过程控制工程复习摘要

Process variable过程变量
trial and error 试差
Safety 安全性
Regulatory control调节控制Quality质量
Error误差
servo control伺服控制
Profit收益
Conventional Control常规控制Actuator 执行器
Advanced Process Control先进控制
Disturbance variable 扰动变量Controlled variable 控制变量Setpoint value 设定值Measurement 测量值
Multi Input Multi Output 多输入多输出
Manipulated variable 操作变量Feedforward Control前馈控制feedback Controlled 反馈控制Switch Control 开关控制Process variable 过程变量Controlled variable 被控变量Direct Digital Control 直接数字控制
Distributed control system 集散控制系统
Local Area network 局域网Distributed control system分布式控制系统
Proportional Integral Derivative PID
测量信号- Measurement
定值控制（Regulatory Control）
连续量控制（Continuous Control）连续时间控制（Continuous-Time Control）
离散时间控制（Discrete-Time Control
自衡过程（Self-Regulating Processes）
非自衡过程（Non-Self-Regulating Processes）
FB41中FB：function block
FC105中FC：function call OB：Organization Block
DB：Data Block
偏差积分IE(Integral of error)
平方偏差积分ISE（Integral of squared error）
绝对偏差积分IAE(Integral of absolute value of error)
时间与偏差绝对值乘积的积分ITAE(Integral of time multiplied by the absolute value of error)
你所在设计组使用的电加热丝功率是 2.5KW(4.5KW) ，采用铜（铂）热电阻测温，它的分度号是Cu50(Pt100)，AI-818仪表中分度号设置数据是 20(21)，CtrL设置数据是 0 ，变送输出的信号范围是 4-20(0-20) mA。

自动控制系统主要由哪些环节组成？各环节各起什么作用？
答：1,被控对象（也称被控过程）指在控制系统中被控制的生产设备或装置。

2、测量变送器用
于测量被控变量，并按一定的规律
将其转换为标准信号作为输出。

3、
执行器常用的是控制阀，它接受
来自控制器的命令信号u，用于自
动改变控制阀的开度。

4、控制器
（也称调节器）它将被控变量的
测量值与设定值进行比较，得出偏
差信号e（t），并按一定的规律给
出控制信号u（t）
PID的控制周期，P，I，D参数是
如何设置的？
控制周期应该按比滞后时
间、对象的时间常数小1-2个数量
级来考虑。

对于我们的控制过程来
说，可以将对象全功率加热10分
钟，然后计算温度每升高0.1度需
要的时间作为控制周期设置的依
据
P,I,D参数设置按临界比例度的方
法设置。

见下。

数字PID的组成：
传感变送，采样保持A/D转
换，信号处理与滤波，PID算法，
输出处理，D/A转换。

Shannon（香农）定理：
采样频率必须大于等于信号
最高频率的两倍。

数字滤波：
程序判断滤波，中值滤波，递
推平均滤波，加权递推平均滤波，
一阶滞后滤波。

位置式和增量式的比较：
（1）位置式需由外部引入初
始阀位值，增量式不需要位置式需
防积分饱和，增量式不会产生积分
饱和。

（2）只有存在偏差时，增量
式才会有输出。

（3）增量式容易实
现从手动到自动的切换。

过程控制系统的目标：
在扰动存在的情况下，通
过调节操纵变量使被控变量保持
在其设定值
控制目标：
安全性。

环保。

设备保护。

稳定性。

产品质量。

利润。

直接数字控制系统（DDC）：试述
直接数字控制系统的系统结构与
特点。

答：直接数字控制系统（Direct
Digital Control,DDC）它使用一
台计算机代替工程控制中的模拟
控制器，并不改变原有的生产过
程，计算机首先通过AI和DI接
口采集数据，把检测仪表送来的反
应各种工艺参数和过程状态的标
准模拟信号、开关信号转换为数字
信号及时送往计算机主机；主机按
照一定的控制规律
进行计算，发出数字化的控制信
息；最后通过AO和DO接口把主
机输出的数字信号转换为适应各
种执行器的控制信号直接控制生
产过程。

特点：计算灵活，不仅能实现典型
的PID控制规律，还可以分时处
理多个控制回路，能方便的对传统
的PID算法进行改进或实现其他
的复杂控制算法，但价格昂贵，而
且计算机速度难以满足快速过程
实时控制的要求。

