过程控制装置 3调节器

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液位过程控制课程设计

中南大学《过程控制仪表》课程设计报告设计题目液位控制系统设计指导老师王莉吴同茂设计者龚晓辉专业班级自动化09级05班02号设计日期2012年5月目录第一章过程控制仪表设计的目的意义 (1)1.1 设计目的 (1)1.2课程在教学计划中的地位和作用 (2)第二章液位控制系统实验控制设计与调试 (3)2.1 液位控制系统的工艺及控制要求 (3)2.2 液位系统控制实验方案设计 (5)2.3 系统调试与控制效果 (7)第三章火力发电气泡水位控制系统设计 (8)3.1 火力发电厂生产工艺及控制要求 (8)3.2 系统总体方案设计 (9)3.3 系统硬件设计 (11)3.4 系统软件设计 (14)第四章收获、体会和建议 (16)参考文献第一章过程控制仪表设计的目的意义1.1 设计目的本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节，是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。

其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，使学生通过自己动手对一个工业过程控制对象进行仪表设计与选型，促进学生对仪表及其理论与设计的进一步认识。

其主要是设计工业生产过程经常遇到的压力、流量、液位及温度控制系统，使学生将理论与实践有机地结合起来，有效的巩固与提高理论教学效果。

1.2课程在教学计划中的地位和作用课程设计对过程控制课程有重要的实践意义，可以加深学生对所学知识的理解与运用。

主要的内容是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。

基本要求如下:1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号；2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号；3. 掌握PID调节器的功能原理，完成相应的压力、流量、液位及温度控制系统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。

1080《过程控制》西南大学网教23秋季作业参考答案

108020232单项选择题1、串级控制系统的主回路是一个（），因此对于设计中的主参数的选择，可以按照单回路控制系统的设计原则进行。

.随动控制系统 . 定值控制系统. 程序控制系统 .以上都不是2、比例调节的缺点是存在静态误差，因此也称为（）。

. 误差调节 . 动态调节. 有差调节.静态调节3、实验法建模时，为了获得被控对象的（），应加入激励信号使被控对象处于被激励的状态。

. 动态特性. 静态特性. 物理属性 .化学特性4、利用阶跃响应曲线法建立被控对象的数学模型，需求取被控对象输入与输出之间的（）。

.大小关系.最大值.最小值.传递函数5、比例积分调节规律中，积分调节可以消除（）。

.振荡.比例系数.调节时间.静态误差6、比例积分微分调节的缩写为（）。

.DCS.PID.PI.PD7、若调节对象的特性是线性的，应选择具有（）流量特性的调节阀。

.双曲线.抛物线.直线.等百分比8、为了减小调节阀（）的影响，一般采用阀门定位器克服阀杆摩擦力。

.流量.重量.间隙特性.尺寸9、弹性式压力表是利用各种弹性元件，在被测介质压力作用下产生弹性变形的原理来测量压力的，服从（）。

.法拉第电磁感应定律.胡克定律.质量守恒定律.惯性定律10、变送器一般由输入转换部分、放大器和（）组成。

.控制器.反馈部分.传感器.执行单元11、关于压力检测仪表的安装，下列叙述错误的是（）。

.压力检测仪表必须经检验合格后才能安装.压力检测仪表应水平安装.取压点应能如实反映被测压力的真实情况.压力检测仪表的连接处，应选择适当的材料作为密封垫圈12、串级控制系统是把两个调节器串接在一起，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的（），共同稳定一个被控变量所组成的闭合回路。

.输入值.给定值.扰动量.以上都不是13、阶跃响应曲线法适用于处于（）的被控对象。

.C. 开环、非稳态.开环、稳态.闭环、稳态.闭环、非稳态14、调节器的调节规律是指调节器输出信号与输入信号之间随（）变化的规律。

过程控制复习要点和习题答案(3,4)

第三章调节器1．掌握P、PI、PD，PID调节的特点，各调节规律定义公式，其阶跃响应。

积分时间的大小相应的积分作用怎样微分时间的大小其作用怎样比例度如何求取2．无扰动切换是指什么3．了解微分先行的PID算法主要用于解决什么问题对什么有微分作用4．了解比例先行的PID算法有什么特点5．掌握PID微分方程及差分方程6．掌握调节器的正反作用判断。

