過程控制復(fù)習(xí)總結(jié)

1、第一章1. 生產(chǎn)過程總目標(biāo)及要求：安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性3.控制器；4 .執(zhí)行機(jī)構(gòu)；5.報(bào)2. 過程控制系統(tǒng)組成：1被控過程(或?qū)ο?；2 用于生產(chǎn)過程參數(shù)檢測的檢測與變送儀表;警、保護(hù)和連鎖等其它部件3. 工業(yè)過程對控制的要求可以概括為準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和快速性。yyi y34. 如圖1，其性能指標(biāo)：y3y1(1) 衰減比和衰減率 其表征了穩(wěn)定性，是衡量振蕩過程衰減程度的指標(biāo)，其衰減比為4: 1到10: 1。(2) 最大動(dòng)態(tài)偏差和超調(diào)量，其表征了準(zhǔn)確性，最大動(dòng)態(tài)偏差是指在階躍響應(yīng)中，被控參數(shù)偏離其最終穩(wěn)態(tài)值的最大偏差量，表 現(xiàn)在過渡過程開始的第一個(gè)波峰；超調(diào)量為最大動(dòng)態(tài)偏差占被控量穩(wěn)態(tài)值的百分比

2、。(3) 余差，是指過渡過程結(jié)束后，被控量新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值的差值。它是過程控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性的衡量指標(biāo)。(4) 調(diào)節(jié)時(shí)間ts和振蕩頻率 ，調(diào)節(jié)時(shí)間ts是從過渡過程開始到結(jié)束的時(shí)間，調(diào)節(jié)時(shí)間是過程控制系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。過渡過程的 振蕩頻率 是震蕩周期p的倒數(shù)，即 =2 /p 一定程度上也可作為衡量快速性的指標(biāo)。圖1.1過程控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖y (t)*過程控制系統(tǒng)中有哪些類型的被控變量？第二章1. 過程控制系統(tǒng)建模的兩個(gè)基本方法：機(jī)理法建模、測試法建模。L圖1.3過程控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線2. 如圖2為設(shè)階躍輸入幅值為 u，K = y( )y(0)*對象的純滯后時(shí)間產(chǎn)生的原因是什么？答，純延遲時(shí)

3、間產(chǎn)生的原因是由于擾動(dòng)發(fā)生的地點(diǎn)與測定被控參數(shù)位置有一定距離。第三章1. 常用的控制結(jié)構(gòu) 有：反饋控制、前饋控制、推斷控制2. 自動(dòng)調(diào)節(jié)閥按照工作所用能源形式可分為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液動(dòng)調(diào)節(jié)閥。3. 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)(閥)兩部分組成。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是推動(dòng)裝置，它是將信號(hào)壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。輸岀方式有角行程輸岀、直行程輸岀兩種。直行程輸岀的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩類即薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。控制機(jī)構(gòu)是閥門，它將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流通面積的大小4. 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥可分為直通雙座閥，角形控制閥，三通控制閥，隔膜控制閥，蝶閥，球閥，籠式閥，凸輪撓曲閥。5. 薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正

4、作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)與反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)之分，正作用是信號(hào)壓力從正上方加入，反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)是信號(hào)壓力從右側(cè)面 加入。6. 閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。正裝閥是閥芯下移時(shí) 閥芯與閥座間的流通截面積減??；反裝閥是閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座 間的流通截面積增大7. 氣開式與氣關(guān)式的選擇：無壓力信號(hào)時(shí)閥全開，隨著信號(hào)增大，閥門逐漸關(guān)小的稱為氣關(guān)式。反之，無壓力信號(hào)時(shí)閥全閉，隨著信 號(hào)增大，閥門逐漸開大稱的為氣開式。8. 正作用方式是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào) u隨著被調(diào)量y的增大而增大，整個(gè)調(diào)節(jié)器的增益為“ + ”。反作用方式是u隨著被調(diào)量y的增大 而減小，調(diào)節(jié)器的增益為“-”(正反饋?zhàn)饔眉觿”豢貙ο罅魅肓苛鞒隽康?/p>

5、不平衡，導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。負(fù)反饋?zhàn)饔脛t緩解對象中的不平衡，正確地達(dá)到自動(dòng)控制的目的。)流量特性的定義：被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度(相對位移)間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。*調(diào)節(jié)閥的理想流量特性？ 直線特性曲線、對數(shù)特性曲線、拋物線特性曲線、快開特性曲線、雙曲線特性曲線。第四章(2-20)+ Ta 韻 3"左式為PID調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律，其 中3為比例帶與增益成反比，3習(xí)慣用用它相對于被調(diào)量測量儀表的 量程的百分?jǐn)?shù)表示正反饋?zhàn)饔眉觿”豢貙ο罅魅肓苛鲗缌康牟黄胶?，?dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。負(fù)反饋?zhàn)饔脛t緩解對象中的不平衡， 正確地達(dá)到自動(dòng)控制的目的。1. P調(diào)節(jié)的顯著特點(diǎn)就是有差

