過(guò)程控制工程復(fù)習(xí)摘要

1、Process variable過(guò)程變量 trial and error 試差 Safety 安全性Regulatory control調(diào)節(jié)控制Quality質(zhì)量Error誤差servo control伺服控制Profit收益Conventional Control常規(guī)控制Actuator 執(zhí)行器Advanced Process Control先進(jìn)控制Disturbance variable 擾動(dòng)變量Controlled variable 控制變量Setpoint value 設(shè)定值Measurement 測(cè)量值Multi Input Multi Output 多輸入多輸出Manipulate

2、d variable 操作變量Feedforward Control前饋控制feedback Controlled 反饋控制 Switch Control 開(kāi)關(guān)控制Process variable 過(guò)程變量Controlled variable 被控變量Direct Digital Control 直接數(shù)字控制Distributed control system 集散控制系統(tǒng)Local Area network 局域網(wǎng)Distributed control system分布式控制系統(tǒng)Proportional Integral Derivative PID 測(cè)量信號(hào) - Measurement定

3、值控制（Regulatory Control）連續(xù)量控制（Continuous Control）連續(xù)時(shí)間控制（Continuous-Time Control）離散時(shí)間控制（Discrete-Time Control自衡過(guò)程（Self-Regulating Processes）非自衡過(guò)程（Non-Self-Regulating Processes）FB41中FB：function blockFC105中FC：function callOB：Organization Block DB：Data Block偏差積分IE(Integral of error) 平方偏差積分ISE（Integral of

4、 squared error）絕對(duì)偏差積分IAE(Integral of absolute value of error) 時(shí)間與偏差絕對(duì)值乘積的積分ITAE(Integral of time multiplied by the absolute value of error) 你所在設(shè)計(jì)組使用的電加熱絲功率是 2.5KW(4.5KW) ，采用銅（鉑）熱電阻測(cè)溫，它的分度號(hào)是 Cu50(Pt100)，AI-818儀表中分度號(hào)設(shè)置數(shù)據(jù)是 20(21)，CtrL設(shè)置數(shù)據(jù)是 0 ，變送輸出的信號(hào)范圍是 4-20(0-20) mA。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？各環(huán)節(jié)各起什么作用？ 答：1,被控對(duì)象

5、（也稱被控過(guò)程） 指在控制系統(tǒng)中被控制的生產(chǎn)設(shè)備或裝置。2、測(cè)量變送器 用于測(cè)量被控變量，并按一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)作為輸出。3、執(zhí)行器 常用的是控制閥，它接受來(lái)自控制器的命令信號(hào)u，用于自動(dòng)改變控制閥的開(kāi)度。4、控制器（也稱調(diào)節(jié)器） 它將被控變量的測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)e（t），并按一定的規(guī)律給出控制信號(hào)u（t）PID的控制周期，P，I，D參數(shù)是如何設(shè)置的？ 控制周期應(yīng)該按比滯后時(shí)間、對(duì)象的時(shí)間常數(shù)小1-2個(gè)數(shù)量級(jí)來(lái)考慮。對(duì)于我們的控制過(guò)程來(lái)說(shuō)，可以將對(duì)象全功率加熱10分鐘，然后計(jì)算溫度每升高0.1度需要的時(shí)間作為控制周期設(shè)置的依據(jù)P,I,D參數(shù)設(shè)置按臨界比例度的方法設(shè)置

6、。見(jiàn)下。數(shù)字PID的組成： 傳感變送，采樣保持A/D轉(zhuǎn)換，信號(hào)處理與濾波，PID算法，輸出處理，D/A轉(zhuǎn)換。Shannon（香農(nóng)）定理： 采樣頻率必須大于等于信號(hào)最高頻率的兩倍。數(shù)字濾波： 程序判斷濾波，中值濾波，遞推平均濾波，加權(quán)遞推平均濾波，一階滯后濾波。位置式和增量式的比較： （1）位置式需由外部引入初始閥位值，增量式不需要位置式需防積分飽和，增量式不會(huì)產(chǎn)生積分飽和。（2）只有存在偏差時(shí)，增量式才會(huì)有輸出。（3）增量式容易實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)的切換。過(guò)程控制系統(tǒng)的目標(biāo)： 在擾動(dòng)存在的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)操縱變量使被控變量保持在其設(shè)定值控制目標(biāo)： 安全性。環(huán)保。設(shè)備保護(hù)。穩(wěn)定性。產(chǎn)品質(zhì)量。利潤(rùn)。直

7、接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）：試述直接數(shù)字控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。答：直接數(shù)字控制系統(tǒng)（Direct Digital Control,DDC）它使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)代替工程控制中的模擬控制器，并不改變?cè)械纳a(chǎn)過(guò)程，計(jì)算機(jī)首先通過(guò)AI和DI接口采集數(shù)據(jù)，把檢測(cè)儀表送來(lái)的反應(yīng)各種工藝參數(shù)和過(guò)程狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)、開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)及時(shí)送往計(jì)算機(jī)主機(jī)；主機(jī)按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，發(fā)出數(shù)字化的控制信息；最后通過(guò)AO和DO接口把主機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適應(yīng)各種執(zhí)行器的控制信號(hào)直接控制生產(chǎn)過(guò)程。特點(diǎn)：計(jì)算靈活，不僅能實(shí)現(xiàn)典型的PID控制規(guī)律，還可以分時(shí)處理多個(gè)控制回路，能方便的對(duì)傳統(tǒng)的PID算法進(jìn)行改進(jìn)