执行器7．掌握解执行器的作用、类型、由哪两部分组成各部分的作用是什么8．了解气动执行器和电动执行器各有什么特点9．掌握什么是气开阀，什么是气关阀。

按什么原则、如何来选择气开或气关方式10．掌握调节阀流量特性的定义；理想流量特性的定义、分类和特点；11．工作流量特性的定义，串联管道中调节阀流量特性的变化12．S值是指什么S值的大小对流量特性的影响13．掌握选择调节阀的流量特性的三原则14．了解电－气转换器起什么作用为什么要用阀门定位器15．掌握构成一个安全火花型防爆系统的充要条件是什么安全火花型防爆系统的组成结构。

16．了解防爆栅有哪几种类型17．了解危险场所分为哪几类危险程度最高的是哪一类第一类危险场所又分为哪几级第四章控制对象的特性测试1.掌握利用机理法建立单容/双容对象的数学模型。

2.掌握什么是具有自衡能力的对象具有滞后的一阶二阶特性的表示式；什么是无自衡能力的对象具有滞后的一阶二阶特性的表示式。

3.掌握什么是飞升曲线单容对象或多容对象的飞升曲线可用哪些参数来表征4.掌握如何测定飞升曲线和方波响应曲线测得方波响应曲线后如何获得飞升曲线(获取飞升曲线的原理和方法)。

5.掌握由飞升曲线来确定一阶对象，了解确定二阶对象的传递函数的方法。

6.掌握测定对象动特性的方法分类第三次作业（P108）1（2）某比例积分调节器的输入，输出范围均为4~20mA DC，若设ó=100%，T1=2MIN，稳态时其输出为6mA，若在某一时刻输入阶跃增加1mA，试求经过4min后调节器的输出。

[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表

第四章过程控制仪表⏹本章提要1.过程控制仪表概述2.DDZ-Ⅲ型调节器3.执行器4.可编程控制器⏹授课内容第一节概述✧过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。

在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。

过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。

过程控制仪表的分类：●按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。

●按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等。

[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。

基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。

目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。

[单元组合式控制仪表]将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。

使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。

特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。

它适用于各种企业的自动控制。

广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。

[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。

它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。

整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。

这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。

过程控制3

1.自动化仪表：第一位字母表示被控变量的类别，常见的字母包括T （temperature 温度）、P （pressure 压力）、dP(differential pressure 差压）、F （flow 流量）、L （liquid 液位或料位）、A （Analysis 分析量）、W （weight 重量或藏量）、D （density 密度）等；后继字母表示仪表功能,常见的字母包括T （Transmitters 传感变送器）、C （controller 控制器)、I(indicator 指示仪表)等。

2。

hsp ：设定值(Setpoint sp ）也称给定值(Setpoint Value sv ），h(被控变量Controlled Variable CV ）,LT21（液位变送），LC21（液位控制）,Q0（Mainpulated Variable MV 操作变量)，Qi(Disturbance Variable DV 扰动变量） 3.被控变量:Controlled Variable （CV ）过程变量:Process Variable(PV) 测量值：Measurement 设定值：Setpoint(SP) 给定值：Setpoint Value （SV ）操作变量：Manipulated Variable(MV ）扰动变量：Disturbance Variables(DVs) 安全性:Safety 质量:Quality 收益:Profit 直接数字控制:Direct Digital Control （DDC ）分布式控制系统：Distributed Control System （DCS ）局域网：Local Area Network(LAN ）试差：trial and error 定值调节控制:Regulatory Control 伺服控制：Servo Control 常规控制：Conventional Control 先进控制：Advanced Process Control(APC) PID 比例积分微分:Proportional Integral Derivative 多输入多输出：Multi Input MultiOutput(MIMO) 前馈控制：feedforward control 比例控制：ratio control 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 ）4。

过程控制系统作业答案(全)

比值控制系统

2、如图所示一氧化氮生产串级比值控制系统，要保证产品质量，需要稳定氧化炉出口温度。回答以下问题。（1）图中除法器的输出代表什么？（2）系统中开方器有什么作用？（3）图中Q1是主流量还是副流量？（4）系统主副流量无变化，当扰动作用使氧化炉出口温度偏离设定值时，系统如何调节？
串级控制系统

