化工自動(dòng)化儀表期末復(fù)習(xí)摘要

1、化工自動(dòng)化儀表期末復(fù)習(xí)摘要第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述1.單元組合儀表之間用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)聯(lián)系：氣動(dòng)儀表（QDZ系列）：20-100kPa氣壓信號(hào)；電動(dòng)儀表信號(hào)：（A）DDZ系列：0-10mA直流電流信號(hào)；（B）DDZ系列：4-20mA（1-5V）直流電流信號(hào)。2.專用術(shù)語(yǔ)：被控過(guò)程（被控對(duì)象）：自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備或機(jī)器。被控變量：被控過(guò)程內(nèi)要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)。操縱變量：受控制器操縱的用以克服干擾的影響，使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。擾動(dòng)：除操縱變量外，作用于被控過(guò)程并引起被控變量變化的因素。被控過(guò)程：鍋爐汽包被控變量：汽包液位操縱變量：水的流量擾動(dòng)：水壓力

2、、蒸汽流量實(shí)例 設(shè)定值：工藝參數(shù)所要求保持的數(shù)值。偏差：被控變量實(shí)際值與設(shè)定值之差。負(fù)反饋：將被控變量送回輸入端并與輸入變量相減3.閉環(huán)控制與開(kāi)環(huán)控制：閉環(huán)控制：在反饋控制系統(tǒng)中，被控變量的值被送回輸入端，與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差進(jìn)行控制，控制被控變量，這樣，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）：按偏差進(jìn)行控制，使偏差減小或消除，達(dá)到被控變量與設(shè)定值一致的目的。閉環(huán)控制的缺點(diǎn)：控制不夠及時(shí)；如果系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)配合不當(dāng)，系統(tǒng)會(huì)引起劇烈震蕩，甚至?xí)瓜到y(tǒng)失去控制。開(kāi)環(huán)控制：根據(jù)擾動(dòng)信號(hào)的變化來(lái)進(jìn)行控制。開(kāi)環(huán)控制的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）：不需要對(duì)被控變量進(jìn)行測(cè)量，只根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行控制，控制很及時(shí)

3、。環(huán)控制的缺點(diǎn)：由于不測(cè)量被控變量，也不與設(shè)定值相比較，所以系統(tǒng)受到其他擾動(dòng)作用后，被控變量偏離設(shè)定值，無(wú)法消除偏差，這是開(kāi)環(huán)控制的缺點(diǎn)。4.閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成（P5）：e(t):偏差u(t):控制作用（控制器輸出）q(t):操縱變量c(t):被控變量y(t):測(cè)量值r(t):設(shè)定值控制器：比較機(jī)構(gòu)和控制裝置的組合；廣義對(duì)象：過(guò)程、執(zhí)行器、檢測(cè)變送的組合。5.自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類：定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。6.自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及品質(zhì)指標(biāo)：定值控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的形式(階躍擾動(dòng))：發(fā)散振蕩單調(diào)發(fā)散等幅振蕩衰減振蕩單調(diào)衰減自動(dòng)控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)：（1）最大動(dòng)態(tài)偏差（emax）：對(duì)

4、于定值控制系統(tǒng)，過(guò)渡過(guò)程的最大動(dòng)態(tài)偏差是指被控變量第一個(gè)振蕩波的峰值與設(shè)定值之差。即：圖中的A（2）衰減比n：第一個(gè)波的振幅與同方向第二個(gè)波的振幅之比。即：注：n>1：衰減振蕩；n=1：等幅振蕩；n<1：發(fā)散振蕩。為保持足夠的穩(wěn)定裕度，一般希望過(guò)渡過(guò)程有兩個(gè)波左右，與此對(duì)應(yīng)的衰減比在4:1到10:1的范圍內(nèi)。（3）余差（e）：控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)設(shè)定值與被控變量穩(wěn)態(tài)值之差。即： ；上圖中，。（4）回復(fù)時(shí)間（過(guò)渡時(shí)間）（Ts）：控制系統(tǒng)在受到階躍外作用后，被控變量從原有穩(wěn)態(tài)值達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間。實(shí)際上，被控變量接近于新穩(wěn)態(tài)值的的范圍內(nèi)且不再越出時(shí)為止所經(jīng)歷的時(shí)間，可計(jì)為過(guò)渡

5、時(shí)間。（5）振蕩頻率（或振蕩周期）（）：渡過(guò)程同向兩波峰之間的時(shí)間間隔稱為振蕩周期或工作周期。其倒數(shù)稱為振蕩頻率。實(shí)例 某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾下的過(guò)渡過(guò)程曲線如下圖所示。試分別求出最大偏差、衰減比、余差、過(guò)渡時(shí)間（設(shè)定值為200）。(1)最大偏差：emax=230-200=30 ()(2)余差：e=200-205=-5()(3)衰減比：n=(230-205):(210-205)=25:5=5:1(4)過(guò)渡時(shí)間：Ts=22min第二章 過(guò)程特性1.過(guò)程特性的類型：通道的概念：控制通道：操縱變量q(t)對(duì)被控變量c(t)的作用途徑。擾動(dòng)通道：擾動(dòng)變量f(t)對(duì)被控變量c(t)的作用途

