过控复习材料(改)

一、过程控制系统性能指标1.评价指标概括为：平稳、准确、迅速2.时域性能指标：衰减比n 、衰减率ϕ、超调量和最大动态偏差、余差、回复时间和震荡频率①稳定性指标（1）衰减比n ：相邻同方向两个波峰的幅值之比。

（随动系统：n=10:1；定值系统：n=4:1） n=B 1/B 2（n 越大，系统越稳定）n=1，等幅震荡，临界稳定；n<1，发散震荡，不稳定；n>1，衰减震荡，稳定（2）衰减率ψ：（3）超调量δ（随动）： 最大动态偏差A （定值）： ②准确性指标（1）余差e(∞)：控制系统的最终稳态偏差（反映系统的控制精度，余差越小，精度越高，控制质量越好） 在阶跃输入下：e(∞)=r- y(∞)=r-C 在定值系统：r=0，e(∞)=C ③快速性指标（1）回复时间t s ：从扰动开始作用之时起，直至被控变量进入新稳态值的±5%或±2%范围内所经历的时间 （2）振荡周期T ：过渡过程的第一个波峰与相邻的第二个同向波峰之间的时间间隔振荡频率f ：f=1/T （n 相同时：T 越大，t s 越大；f 越大，t s 越小。

T 相同时：n 越大，t s 越小；）二、建模（自衡单、双模，无自衡单、双模）1.单容对象 （1）有自平衡 求传递函数步骤：①设各量定义及单位。

Q i ：输入水流量，m 3/s∆Q i ：输入水流量的增量， m 3/s Q o ：输出水流量， m 3/s∆Q o ：输出水流量的增量， m 3/s h ：液位的高度，m h0：液位的稳态值，m ∆h ：液位的增量，m u ：调节阀的开度，m 2 A ：水槽横截面积， m 2②列写基本方程式。

tt y(t) y(t)%100121⨯-=B B B ϕ%1001⨯=CBσCB A +=1初始时刻处于平衡状态： Qi= Qo ，h=ho当进水阀开度发生阶跃变化∆u 时： ③消去中间变量。

当阀前后压差不变时，∆Qi 与∆u 成正比：Qi= Ku ∆u ， （Ku ：阀门流量系数，m/s ）设液位与流出量之间为线性关系：（液位越高，水箱内水的静压力增大，流出量亦增大）∆Qo=∆h/R （R ：阀门的阻力，即液阻，s/m 2，与工作点处流出量的值有关）④由以上式子，得： 令：A=C ，容量系数T=RC ，时间常数K=KuR ，放大倍数对应的传递函数为：该对象对应的方框图：（2）无自平衡 求传递函数：响应速度2.双容对象 （1）有自平衡 求传递函数：① 以q1作为输入量，h2为输出量② 消去中间变量，可得传递函数。

o iQ Q ∆-∆dtdV=dt h d A ∆=dthd A R h u K u ∆=∆-∆u R K h dthd AR u ∆=∆+∆111111)()()(+=+=+=∆∆=Ts K RCS R K R CS CS K s U s H s G u uC K A K u u A K dt h d u K Q dt h d A Q u u uu i o ==∆=∆=∆∆=∆=∆=∆εε032321222321121R h d q R h q dt h d C q q dt h d C q q ∆=∆∆=∆∆=∆-∆∆=∆-∆令：K=R3：过程的放大倍数T1=R2C1：第一只水箱的时间常数T2=R3C2：第二只水箱的时间常数C1、C2：分别为两只水箱的容量系数该对象的方框图：（2）无自平衡传递函数为：令：Ta=C2：双容过程积分时间常数T1：第一只水箱时间常数该对象的方框图：三、什么是热电偶的补偿？为什么进行热电偶补偿？如何补偿？1.定义：将测量得到的热电势修正，就是冷端温度补偿。

2.原因：热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，而且还与冷端温度有关，只有冷端温度恒定，热电势才是热端温度的单值函数，才能正确反映热端温度的数值。

在实际应用时，热电偶冷端暴露在大气中。

受温度波动的影响较大。

因此，热电偶冷端温度是变化的，为了消除冷端温度变化对测量精度的影响，需进行冷端温度补偿。

3.方法)1)(1(1)(1111111111111)()()(21212212132322133221322122112++=+++=+++⋅=+++=∆∆=sTsTKsTTsTTKsRCsRCsRCsRCRRsCRsCRsCRsCsCRsCsQsHsGsTsTsTsCsCsRCsRCsQsHsGa1111111111)()()(1122212112+=+=+=∆∆=K L l d q q d =)/()/(max maxmax )/()/(q qK L l d q q d =max max )/()/(q q KL l d q q d =（1）计算法（2）冰浴法：将热电偶的冷端放入冰水混合物中，使冷端温度保持0℃。

一般仅用于实验室。

（3）机械调零法（4）补偿电桥法（详见课本46页）冷端温度补偿电桥是一个不平衡电桥，锰铜电阻器的电阻R 1=R 2=R 3=1Ω，Rcu 为铜材料制成的补偿电阻器；R 为限流电阻器；E （=4V ）是桥路的直流电源。

电桥（桥臂电阻R 1R 2R 3Rcu ）与热电偶冷端感受相同的环境温度，通过选择Rcu 的阻值可使电桥在0℃时处在平衡状态，即Rcuo=1Ω，此时桥路输出Uac=0，当冷端温度升高时，Rcu 随着增大，Uac 也增大，热电偶的热电势却随冷端温度增大而减小，若Uac 的增加量等于Ex 的减少量时，则U AB 值不变，U AB =Ex+Uac 的大小不随冷端温度而变化。