2、某一温度-压力串级控制系统采用两步法整定控制器参数，测得4：1衰减过程的参数为： δ 8% 、 100 s 、δ 40% 、 T 10 s T 主控制器采用PI控制规律，副控制器采用P控制，确定系统整定参数。
s1
s1
s2
s2
（1）4:1衰减法参数整定表
（2）临界比例度法参数整定表

m1 m2
c1 c2
双输入双输出系统，输入输出关系如下：
c1 2 m 1 3 m 2 c 2 4 m1 m 2

（1）求相对增益矩阵。（2）求正确的变量配对。
多变量解耦控制系统

c1 2 m 1 3 m 2 c 2 4 m1 m 2
dh Q i Q o1 Q o 2 C dt h Q o1 R1 h Qo2 R2 Q ( s ) Q o1 ( s ) Q o 2 ( s ) CsH ( s ) i H (s) Q o1 ( s ) R1 H (s) Qo2 (s) R2
m 2 c 2 4m1
解：（1）由式 c 2 4 m1 m 2 ，得代入 c 2 m 3 m 式中，得
1 1 2

3、调节器的调节规律及其对控制过程的影响

1 K K C t lim S t T1T2 S 2 T1 T2 S 1 K P K S 1 K P K S 0
上式表明，在系统受到扰动后，调节过程结束，被调量仍存
在稳态偏差K/(1+Kp· K)，只是比无调节作用时减小。偏差大小与
+ -
调节器
执行器
变送器
图３-1
控制系统组成原理框图
实际中，在系统分析时又往往将执行器（包括调节阀）、对
象及变送器称为“广义对象”，这样就形成如图3-2所示的控制系统组成方框图。
扰动 r +
d
调节器
广义对象
c
图3-2 控制系统等效原理框图
在上图中，基本的闭环控制系统由调节器和“广义对象” （下称对象）两部分组成；除调节阀对对象的扰动作用外，其他
比例带成正比。
第三节积分调节规律及其对调节过程的影响
一、积分调节规律
积分调节规律:调节器输出控制作用u(t)与其偏差输入信号
e(t)随时间的积累值成正比,即：
u (t ) 1 Ti
e(t )dt
传函为：WI
S T
1
i
S
积分调节器的阶跃响应如图3－7所示:
e(t)
E
u(t)
E t Ti t
点，从而克服了单纯比例作用时不能消除偏差的缺点和单纯积分
作用时控制不及时的缺点。
四、单容对象配比例积分调节器的控制过程
R(s)
+
-
1 k p (1 ) Ti s
+
+
D(s)
K 1 T S
C(s)
图3-10
PI控制系统传递方框图

杭电《过程控制系统》实验报告分析解析

实验时间：5月25号序号：杭州电子科技大学自动化学院实验报告课程名称：自动化仪表与过程控制实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验名称：上水箱液位PID整定实验实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验指导教师：尚群立学生姓名：俞超栋学生学号：09061821实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一．实验目的（1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。

（2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。

二．实验设备AE2000型过程控制实验装置， PC 机，DCS 控制系统与监控软件。

三、系统结构框图单容水箱如图1-1所示：丹麦泵电动调节阀V1DCS控制系统手动输出hV2Q1Q2图1-1、单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。

然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。

图解法是确定模型参数的一种实用方法。

不同的模型结构，有不同的图解方法。

单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。

如图1-1所示，设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2，水箱的液面高度为h ，出水阀V 2固定于某一开度值。

根据物料动态平衡的关系，求得：在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞)0 T式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。

令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：当t=T 时，则有：h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e-t/T)当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入式（1-2）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。

过程控制复习题 (4)