集散控制系统（DCS）：
集散控制系统一方面将控制
负荷分散化,另一方面又将数据
显示、实时监督等功能集中化。

现场总线控制系统（FCS）。

前馈控制系统：
是按照干扰量的变化来补偿
其对被控变量的影响，从而达到被
控量完全不受干扰影响的控制方
式称为前馈控制。

特点：
基于扰动来消除扰动对被
控量的影响；动作“及时”；但
由于前馈控制是一种开环控制,对
于补偿的效果没有检验的手段。

这
样在前馈作用的控制结果并没有
最后消除被控变量偏差时，系统无
法得到这一信息而做进一步的校
正，所以在实际生产过程中是不能
单独应用的。

反馈控制系统：
是根据被控量与给定值的偏
差工作的,最后达到消除或减小偏
差的目的，偏差值是控制的依据.
又称闭环控制系统。

是过控系统中
最基本的一种。

特点：
对各种扰动均有校正作用。

但存在时滞问题，即从发现偏差到
采取更正措施之间有时间延迟现
象，在进行更正的时候，实际情况
可能已经有了很大的变化，而且往
往是损失已经造成了。

单回路反馈控制系统：
结构上只有一个反馈回路
（环路），所以称之为单回路控制
系统，简称单回路控制系统。

温度对象：
为一阶积分环节加纯滞后环
节，此对象特点为大惯性、大时滞。

控制过程中容易出现超调。

针对这
个特点，可以选择比例作用加微分
作用，此控制作用响应快，偏差小
能增加系统稳定性，有超前控制作
用，可以克服对象的惯性，控制结
果有余差。

液位对象：
有大惯性、时变、非线性的
特点，针对液位对象的这个特点，
要用到比例积分微分控制作用，可
以使系统的响应达到快速、准确、
稳定的最佳状态。

由于液位对象的
惯性很大，所以积分作用和微分作
用要很强才能快速消除偏差，相应
的比例作用适当就能够满足控制
需要，如果比例作用太大，系统会
产生振荡，这样不利于形成稳态。

流量对象：
具有小惯性、强时变、参数
变化较大的特点，针对流量对象的
这个特点，要用到比例积分微分控
制作用，其中微分作用更加突出，
因为流量变化较快，而且变化量较
大，所以需要很强的预测功能，来
保证系统的稳定。

其次比例作用不
能太大，因为针对流量这样的小惯
性环节，如果比例作用过大，会产
生很大的振荡，不利于系统的稳
定。

积分作用适当减小，否则会使
系统振荡。

压力对象：
具有小惯性、参数变化速度
较快、参数变化量较大的特点，针
对压力对象的这个特点，要用到比
例积分微分控制作用，其中比例作
用主要用来减小偏差，微分作用提
高了系统的响应速度也减小了系
统的超调，积分作用则使系统的偏
差减小到最小。

被控对象动态建模方法：机理建模
和测试建模
调节阀流量特性：
线性阀：在理想情况下，调
节阀的放大增益Kv与阀门开度无
关；而随着管路系统阀阻比的减
少，当开度到达50 ~ 70%时，流
量已接近其全开时的数值，即Kv
随着开度的增大而显著下降。

对数阀：在理想情况下，调
节阀的放大增益Kv随着阀门开度
的增大而增加；而随着管路系统阀
阻比的减少，Kv 渐近于常数。

调节阀流量特性的选择原则：
仅当对象特性近似线性而且
阀阻比大于0. 60 以上（即调节阀
两端的压差基本不变），才选择线
性阀，如液位控制系统；其他情况
大都应选择对数阀。

工业过程控制对象的特点：
除液位对象外的大多数被控
对象本身是稳定自衡对象；对象动
态特性存在不同程度的纯迟延；对
象的阶跃响应通常为单调曲线，除
流量对象外的被调量的变化相对
缓慢；被控对象往往具有非线性、
不确定性与时变等特性。

控制性能指标：
衰减比。

超调量。

调节时间。

余差。

比例增益对控制性能影响：
增益Kc 增大，系统的调
节作用增强，但稳定性下降（当系
统稳定时，调节频率提高、余差下
降）。

属于有差调节。

积分时间影响：
积分作用可以消除稳态余
差，但控制系统的稳定性下降。

当
积分作用过强时（即Ti 过小），
可能使控制系统不稳定。

特点：无
差调节，滞后作用。

微分调节：
也是有差调节，超前作用。

抑制偏差变化，使被控变量平缓。

微分时间Td 对系统性能的影响：微分作用的增强（即Td 增
大），从理论上讲使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但对高频噪声起放大作用。

