过程控制 (4)
过程控制系统第4章-选择、均匀、分程
下图表示两个串联的精馏塔独立设置控制系统. 两个独立 下图表示两个串联的精馏塔独立设置控制系统. 两个独立 运行的单回路液位控制系统 乙塔 甲塔 和流量控制系统工作时是相 QC LC 互矛盾的. 为解决矛盾, 可 互矛盾的 为解决矛盾 在两塔之间增设中间缓冲容 器来克服, 器来克服 但这增加了投资 且对于某些生产连续性很强 的过程又不允许中间储存的时间过长, 的过程又不允许中间储存的时间过长 因 此还需从自动化方案的设计上寻求解决的 甲塔 方法. 均匀控制就是一种解决方案. 方法 均匀控制就是一种解决方案 均匀 LC 控制系统把液位﹑ H 控制系统把液位﹑流量统一在一个控制系 统中, 如左图所示. 所谓均匀控制系统是 统中 如左图所示 所谓均匀控制系统是 指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地﹑ 指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地﹑ 均匀地变化 Q 均匀地变化, 使前后设备在物料供求 上相互兼顾﹑均匀协调的系统. 上相互兼顾﹑均匀协调的系统
Q1 QC1
K
二 氧 化 碳 反 应 器 氧 气
Q1r
主控器 控制阀 主流量变送器 比值器 主对象
Q1
QC2 Q2
混 合
Q2
副控器 控制阀 副流量变送器 副对象
双闭环比值控制系统的主控回路是一定值系统, 双闭环比值控制系统的主控回路是一定值系统 使主流 量的变化较为平稳, 从而副流量的变化也较平稳, 提高 量的变化较为平稳 从而副流量的变化也较平稳 了流量比值的精确度, 另一优点是, 了流量比值的精确度 另一优点是 提降负荷比较方便 只要缓慢地改变主控器的给定值, 就可提降主流量, 只要缓慢地改变主控器的给定值 就可提降主流量 而 副流量也可自动跟踪提降. 副流量也可自动跟踪提降 双闭环比值控制系统的缺点除结构稍复杂, 双闭环比值控制系统的缺点除结构稍复杂 投资稍 多外, 由于两个闭环通过比值器互相联系, 当主﹑ 多外 由于两个闭环通过比值器互相联系 当主﹑副控 制器参数整定不当时, 会引起“共振” 为防“共振” 制器参数整定不当时 会引起“共振”, 为防“共振”, 应 通过对主控制器的参数整定, 通过对主控制器的参数整定 尽量使主回路的输出为非 周期变化. 副控制器一般选PI控制 控制. 周期变化 主﹑副控制器一般选 控制 (四)变比值控制系统 四 变比值控制系统 上述各种比值控制都是定比值方案. 上述各种比值控制都是定比值方案 但生产上维持 流量比恒定往往不是控制的最终目的, 流量比恒定往往不是控制的最终目的 仅仅是保证产品 质量的一种手段. 质量的一种手段 当系统中存在除流量干扰外的其它干
过程控制系统的四个环节以及相关概念。
过程控制系统的四个环节以及相关概念。
过程控制系统，听起来好像是很高大上的东西，其实它就是一种用来控制和管理各种过程的系统。
那这个过程控制系统到底是怎么工作的呢？别着急，我们一步一步来揭开它的神秘面纱。
我们要了解过程控制系统的四个环节。
这四个环节分别是：输入、处理、输出和控制。
1. 输入输入就像是给我们的过程控制系统提供了原材料。
这些原材料可以是各种各样的数据，比如温度、压力、速度等等。
只有当我们把这些数据提供给系统，它才能开始工作。
所以说，输入是非常重要的一步。
2. 处理处理就是过程控制系统的核心部分了。
在这个环节里，系统会对输入的数据进行分析、计算和判断，然后给出相应的指令。
这个过程可能有点像我们人类的大脑，不过它的处理速度可是快得多哦！3. 输出输出就是过程控制系统告诉其他设备或者人应该怎么做的结果。
比如说，如果我们在一个工厂里使用这个系统，那么输出就可能是让机器自动调整生产速度，以达到更好的生产效率。
4. 控制最后一个环节就是控制了。
这个环节的目的是确保整个过程控制系统能够按照我们的要求正常运行。
