過程控制原理復習提綱

1、 第一章 緒論一、過程中的有關參數(shù)：溫度、壓力、流量 、物位、成分、濕度、ph值和物性。（終點記住前四個就好了）二、過程控制系統(tǒng)相對于其他系統(tǒng)還具有以下特點：（1） 控制對象復雜、控制要求多樣 （2）控制方案豐富 （3）控制多屬慢過程參數(shù)控制（4）定值控制是過程控制的一種主要控制方式（5）過程控制系統(tǒng)由規(guī)范化的過程檢測控制儀表組成。三、簡單過程控制系統(tǒng)：由被控過程、過程檢測控制儀表 （包括測量元件、變送器、調節(jié)器、執(zhí)行器）兩部分構成。四、氣動儀表標準信號：0.020.1MPa的氣動信號。電動儀表：電流420ma五 、過程控制系統(tǒng)的分類（簡答，特點）1， 按設定值的形式不同劃分（1） 定值控制系

2、統(tǒng) 最常見的一種控制系統(tǒng)。在工控過程中，大多數(shù)場合要求被控參數(shù)恒定或在設定值附近小范圍之內，以保持生產過程平穩(wěn)進行。在定值控制系統(tǒng)中設定值是恒定不變的，引起系統(tǒng)被控參數(shù)變化的因素就是擾動信號。（2） 隨動控制系統(tǒng) 隨動系統(tǒng)就是使被控參數(shù)準確而及時地跟隨設定值的變化而變化。（3） 程序控制系統(tǒng) 在程序控制系統(tǒng)中，被控參數(shù)的設定值按預定的時間程序變化，被控參數(shù)自動跟隨設定值。即設定值按程序自動改變，系統(tǒng)按設定程序自動運行，直到整個程序運行完為止。 2， 按系統(tǒng)的結構特點分類（1） 反饋控制系統(tǒng) 反饋控制系統(tǒng)是按照被控參數(shù)與設定值的偏差進行調節(jié)，達到減小或消除偏差的目的，偏差值是系統(tǒng)調節(jié)的依據(jù)。它由

3、被控參數(shù)的反饋通道過程閉合回路，又稱閉環(huán)控制系統(tǒng)。最基本的過程控制結構形式。（2） 前饋控制系統(tǒng) 根據(jù)擾動大小進行控制，擾動是控制依據(jù)。前饋控制沒有被控參數(shù)的反饋，也稱開環(huán)控制系統(tǒng)。最終無法檢測控制效果，故很少單獨使用。（3） 前饋反饋復合控制系統(tǒng) 是將反饋與前饋控制系統(tǒng)相結合構成的復合控制系統(tǒng)，它綜合了前饋控制對特定擾動及時進行補償?shù)膬?yōu)勢；有保持了反饋控制能夠克服多種擾動對系統(tǒng)被控參數(shù)的影響、使被控參數(shù)在穩(wěn)態(tài)時能準確穩(wěn)定在設定值的特點。 六、系統(tǒng)階躍響應的單項性能指標：（1） 衰減比n、衰減率 （2）最大動態(tài)偏差A和超調量（3）殘余偏差C（4）調節(jié)時間Ts和振蕩頻率w系統(tǒng)階躍響應的綜合性能指

4、標：（1） 偏差積分IE (2)絕對偏差積分IAE （3）平方偏差積分ISE （4）時間與絕對偏差乘積積分ITAE第一章課后題；1-1 過程控制哪些特點？ 見第1頁二題。 為什么說過程控制多屬慢控制過程參數(shù)控制？答：在流程工業(yè)中，常用一些物理量來表征生產過程是否正常。例如石化、冶金、電力、輕工、建材、制藥等生產過程中，這些物理量多半是以溫度、壓力、流量、液位、成分等參數(shù)表示，被控過程大多數(shù)具有大慣性、大滯后等特點，因此。12什么是過程控制系統(tǒng)？ 答：通常是指連續(xù)生產過程的自動控制，是自動化技術最重要的組成部分。過程控制系統(tǒng)：一般是指工業(yè)生產過程中自動控制系統(tǒng)的變量是溫度、壓力、流量、液位、成份

