生化过程控制.ppt

第6章生化过程控制为使生化过程安全、平稳的运行，以达到优化生产的目的，必须对过程进行自动控制。
这种控制一般由控制仪表完成，在计算机技术迅速发展的今天，过程控制可由在线计算机完成。
控制的主要任务为：生物培养前后的程序控制，如灭菌加热和冷却、培养液取样、培养过程终止和培养液分离；培养过程的参数控制，如温度、通气、pH、泡沫等。
本章首先将介绍控制的基本原理，再分别介绍生化过程参数的控制方法和过程。工艺过程的重要参数；
在工艺系统中易受干扰变化，需要经常调节的参数；
尽可能选用直接指标作为被控参数，必要时可用与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。
被控变量应方便检测，并有足够的灵敏度；
适当考虑系统测控代价；
被控变量应是独立可控的。操纵变量：
在自动控制系统中，用于调节被控变量的参数，称为操纵变量。
操纵变量的选择原则：
操纵变量必须是工艺上允许调节的变量；
操纵变量应具有较高的调节灵敏度：
较大的放大倍数K0；
较短的滞后时间。
符合工艺的合理性和生产的经济性。检测系统特性的影响主要表现为时间滞后的作用。
造成系统滞后的主要原因：
被测对象滞后：测量点不能及时反映参数的变化。存在容积滞后和/或传递滞后。
检测元件滞后：因热容、热阻等惯性因素的影响，导致检测仪表的输出不能及时反映参数的变化。
信号传递滞后：主要是气动信号传递较慢导致系统反映滞后。本章内容6.1反馈控制一前馈控制二反馈控制操纵变量
(MV)三方块图方块图的传递关系6.2过程特性与模型一被控变量和操作变量的自由度二过程特性描述2动态特性
过程的动态特性可由过程的输出y(t)与输入x(t)的关系描述。这种关系可用传递函数、权函数或频率传递函数来表示。
3扰动
在过程中，外部的扰动将影响系统的状态。这种扰动以各种形式存在，如扰动的幅度、进入系统的情况等。6.3反馈控制器及参数整定一开关控制开关控制器也叫两位式控制器，因为被控变量与设定值有偏差时控制器的输出非关即开，操作变量不是处于最大就是处于最小。其控制规律为：液位双位控制系统由于双位控制执行器总是从一个固定值到另一固定值，系统不可能达到动态平衡，被控变量在设定值附近波动，过渡曲线是等幅振荡。
减小中间区可减小振幅，但增大频率，将影响控制元件的使用寿命。
为了改善过渡区可采用三位式或多位式控制。
位式控制器一般用于对象时间常数较大，纯滞后较小，负荷变化不大也不很剧烈，要求不太严格的场合。二PID控制器过程控制性能指标最大偏差
被控变量第一个波峰值与设定值的差
回复时间
受控变量从过渡态回复到新的平衡的最短时间，理论上需要无限长时间，但实际上指受控变量进入新的稳态值的±5%的范围内不再越出，这段时间为回复时间。
余差
过渡过程终了时新稳态值与设定值之差
操作周期
过渡曲线中前后两个相邻波峰对应的时间差。1.比例(P)控制Kc（）值的影响比例控制的关键：
控制器的增益Kc是可调的，使控制器的输出变化对偏差信号有足够的灵敏度；
Kc的符号可以选择，当偏差增加时使得控制器的输出增加（或减少）。
其输出零位值u0是可调的
当偏差等于零时控制器的输出为u0，也就是说u0要调整到系统处于稳态时的值上。2积分(I)控制e(t)积分作用的特点:控制器的输出u(t)与偏差e(t)存在的时间有关，控制器输出随时间积累而不断增大控制作用。偏差消除，控制作用停止。积分作用可消除余差。
积分控制作用不够及时，e(t)刚出现时，u(t)很小，控制作用弱，不能及时克服干扰的运行，只要稍有偏差存在，积分就继续起作用，无法达到稳定。
一般与比例控制配合使用，组成兼有两者优点的比例积分控制(PI)。PI控制积分时间TI的影响3微分(D)控制微分控制作用可以改善被控变量的动态性能。

过程测量有噪声，即高频、随机噪声，测量的被控变量变化频繁，微分作用放大噪声信号，测量过程加滤波器，方可用微分控制。PD控制u(t)微分时间TD的影响4.PID调节几种调节方法的比较6控制器参数整定控制器参数整定的任务是根据已定的控制回路，求取获得最佳控制质量的控制器参数值。
整定的一般原则为：
要求过程具有一定的稳定裕度，这样在对象特性有些变动时，控制器参数仍能适应。对于定值控制系统常取4:1衰减，而对于随动系统常取10:1衰减；
在满足稳定裕度的前提下，使其它品质指标尽可能好些。
常见的参数整定方法有：临界比例法、衰减曲线法、经验凑试法。(1)临界比例法y

y(0)(2)衰减曲线法4发酵自控系统的硬件组成6.4流量、消泡和温度控制一流量控制流量控制简单，但在设计控制回路时应结合所用的流体输送机械特性，如泵和压缩机。
对于离心泵和压缩机，输出流量与压头有关，调节阀直接安装在出口管线上进行直接调节，或安装在回流管路上，通过改变回流流量来控制管道中的流量。
对