6、徑響應(yīng)曲線有四種（P13）：有自衡的非振蕩過(guò)程、無(wú)自衡的非振蕩過(guò)程、有自衡的振蕩過(guò)程、具有反向特性的過(guò)程。2.過(guò)程的數(shù)學(xué)描述：一階被控過(guò)程控制通道的動(dòng)態(tài)方程為：一階被控過(guò)程擾動(dòng)通道的動(dòng)態(tài)方程為：注：如果有純滯后：。其中，To、Tf、Ko、Kf分別為控制通道、擾動(dòng)通道的時(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)。3.過(guò)程特性的一般分析：描述有自衡非振蕩過(guò)程的特性參數(shù)有放大系數(shù)K、時(shí)間常數(shù)T和時(shí)滯。放大系數(shù)K：希望Ko稍大，希望Kf小一些。控制通道的放大系數(shù)Ko：；擾動(dòng)通道的放大系數(shù)Kf：。時(shí)間常數(shù)T：希望To適中，希望Tf大。定義1 在階躍外作用下，一個(gè)阻容環(huán)節(jié)的輸出變化量完成全部變化量的63.2%所需要的時(shí)間,稱為該

7、阻容環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)。定義2 在階躍外作用下，一個(gè)阻容環(huán)節(jié)的輸出變化量保持初始變化速度，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間。（如何求得T的方法，參見(jiàn)右圖）時(shí)滯：在輸入變化后，輸出不是隨之立即變化，而是需要間隔一段時(shí)間才發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為純滯后（時(shí)滯）現(xiàn)象。（定義中的純滯后包括了兩種滯后：純滯后、容量滯后，即：=o+c）其中：純滯后o是由于信息的傳輸需要時(shí)間而引起的；容量滯后c是多容量過(guò)程的固有特性，是由于物料或能量的傳遞需要通過(guò)一定的阻力而引起的。【關(guān)于時(shí)間常數(shù)T和時(shí)滯的圖解，參見(jiàn)P19 圖2-13】4.過(guò)程特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法：最常用的是階躍擾動(dòng)法（反應(yīng)曲線法）。其它還有：矩形脈沖擾動(dòng)法、周期擾動(dòng)法

8、、統(tǒng)計(jì)相關(guān)法。第三章 檢測(cè)變送1.測(cè)量誤差：相對(duì)誤差（儀表引用誤差）：；最大引用誤差又稱為允許誤差max。（一般儀表量程上限Ymax在被測(cè)變量的4/3-3/2倍）2.儀表的性能指標(biāo)：（1）精確度（精度）：儀表的精度等級(jí)是按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來(lái)劃分成若干等級(jí)的。精度等級(jí)：允許誤差去掉“±”號(hào)及“%”后，系列化圓整后的數(shù)值。目前我國(guó)生產(chǎn)的儀表的精度等級(jí)有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等。關(guān)于選表與校表的區(qū)別：選表往精度等級(jí)小的靠；校表往精度等級(jí)大的靠。實(shí)例 某臺(tái)測(cè)溫儀表的量程是600-1100，其最大絕對(duì)誤差為&#

9、177;4 ，試確定該儀表的精度等級(jí)。儀表的允許誤差為這臺(tái)儀表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.0級(jí)（校表）某臺(tái)測(cè)溫儀表的量程是600-1100，工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過(guò)±4 ，應(yīng)選精度等級(jí)為多少的儀表才能滿足工藝要求。 根據(jù)工藝要求，儀表的最大允許誤差為所以只能選擇一臺(tái)允許誤差為±0.5%，即精確度等級(jí)為0.5級(jí)的儀表，才能滿足工藝要求。（選表）（2） 變差（回差）：外界條件不變的情況下，使用同一臺(tái)儀表對(duì)某一變量進(jìn)行正反行程測(cè)量時(shí)對(duì)應(yīng)于同一測(cè)量值所得的儀表讀數(shù)之間的差異。（儀表的變差不能超出儀表的允許誤差）（3）靈敏度和分辨率：靈敏度：儀表的輸出變化量與引起此變化的輸入變化量

10、的比值，即：靈敏度=Y/X（靈敏度反映了儀表對(duì)被測(cè)量變化的靈敏程度）分辨率（儀表靈敏限）：儀表輸出能分辨和響應(yīng)的最小輸入變化量。（4）動(dòng)態(tài)誤差：由于儀表動(dòng)作的慣性延遲和測(cè)量傳遞滯后，當(dāng)被測(cè)量突然變化后必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能準(zhǔn)確顯示出來(lái)，這樣造成的誤差。（5）線性度：衡量?jī)x表實(shí)際特性偏離線性程度的指標(biāo)。線性度差就要降低儀表精度。3.溫度檢測(cè)：溫度檢測(cè)方法：接觸式和非接觸式。熱電偶：（1）測(cè)溫原理熱電效應(yīng)（2）分度號(hào)：與分度表所對(duì)應(yīng)的熱電偶的代號(hào)：B、S、K、E等。（參見(jiàn)右圖）（3）補(bǔ)償導(dǎo)線：解決參比端溫度的恒定問(wèn)題。（4）熱電偶參比端溫度補(bǔ)償（測(cè)量的準(zhǔn)確性）：補(bǔ)償原理：工作端溫度，參比端0，熱電勢(shì)