对于测量噪声较大的对象，需要引入测量信号的平滑滤波；而微分作用主要适合于一阶滞后较大的广义对象，如温度、成份等。

积分饱和：
当存在大的外部扰动时，很有可能出现控制阀调节能力不够的情况，即使控制阀全开或全关，仍不能消除被控输出y(t)与设定值ysp(t)之间的误差。

此时，由于积分作用的存在，使调节器输出u(t)无限制地增大或减少，直至达到极限值。

而当扰动恢复正常时，由于u(t)在可调范围以外，不能马上起调节作用；等待一定时间后，系统才能恢复正常。

怎样防止积分饱和：
抗积分饱和：
(1)当控制器输出达到额定的上、下限值后，切除积分作用(1)，保留比例作用(P)，构成PI-P 控制器。

这样在偏差减小时，控制器输出能更快脱离上限或下限值；
(2)在数字PID控制算法中，采用增量型或速度型算法，每次计算出应调整的增量值Δu或变化速度Δu/Δt，当控制作用量将超过额定上下限值时，则保持在上限值或下限值。

这样，一当偏差减小或改变正、负极性时，控制器输出能更快脱离上限值或下限值。

PID参数对控制性能的影响：
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)，调节作用增强，但稳定性下降；
积分时间Ti：积分作用增强（即Ti 下降），使系统消除余差的能力加强，但控制系统的稳定性下降；
微分时间Td：微分作用增强（即Td 增大），可使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但对高频噪声起放大作用，主要适合于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。

正反作用:
当被控变量的测量值增大时，控制器的输出也增大，则该控制器为“正作用”；否则，当测量值增大时，控制器输出反而减少，则该控制器为“反作用”。

临界比例度法：
1、先切除PID控制器中的积分与微分作用（即将积分时间设为无穷大，微分时间取为0），并令比例增益KC为一个较小值，并投入闭环运行；
2、将设定值作小幅度的阶跃
变化，观察测量值的响应变化情
况；
3、逐步增大KC的取值，对
于每个KC值重复步骤2中的过
程，直至产生等幅振荡；
4、设等幅振荡的振荡周期为
Pu、产生等幅振荡的控制器增益
为Kcmax 。

5.根据所选择的控制规律查
表得到控制器参数。

临界比例度法的局限性：
生产过程有时不允许出现
等幅振荡，或者无法产生正常操作
范围内的等幅振荡。

李林阳，陈国安流量临界比例度
整定实验：
PID调节初始段有小的负向过冲，
这是为什么？
PID调节初始段有小的负
向过冲，这是因为微分作用的影
响。

调节初始阶段，随着流量的增
加，当前值增大，偏差e变小，所
以偏差变化率为负值，即
Kp*Td*de/dt=负值。

这时P分量、
I分量都为正值，唯有D分量为负
值，使PID运算结果变小，输出
使阀门开度变小，所以出现小的负
向过冲现象。

李林阳液位临界比例度整定中：
PI调节P=7.65 I=62.25，
消除了余差，曲线有毛刺：水流
冲击、变送电路纹波
对象惯性越小越容易振荡，惯性
越大越不易振荡。

对象惯性越小振荡幅值越大，惯
性越大振荡幅越小。

对象惯性越小振荡周期越小，惯
性越大振荡周期越长。

响应曲线法PID参数整定步骤：
（1）在手动状态下，改变
控制器输出（通常采用阶跃
变化），记录被控变量的响应曲线；
（2）根据单位阶跃响应曲
线求取“广义对象”的近似模型与
模型参数；
（3）根据控制器类型与对
象模型，选择PID参数并投
入闭环运行。