5、等這樣一些變量的系統(tǒng)。典型控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？ 答：調節(jié)器、執(zhí)行器、被控過程、測量變送四個環(huán)節(jié)。 第二章 檢測儀表2-1檢測儀表的基本技術指標 （1）絕對誤差 檢測儀表的指示值X與被測量真值Xt之間存在的差值。 =X-Xt （2）基本誤差 （引用誤差或百分誤差）（描述儀表最大精確等級） 基本誤差（符號見13頁）=最大絕對誤差max / 儀表量程 *100% 儀表量程=測量上限-測量下限（3）精確度 國家統(tǒng)一規(guī)定的儀表精確度等級系列。 常用精確度等級： 0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0.等。 注意：如果某臺測溫儀表的基本誤差為+1

6、.0%，則認為該儀表的精度等級符合1.0級。(去掉正負號和百分號后就是精確度等級) 如果為+1.3%,則認為符合1.5級.（相近的等級，標準等級中沒有，取大的等級） 見書14頁 例1 例2 熱電偶的基本定律有哪幾條？ （1）均質導體定律 （2）中間導體定律 （3）中間溫度定律熱電偶冷端溫度補償措施：（1）查表法（2）儀表零點調整法（3）冰浴法（4）補償電橋法幾種彈性元件的形狀：單圈彈簧管、多圈彈簧管、膜片、膜盒、波紋管。彈性式壓力計在使用時，為保證測量精度和彈性元件的使用壽命，被測壓力下限應不低于量程的1/3；上限應不高于3/4（被測壓力變化緩慢時）或2/3（被測壓力變化頻繁時）。橢圓齒輪流量

7、計對介質的要求？ 特別適合于高粘度流體的測量。同時要求被測流體中不能有固體顆粒。否則很容易將齒輪卡住或引起嚴重磨損。電磁流量計對介質的要求： 常用于測量導電液體流量，被測液體的導電率應大于水的導電率，不能測量油類或氣體的流量。優(yōu)點是不設有任何節(jié)流器件，因此可以測量各種高粘度的導電液體，特別適合測量含有纖維和固體顆粒的流體。精度達到0.5級。課后題： 2-21橢圓齒輪流量計對介質的要求？ 2-22電磁流量計對介質的要求第三章 控制儀表 控制規(guī)律;:指控制器的輸出信號與輸入偏差信號之間的關系。 基本控制規(guī)律：位式控制（斷續(xù)控制）、比例控制、比例積分控制、比例微分控制、比例積分微分控制。 即P 、P

8、I 、PD、 PID調節(jié)。 Kp ：放大倍數(shù)或增益，它的大小決定比例作用的強弱，系數(shù)越大，比例作用越強。比例度P： 控制器輸入偏差的相對變化值與相應的輸出相對變化值之比。比例度P的物理意義：使控制器的輸出變化滿量程時（就是控制閥從全關到全開或相反），相應的輸入測量值變化占儀表輸入量程的百分比。P=1/Kp ,P越小，Kp越大，控制能力越強。比例控制的優(yōu)點;控制及時、反應靈敏、偏差越大、控制力度越大、但控制結果存在余差。DDZ-型儀表的特點（1） 現(xiàn)場傳輸信號為DC 420mA,控制室聯(lián)絡信號為DC 15 V，信號電流與電壓的轉換電阻為250歐。信號優(yōu)點是電氣零點不是從零開始，而是從4mA開始，

9、容易識別斷電、斷線等故障。同樣，因為最小電流不為零，為現(xiàn)場變送器實現(xiàn)兩線制創(chuàng)造了條件。現(xiàn)場變送器與控制室儀表僅用兩根線聯(lián)系，DC 420mA既反映了信號又為現(xiàn)場總線提供了能源，避免強電進入現(xiàn)場，有利于安全防爆。（2） 廣泛采用集成電路，儀表的電路簡化、精度高、可靠性提高、維修工作量較小。（3） 整套儀表可構成安全火花型防爆系統(tǒng)。調節(jié)器的正、反作用？正作用： 偏差=測量值-給定值 反作用 偏差=給定值-測量值P83頁 輸出電路VO的計算 重點題。PID運算算式： 位置式 和 增量式 公式 會寫。 見P90頁。SPLC的數(shù)字控制算法 （1） 微分先行的PID算法（2）比例微分先行的PID控制算法（