如果出现了问题，比如说数据有误，那么控制环节就会及时发现并采取措施进行修正。
好了，现在我们已经知道了过程控制系统的四个环节，接下来我们再来聊聊一些相关的概念吧。
1. PID控制器PID控制器是一种非常常见的控制器类型。
它的全称是Proportional-Integral-Derivative Controller,即比例-积分-微分控制器。
这个名字看起来好像很复杂的样子，但其实它的作用很简单：通过调整三个参数(比例系数、积分时间常数和微分时间常数),来实现对系统的控制。
2. 模拟器和模型在某些情况下，我们可能无法直接测试一个实际的过程控制系统。
这时候，我们就可以使用模拟器或者模型来进行测试和研究。
模拟器就是根据实际情况建立的一种虚拟环境，而模型则是对实际过程进行简化和抽象的一种表达方式。
3. 人机界面(HMI)人机界面是指人类与计算机之间进行信息交流的接口。
临汾干线施工作业指导书(过程控制标准)之 4水泥稳定粒料
第四篇半刚性基层、底基层水泥稳定粒料(碎石、砂砾)基层、底基层施工过程中，水泥应重点检测细度、安定性、凝结时间、胶砂强度，散装水泥还应检测温度；集料应检测最大粒径、级配等；混合料应重点检测水泥剂量、级配、强度、拌合均匀性。
现场检查接缝、养生，检测压实度、厚度。
为控制路面整体质量，列入垫层、路缘石等过程质量控制指标。
1 水泥稳定粒料(碎石、砂砾)基层、底基层1.1 原材料1.1.1 水泥水泥质量控制标准见表1-1。
水泥质量控制标准表1-11.1.2集料碎石、砂砾质量控制标准见表1-2。
1.2 水泥稳定粒料施工过程质量控制1.2.1 混合料质量水泥稳定粒料混合料质量控制标准见表1-3。
注：延迟时间为水泥加水拌和到碾压终了的时间。
1.2.2 工艺控制基层、底基层施工工艺质量控制标准见表1-4。
1.2.3 实测项目基层、底基层施工过程实测项目质量控制标准见表1-5。
1.2.4 外观基层、底基层外观质量控制标准见表1-6。
基层、底基层外观质量控制标准表1-62 石灰稳定土、水泥石灰综合稳定土2.1材料2.1.1 水泥(同表1-1)2.1.2 石灰石灰质量技术指标见表2-1。
2.1.3 土土质量技术指标见表2-2。
2.2过程质量控制2.2.1混合料质量石灰稳定土、水泥石灰综合稳定土质量控制标准见表2-3。
石灰稳定土、水泥石灰综合稳定土质量控制标准表2-32.2.2工艺控制路拌法基层、底基层施工工艺质量控制标准见表2-4，场拌法参照表1-4。
施工工艺质量控制标准(路拌法) 表2-42.2.3实测项目施工现场质量控制标准见表2-5。
施工现场质量控制标准表2-52.2.4外观外观质量控制标准见表2-6。
外观质量控制标准表2-63 级配碎石(砂砾)垫层垫层实测项目见表3-1。
4 路缘石铺设4.1 实测项目路缘石铺设实测项目见表4-1。
4.2 外观路缘石外观质量控制标准见表4-2。
5路肩5.1 实测项目路肩实测项目见表5-1。
质量专业理论与实务(中级) _第四章 统计过程控制(4)_2010年版
中大网校引领成功职业人生
中大网校 “十佳网络教育机构”、 “十佳职业培训机构” 网址： 1、在啤酒厂检测啤酒的酒精含量，应采用（ ）
A:ρ控制图
B:n ρ控制图
C:c 控制图
D:X —RS 控制图
答案:D
解析:啤酒厂检验啤酒的酒精含量，属于在液体流程式工艺线上检验
2、若对检验费用高的产品进行控制，最宜选取的控制图为（ ） A:
B:
C:ρ控制图
D:c 控制图
答案:B
解析:
的适用范围包括检验费用高的产品
3、某厂加工手表齿轮轴，为控制其直径，应采用（ ）
A:不合格率ρ控制图
B:均值—极差 —R 控制图
C:不合格数c 控制图
D:不合格数n ρ控制图
答案:B
解析:手表齿轮直径是计量值数据，排除β图、c 图和n ρ图后选B。
统计过程控制(4)