改变R 阻值即可改变桥臂电流，从而可使补偿电桥能与不同类型的热电偶配合使用。

四、四种理想流量特性的名称、特点分别是什么？1.直线流量特性：（1）定义：调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是一个常数。

（2）公式： （K ：常数，即执行器的放大系数）（3）特点：直线流量特性调节阀在小开度时，控制作用强，易产生振荡；大开度时，调节缓慢，不够及时。

2.对数（等百分比）流量特性：（1）定义：单位相对行程的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系。

（2）公式：（3）特点：从过程控制工程来看，利用对数（等百分比）流量特性是有利的。

调节阀在小开度时，调节阀的放大系数小，控制平稳缓和；调节阀在大开度时，其放大系数大，控制作用灵敏有效。

3.抛物线流量特性：（1）定义：单位相对行程（开度）的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量的平方根成正比关系。

（2）公式：（3）特点：它介于直线流量特性和对数流量特性之间，通常可用对数流量特性来代替。

4.快开流量特性：（1）定义：在小开度时流量就已很大，随着行程的增大，其流量就很快达到最大，故称为快开特性。

（2）特点：当阀的行程大时，阀的流通面积不再增大，不能起控制作用。

这种调节阀通常用于二位式控制或程序控制。

五、什么是PID ？PID 算法公式是什么？改变其常数有何影响？1.基本算法（公式）： 其中：Kc 为比例放大系数，Ti 为几分时间，Td 为微分时间，U 0为控制作用的初始稳态值2.比例控制算法分析（P ）（1）对余差的影响（自衡非震荡过程）：随动控制系统：输入信号是幅值为R 的阶跃信号时，K c↑→e(∞)↓定制控制系统：扰是幅值为F 的阶跃信号时，K c↑→e(∞)↓00)()(1)()(u dt t de T dt t e T t e K t u d t i c +⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰（2）随着比例增益的增大，系统的稳定性变差。

3.比例积分控制算法分析（PI）（1）比例控制起粗调作用，积分作用起细调作用，直到余差消除，偏差为零时积分输出才停止。

（2）当Kc不变时，减小Ti，积分控制作用增强，衰减比减小，振荡加剧，随动控制系统闭环响应的超调量增大。

调节过程加快，振荡频率升高。

（3）PI控制器中，保持Kc不变而减小Ti，或保持Ti不变而增大Kc，都会增强积分控制作用，使衰减比减小，振荡加剧，超调量或最大偏差增大。

（4）积分控制作用除了用于消除闭环系统余差外，它也降低闭环控制系统的振荡频率，使闭环控制系统的响应变慢。

这是由于引入积分后，闭环系统阶数增大，并引入相位滞后所造成的。

4.比例微分控制算法分析（PD）（1）微分作用有利于控制系统稳定性，减小系统动态偏差，缩短回复时间。

微分太强容易导致调节阀开度向两端饱和，因此以比例为主，微分为辅。

（2）微分控制作用的强弱可以从阶跃输入信号下输出响应曲线的面积来衡量。

Kd越大，面积越大，微分作用越强；Td越大，下降越慢，面积越大，微分作用越强。

Td=0和Kd=1表示没有微分作用。

Td越大，微分作用越强，控制系统的最大偏差越小，振荡周期和回复时间缩短。

六、PID的整定（重点：衰减曲线法，临界比例度法）1.经验整定法：①原则：（1）4：1衰减比为最佳参数整定的常用依据。

（2）调节器的参数按先比例、后积分、最后微分的顺序整定。

②步骤：（1）先令PID调节器的Ti=∞，Td＝0，整定纯比例控制系统的比例度，使系统达到4：1衰减振荡的过渡过程曲线；（2）再加积分作用，直到系统得到4：1衰减振荡的过渡过程曲线为止。

（3）若系统需引入微分作用，可将比例度调到原来的数值，再将微分时间由小到大调整，直到过渡过程曲线达到满意为止。

2.半经验整定法：①、衰减曲线法缺点是衰减比不易读取，优点是对工艺过程的影响较小。

调整比例度：对于随动控制系统，使控制系统过渡过程响应曲线的衰减比为10:1，得到上升时间tr，这时的比例度为δs ；对于定值控制系统，使控制系统过渡过程响应曲线的衰减比为4:1，得到振荡周期Tp，这时的比例度为δs ②、临界比例度法调整比例度，使过渡过程出现等幅振荡，这时的比例度为临界比例度，振荡周期为临界振荡周期Tk，按下表确定控制器参数七、单回路控制参数、被控参数、控制规律1.被控参数的选择（1）选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数作为被控参数。

(直接参数法)（2）当不能直接用直接参数作为被控参数时，应选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。

(间接参数法)（3）被控参数必须具有足够高的灵敏度。

（4）被控参数的选择，必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。

2.控制参数的选择（1）当生产过程中有多个因素能影响被控参数(量)变化时，应分析过程扰动通道特性与控制通道特性对控制质量的影响，正确地选择可控性良好的变量作为操纵(控制)量。

（2）一般希望控制通道克服扰动的能力要强，动态响应应比扰动通道快。

（3）过程静态特性对控制质量好坏有很大的影响，是选择控制参数的一个重要依据。

（4）扰动通道静态放大系数越大，则系统的稳态误差也越大，这表示在相同的阶跃扰动作用下，将使被控参数偏离给定值越大，显著地降低控制质量。