一、判断题：1. 过程控制系统中，需要控制的工艺设备(塔、容器、贮糟等)、机器称为被控对象。

（√）2. 扰动量是作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。

（×）答案：扰动量是除操纵变量外作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。

3. 由调节器输出至被调参数间的所有环节称为干扰通道。

（×）答案：由调节器输出至被调参数间的所有环节称为调节通道。

4. 过程控制系统的偏差是指设定值与测量值之差。

（√）5. 由控制阀操纵，能使被控变量恢复到设定值的物料量或能量即为操纵变量。

（√）6. 按控制系统的输出信号是否反馈到系统的输入端可分为开环系统和闭环系统。

（√）7. 在闭环控制系统中，按照设定值的情况不同，可分为定值控制系统、前馈控制系统、程序控制系统。

（×）答案：在闭环控制系统中，按照设定值的情况不同，可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

8. 在一个定值控制系统中，被控变量不随时间变化的平衡状态，也即被控变量变化率等于零的状态，称为系统的动态。

（×）答案：在一个定值控制系统中，被控变量不随时间变化的平衡状态，也即被控变量变化率等于零的状态，称为系统的静态，静态是一种相对静止状态。

9. 对一个系统总是希望能够做到余差小，最大偏差小，调节时间短，回复快。

（√）10. 时间常数越小，被控变量的变化越慢，达到新的稳态值所需的时间也越长。

（×）答案：时间常数越大，被控变量的变化越慢，达到新的稳态值所需的时间也越长。

11. 时间常数指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新稳态值的63.2 %所需要的时间。

（√）12. 对干扰通道时间常数越小越好，这样干扰的影响和缓，控制就容易。

（×）答案：时间常数越大越好，这样干扰的影响和缓，控制就容易。

13. 放大倍数K 取决于稳态下的数值，是反映静态特性的参数。

（√）14. 对于控制通道来说希望τ越大越好，而对扰动通道来说希望τ适度小点好。

杭电过程控制实验报告

过程控制实验报告班级：组号：组员：年月日实验一、水箱液位定值控制实验一、实验目的1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

二、面板位图与实验电气连接图1、实验面板位图实验面板位图如图1-1，图1-2，图1-3所示图1-1、传感器执行器位图图1-2、电源面板位图2、实验电气接线图3、实验信号实物连接图图1-5、实验信号实物连接图三、实验原理图1-6、实验控制框图1-6为单回路水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。

本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。

根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。

当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。

合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。

反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。

因此当一个单回路控制系统组成好以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。

一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。

四、实验内容和步骤1、系统连线（1）将系统的所有电源开关打在关的位置。

（2）按照实验电气图将系统接好2、仪表操作按照实验手册设置相应参数：主要包括Inp 33；SCL 0 ; SCH 650.03、启动实验装置4、实验内容（一）比例调节（P）控制（1）启动计算机MCGS软件，进入实验系统选择水箱液位定值控制实验（2）按下水泵1启动按钮，启动水泵1，进行实验。

（3）设定给定值30，设置P（20）参数，将I（9999）参数设置为最大值，D参数设置为0，观察屏幕上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始加干扰实验。

杭电《过程控制系统》实验报告

（2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。

二．实验设备AE2000型过程控制实验装置， PC 机，DCS 控制系统与监控软件。

然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。

图解法是确定模型参数的一种实用方法。

不同的模型结构，有不同的图解方法。

单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。

如图1-1所示，设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2，水箱的液面高度为h ，出水阀V 2固定于某一开度值。

概述过程控制系统的组成P2四个基本组成部分被控对象检测与变

概述过程控制系统的组成（P2）四个基本组成部分：被控对象、检测与变送仪表、调节器（控制器）、执行机构。

过程控制系统基本结构图;控制系统系统的性能指标（工程意义是什么，给出阶跃响应，会计算相应的指标值）过程控制系统建模方法什么是对象的数学模型？（表达对象输出与输入关系的数学表达式）过程控制系统建模的基本方法有哪些？其基本原理是什么？要求：掌握机理法的建模步骤，会用机理法对简单对象进行建模。

要求：记住自衡单容对象、双容对象、无自衡单容对象的数学模型及其单位阶跃响应曲线。

时域法测定对象动态特性的数据处理：作图法、两点法（主要针对一阶对象的K、T、τ）过程控制系统的设计1.掌握过程控制系统设计的步骤;2.掌握被控量、控制量的选择原则;3.根据工艺条件，能够设计简单控制系统（选择控制量、被控量、执行机构的气开、气关特性、调节器的正反作用、画控制原理图、方框图）;4.调节阀流量系数P50、流量特性P53、可调比5.根据调节阀的理想流量特性，可以分为哪几种？6.调节阀气开、气关是如何规定的？选择原则是什么？PID调节原理1.比例度的定义。