----------专业最好文档，专业为你服务，急你所急，供你所需-------------SPC(Statistical Process Control)统计过程控制一、统计过程控制的基本概念 ⒈ 统计的概念统计（Statistical ，简称S ）：有目的地收集数据、整理数据、并使用相应的方法制图，列表与分析数据的过程。
⒉ 过程(Process ，简称P)：在ISO9000：2000版中，过程的定义是一组将输入转化为输出的相互关联和相互作用的活动。
⒊ 控制（Control ，简称C ）：所谓控制就是通过对图表与数据的分析研究，对过程的异常采取相应的措施进行监控的一种持续改进的活动。
⒋ 统计过程控制（SPC ）的涵义：统计过程控制（Statistical Process Control ，简称SPC ）是为了贯彻预防原则，应用统计技术对过程中的各个阶段进行评估与监察，建立并保持过程处于可接受的并稳定的水平，从而保证产品和服务符合规定的要求的一种技术。
统计技术涉及数理统计的许多分支，但SPC 中的主要工具是控制图。
因此，要想推行SPC 必须对控制图有一定深入的了解，否则就不可能通过SPC 取得真正的实效。
⒌ SPC 的特点：① 强调全员参与，而不是只依靠少数质量管理人员； ② 强调应用统计方法来保证预防原则的实现；③ SPC 不是用来解决个别工序采用什么控制图的问题，SPC 强调从整个过程、整个体系出发来解决问题。
SPC 的重点就在于P （Process ，过程）。
⒍ SPC 的常用工具：① Cpk ：工程能力指数 ② QC 旧七大手法 ③ 管制图 二、控制图的形成原理将通常的正态分布图转个方向，使自变量增加的方向垂直向上，将μ、μ+3σ和μ-3σ分别标为CL 、UCL 、和LCL ，这样就得到了一张控制图。
三、控制图在贯彻预防原则中的作用UCLCL LCL按下述情形分别讨论:情形1：应用控制图对生产过程进行监控，如出现图中的点子上升趋势，显然过程有问题，故异因刚一露头，即可发现，于是可及时采取措施加以消除，这当然是预防。
统计过程控制4
total A B c total ( A ) ( B ) ( C )
2 2 2
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确定工序的总变异(举例）
假定某工序质量特征值受三个因素影响:温度、 压力和时间，无交互作用，若温度变化的标准差 为l，而温度每变化l0F会导致质量特征值改变5个单 位。即Sy Temp=5。若压力变化的标准差为21bs/in2， 并且压力变化 会导致质量特征值变化2个单位，即 Sy press=2 。时间变化的标准差为3秒· 且时间每变化 3秒种会导致质量特征变化l个单位，所以Sy Time =l， 因此，质量特征值的总变异：
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45.15%
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95.44%
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11.04%
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0.37%
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确定工序的总变异
推断正态分布的参数 总体参数 集中程度 离散程度 μ σ 样本统计量 Ｘ s
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两个离散分布 ■ 二项式分布
—试验次数固定 —每次试验相互独立 —每次试验结果只有二个 —每次试验概率保持不变
d Ｐ ( x d ) cn P d (1 P ) n d
■ 泊松分布
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中位数的优、缺点