11、為參比端溫度補(bǔ)償方法：（A）計(jì)算法（B）冰浴法（C）機(jī)械調(diào)零法（D）補(bǔ)償電橋法（常用）。熱電阻：（1）分類：金屬熱電阻、半導(dǎo)體熱敏電阻。（2）采用三線制接法：消除連接導(dǎo)線阻值變化帶來(lái)的誤差。（3）分度號(hào)：Pt50、Pt100、Cu50等。熱電偶與熱電阻的選擇：高溫?zé)犭娕?；低溫?00以下）熱電阻（1）熱電偶：（A）參比端溫度補(bǔ)償；（B）補(bǔ)償導(dǎo)線的極性不能接反；（C）分度號(hào)應(yīng)與配接的變送、顯示儀表分度號(hào)一致；（D）在與采用補(bǔ)償電橋法進(jìn)行參比端溫度補(bǔ)償?shù)膬x表（如電子電位差計(jì)、溫度變送器等）配套測(cè)溫時(shí)，熱電偶的參比端要與補(bǔ)償電阻感受相同溫度。 （2）熱電阻：（A）分度號(hào)應(yīng)與配接的變送、顯示儀表分度號(hào)

12、一致；（B）采用三線制接法；（C）配套使用儀器：電子自動(dòng)平衡電橋。4.流量檢測(cè)：（1）三種流量表示：質(zhì)量流量(qm)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體的質(zhì)量。單位：(kg/s)體積流量(qv)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體的體積。(工作狀態(tài)) 單位：(m3/s ) ；qm=qv體積流量(qvn)：折算到標(biāo)準(zhǔn)的壓力和溫度下的體積流量。（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：一個(gè)大氣壓，20）（2）流量檢測(cè)的主要方法：測(cè)體積流量：（A）容積法（不用直管段恒流）：如：橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、皮膜式流量計(jì)等。（B）速度法：有差壓式、電磁式、漩渦式、聲學(xué)式、熱學(xué)式、渦輪式。測(cè)質(zhì)量流量：間接法（測(cè)出體積流量和密度，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到。主要有

13、壓力溫度補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)）和直接法（如：科里奧利力式流量計(jì)、量熱式流量計(jì)、角動(dòng)量式流量計(jì)）5.差壓式流量傳感器：（1）節(jié)流裝置（前后要有一定長(zhǎng)度的直管段）：流量方程式(差壓與流量的關(guān)系) ：（2）靶式流量計(jì)；（3）渦輪流量計(jì)；（4）電磁流量計(jì)；（5）轉(zhuǎn)子流量計(jì)；（6）旋渦流量計(jì)；（7）超聲波流量計(jì)。6.壓力檢測(cè)：（1）壓力定義：定義為均勻而垂直作用于單位面積上的力。（2）壓力的三種表示：絕對(duì)壓力（P）、表壓力p（又稱相對(duì)壓力，是指絕對(duì)壓力與大氣壓力（P0）之差）、負(fù)壓/真空度（負(fù)的表壓）。7.物位檢測(cè)：常用物位檢測(cè)儀表差壓式液位計(jì)（關(guān)于遷移問(wèn)題）：（1）取壓點(diǎn)與液位零面在同一水平面：設(shè)被測(cè)介質(zhì)

14、的密度為，容器頂部為氣相介質(zhì)，氣相壓力為pA，pB是液位零面的壓力， p1是取壓口的壓力，根據(jù)靜力學(xué)原理可得因此，差壓變送器正負(fù)壓室的壓力差為液位測(cè)量問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為差壓測(cè)量問(wèn)題了。（2）取壓口低于容器底部：在無(wú)遷移情況下，實(shí)際測(cè)量范圍是0（h0g +hmaxg）。原因是這種安裝方法使P多出一項(xiàng) h0g。當(dāng)h=0時(shí)，P= h0g，因此P020KPa 。為了遷移掉h0g，即在h=0時(shí)仍然使P0=20KPa ，可以調(diào)整儀表的遷移彈簧張力。遷移量h0g0是正遷移。量程遷移后，測(cè)量范圍為0hmaxg，再通過(guò)零點(diǎn)遷移，使差壓式液位計(jì)的測(cè)量范圍調(diào)整為h0g（h0g +hmaxg）。8.變送器：作用：將檢測(cè)元件

15、的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)送往顯示儀表或控制儀表進(jìn)行顯示、記錄或控制。常見(jiàn)的變送器有：溫度變送器、差壓變送器、流量變送器、液位變送器等。工作原理：負(fù)反饋原理。變送器的量程、零點(diǎn)遷移：（y為標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)；x為被測(cè)參數(shù)）（1）量程遷移（調(diào)整斜率）：目的是使變送器輸出信號(hào)的上限值與測(cè)量范圍的上限值相對(duì)應(yīng)。因?yàn)?，所以改變反饋系?shù)F的大小可以實(shí)現(xiàn)量程調(diào)整，F(xiàn)大則量程大。（2）零點(diǎn)遷移（平移）：目的是使變送器輸出信號(hào)的下限值與測(cè)量范圍的下限值相對(duì)應(yīng)。零點(diǎn)調(diào)整： xmin =0 零點(diǎn)遷移： xmin 0 （A）正遷移：xmin >0 （B）負(fù)遷移：xmin <0 調(diào)節(jié)次序：先量程調(diào)節(jié)，后零點(diǎn)調(diào)