在运行过程中，可对
增益作调整。

响应曲线法特点：
适合于存在明显纯滞后的自
衡对象，而且广义对象的阶跃响应
曲线可用“一阶+纯滞后”来近似。

液位流量串级控制：
串级控制是一种可以克服干
扰的方法。

它通过选择第二个测量
点来构成第二个反馈回路来克服
干扰的影响。

第二个测量点应该比
被控变量更快感知到干扰的影响，
这样能在干扰对被控变量产生很
大影响之前通过第二个反馈回路
迅速克服干扰的影响。

液位流量串
级实验中构成两个控制回路，可以
实现对液位的更加准确的控制。

（配图）
串级控制系统定义:
由两个测量变送器、两个控
制器其中一个控制器的输出是另
一个控制器的给定、一个控制阀组
成的双闭环定值系统.
主被控变量（Yl)：
是工艺控制指标或与工艺控
制指标有直接关系，在串级控制系
统中起主导作用的被控变量。

副被控变量（Y2）：
大多为影响主被控变量的重
要参数。

主控制器：
在系统中起主导作用，按主
被控变量和其设定值之差进行控
制运算，并将其输出作为副控制器
给定值。

副控制器：
在系统中起辅助作用，按所
测得的副被控变量和主控输出之
差来进行控制运算，其输出直接作
用于控制阀的控制器，简称为“副
控”。

主变送器：测量并转换主被控变量
的变送器。

副变送器：测量并转换副被控变量
的变送器。

主对象：大多为工业过程中所要控
制的、由主被控变量表征其主要
特性的生产设备或过程。

副对象：大多为工业过程中影响主
被控变量的、由副被控变量表征其
特性的辅助生产设备或辅助过程。

副回路:由副变送器、副控制器、
控制阀和副对象所构成的闭环回
路, 又称为“副环”或“内环”。

主回路：由主变送器、主控制器、
副回路等效环节、主对象所构成的
闭环回路，又称为“主环”或“外
环”。

串级控制系统的特点：
副回路（有时称内环）具有
快速调节作用，它能有效地克服二
次扰动的影响。

能自动地克服副对象增益或
调节阀特性的非线性对控制性能
的影响（系统的“鲁棒性”增强）。

改善了对象的动态特性，提
高了系统的工作频率。

在相同的衰
减比下，主调节器的增益可显著加
大。

串级控制系统的设计原则：
单回路控制不能满足性能要
求；有反映系统主要干扰的可测副
参数；调节阀与副参数之间具有因
果关系；副参数的选择应使副对象
的时间常数比主对象的时间常数
小，调节通道短，反应灵敏；尽可
能将带有非线性或时变特性的环
节包含于副回路中。

为什么要采用串级控制？
串级控制需要：单回路控制
不能满足要求；可测量的副变量。

副变量需要满足：
快速反应主要干扰的影响；
干扰对副、主变量的影响具有因果
关系；调节阀对副、主变量的影响
具有因果关系
串级系统主副调节器选型：
副调节器常选择PI控制律
原因：副回路为随动系统，
其设定值变化频繁，一般不宜加微
分作用；另外，副回路的主要目的
是快速克服内环中的各种扰动，为
加大副回路的调节能力，理想上不
用加积分作用。

但实际运行中，串
级系统有时会断开主回路，因而，
通常需要加入积分作用。

但积分作
用要求较弱以保证副回路较强的
抗干扰能力。

主调节器常选择PI或PID控制律
原因：主回路的任务是满
足主参数的定值控制要求。

因而对
于主参数为温度的串级系统，主调
节器必须加入较强的积分作用（除
主参数为液位的串级均匀控制系
统以外）。

当主对象的调节滞后较
大，而主参数变化较平缓时，可加
入通常大小的微分作用。

前馈思想：
在扰动还未影响输出以前，
直接改变操作变量，以使输出不受
或少受外部扰动的影响。

调节阀是执行器中最广泛使用的
形式，
常用的还有交流变频器、晶闸管控
制器等。

气动调节阀----依靠压缩空气作为
动力，输入信号为0.02～0.1MPa
的压力信号。

不仅能与气动调节
仪表配套使用，还可通过电/气转
换器或电/气阀门定位器与电动调
节仪表或工业控制计算机配套使
用
阀门定位器的作用
1.将输入标准电信号线性地转换
为气压信号（20-100kPa）2.改善
阀的定位精度（静态特性）3.改善
阀的动态特性4. 用于分程控制：
用一个调节器控制两个以上的调
节阀。