优点 中位数不受超常值的影响。
缺点 需要对数据排序，对大样本将非常繁琐。
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众数的优缺点
过程控制四层次
(GB50300—2001过程控制的四层次)作业指导书GB50300—2001 系列的主要特点是：验评分离、强化验收、完善手段、过程控制。
完善手段、过程控制是监理实务的重要课题；其中，监理单位实施GB50300—2001 系列，过程控制当为重中之重，在准确理解的基础上，采取有效措施，监理实务可事半功倍。
过程控制可分为四个层次：一原则要求，施工现场质量管理应 :1.有相应的施工技术标准；（此系操作依据）2.健全的质量管理体系；（GB50300—2001附录A表A.0.1《施工现场质量管理检查表》列出了考核的要求）3.施工质量检验制度；（可参阅GB/T50326—2001相关条款）4.综合施工质量水平评定考核制度。
（施工单位资质、人员素质及等前三项要求形成的综合效果或成效）以上四项是GB50300—2001第3.0.1对施工单位的原则要求，当然亦应列入监理单位监督、核查工作的清单。
二加强工序质量控制，工序质量控制是过程控制的基础；要之，过程控制是有形的，应落实到可操作的工序：建筑工程应按下列规定进行施工质量控制：1.建筑工程采用的主要材料、半成品、成品、建筑构配件、器具和设备应进行现场验收。
凡涉及安全、功能的有关产品，应按各专业工程质量验收规范规定进行复验，并应经监理工程师或建设单位技术负责人检查认可。
（注意验收、复验、认可三层次把关）2.各工序应按施工技术标准进行质量控制，每道工序完成后，应进行检查。
（完善工序质量控制，实行控制点、检查点、停止点“三点制”质量控制制度：其中，控制点对工艺流程中能检查的点，提出控制措施，进行控制，使工艺流程的每个点在操作中都达到质量要求；检查点从控制点中，寻找比较重要的点进行检查，检查控制措施的落实情况、控制措施的有效情况、质量指标测量结果的符合性；停止点对重要的控制点和检查点进行全面、仔细检查，能反映该工序质量的指标。
）三工序和相关各专业工种之间，应进行交接检验，并形成记录。
过程控制系统 第4章 简单控制系统
设定值 偏差
Gf(s)
R(s) E(s)
Gc(s)
Ym(s)
U(s)
Gv(s) Gm(s)
(b)
Q(s)
Gp(s)
Go(s)
Y(s)
图 4-2 简单控制系统的框图
4.2 简单控制系统的设计
4.2.1控制系统设计概述
首先，要求自动控制系统设计人员在掌握较为全面的自动化专 业知识的同时，也要尽可能多地熟悉所要控制的工艺装臵对象； 其次，要求自动化专业技术人员与工艺专业技术人员进行必要 的交流，共同讨论确定自动化方案； 第三，自动化技术人员要切忌盲目追求控制系统的先进性和所 用仪表及装臵的先进性。工艺人员要进一步建立对自动化技术 的信心，特别是一些复杂对象和大系统的综合自动化，要注意 倾听自动化专业技术人员的建议； 第四，设计一定要遵守有关的标准﹑行规，按科学合理的程序 进行。
⑵ 对检测变送信号的处理
检测变送信号的数据处理包括信号补偿、线性化、
信号滤波、数学运算、信号报警和数学变换等。
① 信号补偿
热电偶检测温度时，由于产生的热电势不仅与热端温度有关， 也与冷端温度有关，因此需要进行冷端温度补偿； 热电阻到检测变送仪表之间的距离不同，所用连接导线的类型 和规格不同，线路电阻不同，因此需要进行线路电阻补偿； 气体流量检测时，若检测点温度、压力与设计值不一致，因此 需要进行温度和压力的补偿； 精馏塔内介质成分与温度、塔压有关，正常操作时，塔压保持 恒定，可直接用温度进行控制，当塔压变化时，需要用塔压对 温度进行补偿等。
② 从保证产品质量出发，当发生控制阀处于 无能源状态而回复到初始位臵时，不应降低产 品的质量，如精馏塔回流量控制阀常采用气关 式，一旦发生事故，控制阀全开，使生产处于 全回流状态,防止不合格产品的蒸出，从而保 证塔顶产品的质量。
