1.3 过程控制系统的分类

过程控制系统的分类方法很多：按被控参数的名称可分为温度、压力、流量、液位、成分、pH值等控制系统；按控制系统完成的功能可分为比值、均匀、分程和选择性控制系统；按调节器的控制规律可分为比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统；按被控量的多少可分为单变量和多变量控制系统；按采用的自动化工具可分为仪表过程控制系统和计算机过程控制系统；按控制算法可分为简单过程控制系统、复杂过程控制系统和先进和高级过程控制系统。

按设定值可分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。

（1）定值控制系统。

定值控制系统就是系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在小范围附近不变的控制系统，它是过程控制中应用最多的一种控制系统。这是因为在工业生产过程中，大多要求系统被控量的给定值保持在某一定值或某个很小的范围内。

（2）程序控制系统。

程序控制系统就是被控量的给定值按预定的时间程序变化的控制系统。其控制的目的是使系统被控量按工艺要求规定的程序自动变化。例如，同期作业的加热设备，一般工艺的程序是加热升温、保温和逐次降温等，给定值就按此程序自动变化，控制系统按此给定程序自动工作，进而达到程序控制系统的目的。

（3）随动控制系统。

随动控制系统是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。其主要作用是克服一切扰动，使被控量快速跟随给定值而变化。例如，在加热炉燃烧过程的自动控制中，生产工艺要求空气量跟随燃料量的变化成比例变化，而燃料量是随生产负荷而变化的，其变化规律是任意的随动控制系统，所以，只有使空气量跟随燃料量的变化自动控制空气量的多少，才能达到加热炉的最佳燃烧。

按过程控制系统的结构特点可分为前馈控制系统、反馈控制系统和前馈—反馈控制系统。

（1）反馈控制系统。

反馈控制系统是过程控制系统中最基本的一种控制结构形式。反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作的，因而偏差值是控制的依据，从而达到消除或减小偏差的目的。图 1-5 所示为反馈控制系统，其中的反馈信号也可能有多个，从而构成多个闭合回路，包含多个闭合回路的系统被称为多回路控制系统。

图1-5 反馈控制系统

（2）前馈控制系统。

前馈控制系统在原理上完全不同于反馈控制系统，前馈控制系统是以不变性原理为理论基础的。前馈控制系统是直接根据扰动量的大小进行工作的，扰动是其控制的依据。由于前馈控制系统没有被控量的反馈，所以也被称为开环控制系统。图 1-6 所示为前馈控制系统框图。扰动f（t）是引起被控量y（t）变化的原因，前馈调节器是根据扰动f（t）进行工作的，可以及时克服扰动对被控量y（t）的影响。但是，由于前馈控制是一种开环控制，最终不能检查控制的精度，因此，在实际工业自动化生产过程中是不能单独应用的。

图1-6 前馈控制系统框图

（3）前馈—反馈控制系统。

在工业生产过程中引起被控参数变化的扰动是多种多样的，前馈控制最主要的优点是能针对主要扰动，及时迅速地克服其对被控参数的影响，对于其余次要扰动则利用反馈控制予以克服，从而使控制系统在稳态时能准确的使被控量保持在给定值上。因为过在实际生产过程中将两者结合起来使用，充分利用前馈控制与反馈控制的优点，在反馈控制系统中引入前馈控制，从而构成如图1-7所示的前馈—反馈控制系统，进而大大提高控制质量。

图1-7 前馈—反馈控制系统