8、或?qū)崿F(xiàn)其他的復(fù)雜控制算法，但價(jià)格昂貴，而且計(jì)算機(jī)速度難以滿足快速過(guò)程實(shí)時(shí)控制的要求。集散控制系統(tǒng)（DCS）： 集散控制系統(tǒng)一方面將控制負(fù)荷分散化 ,另一方面又將數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)督等功能集中化 ?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）。前饋控制系統(tǒng)： 是按照干擾量的變化來(lái)補(bǔ)償其對(duì)被控變量的影響，從而達(dá)到被控量完全不受干擾影響的控制方式稱為前饋控制。特點(diǎn) ： 基于擾動(dòng)來(lái)消除擾動(dòng)對(duì)被控量的影響；動(dòng)作“及時(shí)” ；但由于前饋控制是一種開(kāi)環(huán)控制,對(duì)于補(bǔ)償?shù)男Ч麤](méi)有檢驗(yàn)的手段。這樣在前饋?zhàn)饔玫目刂平Y(jié)果并沒(méi)有最后消除被控變量偏差時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法得到這一信息而做進(jìn)一步的校正，所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中是不能單獨(dú)應(yīng)用的。反饋控制系統(tǒng)：

9、 是根據(jù)被控量與給定值的偏差工作的,最后達(dá)到消除或減小偏差的目的，偏差值是控制的依據(jù).又稱閉環(huán)控制系統(tǒng)。是過(guò)控系統(tǒng)中最基本的一種。特點(diǎn) ： 對(duì)各種擾動(dòng)均有校正作用。但存在時(shí)滯問(wèn)題，即從發(fā)現(xiàn)偏差到采取更正措施之間有時(shí)間延遲現(xiàn)象，在進(jìn)行更正的時(shí)候，實(shí)際情況可能已經(jīng)有了很大的變化，而且往往是損失已經(jīng)造成了。單回路反饋控制系統(tǒng)： 結(jié)構(gòu)上只有一個(gè)反饋回路（環(huán)路），所以稱之為單回路控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱單回路控制系統(tǒng)。溫度對(duì)象： 為一階積分環(huán)節(jié)加純滯后環(huán)節(jié)，此對(duì)象特點(diǎn)為大慣性、大時(shí)滯。控制過(guò)程中容易出現(xiàn)超調(diào)。針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)，可以選擇比例作用加微分作用，此控制作用響應(yīng)快，偏差小能增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，有超前控制作用，可以克

10、服對(duì)象的慣性，控制結(jié)果有余差。液位對(duì)象： 有大慣性、時(shí)變、非線性的特點(diǎn)，針對(duì)液位對(duì)象的這個(gè)特點(diǎn)，要用到比例積分微分控制作用，可以使系統(tǒng)的響應(yīng)達(dá)到快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的最佳狀態(tài)。由于液位對(duì)象的慣性很大，所以積分作用和微分作用要很強(qiáng)才能快速消除偏差，相應(yīng)的比例作用適當(dāng)就能夠滿足控制需要，如果比例作用太大，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生振蕩，這樣不利于形成穩(wěn)態(tài)。流量對(duì)象： 具有小慣性、強(qiáng)時(shí)變、參數(shù)變化較大的特點(diǎn)，針對(duì)流量對(duì)象的這個(gè)特點(diǎn)，要用到比例積分微分控制作用，其中微分作用更加突出，因?yàn)榱髁孔兓^快，而且變化量較大，所以需要很強(qiáng)的預(yù)測(cè)功能，來(lái)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。其次比例作用不能太大，因?yàn)獒槍?duì)流量這樣的小慣性環(huán)節(jié)，如果比例作用

11、過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生很大的振蕩，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。積分作用適當(dāng)減小，否則會(huì)使系統(tǒng)振蕩。壓力對(duì)象： 具有小慣性、參數(shù)變化速度較快、參數(shù)變化量較大的特點(diǎn)，針對(duì)壓力對(duì)象的這個(gè)特點(diǎn)，要用到比例積分微分控制作用，其中比例作用主要用來(lái)減小偏差，微分作用提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度也減小了系統(tǒng)的超調(diào)，積分作用則使系統(tǒng)的偏差減小到最小。被控對(duì)象動(dòng)態(tài)建模方法：機(jī)理建模和測(cè)試建模調(diào)節(jié)閥流量特性： 線性閥：在理想情況下，調(diào)節(jié)閥的放大增益Kv與閥門開(kāi)度無(wú)關(guān)；而隨著管路系統(tǒng)閥阻比的減少，當(dāng)開(kāi)度到達(dá)50 70%時(shí)，流量已接近其全開(kāi)時(shí)的數(shù)值，即Kv隨著開(kāi)度的增大而顯著下降。 對(duì)數(shù)閥：在理想情況下，調(diào)節(jié)閥的放大增益Kv隨著閥門開(kāi)度的增大而增

12、加；而隨著管路系統(tǒng)閥阻比的減少， Kv 漸近于常數(shù)。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇原則： 僅當(dāng)對(duì)象特性近似線性而且閥阻比大于 0. 60 以上（即調(diào)節(jié)閥兩端的壓差基本不變），才選擇線性閥，如液位控制系統(tǒng)；其他情況大都應(yīng)選擇對(duì)數(shù)閥。工業(yè)過(guò)程控制對(duì)象的特點(diǎn)： 除液位對(duì)象外的大多數(shù)被控對(duì)象本身是穩(wěn)定自衡對(duì)象；對(duì)象動(dòng)態(tài)特性存在不同程度的純遲延；對(duì)象的階躍響應(yīng)通常為單調(diào)曲線，除流量對(duì)象外的被調(diào)量的變化相對(duì)緩慢；被控對(duì)象往往具有非線性、不確定性與時(shí)變等特性?？刂菩阅苤笜?biāo)： 衰減比。超調(diào)量。調(diào)節(jié)時(shí)間。余差。比例增益對(duì)控制性能影響： 增益 Kc 增大，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)，但穩(wěn)定性下降（當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，調(diào)節(jié)頻率提高、余差下