天津大学过程控制系统 4)串级控制系统(王江教授)
School of electrical engineering and automation
天津大学电气与自动化工程学院
9
过程控制系统
2011-05-08
第四章串级控制系统
过程特性的讨论
（ 1 ）扰动压力 P 与被控 温度T（无控制）的因果 关系。 （ 2 ）当压力 P 变化时， 哪种发生改变的影响可 测。
School of electrical engineering and automation
天津大学电气与自动化工程学院
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过程控制系统
2011-05-08
第四章串级控制系统
串级控制系统中的常用名词
主变量：是工艺控制指标，在串级控制系统中起主导作用的被控变量； 副变量：是在串级控制系统中为了稳定主变量或因某种需要引入的辅助 变量； 主对象：是表征主变量特性的生产设备；（在管式炉管中，主要指原料 油受热管道） 副对象：是表征副变量特性的生产设备；（在管式炉管中，主要指燃料 油燃烧装置） 主控制器：按主变量对给定值的偏差而动作，其输出作为副控制器的给 定值； 副控制器：其给定值由主控制器的输出所决定，并按副变量对给定值的 偏差而动作； 主回路：是由主测量、变送，主、副控制器，执行器和主、副对象构成 的外环回路； 副回路：是由副测量、变送，副控制器，执行器和副对象构成的内环回 路。
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过程控制系统
2011-05-08
第四章串级控制系统
示例（2）
合成氧厂的硝酸生产过程，国内在60年代初最早使用的串级控 制。 Pt 4NH3 5O 2 4NO 6H2O Q 氨氧化生成一氧化氮过程： 840 o C
被控变量：氧化炉温度 操作变量：加入的氨量 被控对象：滞后大，时间常数大 干扰分析：氨压力和流量影响大 方案1：氨流量定值控制；炉温是开环 方案2：炉温定值控制；氨流量压力影响大 方案3：炉温主环，氨流量副环的串级控制
过程控制工程第4章PID控制器讲义
Kc u (t ) K c (t )e TI
比例环节
e( )d u
0
t
0
积分时间常数
Kc 增量形式 u (t ) K c (t )e TI
传递函数 Gc ( s)
1 1 e 0 e( )d TI
t
0 e( )d
控制器的输出信号u与输入偏差信号e的积分成比例关系
1 u (t ) TI
积分时间常数
t
0
e( )d u0
控制器输出的稳态值
河南理工大学 电气工程与自动化学院
积分作用对控制性能的影响
河南理工大学 电气工程与自动化学院
4.1 PID控制原理---积分控制
特 点
1. 能消除稳态余差，提高稳态控制精度；
2. 使系统的相位滞后90o，造成控制作用不及时，动态品质变差，过渡过程缓慢，
积分控制是牺牲了动态品质来换取稳态性能的改善； 3. 增大积分作用（或减小积分时间常数）可以在一定程度上提高响应速度，但会加 剧系统的不稳定性，使振荡加剧； 4. 不单独使用。
河南理工大学 电气工程与自动化学院
4.1 PID控制原理---比例积分控制
河南理工大学 电气工程与自动化学院
比例增益对开环不稳定系统稳定裕量的影响
Bode Diagram Gm = -39.2 dB (at 0 rad/sec) , Pm = 89.4 deg (at 45.5 rad/sec) 40
对开环不稳定的一 阶惯性系统，比例 增益越大，系统的 稳定裕量越大，稳 定性越好。
2 K c e
ui (t )
K c e
o e
t0 Ti
u p (t )
质量专业职业资格-继续教育必修项目培训习题及参考答案-统计过程控制(4)