6、調(diào)節(jié)。 增大比例系數(shù)會(huì)加快系統(tǒng)的響應(yīng)， 但過大會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)并使穩(wěn)定性變差，超調(diào)量減小(1)比例調(diào)節(jié)的輸岀增量與輸入增量呈一一對應(yīng)的比例關(guān)系，即：u=Ke。(2) 比例調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，輸岀與輸入同步，沒有時(shí)間滯后，其動(dòng)態(tài)特性好。（3）比例調(diào)節(jié)的結(jié)果不能使被調(diào)參數(shù)完全回到給定值，而產(chǎn)生靜差。比例帶的一般選擇原則：若對象較穩(wěn)定（對象的靜態(tài)放大系數(shù)較小，時(shí)間常數(shù)不太小，滯后較?。﹦t比例帶可選小些，這樣可以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)速度加快一些；相反，若對象的放大系數(shù)較大，時(shí)間常數(shù)較小，滯后時(shí)間較大，則應(yīng)當(dāng)將比例帶可選大一些，以提高系 統(tǒng)的穩(wěn)定性。2. I調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是無差調(diào)節(jié)，積分調(diào)節(jié)的穩(wěn)定作用比

7、P調(diào)節(jié)差；減小積分時(shí)間 TI，將使控制系統(tǒng)穩(wěn)定性降低、振蕩加劇、調(diào)節(jié)過程加快、振蕩頻率升高。*積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施？具有積分作用的調(diào)節(jié)器，只要被調(diào)量與設(shè)定值之間有偏差，其輸岀就會(huì)不停地變化。如果由于某種原因（如閥門關(guān)閉、泵故障等），被調(diào)量偏差一時(shí)無法消除，然而調(diào)節(jié)器還是要試圖校正這個(gè)偏差，結(jié)果經(jīng)過一段時(shí)間后，調(diào)節(jié)器輸岀 將進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為積分飽和?？狗e分飽和的措施：一是接入外部積分反饋，如果在正反饋回路中加入一個(gè)間隙單元.另一種辦法是由調(diào)節(jié)器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，PI - P調(diào)節(jié)動(dòng)作的自動(dòng)切換。3. D調(diào)節(jié)，微分系數(shù)增大時(shí)，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)，超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加。微分調(diào)節(jié)就是根據(jù)

8、偏差變化速度而進(jìn)行調(diào)節(jié)的.只要偏差一露頭，調(diào)節(jié)器就立即動(dòng)作，這樣的調(diào)節(jié)效果更好.偏差沒有變化，微分調(diào)節(jié)不起作用.微分調(diào)節(jié)主要用于克服調(diào)節(jié)對象有較大的傳遞滯后和容量滯后。4. 比例（P）控制 成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。積分（I）控制 主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決積分時(shí)間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。微分（D ）控制 能反映偏差信號(hào)的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號(hào)值變得太大之前，引入一個(gè)有效的早期修正量，從而加快系統(tǒng)的響應(yīng)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。5. 數(shù)字PID控制，其算法有位置式PID控制算法和增量式 PID

9、控制算法。表達(dá)式，一般 U0等于0 增量式PID簡單編程如圖3, 會(huì)推導(dǎo)6. 改進(jìn)型的PID算法，改進(jìn)的目的，（1）引進(jìn)積分分離PID算法，既保持了積分作用，又可減少超調(diào)量，使系統(tǒng)的控制性能得到較大 的改善。積分分離PID算法的基本思想：在偏差較大時(shí)，暫時(shí)取消積分作用；當(dāng)偏差小于某個(gè)閾值時(shí)，才將積分作用投入；（2）遇限削弱積分PID控制算法可以避免控制量長時(shí)間停留在飽和區(qū)；（3） 微分先行PID控制算法為了避免因給定值變化引起系統(tǒng)超調(diào)量過大、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作劇烈的問題；（4） 不完全微分PID控制算法的輸出在較長時(shí)間內(nèi)仍有微分作用，能有效地克服標(biāo)準(zhǔn)PID算法的不足；（5） 為了避免控制動(dòng)作過于頻繁