10、3）帶可變型設定值濾波器的PID算法 （4）采樣PI算法 （5）批量PID算法組態(tài)概念：利用標準功能模塊組成系統(tǒng)的工作，在數(shù)字控制系統(tǒng)中成為“組態(tài)”。 生產商預先將控制中常用的運算控制功能編制成各種標準功能程序模塊，每個模塊相當于單元組合式儀表中的一塊儀表的功能。用戶根據(jù)控制需要，將程序模塊用指令連接起來，就完成了編程。課后題 3-1 什么是控制器的控制規(guī)律？有哪些？控制規(guī)律;:指控制器的輸出信號與輸入偏差信號之間的關系。 基本控制規(guī)律：位式控制（斷續(xù)控制）、比例控制、比例積分控制、比例微分控制、比例積分微分控制。 即P 、PI 、PD、 PID調節(jié)。 3-12 DDZ-III型控制器的軟手動

11、和硬手動的區(qū)別？各用在什么條件下？軟手動：調節(jié)器的輸出隨時間按一定的速度增加或減少；若手離開操作板鍵，則當時的信號值被保持。硬手動：調節(jié)器的輸出量大小完全決定于硬手動操作桿的位置。3-13 什么是控制器的無擾動切換？為了實現(xiàn)它，在設計PID電路是采取了哪些措施？調節(jié)器進行狀態(tài)轉換后，輸出值不發(fā)生跳動，即狀態(tài)轉換無沖擊。3-15 什么是調節(jié)器的正作用、反作用？在電路中是如何實現(xiàn)的？正作用： 偏差=測量值-給定值 反作用 偏差=給定值-測量值，2）運放輸入端的切換開關實現(xiàn)的。3-18 給出實用的PID數(shù)字表達式，數(shù)字儀表中常有哪些改進型PID算法？PID運算算式： 位置式 和 增量式 公式 會寫。

12、 見P90頁。SPLC的數(shù)字控制算法 （2） 微分先行的PID算法（2）比例微分先行的PID控制算法（3）帶可變型設定值濾波器的PID算法 （4）采樣PI算法 （5）批量PID算法 第四章 執(zhí)行器及安全柵氣動調節(jié)閥由執(zhí)行機構和調節(jié)機構（閥）兩部分組裝構成。薄膜式執(zhí)行機構：有正作用和反作用兩種方式。（1） 正作用：當來自控制器或閥門定位器的信號壓力增大時，閥桿向下移動的叫正作用執(zhí)行機構；（2） 反作用：當信號壓力增大時，閥桿向上移動的叫反作用執(zhí)行機構；閥門的固有流量特性：在調節(jié)閥前后壓差固定的情況下得出的流量特性。 常用的三種固有流量特性：（1） 直線流量特性：指調節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線

13、關系。（2） 等百分比（對數(shù)）流量特性：指調節(jié)閥的相對流量與相對開度成對數(shù)關系。（3） 快開特性：在閥門開度較小時，流量變化迅速，隨著開度增大，流量很快達到最大值。調節(jié)閥的工作流量特性 在實際的工藝裝置上，調節(jié)閥由于和其他閥門、設備、管道等串聯(lián)使用，閥門兩端的壓差隨流量變化而變化，這時的流量特性稱為。調節(jié)器的氣開式與氣關式： 氣開式：無壓力信號時閥全閉，隨壓力信號增大，閥門逐漸開大的氣動調節(jié)閥。 氣關式：無壓力信號時閥全開，隨壓力信號增大，閥門逐漸關小的氣動調節(jié)閥。氣開、氣關的選擇原則：從工藝生產安全考慮，一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障、信號中斷時，調節(jié)閥的開關狀態(tài)應能保證工藝設備和操作人員的安全。課后