13、降）。屬于有差調(diào)節(jié)。積分時(shí)間影響： 積分作用可以消除穩(wěn)態(tài)余差，但控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。當(dāng)積分作用過(guò)強(qiáng)時(shí)（即Ti 過(guò)?。?，可能使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。特點(diǎn)：無(wú)差調(diào)節(jié)，滯后作用。微分調(diào)節(jié)： 也是有差調(diào)節(jié)，超前作用。抑制偏差變化，使被控變量平緩。微分時(shí)間Td 對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 微分作用的增強(qiáng)（即Td 增大），從理論上講使系統(tǒng)的超前作用增強(qiáng)，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，但對(duì)高頻噪聲起放大作用。對(duì)于測(cè)量噪聲較大的對(duì)象，需要引入測(cè)量信號(hào)的平滑濾波；而微分作用主要適合于一階滯后較大的廣義對(duì)象，如溫度、成份等。積分飽和： 當(dāng)存在大的外部擾動(dòng)時(shí)，很有可能出現(xiàn)控制閥調(diào)節(jié)能力不夠的情況，即使控制閥全開(kāi)或全關(guān)，仍不能消除被控輸出y(

14、t)與設(shè)定值ysp(t)之間的誤差。此時(shí)，由于積分作用的存在，使調(diào)節(jié)器輸出u(t)無(wú)限制地增大或減少，直至達(dá)到極限值。而當(dāng)擾動(dòng)恢復(fù)正常時(shí)，由于u(t)在可調(diào)范圍以外，不能馬上起調(diào)節(jié)作用；等待一定時(shí)間后，系統(tǒng)才能恢復(fù)正常。怎樣防止積分飽和： 抗積分飽和： (1)當(dāng)控制器輸出達(dá)到額定的上、下限值后，切除積分作用(1)，保留比例作用(P)，構(gòu)成PI-P控制器。這樣在偏差減小時(shí)，控制器輸出能更快脫離上限或下限值； (2)在數(shù)字PID控制算法中，采用增量型或速度型算法，每次計(jì)算出應(yīng)調(diào)整的增量值u或變化速度u/t，當(dāng)控制作用量將超過(guò)額定上下限值時(shí)，則保持在上限值或下限值。這樣，一當(dāng)偏差減小或改變正、負(fù)極性

15、時(shí)，控制器輸出能更快脫離上限值或下限值。PID參數(shù)對(duì)控制性能的影響： 控制器增益： Kc或比例度PB：增益增大(即Kc 增大或比例度PB下降)，調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)，但穩(wěn)定性下降； 積分時(shí)間Ti： 積分作用增強(qiáng)（即Ti 下降），使系統(tǒng)消除余差的能力加強(qiáng)，但控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降； 微分時(shí)間Td：微分作用增強(qiáng)（即Td 增大），可使系統(tǒng)的超前作用增強(qiáng)，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，但對(duì)高頻噪聲起放大作用，主要適合于特性滯后較大的廣義對(duì)象，如溫度對(duì)象等。正反作用: 當(dāng)被控變量的測(cè)量值增大時(shí)，控制器的輸出也增大，則該控制器為“正作用”；否則，當(dāng)測(cè)量值增大時(shí)，控制器輸出反而減少，則該控制器為“反作用”。臨界比例度法： 1、先切

16、除PID控制器中的積分與微分作用（即將積分時(shí)間設(shè)為無(wú)窮大，微分時(shí)間取為0），并令比例增益KC為一個(gè)較小值，并投入閉環(huán)運(yùn)行； 2、將設(shè)定值作小幅度的階躍變化，觀察測(cè)量值的響應(yīng)變化情況； 3、逐步增大KC的取值，對(duì)于每個(gè)KC值重復(fù)步驟2中的過(guò)程，直至產(chǎn)生等幅振蕩； 4、設(shè)等幅振蕩的振蕩周期為Pu、產(chǎn)生等幅振蕩的控制器增益為Kcmax 。 5.根據(jù)所選擇的控制規(guī)律查表得到控制器參數(shù)。臨界比例度法的局限性： 生產(chǎn)過(guò)程有時(shí)不允許出現(xiàn)等幅振蕩，或者無(wú)法產(chǎn)生正常操作范圍內(nèi)的等幅振蕩。李林陽(yáng)，陳國(guó)安流量臨界比例度整定實(shí)驗(yàn)：PID調(diào)節(jié)初始段有小的負(fù)向過(guò)沖，這是為什么？ PID調(diào)節(jié)初始段有小的負(fù)向過(guò)沖，這是因?yàn)槲?/p>

17、分作用的影響。調(diào)節(jié)初始階段，隨著流量的增加，當(dāng)前值增大，偏差e變小，所以偏差變化率為負(fù)值，即Kp*Td*de/dt=負(fù)值。這時(shí)P分量、I分量都為正值，唯有D分量為負(fù)值，使PID運(yùn)算結(jié)果變小，輸出使閥門開(kāi)度變小，所以出現(xiàn)小的負(fù)向過(guò)沖現(xiàn)象。李林陽(yáng)液位臨界比例度整定中： PI調(diào)節(jié) P=7.65 I=62.25，消除了余差，曲線有毛刺：水流沖擊、變送電路紋波對(duì)象慣性越小越容易振蕩，慣性越大越不易振蕩。對(duì)象慣性越小振蕩幅值越大，慣性越大振蕩幅越小。對(duì)象慣性越小振蕩周期越小，慣性越大振蕩周期越長(zhǎng)。響應(yīng)曲線法PID參數(shù)整定步驟：（1）在手動(dòng)狀態(tài)下，改變控制器輸出（通常采用階躍 變化），記錄被控變量的響應(yīng)曲線