16、節(jié)。使用溫度變送器時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：（1）使用前都要進(jìn)行量程遷移和零點(diǎn)遷移。（2）溫度變送器要與輸入信號(hào)類型相符，分度號(hào)的匹配、接線等。此外：熱電偶溫度變送器：熱電偶的參比端要與變送器上的補(bǔ)償電阻感受相同溫度。 熱電阻溫度變送器：金屬熱電阻采用三線制接法，半導(dǎo)體熱敏電阻不用。第四章 顯示儀表1.模擬式顯示儀表：（1）電子電位差計(jì)配熱電偶（熱電偶短路指針指向參比端溫度）功能：與溫度、流量、壓力、差壓、成分等變送器配接，可以測(cè)量和顯示能轉(zhuǎn)換成毫伏及直流電壓信號(hào)的工藝變量。原理：電壓補(bǔ)償原理。用已知電壓來(lái)補(bǔ)償未知電壓，使測(cè)量線路的電流等于零。用這種方法測(cè)量電壓比較精確，因?yàn)闆](méi)有電流通過(guò)測(cè)量線路，也就不

17、存在線路電阻影響問(wèn)題?！綪77】型號(hào)：用XW系列來(lái)命名，X表示顯示儀表，W表示直流電位差計(jì)。XW-類型：小型長(zhǎng)圖顯示、大型長(zhǎng)圖顯示、圓圖顯示等。（2）電子自動(dòng)平衡電橋配熱電阻功能：對(duì)能轉(zhuǎn)換成電阻值的各種變量進(jìn)行測(cè)量、顯示、記錄。原理：電橋平衡原理。型號(hào)：根據(jù)輸出電壓：XD系列交流平衡電橋；XQ系列直流平衡電橋2.數(shù)字式顯示儀表：數(shù)顯儀表的組成框圖（右圖）：第五章 執(zhí)行器1.組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指根據(jù)控制器控制信號(hào)產(chǎn)生推力或位移的裝置。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)去改變能量或物料輸送量的裝置，通常指控制閥。2.分類：液動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)。3.執(zhí)行機(jī)構(gòu)：氣動(dòng)執(zhí)

18、行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是統(tǒng)一的整體。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為薄膜式和活塞式。4.控制閥：調(diào)節(jié)閥是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件。執(zhí)行器如氣動(dòng)薄膜控制閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組合起來(lái)可以實(shí)現(xiàn)氣開(kāi)和氣關(guān)式兩種調(diào)節(jié)。5.氣動(dòng)薄膜控制閥的流量特性：（1）定義：流量特性是指流過(guò)閥門(mén)的調(diào)節(jié)介質(zhì)的相對(duì)流量與閥桿的相對(duì)行程（閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度）之間的關(guān)系。（2）理想流量特性：控制閥的前后壓差不變時(shí)得到的流量特性。特點(diǎn)：完全取決于閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)；主要有三種類型：線性、對(duì)數(shù)、快開(kāi)。線性閥：是指控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成線性關(guān)系。閥桿單位行程變化所引起的相對(duì)流量變化是常數(shù)。對(duì)數(shù)閥（等百分比流量特性）：是指單位行程變化所引起

19、的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。選擇原則：S>0.6：認(rèn)為工作特性與理想特性相同。0.3<S<0.6：S<0.3 （流量特性畸變很大）：節(jié)能運(yùn)行，可以進(jìn)行靜態(tài)非線性補(bǔ)償。控制閥的理想流量特性1線性2對(duì)數(shù)3快開(kāi)快開(kāi)閥：在開(kāi)度較小時(shí)就有較大流量，隨著開(kāi)度的增大，流量很快就達(dá)到最大，隨后在增大開(kāi)度時(shí)流量的變化很小，故稱為快開(kāi)特性。（3）工作流量特性：實(shí)際上控制閥的前后壓差是變化的。配管系數(shù)S：控制閥全開(kāi)時(shí)，控制閥上壓差pv 與系統(tǒng)總壓差p之比。即：。S=1時(shí)，系統(tǒng)的總壓差全部降在控制閥上，工作流量特性就表現(xiàn)為理想流量特性。一般希望S值最小不低于0.3。（4）動(dòng)態(tài)特性

20、：氣動(dòng)薄膜控制閥膜頭是一個(gè)空間，它可以看作為一個(gè)氣容，從控制器到氣動(dòng)薄膜控制閥膜頭間的引壓管線有氣容和氣阻，所以管線和膜頭是一個(gè)由氣阻和氣容組成的一階滯后環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)的大小取決于氣阻和氣容。（5）控制閥口徑的確定：依據(jù)：流通能力。6.閥門(mén)定位器（了解）：功能：接受控制器的輸出信號(hào)，然后將該信號(hào)成比例地輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)閥桿移動(dòng)以后，其位移量又通過(guò)機(jī)械裝置負(fù)反饋?zhàn)饔糜陂y門(mén)定位器，它與執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。采用閥門(mén)定位器，可以增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，改善控制閥的性能。目前較多使用電動(dòng)控制器，控制閥較多使用氣動(dòng)控制閥。閥門(mén)定位器的作用：（1）改善閥的靜態(tài)特性（2）改善閥的動(dòng)態(tài)特性：改變了閥原