14、題4-4 什么叫調節(jié)閥的理想流量特性和工作流量特性？常用的調節(jié)閥理想流量特性有哪些？閥門的固有流量特性：在調節(jié)閥前后壓差固定的情況下得出的流量特性。 常用的三種固有流量特性：1直線流量特性：指調節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線關系。2等百分比（對數(shù)）流量特性：指調節(jié)閥的相對流量與相對開度成對數(shù)關系。3快開特性：在閥門開度較小時，流量變化迅速，隨著開度增大，流量很快達到最大值。調節(jié)閥的工作流量特性 在實際的工藝裝置上，調節(jié)閥由于和其他閥門、設備、管道等串聯(lián)使用，閥門兩端的壓差隨流量變化而變化，這時的流量特性稱為。4-8 什么叫氣動調節(jié)閥的氣開式與氣關式？其選擇原則是什么？ 氣開式：無壓力信號時閥全

15、閉，隨壓力信號增大，閥門逐漸開大的氣動調節(jié)閥。 氣關式：無壓力信號時閥全開，隨壓力信號增大，閥門逐漸關小的氣動調節(jié)閥。氣開、氣關的選擇原則：從工藝生產安全考慮，一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障、信號中斷時，調節(jié)閥的開關狀態(tài)應能保證工藝設備和操作人員的安全。 4-9如圖所示，蒸汽加熱器對物料進行加熱。為保證控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，加熱器的耐熱材料不被燒壞，試確定蒸汽管道上調節(jié)閥的氣開、氣關形式。氣開式調節(jié)閥。4-18 安全防爆控制系統(tǒng)指構成該系統(tǒng)的所有設備都應該是安全防爆的設備嗎？為什么？ 答： 不一定，定義中包括危險現(xiàn)場儀表與非危險場所儀表的線路連線之間設置了安全柵。第五章 被控過程的數(shù)學模型建立被控過程數(shù)學

16、模型的基本方法： 機理法和實驗測試法。機理法建模的步驟：(1) 根據(jù)建模過程和模型使用目的做出合理假設(2) 根據(jù)被控過程內在機理建立數(shù)學模型(3) 簡化大題; P129頁5.3.2.1單容過程建模 P133頁5.3.2.3單容溫度過程建模 到134頁結束被控過程建模（辨別）的任務： 一是確定模型的結構；二是確定模型結構中的參數(shù)。課后題:5-3 建立被控過程數(shù)學模型的目的是什么？各有什么要求和局限性？1）方法：機理法和測試法。5-9 對圖5-40所示的液位過程，輸入量為Q1，流出量為Q2、Q3，液位h為被控參數(shù)，水箱截面為A，并設R2、R3為液阻。（1） 寫出液位過程的微分方程圖；（2）畫出液

17、位過程框圖；（3）求出傳遞函數(shù)h(s)/Q1(S),并寫出放大倍數(shù)K和時間常數(shù)T的表達式。解答：（1） （2）框圖如圖：（3） 5-10 以為輸入、為輸出列寫圖5-10串聯(lián)雙容液位過程的微分方程組，并求出傳遞函數(shù)。解答：1）方程組： 2）傳遞函數(shù)： 式中： 3）過程框圖：第6章 思考題與習題被控參數(shù)的選擇：直接參數(shù)法、間接參數(shù)法。選取被控參數(shù)的基本原則：、1）首先考慮選擇對產品產量和質量、安全生產、經濟運行和環(huán)境保護具有決定性作用、可直接測量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)；2）當直接參數(shù)不易測量，或其測量滯后很大時，應該選擇一個易于測量，與直接參數(shù)有單值關系的間接參數(shù)作為被控參數(shù)；3）同時兼顧工藝上的合