）2.PID参数对调节过程的影响。

3.调节器的正、反作用是如何规定的？如何确定控制系统中调节器的正、反作用？4.调节器参数的工程整定方法有哪些？了解其整定过程。

1、有一台PI调节器，δ=100%，Ti=1分，若将P改为200%时：（1）调节系统稳定程度提高还是降低？为什么？（2）动差增大还是减小？为什么？（3）静差能不能消除？为什么？（4）调节时间加长还是缩短？为什么？答案：∵ΔU=Kp*e+Kp/Ti∫edt其中：ΔU—输出变化量，e—输入变化量，Kp—比例常数，Kp=1/δ ;当δ从100%变为200%、Ti不变时，偏差e不变，输出信号ΔU变小。

所以：（1）稳定程度提高（因为δ增大后，ΔU变小，不易振荡）。

（2）动差增大（由于ΔU变小后，调节幅度小即调节作用弱，造成动差增大）。

过程控制系统第3章简单系统习题与解答

第3章习题与思考题3-1.简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？解答：简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。

检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。

控制器的作用是接受检测装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。

执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。

被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置。

3-2.什么叫直接参数和间接参数？各使用在什么场合？解答：如果被控变量本身就是需要控制的工艺指标，则称为直接参数；如果被控变量本身不是需要控制的工艺指标，但与其有一定的间接对应关系时，称为间接参数。

在控制系统设计时，尽量采用直接参数控制，只有当被控变量无法直接检测，或虽能检测，但信号很微弱或滞后很大，才考虑采用间接参数控制。

3-3.被控变量的选择应遵循哪些原则？解答：被控变量的正确选择是关系到系统能否达到预期控制效果的重要因素，它选择的一般原则是：（1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态重要变量；（2）被控变量应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁加以控制的变量；（3）被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标；（4）被控变量应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量；（5）被控变量应是独立可控的；（6）应考虑工艺的合理性与经济性。

3-4.操纵变量的选择应遵循哪些原则？解答：（1）操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量；（2）操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小；（3）操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。

3-5.简述选择调节器正、反作用的目的，如何选择?解答：其目的是使控制器、执行器、对象三个环节组合起来，能在控制系统中起负反馈作用。

过程控制部分习题答案-完整版

第一章思考题与习题1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?答：过程控制系统主要分为三类：1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。

它是最常用、最基本的过程控制系统。

2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。

由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。

由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。

3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。

3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。

它是一个静态指标，对定值控制系统。

希望余差越小越好。

2.衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。

衡量系统稳定性也可以用衰减率φ4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。

5．过程过渡时间ts ：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％（根据系统要求）范围内所需要的时间。

它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，t s 越小，过渡过程进行得越快。

6．峰值时间tp: 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。

称为峰值时间tp 。

过程控制装置讲解

u /(umax umin )
u emax emin
对于单元组合式仪表，输入输出信号都是统一标准信号的调节器，比例度与比例放大倍数互为倒数关系，
1 100 %
Kp
即调节器的比例度越小，则比例放大倍数越大，比例控制作用越强。
P控制（比例控制）比例控制器的时域关系：
u(t)=KP ε(t)
1.5 比例积分微分调节规律(PID)
理想PID数学表达式为
1.1 位式调节规律理想的双位调节规律的数学表达式为：
u umax
e umin
图2-16 理想双位调节规律
1.2 比例调节规律（P）
（1）比例放大倍数(K) 比例关系：比例调节器的输出变化量Δu(t)与输入信号 e(t)成比例关系
ut Kpet
式中KP称为比例增益或比例放大倍数.
微分时间对过渡过程的影响在比例微分控制系统中，若保持调节器的比例度不变，
微分时间对过渡过程的影响如图所示。微分时间TD太小，对系统的品质指标影响甚微，如图中的曲线1，随着微分时间的增加，微分作用增强；当TD适当时，控制系统的品质指标将得到全面的改善，如图中的曲线2；但若微分作用太强，反而会引起系统振荡，如图中的曲线3。可见，微分作用的强弱用微分时间来衡量，对于控制系统TD要适当。
实际采用的PD调节规律是比例作用与近似微分作用的组合，其数学表达式如下
u
t
KpA KpA
KD 1
e
KD TD
t
式中，KD为微分增益。
微分控制的作用：力图阻止被控变量的变化，适当微分，有抑制振荡的效果。但是微分过强，反而不利系统稳定。适用场合：适用时间常数较大或容量滞后较大的被控对象。