21、來(lái)的一階滯后特性，減小時(shí)間常數(shù)，使之成為比例特性。一般地，氣壓傳送管線超過(guò)60m時(shí)，應(yīng)采用閥門(mén)定位器。（3）改善閥的流量特性通過(guò)改善反饋凸輪的形狀（4）用于分程控制（5）用于閥門(mén)的反向動(dòng)作可改變閥的氣開(kāi)、氣關(guān)特性7.控制閥流量特性的選擇：選擇原則：使整個(gè)廣義對(duì)象具有線性特征。8.控制閥氣開(kāi)、氣關(guān)的選擇：選擇原則：安全原則。第六章 控制器（調(diào)節(jié)器）1.概述：控制器是控制系統(tǒng)的核心。作用：控制執(zhí)行器，改變操縱變量，使被控變量符合生產(chǎn)要求。分類：按能源形式分類：氣動(dòng)、電動(dòng)；按信號(hào)類型分類：模擬式、數(shù)字式；按結(jié)構(gòu)形式：基地式、單元組合式、組裝式、集散控制系統(tǒng)。2.基本控制規(guī)律：定義：是指控制器的輸出信

22、號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系。控制器的輸入信號(hào)e(t)：是測(cè)量值y(t)與被控變量的設(shè)定值之差 ，即e(t)=y(t)-r(t)；控制器的輸出信號(hào)u(t)：是送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制命令?？刂埔?guī)律就是控制器的輸出信號(hào)u(t)隨輸入信號(hào)e(t)變化的規(guī)律。3.PID控制算法：（1）比例度：定義：控制器輸入的變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)，表達(dá)式為：（必記）（其中，C為儀表系數(shù)）（具體而言：使控制器的輸出變化滿刻度時(shí)，輸入信號(hào)必須改變?nèi)砍痰陌俜种畮祝?duì)于單元組合儀表，有：。比例度對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響：在擾動(dòng)（如負(fù)荷）及設(shè)定值變化時(shí)有余差存在。 比例度愈大，過(guò)渡過(guò)程曲線愈平穩(wěn)，余差也愈大。比例

23、度愈小，過(guò)渡過(guò)程曲線振蕩愈厲害。當(dāng)比例度減小到某一數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)等幅振蕩，此時(shí)的比例度稱為臨界比例度k。在擾動(dòng)作用下，主要取決于余差，小則余差小，所以最大偏差也??；在設(shè)定作用下，最大偏差取決于超調(diào)量，小則超調(diào)量大，所以最大偏差就大。（參見(jiàn)右圖）（2）比例控制特點(diǎn)（存在余差）：是最基本、最主要、應(yīng)用最普遍，它能迅速克服擾動(dòng)的影響，使系統(tǒng)很快穩(wěn)定。適用場(chǎng)合：擾動(dòng)幅度較小、負(fù)荷變化不大、過(guò)程時(shí)滯較小或控制要求不高的場(chǎng)合。（3）積分作用特點(diǎn)：（A）消除余差，卻降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性（B）落后性：積分控制作用總是滯后于偏差的存在。積分時(shí)間TI定義：在階躍偏差作用下，控制器的輸出達(dá)到比例輸出的兩倍所經(jīng)歷的

24、時(shí)間，就是積分時(shí)間TI 。積分時(shí)間TI越大，直線越平坦，說(shuō)明積分作用越弱。隨著TI減小，則積分作用增強(qiáng)，消除余差較快，但控制系統(tǒng)的振蕩加劇，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。積分飽和：積分飽和指的是一種積分過(guò)量現(xiàn)象。解決積分飽和問(wèn)題的常用方法是采用PI-P控制規(guī)律。另外，還有積分限幅法，變速積分法等。（4）微分作用特點(diǎn)（超前控制）：理想微分器在階躍偏差信號(hào)作用下的開(kāi)環(huán)輸出特性是一個(gè)幅度無(wú)窮大、脈寬趨于零的尖脈沖，輸出只與偏差的變化速度有關(guān)。微分時(shí)間TD越大，微分作用越強(qiáng)。由于微分在輸入偏差變化的瞬間就有較大的輸出響應(yīng)，因此微分控制被認(rèn)為是超前控制，適用于容量滯后。（5）實(shí)際PID控制：（必記）式中第一項(xiàng)為比例

25、（P）部分，第二項(xiàng)為積分（I）部分，第三項(xiàng)為微分（D）部分。Kc為比例增益，KD為微分增益；TI為積分時(shí)間；TD為微分時(shí)間，A為階躍信號(hào)。適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔茫涸谪?fù)荷變化劇烈、擾動(dòng)幅度較大或過(guò)程容量滯后較大的系統(tǒng)中，適當(dāng)引入微分作用，可在一定程度上提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。如右圖所示：TD太?。簩?duì)系統(tǒng)的控制指標(biāo)沒(méi)有影響或影響甚微，如曲線1；TD適當(dāng)：系統(tǒng)的控制指標(biāo)將得到全面的改善，如曲線2；TD過(guò)大：引入的微分作用太強(qiáng)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生劇烈的振蕩，如曲線3。 如果要求引入微分作用后仍然保持原來(lái)的衰減比n，則可適當(dāng)減小控制器的比例度。適用場(chǎng)合：用于時(shí)滯大的場(chǎng)合，特別是在溫度控制系統(tǒng)。理想微分器在階躍偏差信號(hào)

