化工仪表及自动化复习(制药)

允许误差去掉“±”和“%”， 就是仪表的“精度等级”
精度：仪表的测量误差可以用绝对误差Δ来表示。但是，仪表 的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对 误差”指的是绝对误差中的最大值Δmax。将“绝对误差”折 合成仪表测量范围（量程）的百分数，就是“相对百分误差”。 根据仪表的使用要求，规定一个在正常情况下允许的最大误差， 这个允许的最大误差就叫“允许误差”， “允许误差”一般 用“相对百分误差”来表示，即“允许误差”=允许的“相对 百分误差”的最大值。 相对百分误差δ 允许误差
(4).过渡时间Ts： 又称控制时间。
从干扰发生的时刻起至系统重新建立新的平衡状态止的时间。 过渡过程同向相邻两个波峰（或波谷）之间的时 (5).振荡周期： 间间隔。
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例题
某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过 渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、余差、 衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为 200℃）， 如果考虑安全因素，控制过程中温度偏离值最大不得 超过28℃，该控制系统能否满足要求？
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过渡时间与规定的被控变量限制范围大小有关，假定被控变量 进入额定值的±2％，就可以认为过渡过程已经结束，那么限 制 范 围 为 200× （ ±2 ％ ） ＝ ±4℃ ， 这 时 ， 可 在 新 稳 态 值 （205℃）两侧以宽度为±４℃画一区域，上图中以画有阴影 线的区域表示，只要被控变量进入这一区域且不再越出，过滤 过程就可以认为已经结束。因此，从图上可以看出，过渡时间 为22min。 给定值为200℃，最大偏离值为230℃-200℃ =30℃＞28℃，所 以，不满足工艺要求。
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解：最大偏差A＝230-200＝30℃；余差C＝205-200＝５℃； 由图上可以看出，第一个波峰值B＝230-205＝25℃， 第二个波峰值B′＝210－205＝5℃， 故衰减比应为B:B′＝25:5＝5:1； 振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔， 故周期T＝20-5＝15（min）
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第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
非周期衰减过程
√
衰减震荡过程
√
对于控制质量要求不高 的场合，如果被控变量 ？允许在工艺许可的范围 内振荡（主要指在位式 控制时），才可采用。
等幅震荡过程
发散震荡过程
X
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三、控制系统的品质指标
y A
变化量与输入变化量之比。K越大，就 表示对象的输入量有一定变化时，对
输出量的影响越大，即被控变量对这
图2-12 水槽液位的变化曲线
个量的变化越灵敏。
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第三节 描述对象特性的参数
二、时间常数T
当对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值的 63.2％所需的时间，就是时间常数T，实际工作中，常用这
其中第三种分类方法最普遍
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第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
采用阶跃干扰的优点： 这种形式的干扰比较突 然、危险，且对被控变量 的影响也最大。如果一个 控制系统能够有效地克服 这种类型的干扰，那么一 定能很好地克服比较缓和 的干扰。 这种干扰的形式简单，容 易实现，便于分析、实验 和计算。
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
一、自动控制系统的组成
测量元件与变送器 自动化装置 组 成 被控对象 自动控制器 执行
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
二、自动控制系统的表示形式 1、方块图
自动控制系统方块图
每个方块代表一个环节，不代表一个设备或装置，方 块间的连线只代表信号关系。
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后
性 质
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
一、控制系统的静态与动态：静态——物料平衡 ；能量平衡。 二、控制系统的过渡过程：系统由一个平衡状态过渡到另一个 平衡状态的过程。
采用阶跃干扰的优点： 这种形式的干扰比较突然、 危险，且对被控变量的影响 也最大。如果一个控制系统 能够有效地克服这种类型的 干扰，那么一定能很好地克 服比较缓和的干扰。
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图1-13 阶跃干扰作用
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
非周期衰减过程
√
衰减震荡过程
√
对于控制质量要求不高 的场合，如果被控变量 ？允许在工艺许可的范围 内振荡（主要指在位式 控制时），才可采用。
等幅震荡过程
发散震荡过程
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X
第二章 过程特性及其数学模型
化工仪表及自动化复习
第一章 自动控制系统基本概念
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第一节 化工自动化的主要内容
化工自动化包括四个系统：
1.自动检测系统
（对工艺变量自动连续检测和显示）