使它们分别在信号的某一个
区段内完成全行程移动。

5. 用于
阀门的反向动作：采用反作用式定
位器可使气开阀变为气关阀，气关
阀变为气开阀。

3，孝悌忠信礼仪廉耻缇萦闵损
4，恒压供水：设定30KP-50KP(单
回路PID调节)‘孝’（AI808）’悌’
（AI818）,执行器：变频器
（0-20MA）输入+磁力驱动泵调
节’孝’M 5Pt’悌’PID ,Ctrl设
置为2
5，水箱液位单回路PID控制：’
孝’AI808，M 5Pt反作用内给定
输入0-600，输出0-100，’悌’
ADAM,PID反作用外给定
6，管道单回路PID控制：’孝’
AI808，M 5Pt反作用内给定，
dIL=0，dIH=1200’悌’
ADAM4017+,ADAM-4024,ADA
M-4520,力控PID输入0-1200，输出0-100，反作用外给定,
7，锅炉温度单回路PID控制：’孝’铜电阻测温（CU50）范围（-50°-150°C）传感器外形：直径8mm,长度30cm,A/D转换分辨率：12bit
简单控制系统的工程整定法有经验方法，简单、方便，工程实际中广泛采用的特点。

一般有经验凑试法、衰减曲线法、临界比例度法、响应曲线法等。

什么事线性化？为什么在过程控制中经常采用近似线性化模型答：对于非线性系统的过程控制模型，需要进行像兴华处理，在系统输入和输出的工作范围内，把非线性关系近似成线性关系。

应用于过程控制的数学模型往往采用增量的形式表达，增量形式不仅便于把原来的非线性系统线性化，而且通过坐标变换，把稳态工作点定为原点，可使输入输出关系更加简单，便于运算。

线性化处理的常用数学工具是泰勒级数展开。

4-2单回路系统中其他参数不变仅加速PI 控制器的积分作用，是回答如下问题。

1.在相同的外界干扰作用阶跃变化情况下，最大的偏差是否增大？振荡是否加剧？
2.为了获得与以前相同的系统稳定性，可适当调整Kc.问Kc 应调大还是调小？Kc 调整后环路静态增益是否改变，是变大还是变小？
答 （1）有上图系统在Ti 减小的情况下，阶跃响应曲线有图中当Ti 减小时即加速PI 控制器的积分作用，最大的偏差变小，但是振荡加剧， （2）为了获得与以前相同的系统稳定性Kc 应调小，Kc 调整后环路稳态增益Kc,Kp 也变小
在一个串级控制系统中，原来选用口径为20mm 的气开阀，后来改用口径32mm 的气关阀。

（1）主副控制器正反作用要否改变？为什么？（2）福控制器的比例度和积分时间要否改变，是变大还是小？（3）主控制器的比例度和积分时间要否改变，变大还是变小？
答1：主副控制器的正反作用要改变，因为调节器由气开阀调为气关阀，Gvs 的极性由+变为-，为了保证负回路构成负反馈，必须将副控制器的控制正反改变。

主控制器不变，因为副回路正反作用设置正确后，对主回路只相当于一个+极性环节，主调节器的正反作用取决于主对象的放大倍数的符号，而与其他环节无关。

1.液位过程的输入量为1Q ，流出量为2Q ，3Q 。

液位H 为被控变量，A 为截面积，并设1R ，2R ，3R 均为线性液阻。

（1）列写过程的微分方程组； （2）画出过程的方框图；
（3）求过程的传递函数1()()()
o
H s W s Q s =
（1
）
（2
）
（3）求过程的传递函数1()()()o
H s W s Q s =。

经拉氏变换：
3
2323
203
21)()()(1
)(1)(Q (t)R R S R AR R R S Q S H W S H R S H R S ASH ++==
⇒
--=
某水槽的阶跃响应实验数据如下，其中阶跃扰动量0
020u ∆=。

（1）画出水位的阶跃响应曲线；
（2）若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K
和时间常数T 。

解：（1）水位的阶跃响应曲线如右图
(2)增益K=
s T m m m m u y 98;
2375.1%20400)099()
y -(y min max ==-=∆∆时间常数
22、冷凝器温度前馈-反馈控制系统方框图如下图所示。

已知扰动
通道特性61.05()411
s
pd
e
G s s -=+，控制
通道特性80.94()551
s
pc
e G s s -=+，温度调
节器使用PI 规律。