26、作用下的開(kāi)環(huán)輸出特性階躍偏差下的積分控制器開(kāi)環(huán)輸出特性階躍偏差作用下的實(shí)際比例微分開(kāi)環(huán)輸出特性階躍偏差作用下的比例控制器的開(kāi)環(huán)輸出特性（6）P、I、D開(kāi)環(huán)輸出特性：實(shí)例 某臺(tái)PID控制器偏差為1mA時(shí)，輸出表達(dá)式為（t單位為分鐘）。試問(wèn)：（1）這是什么控制規(guī)律？（2）求出控制器各個(gè)控制參數(shù)。（3）畫(huà)出其開(kāi)環(huán)輸出特性圖。解：；又有。（1） PD控制規(guī)律。（2） 解之得：KC=2，KD=5，TD=5。（3）開(kāi)環(huán)輸出特性曲線：為KCA=2，KCKDA=10曲線如右圖所示：4.模擬式控制器：（1）DDZ-型電動(dòng)單元控制器：輸入信號(hào)為來(lái)自變送器或轉(zhuǎn)換器的15V直流測(cè)量信號(hào)，設(shè)定信號(hào)為15V直流信號(hào)，兩者

27、相比較得到偏差信號(hào)，然后對(duì)此信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算后，輸出15V或420mA直流控制信號(hào)給執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝變量的控制。（2）控制器的工作狀態(tài)有“自動(dòng)”、“軟手動(dòng)”、“硬手動(dòng)”及“保持”四種：軟手動(dòng)微調(diào)；硬手動(dòng)粗調(diào)；保持無(wú)擾動(dòng)切換（輸出值保持不變）。（3）控制器的“內(nèi)”“外”設(shè)定開(kāi)關(guān)：內(nèi)定值控制；外隨動(dòng)控制。（4）控制器的“正”、“反”作用開(kāi)關(guān)：由u和e的方向決定，同向?yàn)檎饔?。?dāng)控制器置于“正”作用時(shí)，控制器的輸出隨著正偏差的增加而增加?？刂破鳌罢薄ⅰ胺础弊饔瞄_(kāi)關(guān)不能隨意選擇，要根據(jù)工藝要求及控制閥的氣開(kāi)、氣關(guān)情況來(lái)決定，保證控制系統(tǒng)為負(fù)反饋。 實(shí)例 如圖所示的液位控制系統(tǒng)，如果閥的氣開(kāi)、氣

28、關(guān)特性發(fā)生改變，控制器的正、反作用也應(yīng)該發(fā)生改變。假設(shè)閥門(mén)選用氣關(guān)閥：假設(shè)液位上升：要使液位下降：e和u同向（箭頭同向）選正作用控制器。假設(shè)閥門(mén)選用氣開(kāi)閥：假設(shè)液位上升：要使液位下降：e和u反向（箭頭反向）選反作用控制器。蒸汽加熱反應(yīng)釜實(shí)例 如圖蒸汽加熱反應(yīng)釜控制系統(tǒng)，工藝要求釜內(nèi)溫度不得過(guò)高，試確定調(diào)節(jié)器的正、反作用。解：（1）確定控制閥的氣開(kāi)、氣關(guān)特性：工藝要求釜內(nèi)溫度不得過(guò)高，也就是說(shuō)，供氣中斷時(shí)熱源關(guān)斷應(yīng)選氣開(kāi)閥。（2）確定調(diào)節(jié)器的正、反作用： 控制器應(yīng)選反作用第七章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)1.被控變量的選擇原則：（1）合理性與獨(dú)立性：盡量選擇能直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控變量。（2）直接指標(biāo)

29、與間接指標(biāo)：所選被控變量能滿足生產(chǎn)工藝穩(wěn)定、安全、高效的要求。（3）可測(cè)與可控：必須考慮自動(dòng)化儀表及裝置的現(xiàn)狀。2.操縱變量的選則原則：（1）操縱變量必須是工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。（2）操縱變量應(yīng)該是系統(tǒng)中所有被控變量的輸入變量中對(duì)被控變量影響最大的一個(gè)?？刂仆ǖ赖姆糯笙禂?shù)K要盡量大一些，時(shí)間常數(shù)T適當(dāng)小些，滯后時(shí)間盡量小。（3）不宜選擇代表生產(chǎn)負(fù)荷的變量作為操縱變量。（4）工藝上的合理性和方便性。3.選擇控制規(guī)律時(shí)注意：（1）微分作用對(duì)過(guò)程的容量滯后有效，而對(duì)過(guò)程控制通道存在純滯后無(wú)效。（2）積分控制可以消除余差，但會(huì)帶來(lái)積分飽和。 4.控制器的參數(shù)整定：（1）臨界比例度法：先將控制器設(shè)置為純