调节器的工作原理

调节器的工作原理调节器是一种常见的控制装置，它在各种机械设备中都有着重要的作用。

调节器的工作原理主要是通过控制流体或气体的流动来实现对设备运行状态的调节，从而达到控制设备的目的。

在工业生产和日常生活中，调节器被广泛应用于各种领域，如自动化生产线、空调系统、汽车发动机等。

本文将介绍调节器的工作原理及其应用。

调节器的工作原理可以简单地概括为通过控制流体或气体的流动来调节设备的运行状态。

具体来说，调节器通过改变流体或气体的流量、压力或温度等参数，来实现对设备的控制。

这种控制是通过调节器内部的阀门、活塞或其他可调节部件来实现的。

当需要改变设备的运行状态时，调节器会根据预先设定的控制信号，调整其内部部件的位置或开度，从而改变流体或气体的流动状态，进而实现对设备的控制。

调节器的工作原理可以分为两种基本类型，一种是通过改变流体或气体的流量来实现控制；另一种是通过改变流体或气体的压力来实现控制。

在实际应用中，这两种类型的调节器常常会结合使用，以实现更精确的控制效果。

在工业生产中，调节器被广泛应用于自动化生产线。

例如，通过对流体或气体的流量和压力进行精确控制，调节器可以实现对生产设备的自动调节，从而提高生产效率和产品质量。

在汽车发动机中，调节器通过控制燃油和空气的混合比例，来实现对发动机功率的调节，从而满足不同工况下的需求。

在空调系统中，调节器可以根据室内温度和湿度的变化，自动调节制冷剂的流量和压力，以保持室内环境的舒适度。

总的来说，调节器是一种通过控制流体或气体的流动来实现对设备运行状态的调节的控制装置。

它的工作原理主要是通过改变流体或气体的流量、压力或温度等参数，来实现对设备的控制。

在工业生产和日常生活中，调节器被广泛应用于各种领域，发挥着重要的作用。

通过了解调节器的工作原理，可以更好地理解其在各种设备中的应用，从而更好地实现对设备的控制和调节。

过程控制系统课件第四章调节单元

u = KC e
即调节作用是以偏向存在为前提条件，不可能
做到无静差调节。
在实际的比例控制器中，习惯上使用比例度δ来表示比例控制作用的强弱。
所谓比例度就是指控制器输入偏向的相对变化值与相应的输出相对变化值之比，用百分数表示。
( e / u )100%
em axem in um axum in
式中e为输入偏向；u为控制器输出的变化量；〔emax - emin〕为输入的最大变化量,及输入量程；〔umax –umin〕为输出的最大变化量，即控制器的输出量程。
DDZ-Ⅲ型基型调节器模拟式控制器用模拟电路实现控制功能。其开展经历了Ⅰ型〔用电子管〕、Ⅱ型〔用晶体管〕和Ⅲ 型〔用集成电路〕。
1 DDZ-Ⅲ型仪表的特点4～20mA.DC；内给定信号：1～5V.DC；测量与给定信号的指示精度：±1％；输入阻抗影响：≤满刻度的0.1％；输出保持特性：－0.1％〔每小时〕；输出信号：4～20mA.DC；调节精度：±0.5％；负载电阻：250～750Ω。
1 比例调节规律比例控制数学表达式：
u(t)Kce(t)
u(t)为调节器输出的增量值， e(t) 为被控参数与给定值之差。
纯比例调节器的阶跃响应特性
❖ 比例控制的特点
❖ 控制及时、适当。只要有偏向，输出立即成比例地变化，偏向越大，输出的控制作用越强。
控制结果存在静差。因为，假如被调量偏向为零，调节器的输出也就为零
比例度:
( e / u )100%
em axem in um axum in
假如控制器输入、输出量程相等，那么:
u
e100% 1 100%
umax
u
KC
比例度除了表