18、；（2）根據(jù)單位階躍響應(yīng)曲線求取“廣義對(duì)象”的近似模型與模型參數(shù)；（3）根據(jù)控制器類型與對(duì)象模型，選擇PID參數(shù)并投 入閉環(huán)運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中，可對(duì)增益作調(diào)整。響應(yīng)曲線法特點(diǎn)： 適合于存在明顯純滯后的自衡對(duì)象，而且廣義對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線可用“一階+純滯后”來(lái)近似。液位流量串級(jí)控制： 串級(jí)控制是一種可以克服干擾的方法。它通過(guò)選擇第二個(gè)測(cè)量點(diǎn)來(lái)構(gòu)成第二個(gè)反饋回路來(lái)克服干擾的影響。第二個(gè)測(cè)量點(diǎn)應(yīng)該比被控變量更快感知到干擾的影響，這樣能在干擾對(duì)被控變量產(chǎn)生很大影響之前通過(guò)第二個(gè)反饋回路迅速克服干擾的影響。液位流量串級(jí)實(shí)驗(yàn)中構(gòu)成兩個(gè)控制回路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的更加準(zhǔn)確的控制。（配圖）串級(jí)控制系統(tǒng)定義: 由

19、兩個(gè)測(cè)量變送器、兩個(gè)控制器其中一個(gè)控制器的輸出是另一個(gè)控制器的給定、一個(gè)控制閥組成的雙閉環(huán)定值系統(tǒng). 主被控變量（Yl)： 是工藝控制指標(biāo)或與工藝控制指標(biāo)有直接關(guān)系，在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。副被控變量（Y2）： 大多為影響主被控變量的重要參數(shù)。 主控制器： 在系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用，按主被控變量和其設(shè)定值之差進(jìn)行控制運(yùn)算，并將其輸出作為副控制器給定值。副控制器： 在系統(tǒng)中起輔助作用，按所測(cè)得的副被控變量和主控輸出之差來(lái)進(jìn)行控制運(yùn)算，其輸出直接作用于控制閥的控制器，簡(jiǎn)稱為“副控”。主變送器：測(cè)量并轉(zhuǎn)換主被控變量的變送器。副變送器：測(cè)量并轉(zhuǎn)換副被控變量的變送器。主對(duì)象：大多為工業(yè)過(guò)程中所要

20、控制的、由主被控 變量表征其主要特性的生產(chǎn)設(shè)備或過(guò)程。副對(duì)象：大多為工業(yè)過(guò)程中影響主被控變量的、由副被控變量表征其特性的輔助生產(chǎn)設(shè)備或輔助過(guò)程。副回路:由副變送器、副控制器、控制閥和副對(duì)象所構(gòu)成的閉環(huán)回路 , 又稱為“ 副環(huán)” 或“內(nèi)環(huán)”。主回路：由主變送器、主控制器、副回路等效環(huán)節(jié)、主對(duì)象所構(gòu)成的閉環(huán)回路，又稱為“主環(huán)”或“外環(huán)”。串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： 副回路（有時(shí)稱內(nèi)環(huán)）具有快速調(diào)節(jié)作用，它能有效地克服二次擾動(dòng)的影響。 能自動(dòng)地克服副對(duì)象增益或調(diào)節(jié)閥特性的非線性對(duì)控制性能的影響（系統(tǒng)的“魯棒性”增強(qiáng)） 。 改善了對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率。在相同的衰減比下，主調(diào)節(jié)器的增益可顯著加

21、大。串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則： 單回路控制不能滿足性能要求；有反映系統(tǒng)主要干擾的可測(cè)副參數(shù)；調(diào)節(jié)閥與副參數(shù)之間具有因果關(guān)系；副參數(shù)的選擇應(yīng)使副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)比主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反應(yīng)靈敏；盡可能將帶有非線性或時(shí)變特性的環(huán)節(jié)包含于副回路中。為什么要采用串級(jí)控制？ 串級(jí)控制需要：?jiǎn)位芈房刂撇荒軡M足要求；可測(cè)量的副變量。副變量需要滿足： 快速反應(yīng)主要干擾的影響；干擾對(duì)副、主變量的影響具有因果關(guān)系；調(diào)節(jié)閥對(duì)副、主變量的影響具有因果關(guān)系串級(jí)系統(tǒng)主副調(diào)節(jié)器選型： 副調(diào)節(jié)器常選擇PI控制律原因：副回路為隨動(dòng)系統(tǒng)，其設(shè)定值變化頻繁，一般不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快速克服內(nèi)環(huán)中的各種擾動(dòng)

22、，為加大副回路的調(diào)節(jié)能力，理想上不用加積分作用。但實(shí)際運(yùn)行中，串級(jí)系統(tǒng)有時(shí)會(huì)斷開(kāi)主回路，因而，通常需要加入積分作用。但積分作用要求較弱以保證副回路較強(qiáng)的抗干擾能力。主調(diào)節(jié)器常選擇PI或PID控制律 原因：主回路的任務(wù)是滿足主參數(shù)的定值控制要求。因而對(duì)于主參數(shù)為溫度的串級(jí)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器必須加入較強(qiáng)的積分作用（除主參數(shù)為液位的串級(jí)均勻控制系統(tǒng)以外）。當(dāng)主對(duì)象的調(diào)節(jié)滯后較大，而主參數(shù)變化較平緩時(shí)，可加入通常大小的微分作用。前饋思想： 在擾動(dòng)還未影響輸出以前，直接改變操作變量，以使輸出不受或少受外部擾動(dòng)的影響。調(diào)節(jié)閥是執(zhí)行器中最廣泛使用的形式，常用的還有交流變頻器、晶閘管控制器等。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥-依靠壓縮