试求该前馈-反控制系统中前馈控制器的数学模型
()ff G s 。

解：由右图所示的前馈-反馈控制系统的传递函数为
)
()(1)()()()(1)(F(S)(S)s G S G S G S G s G S G S G Y pc c pc ff
pc c pd +++=
将不变性条件 0)(≠S F 时，要求Y （S ）=0。

s
s
s pc pd ff pc ff pd e S S e S S e S G S G S G S G S G S G Y 2861
411551.194.0155*14105.1)()()(.0)()()(0F(S)
(S)
++-=++-=-=⇒=+⇒=--
有时前馈-反馈控制系统从其结构上看与串级控制系统十分相似。

试问如何来区分它们？试分析判断下图所示的控制系统属于什么系统？说明其理由。

答：前馈反馈控制系统对主变量的扰动检测并进行补偿控制，而串级控制没有对主变量的扰动提前检测和补偿，上图为前馈反馈控制系统，因为原油变量扰动是直接影响主变量的扰动，将其检测后由燃料油的燃料油的流量补偿实现前馈控制，所以为前馈-反馈控制系统。

画出史密斯预估补偿控制方框图。

史密斯预估补偿传递函数
在本次的过程控制课程设计中，使用AI-818仪表进行温度信号变送。

说明为什么使用三线制，画出三线制测温的原理电路。

答：为了进行引线电阻补偿。

已知两只水箱串联工作（如题图2-2所示），其输入量为1Q
，流
出量为2Q ，3Q 。

1H ，2H 分别为两只水箱的水位，2H 为被控变量，1A ，2A 分别为两个水箱的截面积，假设1R ，2R ，12R ，
3R 为线性液阻。

（1）列写过程的微分方程组； （2）画出过程的方框图；
（3）求液位过程的传递函数
21()()()o H s W s Q s =
有一流量对象，当调节阀气压改变0.01MPa 时，流量的变化如表。

若该对象用一阶惯性环节近似，试确定其传递函数。

解：方法一：作图得，
T1=5.2S;
方法二：
4.951.9)-(
5.2*1.5)t -(t 5.10.2830.6322===T
我们用两种方法求平均：
5.302.01.001.0500018002.01.001.0075.5295
.42.52min max 21≈--=--∆==+=+=
Q Q Q K T T T
传递函数：
1075.55
.31K (S)+=
+=
S TS G
单回路系统中其他参数不变，仅加速PI 控制器的积分作用，试回答如下问题。

（1）在相同的外界干扰作阶跃变化情况下，最大偏差是否增大？振荡是否加剧？
（2）为了获得与以前相同的系统稳定性，可适当调整c K 。

c K 问应调大还是调小？c K 调整后环路静态增益是否改变，是变大还是变小？ 答：（1）最大偏差不增大，振荡加剧。

（2）C K 调小，C K 调整后环路静态增益变小。

在某生产过程中，需求参与反应的甲，乙两种物料保持
一定比例。

若已知正常操作时，甲流量3
17q m h =，乙流量2250q L h =，两个流量均采用孔板测量并配
用开方器，甲流量的测量范围为0~103
m h ,乙流量
的测量范围为0~300L h 。

根据要求设计保持21
q q 比值的控制系统，试采用DDZ-Ⅲ型仪表组成系统时的比值系数K 。

解：因为两个流量均采用孔板测量并配用开方器，所以流量与测量信号成线性
关系。

2
.1/300/10*/7/250*33max 2max 112max 2max 1≈===h L h
m h m h L Q Q Q Q Q Q k K
采用DDZ 型仪表组成系统时的比值系数K=1.2
已知对象控制通道阶跃响应曲线数据如下表所表
示，调
节量阶跃变化为Δ
u=50。