质量专业职业资格继续教育必修项目培训 习题及参考答案 统计过程控制、单项选择题D.只存在偶然因素而不存在异常因素所造成的变异状态 6. 控制图是（C ）°A. —种用于控制成本的图B.根据上级下达指标设计的图C.用于监控过程质量是否处于统计控制状态的图D.利用公差界限控制过程的图7. 下述控制图中采用两张控制图的是（ C ）°A.计点值控制图B.计件值控制图C.计量值控制图D.计数值控制图8. 在摩托车的喷漆工序，为了控制喷漆中的疵点，应采用（D ）°A.不合格品率p 控制图 B.均值X 控制图C.极差R 控制图D.不合格数np 控制图9. 过程能力指数应该（B ）进行计算°A.收集一些令顾客满意的数据 B.在统计控制状态下收集数据C.在生产过程无偶然因素影响的情况下收集数据D.随机收集数据10. 在控制图的应用中，由于界内点排列不随机导致的判异使（A ）°A. a 不变，B 减小B. a 增大，B 减小C. a 减小，B 减小D. a 减小，B 增大11. 过程性能指数可以反映出系统当前的实际状态，而（D ）进行计算1. 2.控制图的控制限可以用来（B ）°A.判断过程中心与技术要求中心是否发生偏移 C.判断过程产品是否合格求在控制图中，a 又称为（B ）的错误A.漏发警报B.虚发警报B.判断过程是否稳定D.判断过程能力是否满足技术要C.错发警报 3. 4. 5.若对检验费用高的产品进行控制，最宜选取的控制图为（A. X-R 控制图B.X-R S 控制图C.P 控制图D.C 控制图某厂加工手表齿轮轴，为控制其直径，应采用（B ）°A. p 控制图B.X-S 控制图C.C 控制图统计控制状态是（D ）°A.过程绝对平稳的状态B.没有偶然因素的状态C. D.不发警报）°D np 控制图未出现重大故障的状A.要求在没有偶然因素的条件下 B.要求在未出现重大故障状态下C.要求必须在稳态条件的条件下D.不要求在稳态的条件下12.当产品质量特性值分布的均值与公差中心重合时，（A ）。
施工起重机械设备安装、拆卸过程的控制（4篇）
施工起重机械设备安装、拆卸过程的控制施工起重机械设备的安装和拆卸是一个复杂而关键的过程，必须进行有效的控制，以确保作业安全和高效性。
本文将对施工起重机械设备安装和拆卸的控制过程进行详细讨论，突出关键的控制要点。
一、准备工作在进行施工起重机械设备的安装和拆卸之前，必须进行充分的准备工作。
这包括但不限于以下几个方面：1.1施工计划的制定：在安装和拆卸过程中，必须制定详细的施工计划，明确安装和拆卸的步骤和方法。
1.2安全措施的制定：在进行施工起重机械设备的安装和拆卸之前，必须制定相应的安全措施，确保作业人员和周围环境的安全。
1.3现场准备工作：在进行安装和拆卸之前，必须对施工现场进行充分的准备工作，包括清理施工区域、确保相关设备和工具的完好等。
二、施工起重机械设备的安装控制安装施工起重机械设备是一个十分重要的过程，必须严格控制。
以下是施工起重机械设备安装过程的关键控制要点：2.1设备准备：在安装之前，必须检查起重机械设备的状态，包括机械部件的完好性和润滑状况，电气元件的正常工作等。
2.2设备安装：在进行设备安装时，必须按照施工计划的要求进行，确保设备的准确安装和牢固固定。
2.3操作人员的培训和配备：安装过程中必须配备经过专业培训的操作人员，确保其具备必要的技能和知识，能够熟练操作起重机械设备。
2.4安全措施的执行：在进行设备安装的过程中，必须执行相应的安全措施，包括穿戴安全装备、设立警示标志、确保作业人员间的有效沟通等。
2.5施工现场的监控：安装过程中必须对施工现场进行有效的监控，以及时发现和解决潜在的安全隐患。
三、施工起重机械设备的拆卸控制拆卸施工起重机械设备也是一个十分重要的过程，同样需要进行严格的控制。
以下是施工起重机械设备拆卸过程的关键控制要点：3.1设备准备：在拆卸之前，必须对起重机械设备进行彻底的检查，包括机械部件的状态和电气元件的工作状况等。
3.2拆卸计划的制定：在拆卸过程中，必须制定详细的拆卸计划，明确拆卸的步骤和方法，确保安全和高效。
过程控制系统(第4版)