23、空氣作為動(dòng)力，輸入信號(hào)為0.020.1MPa的壓力信號(hào)。 不僅能與氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀表配套使用，還可通過(guò)電/氣轉(zhuǎn)換器或電/氣閥門定位器與電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配套使用閥門定位器的作用1.將輸入標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào)（20-100kPa）2.改善閥的定位精度（靜態(tài)特性）3.改善閥的動(dòng)態(tài)特性4. 用于分程控制：用一個(gè)調(diào)節(jié)器控制兩個(gè)以上的調(diào)節(jié)閥。使它們分別在信號(hào)的某一個(gè)區(qū)段內(nèi)完成全行程移動(dòng)。5. 用于閥門的反向動(dòng)作：采用反作用式定位器可使氣開(kāi)閥變?yōu)闅怅P(guān)閥，氣關(guān)閥變?yōu)闅忾_(kāi)閥。3，孝悌忠信禮儀廉恥緹縈閔損4，恒壓供水：設(shè)定30KP-50KP(單回路PID調(diào)節(jié))孝（AI808）悌（AI818）,執(zhí)行

24、器：變頻器（0-20MA）輸入+磁力驅(qū)動(dòng)泵 調(diào)節(jié)孝M 5Pt悌PID ,Ctrl設(shè)置為25，水箱液位單回路PID控制：孝AI808，M 5Pt反作用內(nèi)給定輸入0-600，輸出0-100，悌ADAM,PID反作用外給定6，管道單回路PID控制：孝AI808，M 5Pt反作用內(nèi)給定，dIL=0，dIH=1200悌ADAM4017+,ADAM-4024,ADAM-4520,力控PID輸入0-1200，輸出0-100，反作用外給定,7，鍋爐溫度單回路PID控制：孝銅電阻測(cè)溫（CU50）范圍（-50°-150°C）傳感器外形：直徑8mm,長(zhǎng)度30cm,A/D轉(zhuǎn)換分辨率：12bit簡(jiǎn)單

25、控制系統(tǒng)的工程整定法有經(jīng)驗(yàn)方法，簡(jiǎn)單、方便，工程實(shí)際中廣泛采用的特點(diǎn)。一般有經(jīng)驗(yàn)湊試法、衰減曲線法、臨界比例度法、響應(yīng)曲線法等。什么事線性化？為什么在過(guò)程控制中經(jīng)常采用近似線性化模型答：對(duì)于非線性系統(tǒng)的過(guò)程控制模型，需要進(jìn)行像興華處理，在系統(tǒng)輸入和輸出的工作范圍內(nèi)，把非線性關(guān)系近似成線性關(guān)系。 應(yīng)用于過(guò)程控制的數(shù)學(xué)模型往往采用增量的形式表達(dá)，增量形式不僅便于把原來(lái)的非線性系統(tǒng)線性化，而且通過(guò)坐標(biāo)變換，把穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)定為原點(diǎn)，可使輸入輸出關(guān)系更加簡(jiǎn)單，便于運(yùn)算。線性化處理的常用數(shù)學(xué)工具是泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)。34-2單回路系統(tǒng)中其他參數(shù)不變僅加速PI控制器的積分作用，是回答如下問(wèn)題。1.在相同的外界干擾作

26、用階躍變化情況下，最大的偏差是否增大？振蕩是否加??？2.為了獲得與以前相同的系統(tǒng)穩(wěn)定性，可適當(dāng)調(diào)整Kc.問(wèn)Kc應(yīng)調(diào)大還是調(diào)小？Kc調(diào)整后環(huán)路靜態(tài)增益是否改變，是變大還是變??？答 （1）有上圖系統(tǒng)在Ti減小的情況下，階躍響應(yīng)曲線有圖中當(dāng)Ti減小時(shí)即加速PI控制器的積分作用，最大的偏差變小，但是振蕩加劇，（2）為了獲得與以前相同的系統(tǒng)穩(wěn)定性Kc應(yīng)調(diào)小，Kc調(diào)整后環(huán)路穩(wěn)態(tài)增益Kc,Kp也變小在一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)中，原來(lái)選用口徑為20mm的氣開(kāi)閥，后來(lái)改用口徑32mm的氣關(guān)閥。（1）主副控制器正反作用要否改變？為什么？（2）?？刂破鞯谋壤群头e分時(shí)間要否改變，是變大還是??？（3）主控制器的比例度和積分時(shí)

27、間要否改變，變大還是變小？答1：主副控制器的正反作用要改變，因?yàn)檎{(diào)節(jié)器由氣開(kāi)閥調(diào)為氣關(guān)閥，Gvs的極性由+變?yōu)?，為了保證負(fù)回路構(gòu)成負(fù)反饋，必須將副控制器的控制正反改變。 主控制器不變，因?yàn)楦被芈氛醋饔迷O(shè)置正確后，對(duì)主回路只相當(dāng)于一個(gè)+極性環(huán)節(jié)，主調(diào)節(jié)器的正反作用取決于主對(duì)象的放大倍數(shù)的符號(hào)，而與其他環(huán)節(jié)無(wú)關(guān)。1.液位過(guò)程的輸入量為，流出量為，。液位H為被控變量，A為截面積，并設(shè)，均為線性液阻。（1）列寫(xiě)過(guò)程的微分方程組；（2）畫(huà)出過(guò)程的方框圖；（3）求過(guò)程的傳遞函數(shù)（1）（2）（3） 求過(guò)程的傳遞函數(shù)。經(jīng)拉氏變換： 某水槽的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下，其中階躍擾動(dòng)量。 （1）畫(huà)出水位的階躍響應(yīng)曲