18、理性和所用儀表的性能及經濟性?？刂谱兞窟x擇的一般原則：（1） 控制變量應該是可控的，即工藝上允許調節(jié)的變量。（2） 控制變量應比其他干擾對被控參數(shù)的影響靈敏。（3） 為使干擾對被控參數(shù)的影響小，應使干擾通道的放大系數(shù)Kf盡可能小，時間常數(shù)Tf盡可能大。（4） 被控過程存在多個時間常數(shù)，在選擇設備及控制參數(shù)時，應盡量使時間常數(shù)錯開，使其中一個時間常數(shù)比其他時間常數(shù)大很多，同時注意減小其他時間常數(shù)。（5） 在選擇控制變量時，除了從提高控制品質的角度考慮外，還要考慮工藝合理性與生產效率及生產過程的經濟性。調節(jié)閥工作區(qū)間的選擇：在正常工況下，要求調解閥的開度在15%-85%之間。調節(jié)閥的氣開、氣關作用

19、方式選擇 主要以不同生產工藝條件下，人身安全、生產安全、系統(tǒng)及設備安全的需要為首要依據(jù)。調節(jié)器的正作用、反作用正作用：當設定值不變時，隨著測量值的增加，調節(jié)器的輸出也增加。反作用：當測量值增加或設定值減少時，調節(jié)器輸出減小。調節(jié)器的正作用、反作用選擇原則：在調節(jié)閥氣開、氣關方式確定后進行的，原則是使整個單回路構成負反饋系統(tǒng)。調節(jié)器參數(shù)的工程整定方法（1）穩(wěn)定邊界法（2）衰減曲線法（3）響應曲線法（4）經驗法要求：記住參數(shù)整定表格，會計算相關參數(shù)。P194-200課后習題：6-4 過程控制系統(tǒng)設計包括哪些步驟？解答：P174（1）熟悉和理解生產對控制系統(tǒng)的技術要求與性能指標（2）建立被控過程的數(shù)

20、學模型（3）控制方案的確定（4）控制設備選型（5）實驗（或仿真）驗證6-5 選擇被控參數(shù)應遵循哪些基本原則？什么是直接參數(shù)？什么是間接參數(shù)？兩者有何關系？解答：1）原則：必須根據(jù)工藝要求，深入分析、生產過程，找出對產品的產量和質量、生產安全、經濟運行、環(huán)境保護、節(jié)能降耗等具有決定性作用，能較好反映生產工藝狀態(tài)及變化的參數(shù)作為被控參數(shù)。2）直接參數(shù)：能直接反映生產過程中產品產量和質量，又易于測量的參數(shù)3）間接參數(shù)：與質量指標有單值對應關系、易于測量的變量，間接反映產品質量、生產過程的實際情況。4）兩者關系：間接參數(shù)是直接參數(shù)的單值函數(shù)。6-9 調節(jié)閥口徑選擇不當，過大或過小會帶來什么問題？正常工

21、況下，調節(jié)閥的開度在什么范圍比較合適？解答：1）調節(jié)閥口徑選得過大，閥門調節(jié)靈敏度低，工作特性差，甚至會產生振蕩或調節(jié)失靈的情況。 調節(jié)閥口徑選得過小，當系統(tǒng)受到較大的擾動時，調節(jié)閥工作在全開或全關的飽和狀態(tài)，使系統(tǒng)暫時處于失控工況，這對擾動偏差的消除不利。2）正常工況下要求調節(jié)閥的開度在15%-85%之間。6-10 選擇調節(jié)閥氣開、氣關方式的首要原則是什么？解答：保證人身安全、系統(tǒng)與設備安全是調節(jié)閥開、關作用方式選擇的首要原則。6-11 調節(jié)器正、反作用方式的選擇依據(jù)是什么？解答：確定原則是整個單回路構成負反饋系統(tǒng)。6-12 在蒸氣鍋爐運行過程中，必須滿足汽-水平衡關系，汽包水位是一個十分主

22、要的指標。當液位過低時，汽包中的水易被燒干引發(fā)生產事故，甚至會發(fā)生爆炸，為此設計如圖6-28所示的液位控制系統(tǒng)。試確定調節(jié)閥的氣開、氣關方式和調節(jié)閥LC正、反作用；畫出該控制系統(tǒng)的框圖。解答：見圖2281）調節(jié)閥：氣關方式。2）調節(jié)器：正作用。3）框圖：6-13 在如圖6-29所示的化工過程中，化學反應為吸熱反應。為使化學反應持續(xù)進行，必須用熱水通過加熱套加熱反應物料，以保證化學反應在規(guī)定的溫度下進行。如果溫度太低，不但會導致反映停止，還會使物料產生聚合凝固導致設備堵塞，為生產過程再次運行造成麻煩甚至損壞設備。為此設計如圖6-29所示的溫度控制系統(tǒng)。試確定調節(jié)閥的氣開、氣關方式和調節(jié)閥的TC正