本章小结 习题
0 1
5.1简单控 制系统的分 析
0 2
5.2简单控 制系统的设 计
0 3
5.3简单控 制系统的整 定
0 4
5.4简单控 制系统的投 运
0 6
5.6利用 MATLAB对 简单控制系 统进行仿真
0 5
5.5简单控 制系统的故 障与处理
本章小结
习题
6.1串级控制 1
系统的基本概 念
6.2串级控制
本章小结
0 6
习题
8.1比值控制
1
系统
8.2均匀控制
2
系统
3 8.3分程控制
系统
4 8.4自动选择
性控制系统
5 8.5顺序控制
系统
本章小结
8.6利用MATLAB对 特殊控制系统进行
仿真
习题
9.2解耦控制系统 的分析
9.1解耦控制的基 本概念
9.3解耦控制系统 的设计
9.4解耦控制系统的 实施
本章小结
习题
作者介绍
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读书笔记
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精彩摘录
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谢谢观看
2
系统的分析
3 6.3串级控制
系统的设计
4 6.4串级控制
系统的整定
5 6.5串级控制
系统的投运
本章小结
6.6利用MATLAB对 串级控制系统进行
仿真
习题
0 1
7.1补偿控 制的原理
0 2
过程控制第4章被控对象数学模型讲解
令T RC、K R
dh T dt h K qi
T
dh dt
h
K
qi
对上式作拉氏变换： TsH (s) H (s) K Qi (s)
H(s) K
一阶对象的传递函数：
Qi (s) Ts 1
该对象的阶跃响应： 如果qi为幅值为a的阶跃响应，则
H
(s)
K Ts 1Qi
qi C
q0
R
单位时间流入水槽的物料 — 单位时间流出水槽的物料 ＝水槽物料储藏量的变化率
qi
qo
dV dt
V Ch
qi
qo
C
dh dt
由于出口流量可以近似地表示为：
qo
h R
R：出口阀门的阻力系数、液阻（与阀门开度有关）
h dh
消去qo： qi
R
C dt
dh RC dt h R qi
根据流体力学原理，水箱出口流量与H是存在一定的对应关系的： q0 H / R
R：出口阀门的阻力系数、液阻（与阀门开度有关）
因此，qi H qo，直至qi=qo可见该系统受到干扰以后，即使不加控制，最 终自身是会回到新的平衡状态，这种特性称为“自衡特性”。 右图：如果水箱出口由泵打出，其不同之处在于：qi当发生变化时，qo不发生变化。如
建模目的：
设计过程控制方案（被控变量及检测点选择，控制 变量的确定，控制结构形式都与对象特性有关） 整定控制器参数（控制规律的选择） 指导设计生产工艺设备 进行仿真试验研究 培训系统运行操作人员
4.2被控对象数学模型的建立
《过程控制》
《过程控制》课程笔记第一章概论一、过程控制系统组成与分类1. 过程控制系统的基本组成过程控制系统主要由被控对象、控制器、执行器、检测仪表四个部分组成。
（1）被控对象：指生产过程中的各种设备、机器、容器等，它们是生产过程中需要控制的主要对象。
被控对象具有各种不同的特性，如线性、非线性、时变性等。
（2）控制器：控制器是过程控制系统的核心部分，它根据给定的控制策略，对检测仪表的信号进行处理，生成控制信号，驱动执行器动作，从而实现对被控对象的控制。
控制器的设计和选择直接影响控制效果。
（3）执行器：执行器是控制器与被控对象之间的桥梁，它接收控制器的信号，调节阀门的开度或者调节电机转速，从而实现对被控对象的控制。
执行器的响应速度和精度对控制系统的性能有很大影响。
（4）检测仪表：检测仪表用于实时测量被控对象的各项参数，如温度、压力、流量等，并将这些参数转换为电信号，传输给控制器。
检测仪表的准确性和灵敏度对控制系统的性能同样重要。