2.自动信号和联锁保护系统 （对关键参数进行自动信号联锁和保护）
3.自动操纵及自动开停车系统 （对关键参数进行自动信号联锁和保护）
4.自动控制系统 （对关键参数进行自动控制） 化工自动化核心是自动控制系统，主要对温度、压力、流 量和液位四大参数进行控制。
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第一节 概述
一、测量过程与测量误差
测量过程在实质上都是将被测参数与其相应的 测量单位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种
比较的工具。
测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之 间的差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对 误差。P34
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第一节 概述
二、仪表的性能指标P35

这种干扰的形式简单，容易 实现，便于分析、实验和计 算。
图1-8 阶跃干扰作用
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三、阶跃干扰作用下的过渡过程形式
当自动控制系统的(给定或干扰)输入是阶跃变化时，系 统的过渡过程:
(1)非周期衰减过程:
被控变量在给定值的 某一侧做缓慢变化，没 有来回波动，最后稳定 在某一数值上。
(2)衰减振荡过程：
所以：允许最大绝对误差= δ允×（700-200） = 1%×500=5（℃） 又因：校验点处的误差= 504-500= 4（℃）＜5（℃）
所以：该仪表在该点满足1级精度。
给定值x 偏差e
+
控制器
控制器输出p
调节阀
操纵变量p
反应器
被控变量y
测量值 z
温度测量元件 变送器
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第三节 自动控制系统的分类
几种分类方法
（一）按被控变量来分类，如温度、压力等控制系统； （二）按控制器具有的控制规律来分类，如比例、比例积分、 比例微分、比例积分微分等控制系统； （三）将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定值 是否变化和如何变化来分类，这样可将自动控制系统分为三 类，即定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
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第三章
检测仪表与传感器
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第一节 概述
用来检测生产过程中的各个有关参数（P、F、L、 T)的技术工具称为检测仪表。 用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号 的仪表通常称为传感器。 当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准 信号 (0.02-0.1MP,0-10mA或4-20mA DC) （书上P41） 时，通常称为变送器。
B C
t
(1).最大偏差A与超调量B： 最大偏差A：在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大 数值。 超调量B：第一个峰值A与新稳定值C之差，即B=A-C。 (2).余差C：新的稳态值与给定值之差。
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y A
B
B’
C
t
(3).衰减比： 表示过渡过程的衰减程度。它是过渡过程同方 向前后相邻两峰值的比。
种方法求取时间常数。显然，时间常数越大，被控变量的
变化也越慢，达到新的稳定值所需的时间也越大。 从加入输入作用后，经过3T时间，液位已经变化了全部 变化范围的 95 ％，这时，可以近似地认为动态过程基本结
束。所以，时间常数T是表示在输入作用下，被控变量完成
其变化过程所需要的时间的一个重要参数。P29
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例 图示为反应器温度控制系统示意图。
A、B两种物料进入反应器反应，通过改变 冷却水流量来控制反应器内的温度恒定。 试画出该温度控制系统的方框图，并指出 该控制系统中的被控对象、被控变量、操 纵变量及可能的扰动各是什么? 解： 被控对象为反应器;
被控变量为反应器内温度; 操纵变量为冷却水流量; 主要干扰有：进入反应器的A、B物料流量、温度、浓度； 夹套入口冷却水温度、压力； 干扰作用f 搅拌器转速等。
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几个常用术语 ：
（1）被控对象
需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控 对象，简称对象。 （2）被控变量 对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化） 的物理量称为被控变量。 （3）控制变量（操纵变量） 受执行器控制，用以使被控变量保 持一定数值的物料或能量称为控制变量或操纵变量。 （4）干扰（扰动） 除控制变量（操纵变量）以外，作用于对象 并引起被控变量变化的一切因素称为干扰。 （5）设（给）定值 工艺规定被控变量所要保持的数值。 （6）偏差 偏差本应是设定值与被控变量的实际值之差。但能获 取的信息是被控变量的测量值而非实际值，因此，在控制系统中 通常把设定值与测量值之差定义为偏差。
第二节 对象数学模型的建立
机理建模
根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关
的平衡方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平
衡方程、相平衡方程以及某些物性方程、设备的特性方 程、化学反应定律、电路基本定律等，从而获取对象
（或过程）的数学模型，这类模型通常称为机理模型。
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第二节 对象数学模型的建立
被控变量上下波动，但 幅度逐渐减少，最后稳 定在某一数值上。