28、線； （2）若該水位對(duì)象用一階慣性環(huán)節(jié)近似，試確定其增益K和時(shí)間常數(shù)T。解：（1）水位的階躍響應(yīng)曲線如右圖(2)增益K=22、冷凝器溫度前饋-反饋控制系統(tǒng)方框圖如下圖所示。已知擾動(dòng)通道特性，控制通道特性，溫度調(diào)節(jié)器使用PI規(guī)律。試求該前饋-反控制系統(tǒng)中前饋控制器的數(shù)學(xué)模型。解：由右圖所示的前饋-反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為將不變性條件 時(shí)，要求Y（S）=0。有時(shí)前饋-反饋控制系統(tǒng)從其結(jié)構(gòu)上看與串級(jí)控制系統(tǒng)十分相似。試問(wèn)如何來(lái)區(qū)分它們？試分析判斷下圖所示的控制系統(tǒng)屬于什么系統(tǒng)？說(shuō)明其理由。答：前饋反饋控制系統(tǒng)對(duì)主變量的擾動(dòng)檢測(cè)并進(jìn)行補(bǔ)償控制，而串級(jí)控制沒(méi)有對(duì)主變量的擾動(dòng)提前檢測(cè)和補(bǔ)償，上圖為前饋反饋

29、控制系統(tǒng)，因?yàn)樵妥兞繑_動(dòng)是直接影響主變量的擾動(dòng)，將其檢測(cè)后由燃料油的燃料油的流量補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)前饋控制，所以為前饋-反饋控制系統(tǒng)。 畫(huà)出史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制方框圖。史密斯預(yù)估補(bǔ)償傳遞函數(shù)在本次的過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)中，使用AI-818儀表進(jìn)行溫度信號(hào)變送。說(shuō)明為什么使用三線制，畫(huà)出三線制測(cè)溫的原理電路。答：為了進(jìn)行引線電阻補(bǔ)償。已知兩只水箱串聯(lián)工作（如題圖2-2所示），其輸入量為，流出量為，。，分別為兩只水箱的水位，為被控變量，分別為兩個(gè)水箱的截面積，假設(shè)，為線性液阻。（1）列寫(xiě)過(guò)程的微分方程組；（2）畫(huà)出過(guò)程的方框圖；（3）求液位過(guò)程的傳遞函數(shù)有一流量對(duì)象，當(dāng)調(diào)節(jié)閥氣壓改變0.01MPa時(shí)，流量的變化

30、如表。若該對(duì)象用一階慣性環(huán)節(jié)近似，試確定其傳遞函數(shù)。解：方法一：作圖得，T1=5.2S;方法二：我們用兩種方法求平均： 傳遞函數(shù)：?jiǎn)位芈废到y(tǒng)中其他參數(shù)不變，僅加速PI控制器的積分作用，試回答如下問(wèn)題。（1）在相同的外界干擾作階躍變化情況下，最大偏差是否增大？振蕩是否加??？（2）為了獲得與以前相同的系統(tǒng)穩(wěn)定性，可適當(dāng)調(diào)整。問(wèn)應(yīng)調(diào)大還是調(diào)小？調(diào)整后環(huán)路靜態(tài)增益是否改變，是變大還是變小？答：（1）最大偏差不增大，振蕩加劇。（2）調(diào)小，調(diào)整后環(huán)路靜態(tài)增益變小。在某生產(chǎn)過(guò)程中，需求參與反應(yīng)的甲，乙兩種物料保持一定比例。若已知正常操作時(shí)，甲流量，乙流量，兩個(gè)流量均采用孔板測(cè)量并配用開(kāi)方器，甲流量的測(cè)量范圍

31、為010,乙流量的測(cè)量范圍為0300。根據(jù)要求設(shè)計(jì)保持比值的控制系統(tǒng)，試采用DDZ-型儀表組成系統(tǒng)時(shí)的比值系數(shù)K。解：因?yàn)閮蓚€(gè)流量均采用孔板測(cè)量并配用開(kāi)方器，所以流量與測(cè)量信號(hào)成線性關(guān)系。采用DDZ型儀表組成系統(tǒng)時(shí)的比值系數(shù)K=1.2已知對(duì)象控制通道階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)如下表所表示，調(diào)節(jié)量階躍變化為u=50。用一階慣性環(huán)節(jié)加純遲延近似對(duì)象，求出K、T和值。應(yīng)用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法選擇PID調(diào)節(jié)器參數(shù)。答：1.由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線為： 解法一：由圖可得： 所以，PID調(diào)節(jié)器參數(shù)為：解法二：有作圖法可以求出所以，PID調(diào)節(jié)器參數(shù)為：3控制對(duì)象是散熱比較少的加熱水箱，可以把它看作什么環(huán)節(jié)？為什么？

32、（1）水箱靜態(tài)水，散熱比較少，可以看做帶滯后的積分對(duì)象寫(xiě)出加熱水箱的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式G(s)=？（2）這樣的溫度對(duì)象是自衡對(duì)象還是非自衡對(duì)象？它的階躍響應(yīng)將是什么樣的曲線？（3）非自衡對(duì)象，它的階躍響應(yīng)將是帶滯后的有斜率的上升斜線下圖為調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線圖，請(qǐng)分別指出1、2、3、4號(hào)曲線分別是什么流量特性曲線？1號(hào)曲線為直線流量特性2號(hào)曲線為等百分比流量特性3號(hào)曲線為快開(kāi)流量特性4號(hào)曲線為拋物線流量特性曲線臨界振蕩曲線圖P調(diào)節(jié)曲線圖PI調(diào)節(jié)曲線圖PID調(diào)節(jié)曲線圖臨界振蕩時(shí)的比例度P=51.5，計(jì)算臨界比例增益Kcmax= ？Kcmax=1/51.5=0.0194臨界振蕩周期Pu=19s，請(qǐng)按臨