30、比例作用，比例度放在較大位置，將系統(tǒng)投入閉環(huán)控制，然后逐步減小比例度并施加干擾作用，直至控制系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩的過(guò)渡過(guò)程。求得臨界比例度k，臨界振蕩周期Tk。根據(jù)k和Tk查表找控制器應(yīng)該采用的參數(shù)值。（注：控制系統(tǒng)工作在非線性區(qū)，不適用）（2）衰減曲線法：將控制器先設(shè)置為純比例作用，并將比例度放在較大的位置上。將系統(tǒng)投入閉環(huán)控制，在系統(tǒng)穩(wěn)定后，逐步減小比例度，改變?cè)O(shè)定值以加入階躍干擾，觀察過(guò)渡過(guò)程的曲線，直至衰減比n為4:1。這時(shí)的比例度為S，衰減周期為T(mén)S，最后，查表得出控制器應(yīng)該采用的參數(shù)值。（注：加干擾前，控制系統(tǒng)必須處于穩(wěn)定的狀態(tài)；階躍干擾的幅值不能大；不可以過(guò)渡過(guò)程波動(dòng)頻繁）（3）經(jīng)驗(yàn)

31、整定法：經(jīng)驗(yàn)法整定控制器參數(shù)的關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)”。（A）比例度：比例度越大，過(guò)渡過(guò)程越平緩，余差越大； 比例度越小，過(guò)渡過(guò)程振蕩越激烈，余差越小，過(guò)小，甚至成為發(fā)散振蕩的不穩(wěn)定系統(tǒng)。（B）積分時(shí)間TI：積分時(shí)間越大（積分作用越弱），過(guò)渡過(guò)程越平緩，消除余差越慢； 積分時(shí)間越?。ǚe分作用越強(qiáng)），過(guò)渡過(guò)程振蕩越激烈，消除余差快。（C）微分時(shí)間TD：微分時(shí)間越大，微分作用越強(qiáng)。第八章 復(fù)雜控制系統(tǒng)1.常用的復(fù)雜控制系統(tǒng)有：串級(jí)、均勻、比值、分程、選擇性、前饋、多沖量等。2.串級(jí)控制系統(tǒng)（只有一個(gè)執(zhí)行器）：（1）串級(jí)控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)：思想：把時(shí)間常數(shù)較大的被控對(duì)象分解為兩個(gè)時(shí)間常數(shù)較小的

32、被控對(duì)象。例如：加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)【P171】（2）組成原理：將原被控對(duì)象分解為兩個(gè)串聯(lián)的被控對(duì)象。以分解后的兩個(gè)被控對(duì)象的中間變量作為副被控變量，構(gòu)成一個(gè)副回路（簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)）。將原被控變量作為主被控變量構(gòu)成主回路。主控制系統(tǒng)控制器的輸出信號(hào)作為副控制系統(tǒng)控制器的設(shè)定值，副控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)作為主被控對(duì)象的輸入信號(hào)。（3）系統(tǒng)的工作方式：副環(huán)既是隨動(dòng)又是定值控制系統(tǒng)；主環(huán)是定值控制系統(tǒng)。（4）副被控變量的選擇原則：必須保證它是操縱變量到主被控變量通道中的一個(gè)適當(dāng)中間變量；使主要擾動(dòng)作用于副對(duì)象上，使副對(duì)象包含適當(dāng)多的擾動(dòng)；主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)不能太接近。副控制器控制規(guī)律一般選擇P控制，而

33、且比例度選的較小。（5）正、反作用選擇：副控制器正、反作用的選擇根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式來(lái)確定。主控制器正、反作用的選擇根據(jù)副被控變量對(duì)主被控變量的影響關(guān)系來(lái)確定（與氣開(kāi)、氣關(guān)無(wú)關(guān)）。實(shí)例 下圖所示的加熱爐溫度-壓力串級(jí)控制系統(tǒng)，試分別確定主、副控制器的正、反作用。解：（1）閥的氣開(kāi)、氣關(guān)特性：依據(jù)安全原則，當(dāng)供氣中斷時(shí)，應(yīng)使控制閥處于全關(guān)閉狀態(tài)，不致燒壞加熱爐，所以應(yīng)選氣開(kāi)閥。（2）副控制器的正、反作用：選擇反作用。（3）主控制器的正、反作用：主控制器應(yīng)選反作用（T與P反向）。結(jié)論：副調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇要依據(jù)閥門(mén)的氣開(kāi)、氣關(guān)特性；主調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇與閥門(mén)的氣開(kāi)、氣關(guān)形式無(wú)關(guān)。（6

34、）系統(tǒng)投運(yùn)：將主控制器設(shè)定為內(nèi)設(shè)定方式，副控制器設(shè)定為外設(shè)定方式。參數(shù)整定：兩步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器。一步整定法：只整定主控制器，副控制器的參數(shù)按經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定。（7）串級(jí)控制系統(tǒng)適用場(chǎng)合：采用簡(jiǎn)單控制質(zhì)量較差，或要求被控變量的誤差范圍很小，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)不能滿足工藝要求。當(dāng)對(duì)象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁的情況。復(fù)雜控制系統(tǒng)中用的最多的一種。3.均勻控制系統(tǒng)（與簡(jiǎn)單定值系統(tǒng)外形一致）：（1）均勻控制的目的：從控制方案出發(fā)，解決前后工序供求矛盾，達(dá)到前后兼顧協(xié)調(diào)工作（如使液位和流量均勻變化）。（2）采用均勻控制的前提條件：系統(tǒng)需要控制的兩個(gè)或多個(gè)變量的要求不是很高，可以在一定范圍

