型；（2）数学模型；（3）仿真模型 • 2．仿真系统分类 • （1）按模型分类：物理仿真、数学仿真； • （2）按计算机类型分类：模拟仿真、数字仿真、混合仿真、现代计算机仿真。 • 3．计算机仿真技术发展趋势 • （1）硬件方面：提高仿真系统的速度，大大增强数字仿真的实时性。 • （2）应用软件方面：直接面向用户的数字仿真软件不断推陈出新。 • （3）分布式数字仿真：充分利用网络技术进行分布式仿真，投资少，效果好。 • （4）虚拟现实技术：综合了计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、显示技术以及仿真技术等多学科。

1.4.2 仿真在过程控制中的应用 过程控制系统仿真包括以下几个基本步骤：问题描述、模型建立、仿真实验、结果分析。

1.5 Simulink在过程仿真中的优势 在过程控制系统仿真中，Simulink具有先天的优势。 • 1．Simulink可以很方便地创建和维护一个完整的模块，评估不同的算法和结构，并验证系统的性能。 • 2．Simulink模型可以用来模拟线性和非线性、连续和离散，或者两者的混合系统，也就是说它可以用来模拟几乎所有可能遇到动态系统。 • 3．Simulink没有单独的语言，但是它提供了S函数规则。S函数使Simulink更加充实、完备，具有更强的处理能力。

1.6 本章小结 • 过程控制系统是工业中控制系统的主要表现形式，一般指工业生产过程中自动控制系统的被控变量为温度、压力、流量、液位、成分等变量的系统。由于被控过程的多样性，因此过程控制系统的形式也多样，相应的控制方案也丰富多彩。 • 了解过程控制系统的结构、特点，以及过程控制系统仿真是学习过程控制时最基础的内容。

《过程控制系统仿真》电子工业出版社出版 2009.3