33、界比例度Ziegler-Nichols公式分別計(jì)算三種控制規(guī)律的控制參數(shù)。為什么壓力對(duì)象不宜用微分調(diào)節(jié)？如果測(cè)量值含有很大的噪聲，由于微分作用對(duì)高頻噪聲起到放大作用，因此存在高頻噪聲的地方不宜用微分。壓力對(duì)象的波動(dòng)和測(cè)量噪聲比較多，所以壓力控制不宜用微分。串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)的主副變量是什么？主副調(diào)節(jié)器是什么？執(zhí)行器是什么？副調(diào)節(jié)器采用什么給定方式？副調(diào)的給定是什么？主副調(diào)節(jié)器是如何配合的？為什么？一二次擾動(dòng)是什么？（1）主變量為液位。副變量為流量。主調(diào)節(jié)器為AI-808。副調(diào)節(jié)器為AI-808。執(zhí)行器為調(diào)節(jié)閥。（2）外給定方式。副調(diào)的給定是主調(diào)的輸出。（3）主調(diào)的輸出作為副調(diào)的給定，必須和副變量的工

34、作量程相匹配。副變量流量的工作量程大約是500L/h，所以主調(diào)的輸出要限幅為40%左右。主調(diào)的輸出為4-20mA電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)250歐姆標(biāo)準(zhǔn)電阻送給副調(diào)節(jié)器作為給定信號(hào)。設(shè)定值階躍變化是一次擾動(dòng)，供水壓力變化為二次擾動(dòng)。在溫度過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中（1）溫度傳感器的分度號(hào)是什么？采用什么方式安裝？。（2）溫度變送器是什么？溫度傳感器采用幾線制連接到變送器？變送出來(lái)的是什么信號(hào)？。（3）溫度控制PAC的硬件配置是怎樣的？（1）pt100 螺紋安裝方式（2）AI-701儀表 三線制 變送出0-20ma電流信號(hào)3）CPU模塊： CPU 315 （1分）A/D模塊：IC695ALG600 。D/A模塊：I

35、C695ALG704 。DO模塊：IC694MDL754 。（4）下圖是模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)類型選擇，請(qǐng)選擇正確的信號(hào)類型。選擇 Voltage/Current 類型。（5）填寫(xiě)出溫度信號(hào)在PAC中進(jìn)行標(biāo)度變換的設(shè)置數(shù)據(jù)？。 依次填寫(xiě)100、0、20、0。 （6） GEPAC的PID指令運(yùn)算數(shù)據(jù)都是什么類型？采集來(lái)的溫度數(shù)據(jù)類型需要做怎樣的處理？PID指令的設(shè)定值和輸入值的數(shù)據(jù)范圍是多少？。PID指令運(yùn)算的數(shù)據(jù)都是整形數(shù)據(jù)。采集來(lái)的溫度數(shù)據(jù)需要乘以10把它變換為整形數(shù)據(jù)。PID指令的設(shè)定值和輸入值的數(shù)據(jù)范圍是0-1000。1在Qi處標(biāo)注：擾動(dòng)變量DV (Disturbance Variab

36、le) 2在h處標(biāo)注：被控變量 CV ( Controlled Variable) 3在LC輸出標(biāo)注：控制變量 Control Variable4在Qo處標(biāo)注：操縱變量MV (Manipulated Variable) 5在液位變送器處標(biāo)注：測(cè)量信號(hào)Measurement6在hsp處標(biāo)注：設(shè)定值SP (Setpoint) 下圖是過(guò)程對(duì)象的開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)曲線（1）寫(xiě)出它的傳遞函數(shù)表達(dá)式（3分）（2）寫(xiě)出對(duì)象增益的計(jì)算公式（4分）ymin, ymax為CV的測(cè)量范圍；umin, umax為MV的變化范圍，對(duì)于閥位開(kāi)度通常用0100%表示。3 某對(duì)數(shù)特性調(diào)節(jié)閥的流量變化如下表：（8分） 在開(kāi)度10%、

37、50%、80%、90%三點(diǎn)如果開(kāi)度變化10%，請(qǐng)分別計(jì)算（1）直線流量特性流量的相對(duì)變化量。(2) 對(duì)數(shù)流量特性流量的相對(duì)變化量。(1) 直線流量特性流量的相對(duì)變化量。（算式正確，結(jié)果錯(cuò)誤0.5分）10%點(diǎn)：（22.7-13.0）/13.0=74.6% 50%點(diǎn)：（61.3-51.7）/51.7=18.6% 80%點(diǎn)：（90.3-80.6）/80.6=12.0% 90%點(diǎn)：（100-90.3）/90.3=10.7% (2) 對(duì)數(shù)流量特性流量的相對(duì)變化量。（算式正確，結(jié)果錯(cuò)誤0.5分）10%點(diǎn)：（6.58-4.67）/4.67=40.9% 50%點(diǎn)：（25.6-18.3）/18.3=39.9%

38、80%點(diǎn)：（71.2-50.8）/50.8=40.2% 90%點(diǎn)：（100-71.2）/71.2=40.4% 臨界振蕩曲線圖 P調(diào)節(jié)曲線圖： PI調(diào)節(jié)曲線圖 PID調(diào)節(jié)曲線圖根據(jù)上圖分析PID調(diào)節(jié)特點(diǎn)P調(diào)節(jié)有余差（2分）（P）I調(diào)節(jié)消除了余差，調(diào)節(jié)時(shí)間約125秒，沒(méi)有超調(diào)（2分）（PI）D調(diào)節(jié)有超前作用，調(diào)節(jié)時(shí)間62.5秒，和PI調(diào)節(jié)相比調(diào)節(jié)時(shí)間短（2分）說(shuō)出前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)？前饋控制對(duì)于干擾的克服要比反饋控制及時(shí)。前饋控制是針對(duì)干擾作用進(jìn)行控制的，當(dāng)干擾一出現(xiàn)，前饋控制器就根據(jù)檢測(cè)到的干擾，按一定規(guī)律進(jìn)行控制。（2分）前饋控制屬于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。反饋控制是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，而前饋控制是一個(gè)開(kāi)