调节器用途

调节器用途调节器是一种用来调节信号、电流或压力等参数的装置。

调节器具有广泛的应用领域，包括自动控制系统、通信系统、电力系统、医疗设备、工业厂房等等。

下面将详细介绍调节器的用途。

首先，调节器在自动控制系统中扮演着重要的角色。

自动控制系统是指通过传感器感知输入信号，经过处理后，通过执行机构来实现对被控对象进行控制的系统。

调节器作为控制环节中的一个重要组成部分，可以根据反馈信号对控制参数进行调节，使被控对象保持在期望的状态。

例如，在温度控制系统中，调节器可以根据温度传感器的反馈信号，控制加热或制冷设备的工作，使温度保持在设定值上下波动。

其次，调节器在通信系统中也扮演着重要的角色。

通信系统是指将信息从发送端传输到接收端的系统，其中包括调制解调器、放大器、滤波器等组件。

调节器在通信系统中主要用于对信号进行调制。

调制即将原始信号与载波信号进行合成，从而在频率、相位或幅度上改变原始信号的特性，以便在传输过程中能够更好地抵抗噪声、增加传输距离、提高信号质量等。

调节器可以根据需要选择不同的调制方式，如频率调制、脉冲调制、相位调制等。

调节器在电力系统中也起着至关重要的作用。

电力系统是指将发电厂产生的电能传输到终端用户的系统，其中包括变压器、开关设备、保护装置等组件。

调节器在电力系统中主要用于对电流和电压进行调节。

例如，在输电线路上，调节器可以根据电流变化调节传输线的电压，以保证电力传输的稳定性和效率。

此外，在电力发电和配电系统中，调节器也广泛用于对发电设备和负载设备进行电流电压的调节，以满足不同的功率需求。

另外，调节器在医疗设备中也扮演着重要的角色。

医疗设备是指用于医学诊断、治疗和监测的设备，其中包括心电图仪、血压计、呼吸机等。

调节器在医疗设备中主要用于对生理参数进行调节。

例如，在呼吸机中，调节器可以根据患者的生理状态和需求，调节气流的压力和流量，以保证患者的正常呼吸。

在血压计中，调节器可以根据患者的血压变化，调节气囊的充气和放气，以确保测量的准确性和可靠性。

过程装备控制

2.过程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等.3.流程工业四大参数：温度、压力、流量、液位（或物位）4.控制系统的组成:(1)被控对象(2)测量元件和变送器(3)调节器(4)执行器5.控制系统各参量及其作用:1.被控变量y 指需要控制的工艺参数，它是被控对象的输出信号 2.给定值（或设定值) ys 对应于生产过程中被控变量的期望值3.测量值ym 由检测元件得到的被控变量的实际值4.操纵变量（或控制变量）m 受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号5.干扰（或外界扰动）f 引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素6.偏差信号e 在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差7.控制信号u 控制器将偏差按一定规律计算得到的量。

6.控制系统的分类：（1）按给定值a定值控制系统；b随动控制系统；c程序控制系统（2）按输出信号的影响a闭环控制；b开环控制（3）按系统克服干扰的方式a反馈控制系统；b前馈控制系统；c前馈-反馈控制系统7. 控制系统过度过程定义：从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内，然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。

8.阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点：（1）发散振荡过程：这是一种不稳定的过渡过程，因此要尽量避免（2）等幅振荡过程：被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡幅度恒定不变，这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用（3）衰减振荡过程：被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期就稳定下来，这是一种稳定的过渡过程（4）非振荡的过渡过程：是一个稳定的过渡过程，但与衰减振荡相比，其回复到平衡状态的速度慢，时间长，一般不采用。

9.评价控制系统的性能指标：（1）以阶跃响应曲线形式表示的质量指标: A.最大偏差A（或超调量σ）B.衰减比n C. 过渡时间ts D.余差e E.振荡周期T （2）偏差积分性能指标: A.平方误差积分指标（ISE）B.时间乘平方误差积分指标（ITSE）C.绝对误差积分指标（IAE）D.时间乘绝对误差积分指标（ITAE）10.被控对象特性的定义：就是当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小，速度等）。