10、，消除因頻繁動(dòng)作所引起的振蕩，可采用帶死區(qū)的PID控制7. 工程整定法：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。8. 響應(yīng)曲線法（動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法）整定步驟（1）、用P17-18”實(shí)驗(yàn)法建模“中所介紹的方法獲取對象的響應(yīng)曲線，（2）、求取廣義對象的放大系數(shù)Ko3）、根據(jù)對象的K0、T0、 0 ,按下表3-4所給公式求出4: 1衰減過程控制器的參數(shù)、TI和TD。*對于PID控制中積分作用有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？優(yōu)點(diǎn)是消除殘差，缺點(diǎn)是屬于滯后調(diào)節(jié)，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不能單獨(dú)使用，并且易岀現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象。*比例微分控制系統(tǒng)的殘差為什么比純比例控制系統(tǒng)的小？例帶則系統(tǒng)會(huì)不穩(wěn)定。比例微分調(diào)節(jié)也是有差

11、調(diào)節(jié)，其殘差與Kp有關(guān)與Td無關(guān)，其微分動(dòng)作總是力圖抑制被調(diào)量的振蕩，它能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，溫度引入微分動(dòng)作可以允許減少比例帶，同時(shí)衰減率不變，則減小了余差，也減小了短期最大偏差。*響應(yīng)曲線法例子，在某一蒸汽加熱器的控制系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)單元組合控制器的輸出從6mA改變到7mA時(shí)，溫度記錄儀的指針從 85C升到878C，從原來的穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。儀表的刻度為 50 100C，并測出 O=1.2min,TO=2.5min。如采用PI和PID控制規(guī)律，試確定出整定參數(shù)。答，本例中，X=7-6=1mA ，Xmax-Xmin=10-0=10mA ， y=87.8-85.0=2.8Cymax-ymi

12、n=100-50=50C，所以*某溫度控制系統(tǒng)對象階躍響應(yīng)中測得K=200，T=50，=3s，試選擇調(diào)節(jié)器類型并用 動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法 進(jìn)行整定（要求無殘差），并確定調(diào)節(jié)器參數(shù)。（已知柯恩-庫恩整定公式： 比例調(diào)節(jié)器： 比例積分調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是有差調(diào)節(jié)，其殘差的大小隨比例帶的增大而增大，或減小比例積分微分調(diào)節(jié)器:Kp K= ( /T ) -1+0.333Kp K=0.9 (Kp K=1.35 (/T ) -1+0.082/T ) -1+0.27解：選用或，計(jì)算*推導(dǎo)題：1）寫岀模擬什么情況？解：1）微分方程表達(dá)式：KpK=200，T=50，PID控制的微分方程表達(dá)式；Ko110Ti/T=3

13、.33 ( /T ) +0.3 ( /T ) 2/1+2.2( /T )K oTi/T=2.5 ( /T ) +0.5 ( /T ) 2/1+0.6Td/T=0.37 ( /T ) /1+0.2 ( /T )=3s 帶入中得 Kp=0.07541 Ti=8.87282）試推導(dǎo)數(shù)字式 PID增量式的表達(dá)式;2 ）對離散化得:U (k) KpU(k1)U(t)te(t)dt0e(k) TKp e(ku(k)uk)u(kKp e(t)kT0e(j)j 0ke( j)j 0T 0de(t)dte(t )dt人警)dte(k 1)Toe(k)1)Ti iTdT1e(i)0e(k)e(k 1)TDe(k1

14、)e(k2)1)Kpe(k)e( k1)Ki e(k)Kd e(k)込 0.56K12K(T/T9.f6 0.273）常用的數(shù)字濾波有哪些，分別適合2e(k1)e(k 2)u(k)(KpKiKd)e(k)(Kp2Kd)e( k1)&e(k 2)Ae(k)Be(k1)Ce(k2)KiKpTTiKdKpTdA=K p(1TdTiT)Kp(12TdTKpTd其中Kp為比例增益濾波，用于動(dòng)態(tài)信號(hào)濾波；階慣性濾波，用于消除高頻干擾幫出丁茗it無匍Ktra3）數(shù)字濾波：程序判斷濾波，用于消除尖峰脈沖的干擾；遞推平均濾波，消除隨機(jī)干擾、靜態(tài)或緩慢變化的信號(hào)；加權(quán)遞推第五章1. 例5.1，給出一個(gè)系統(tǒng)

15、會(huì)畫系統(tǒng)方框圖見圖5.6。組成：主、副回路，主、副控制器，主、副被控變量，主、副對象，主、副檢測變送器，一、二次干擾2. 串級(jí)控制系統(tǒng)：就是采用兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，主控制器的輸岀作為副控制器的設(shè)定值，由副控制器的輸岀去操縱控制閥，從而對主被控變量具有更好的控制效果。特點(diǎn)，由于副回路的存在，減小了對象的時(shí)間常數(shù)，縮短了控制通道，使控制作用更加及時(shí)；提高了系統(tǒng)的工作頻率，使振蕩周期減小，調(diào)節(jié)時(shí)間 縮短，系統(tǒng)的快速性增強(qiáng)了； ）對二次干擾具有很強(qiáng)的克服能力，對克服一次干擾的能力也有一定的提高。4）對負(fù)荷或操作條件的變化具有一定的自適應(yīng)能力3. 副變量的選擇（1）應(yīng)使主要的和更多的干擾落入副回路2）應(yīng)