39、環(huán)控制系統(tǒng)。前饋控制器根據(jù)干擾產(chǎn)生控制作用對(duì)被控變量進(jìn)行影響，而被控變量并不會(huì)反過(guò)來(lái)影響前饋控制器的輸入信號(hào)（擾動(dòng)量）。（3分）前饋控制采用的是由對(duì)象特性確定的“專用”控制器。一般的反饋控制系統(tǒng)均采用通用的PID控制器，而前饋控制器是專用控制器，對(duì)于不同的對(duì)象特性，前饋控制器的形式將是不同的。（3分）下面是完全微分PID運(yùn)算公式和階躍響應(yīng)圖（1）寫(xiě)出不完全微分的PID算式（2分）（2）畫(huà)出不完全微分的階躍響應(yīng)圖（2分）答案：寫(xiě)出位置式數(shù)字PID控制算式寫(xiě)出增量式數(shù)字PID控制算式說(shuō)出增量式PID控制算式的優(yōu)點(diǎn)。增量式具有防積分飽和的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵谟?jì)算積分作用時(shí)，不用對(duì)偏差進(jìn)行累積。（1分）增量式

40、輸出是執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的改變量，只有偏差出現(xiàn)時(shí)，才產(chǎn)生輸出增量值。（1分）增量式算式很容易從手動(dòng)位置切換到自動(dòng)位置，無(wú)需進(jìn)行控制器輸出的初始化。（1分）下圖中的4個(gè)串級(jí)儲(chǔ)罐，水的出口溫度為被控變量，加熱量Q是操縱變量， 和為干擾。（15分）（1）在設(shè)計(jì)串級(jí)控制時(shí)，最合適的副變量應(yīng)選擇在何處？試與選擇向前和向后一個(gè)罐的情況相比較。（2）在工藝圖上表示該串級(jí)系統(tǒng)，并畫(huà)出相應(yīng)的方塊圖。（3）確定控制器的正反作用。(1) 應(yīng)選擇在儲(chǔ)罐2出口處溫度即q2（1分），向前一個(gè)罐則副回路不能包含干擾F1，Q12（1分）;向后一個(gè)罐則副回路對(duì)象的滯后太大影響副回路的快速調(diào)節(jié)能力。（1分）(2)(3) 主副調(diào)節(jié)器均為

41、反作用（2分） 2 為了測(cè)試加熱鍋爐的數(shù)學(xué)模型，對(duì)它做開(kāi)環(huán)加熱測(cè)試：當(dāng)加熱功率為40%時(shí)，階躍響應(yīng)曲線斜率為1/60（/s）；當(dāng)加熱功率為60%時(shí)，階躍響應(yīng)曲線斜率為1/42（/s）；當(dāng)加熱功率為80%時(shí)，階躍響應(yīng)曲線斜率為1/30（/s）；鍋爐溫度延遲時(shí)間的平均值為172s（1）根據(jù)以上數(shù)據(jù)寫(xiě)出溫度對(duì)象的數(shù)學(xué)模型G(s)=？（7分）把溫度對(duì)象確定為一階積分加純滯后環(huán)節(jié)，其數(shù)學(xué)模型為（1分），故開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)為C（S）=（1分），拉氏反變換為時(shí)域函數(shù)C（t）=（1分），其中為脈沖函數(shù)，會(huì)使階躍響應(yīng)延遲一段時(shí)間，對(duì)響應(yīng)曲線的斜率沒(méi)有影響。K/Ti就是實(shí)驗(yàn)截取的響應(yīng)曲線的斜率，具體求法如下：當(dāng)加熱功

42、率為40%時(shí)，階躍響應(yīng)曲線斜率為1/60（/s），K=40/100=0.4，0.4/Ti=1/60，Ti=24(s)； （1分）當(dāng)加熱功率為60%時(shí)，階躍響應(yīng)曲線斜率為1/42（/s），K=60/100=0.6，0.6/Ti=1/42，Ti=25.2s； （1分）當(dāng)加熱功率為80%時(shí)，階躍響應(yīng)曲線斜率為1/30（/s），K=80/100=0.8，0.8/Ti=1/30，Ti=24s； （1分）所以Ti平均值為24.4s，又延遲時(shí)間的平均值為172s。此次實(shí)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型為（1分）。 （2）加熱鍋爐的主回路采用可控硅控制，PID的控制周期設(shè)置為多少？（1分） 可控硅的開(kāi)關(guān)速度比較快，所以可把PID的控制周期設(shè)置為1秒。（1分） （3）如果加熱鍋爐主回路采用繼電器/接觸器控制，這種情況PID控制程序需要什么程序配合？（1分） 需要PWM程序配合（1分） （4）這種控制方式叫做什么方式？（2分） 時(shí)間比例輸出（2分） （5）PID的控制周期又應(yīng)該設(shè)置為多少？（1分） 繼電器接觸器動(dòng)作頻率不能太高，所以控制周期應(yīng)設(shè)為25秒（1分） （6）畫(huà)出溫度控制系統(tǒng)的管道儀表流程圖（4分）主要畫(huà)出：傳感變送、調(diào)節(jié)、執(zhí)行部分 2 （1）如果控制對(duì)象是保溫性比較好的鍋爐，可以把鍋爐看作什么環(huán)節(jié)？為什么？（2分）(1)鍋爐靜態(tài)水，保溫性好，