35、內(nèi)波動(dòng)。（3）均勻控制的特點(diǎn)：表征前后供求矛盾的兩個(gè)變量在控制過(guò)程中都應(yīng)該是緩慢變化的。前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)保持在所允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。（4）實(shí)現(xiàn)方法：通過(guò)控制器的參數(shù)整定來(lái)實(shí)現(xiàn)。（5）注意：微分作用與均勻矛盾，故不能采用微分作用。（6）與定值控制系統(tǒng)區(qū)別：區(qū)別在于控制器的控制規(guī)律選擇和參數(shù)整定。均勻控制系統(tǒng)要求：不選擇微分作用，參數(shù)整定上一般比例度大于100%，積分時(shí)間要長(zhǎng)，才能滿足均勻控制。均勻控制系統(tǒng)所控制的變量允許有一定波動(dòng)，對(duì)余差無(wú)要求。4.比值控制系統(tǒng)：（1）目的：是為了實(shí)現(xiàn)幾種物料按一定比例混合，使生產(chǎn)安全、正常地進(jìn)行。（2）定義：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)

36、系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。（3）主動(dòng)量與從動(dòng)量：主動(dòng)量（主流量）：在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，必有一種物料處于主導(dǎo)地位，稱此物料為主動(dòng)量(FM)。從動(dòng)量（從流量）：另一種物料按主物料進(jìn)行配比，在控制過(guò)程中隨主物料而變化，因此稱為從動(dòng)量(FS)。（4）比值控制系統(tǒng)分類：?jiǎn)伍]環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng)。（5）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級(jí)控制系統(tǒng)的區(qū)別：結(jié)構(gòu)上：沒(méi)有主對(duì)象、主控制器；本質(zhì)區(qū)別：串級(jí)中，副變量是操縱變量到主被控變量之間的一個(gè)中間變量，會(huì)影響主被控變量，在比值中，從動(dòng)量不會(huì)影響主動(dòng)量。（6）特點(diǎn)：從動(dòng)量控制系統(tǒng)既是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)又是一個(gè)定值控制系統(tǒng)。單閉環(huán)

37、比值控制系統(tǒng)能克服從動(dòng)量的波動(dòng)，使其隨主動(dòng)量的變化而變化，使它們保持比值關(guān)系。（7）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)：雙閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)際上是由一個(gè)定值控制系統(tǒng)和一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)組成，它不僅能保持兩個(gè)流量之間的比值，而且能保證總流量不變。適用場(chǎng)合：主要應(yīng)用于總流量需要調(diào)整的場(chǎng)合。5.分程控制系統(tǒng)（需要閥門(mén)定位器）：（1）分程控制系統(tǒng)方塊圖及其特性：（2）分程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)：一個(gè)控制器的輸出信號(hào)只控制一個(gè)執(zhí)行器。分程控制系統(tǒng)：一個(gè)控制器的輸出信號(hào)同時(shí)控制幾個(gè)工作范圍不同的執(zhí)行器。（3）分程的實(shí)現(xiàn)：是通過(guò)閥門(mén)定位器或電氣閥門(mén)定位器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，將調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)分為幾段，每段控制一個(gè)閥門(mén)動(dòng)作。（4）分程

38、控制的應(yīng)用：提高控制閥的可調(diào)比；交替使用不同的控制方式；滿足生產(chǎn)過(guò)程不同階段的需要。（5）控制閥的可調(diào)范圍R的計(jì)算：實(shí)例 設(shè)大、小兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為CAmax=100，CBmax=4，可調(diào)范圍RA=RB=30，兩個(gè)閥均為氣開(kāi)閥，試求兩個(gè)閥并聯(lián)后的可調(diào)范圍。解：可得小閥的最小流通能力為當(dāng)大、小閥并聯(lián)組合在一起時(shí)，閥的最小流通能力為0.133，最大流通能力為104，所以調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為 6.前饋控制系統(tǒng)（可測(cè)不可控）：（1）概念：反饋控制（閉環(huán)控制）：控制器按照被控變量與設(shè)定值的偏差來(lái)進(jìn)行控制。存在的問(wèn)題：當(dāng)被控變量偏離設(shè)定值，產(chǎn)生偏差后才進(jìn)行控制，使得控制作用滯后。前饋控制（開(kāi)環(huán)控制）：控制器根據(jù)擾動(dòng)或設(shè)定值的變化按補(bǔ)償原理進(jìn)行工作。特點(diǎn)：擾動(dòng)產(chǎn)生后，被控變量還未變化之前，根據(jù)擾動(dòng)的大小施加控制，控制超前。（2）反饋與前饋的對(duì)比：前饋控制特點(diǎn)：(1)是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(2)控制及時(shí)(3)只能克服