用一阶惯性环节加纯迟延近似对象，求出K 、T 和
τ值。

应用动态特性参数法选择PID 调节器参数。

答：1.由实验数据画出对象的阶跃响应曲线为：
解法一：由图可得：
64.55.0818.2min 5.0)85.01.1(2)(2min,6.01.185.0*22,818.250
1.20034139.063.063.039.0====-=-==-=-==-=∆∆=
T K t t T t t u y K ετ所以，PID 调节器参数为：
min
3.06.0*5.05.0min 2.16.0*22%87.26.0*6
4.5*8
5.085.0=========ττετδD I T T 解法二：有作图法可以求出
341200.1 2.1818,0.4min,501.50.4 1.1min
2.818 2.562
1.1y K u T K T τε∆-=
===∆=-====
所以，PID 调节器参数为：
0.850.85*2.562*0.487.108%
2.22*0.40.8min 0.50.5*0.40.2min
I D T T δετττ=========
控制对象是散热比较少的加热水箱，可以把它看作什么环节？为什么？
（1）水箱静态水，散热比较少，可以看做带滞后的积分对象
写出加热水箱的数学模型表达式G(s)=？
（2）
这样的温度对象是自衡对象还是非自衡对象？它的阶跃响应将是什么样的曲线？
（3）非自衡对象，它的阶跃响应将是带滞后的有斜率的上升斜线
下图为调节阀的流量特性曲线图，请分别指出1、2、3、4号曲线分别是什么流量特性曲线？
1号曲线为直线流量特性
2号曲线为等百分比流量特性 3号曲线为快开流量特性
4号曲线为抛物线流量特性曲线
临界振荡曲线图
P 调节曲线图
PI 调节曲线图
PID 调节曲线图
临界振荡时的比例度P=51.5，计算临界比例增益Kcmax= ？
Kcmax=1/51.5=0.0194
临界振荡周期Pu=19s ，请按临界比例度Ziegler-Nichols 公式分别计算三种控制规律的控制参数。

为什么压力对象不宜用微分调节？ 如果测量值含有很大的噪声，由于微分作用对高频噪声起到放大作用，因此存在高频噪声的地方不宜用微分。

压力对象的波动和测量噪声比较多，所以压力控制不宜用微分。

串级控制实验的主副变量是什么？主副调节器是什么？执行器是什么？副调节器采用什么给定方式？副调的给定是什么？主副调节器是如何配合的？为什么？一二次扰动是什么？
（1）主变量为液位。

副变量为流量。

主调节器为AI-808。

副调节器为AI-808。

执行器为调节阀。

（2）外给定方式。

副调的给定是主调的输出。

（3）主调的输出作为副调的给定，必须和副变量的工作量程相匹配。

副变量流量的工作量程大约是500L/h ，所以主调的输出要限幅为40%左右。

主调的输出为4-20mA 电流信号，经过250欧姆标准电阻送给副调节器作为给定信号。

设定值阶跃变化是一次扰动，供水压力变化为二次扰动。

在温度过程控制系统设计中
（1）温度传感器的分度号是什么？采用什么方式安装？。

（2）温度变送器是什么？温度传感器采用几线制连接到变送器？变送出来的是什么信号？。

（3）温度控制PAC 的硬件配置是怎样的？ （1）pt100 螺纹安装方式
（2）AI-701仪表 三线制 变送出0-20ma 电流信号
3）CPU 模块： CPU 315 （1分）A/D 模块：IC695ALG600 。

D/A 模块：IC695ALG704 。

DO 模块：IC694MDL754 。

（4）下图是模拟量输入模块的输入信号类型选择，请选择正确的信号类型。

选择 Voltage/Current 类型。

（5）填写出温度信号在PAC 中进行标度变换的设置数据？。

依次填写100、0、20、0。

（6） GE —PAC 的PID 指令运算数据都是什么类
型？采集来的温度数据类型需要做怎样的处理？
PID 指令的设定值和输入值的数据范围是多少？。

PID 指令运算的数据都是整形数据。

采集来的温度数据需要乘以10把它变换为整形数据。

PID 指令的设定值和输入值的数据范围是0-1000。

1在Qi 处标注：扰动变量DV (Disturbance Variable)
2在h 处标注：被控变量 CV ( Controlled Variable)
3在LC 输出标注：控制变量 Control Variable 4在Qo 处标注：操纵变量MV (Manipulated Variable)
5在液位变送器处标注：测量信号Measurement 6在hsp 处标注：设定值SP (Setpoint)
下图是过程对象的开环阶跃响应曲线 （1）写出它的传递函数表达式（3分） （2）写出对象增益的计算公式（4分）
[ymin, ymax]为CV 的测量范围；
[umin, umax]为MV 的变化范围，对于阀位开度通常用0~100%表示。

3 某对数特性调节阀的流量变化如下表：（8分）
在开度10%、50%、80%、90%三点如果开度变化10%，请分别计算
（1）直线流量特性流量的相对变化量。

(2) 对数流量特性流量的相对变化量。

(1) 直线流量特性流量的相对变化量。

（算式正确，结果错误0.5分）。