16、使主、副對象的時(shí)間常數(shù)匹配3）應(yīng)考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟(jì)性4. 如果輸入控制器的測量信號(hào)增大，控制器是比例作用時(shí)的輸出也增大，則稱其作用方式為正作用，否則為反作用 第六章1. 比值控制系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)類型，開環(huán)比值控制、單閉環(huán)比值控制、雙閉環(huán)比值控制、變比值控制系統(tǒng)2. 按補(bǔ)償控制結(jié)構(gòu)的不同，補(bǔ)償控制系統(tǒng)可以分為四種。控制量補(bǔ)償、擾動(dòng)量補(bǔ)償、反饋補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償。 第七章1. 推導(dǎo)前饋控制基本公式2. 前饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.靜態(tài)前饋控制2.動(dòng)態(tài)前饋控制3.前饋一反饋控制4.前饋一串級(jí)控制*前饋控制和反饋控制各有什么特點(diǎn)，為什么前饋反饋控制能夠較大的改善系統(tǒng)的品質(zhì)？前饋控制特點(diǎn)：開環(huán)控制按

17、擾動(dòng)量大小進(jìn)行的補(bǔ)償控制調(diào)節(jié)規(guī)律與PID不同，有一個(gè)專用的控制器。反饋控制特點(diǎn)：閉環(huán)控制按擾動(dòng)偏差進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)規(guī)律與PID相同。前饋反饋特點(diǎn)：在前饋控制中引入反饋控制，有利于系統(tǒng)中的主要干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償降低了前饋控制器精度的要求既可實(shí)現(xiàn)高精度控制，又能保證系統(tǒng)穩(wěn)定。第十二章1. 集散控制系統(tǒng) 是縱向分層、橫向分散的大型綜合控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中的所有設(shè)備處于四個(gè)不同的層次，自下而上分別是現(xiàn)場級(jí)、控制 級(jí)、監(jiān)控級(jí)和管理級(jí)。 特點(diǎn)：適應(yīng)性和擴(kuò)展性較強(qiáng)、高度的靈活性和完善的控制能力、更先進(jìn)的人機(jī)聯(lián)系手段、可靠性更高、更高的 可維修性。2. 串級(jí)控制系統(tǒng)就是采用兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，主控制器的輸岀作為副控制

18、器的設(shè)定值，由副控制器的輸岀去操縱控制閥，從而對主被控變量具有更好的控制效果。其原理方框圖5.63. 評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)有多種，其中時(shí)域中的單項(xiàng)性能指標(biāo)有：穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性。4. 對于簡單控制系統(tǒng)來說，工程整定方法主要有：動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法、穩(wěn)定邊界法和衰減曲線法。5. 分布式控制系統(tǒng)由分散過程控制裝置部分、操作管理裝置部分、通信系統(tǒng)部分和顯示裝置部分四個(gè)基本部分組成。*在某溫度測控系統(tǒng)中，經(jīng)調(diào)理電路后輸岀模擬信號(hào)的范圍為-55V,根據(jù)題意回答下列問題：1）為使A/D轉(zhuǎn)換器的誤差小于0.008V試確定A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)；2）-1V和3V A/D轉(zhuǎn)換后對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)各為多少？3）應(yīng)采用什么類型的 A/D轉(zhuǎn)換器?解:10按式盯計(jì)算位數(shù)，即102m 10.008 得 m 10 取 m=10由DX下）彳得當(dāng)x=-1時(shí)，DJ 4409.2 當(dāng) x=3 時(shí)，D 紅8818.410 10采取雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器*下圖為精餾塔塔釜溫度控制系統(tǒng)，現(xiàn)欲采用串級(jí)控制方案，選擇精餾塔溫度為主調(diào)節(jié)器，蒸汽流量為副調(diào)節(jié)參數(shù)，工藝要求一旦發(fā)生事 故應(yīng)立即關(guān)閉蒸汽供應(yīng)。1）在圖中直接畫岀各個(gè)設(shè)備之間的連接關(guān)系;2)畫岀該控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；3）確定調(diào)節(jié)閥的氣關(guān)、氣開形式;4）選擇主副調(diào)節(jié)器的正反作用。解：1如