23、、反作用；畫出該控制系統(tǒng)的框圖。解答：1）調節(jié)閥：氣開式。2）調節(jié)器：反作用。3）框圖：6-156-186-206-22 如圖6-30所示熱交換器，將進入其中的冷卻物料加熱到設定溫度。工藝要求熱物料溫度的，而且不能發(fā)生過熱情況，以免造成生產事故。試設計一個簡單控制系統(tǒng)，實現(xiàn)熱物料的溫度控制，并確定調節(jié)閥的氣開、氣關方式，調節(jié)器的正反作用方式，以及調節(jié)器的調節(jié)規(guī)律。解答：1）被控參數(shù)選擇：熱交換器出口溫度。2）控制參數(shù)選擇： 載熱介質流量。3）檢測儀表選擇：溫度傳感器與溫度變送器。4）調節(jié)閥選擇： 流量特性選擇：對數(shù)流量特性。 氣開、氣關方式選擇：氣開。5）調節(jié)器選擇： 調節(jié)規(guī)律選擇：PI或PI

24、D。 正反作用方式選擇：反作用方式。系統(tǒng)各環(huán)節(jié)正、負符號判別：被控過程：；變送器：；調節(jié)閥：；根據(jù)系統(tǒng)構成負反饋條件：各環(huán)節(jié)符號之積必為“”，則調節(jié)器為“”。6）畫出控制系統(tǒng)流程圖：如圖所示。7）畫出控制系統(tǒng)方框圖：如圖所示。8）簡述控制系統(tǒng)工作原理：第7章 復雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)的特點： 在系統(tǒng)結構上，串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路;主回路和副回路，主、副回路串聯(lián)工作；主調節(jié)器輸出作為副調節(jié)器設定值，系統(tǒng)通過副調節(jié)器輸出控制執(zhí)行器動作，實現(xiàn)對主參數(shù)的定值控制。串級控制具有較好控制性能的原因：（1） 對進入副回路的干擾具有很強的克服能力。（2） 改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率。（

25、3） 對負荷或操作條件的變化有一定自適應能力。串級控制系統(tǒng)主、副回路參數(shù)整定方法：（1）逐步逼近法：依次整定主回路、副回路，然后循環(huán)進行，逐步接近主、副回路最佳整定。（2）兩步整定法：按單回路控制系統(tǒng)整定副調節(jié)器參數(shù)，第二步把已經正定好的副回路視為串級控制系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，仍按單回路對主調節(jié)器進行依次參數(shù)整定。（3）一步整定法：根據(jù)經驗，先將副回路調節(jié)器參數(shù)一次 調好，不再變動，然后按一般單回路控制系統(tǒng)的整定方法直接整定主調節(jié)器參數(shù)。不變性原理：（擾動補償原理）是前饋控制的理論基礎。這里的“不變性”是指控制系統(tǒng)的被控參數(shù)與擾動量完全無關。大滯后過程: 一般將純滯后時間t0與時間常數(shù)T之比大于0.3的過程稱為。 控制方案：采樣控制、Smith預估補償控制、內?？刂?、Dehlin算法。比值控制系統(tǒng)的種類：（1）開環(huán)比值控制系統(tǒng)（2）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)（3）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)（4）變比值控制系統(tǒng)大題：234頁 比值系數(shù)的計算均質控制：通過對液位和流量兩個變量同時兼顧的控制策略，使兩個互相矛盾的變量相互協(xié)調，滿足二者均在小范圍緩慢變化的工藝要求。分程控制系統(tǒng)：根據(jù)工藝要求，需將調節(jié)器的輸出信號分段，去控制兩個或兩個以上的調節(jié)閥，以便使每個調節(jié)閥在調