2. 过程控制系统的分类根据控制系统的结构特点，过程控制系统可以分为两大类：开环控制系统和闭环控制系统。
（1）开环控制系统：开环控制系统没有反馈环节，控制器根据给定的控制策略，直接生成控制信号，驱动执行器动作。
开环控制系统的优点是结构简单，成本低，但缺点是控制精度较低，容易受到外部干扰。
（2）闭环控制系统：闭环控制系统具有反馈环节，控制器根据检测仪表的信号，实时调整控制策略，生成控制信号，驱动执行器动作。
闭环控制系统的优点是控制精度高，抗干扰能力强，但缺点是结构复杂，成本较高。
二、过程控制系统性能指标1. 稳态误差：稳态误差是指系统在稳态时，输出值与设定值之间的差值。
稳态误差越小，表示系统的控制精度越高。
稳态误差可以通过调整控制器的参数来减小。
2. 动态性能：动态性能是指系统在过渡过程中，输出值随时间的变化规律。
动态性能指标包括上升时间、调整时间、超调量等。
动态性能的好坏直接影响到系统的响应速度和稳定性。
过程控制仪表课后答案第4章
思考与练习题参考答案第4章执行器（1）执行器在过程控制中起什么作用？常用的电动执行器与气动执行器有何特点？答：执行器是过程控制系统中一个重要的组成部分，它的作用是接受来自控制器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积，以改变被控参数的流量，控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制，使生产过程满足预定的要求。
电动执行器能源取用方便，动作灵敏，信号传输速度快，适合于远距离的信号传送，便于和电子计算机配合使用。
但电动执行器一般来说不适用于防火防爆的场合，而且结构复杂，价格贵。
气动执行器是以压缩空气作为动力能源的执行器，具有结构简单、动作可靠、性能稳定、输出力大、成本较低、安装维修方便和防火防爆等优点，在过程控制中获得最广泛的应用。
但气动执行器有滞后大、不适于远传的缺点，为了克服此缺点，可采用电/气转换器或阀门定位器，使传送信号为电信号，现场操作为气动，这是电/气结合的一种形式，也是今后发展的方向。
（2）执行器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：执行器由执行机构和调节机构（又称为调节阀）两个部分组成执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号的大小，产生相应的推力，推动调节机构动作。
调节机构是执行器的调节部分，在执行机构推力的作用下，调节机构产生一定的位移或转角，直接调节流体的流量。
（3）简述电动执行器的构成原理，伺服电机的转向和位置与输入信号有什么关系？答：电动执行机构由伺服放大器和执行机构两部分组成。
伺服放大器是由前置磁放大器、触发器，可控硅主回路及电源等部分组成。
执行机构又包括两相伺服电动机、减速器和位置发送器。
伺服放大器综合输入信号和反馈信号，并将该结果信号加以放大，使之有足够大的功率来控制伺服电动机的转动。
根据综合后结果信号的极性，放大器应输出相应极性的信号，以控制电动机的正、反运转前置级磁放大器是一个增益很高的放大器，来自控制器的输入信号和位置反馈信号在磁放大器中进行比较，当两者不相等时，放大器把偏差信号进行放大，根据输入信号与反馈相减后偏差的正负，放大器输出电压，控制两个晶体管触发电路中一个工作，一个截止。
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kPa)的大小产生相应的推力，
使执行机构拉杆产生相应位移， 推动调节机构动作。
第三章 过程检测技术
气动执行机构的结构形式：
第 三 节 执 行 器
薄膜执行机构
活塞执行机构
长行程执行机构 滚膜片执行机构
第三章 过程检测技术
第 三 节 执 行 器
第三章 过程检测技术
第 三 节 执 行 器
行。
第三章 过程检测技术
调节机构：习惯上称为调节阀，是
第 三 节 执 行 器
执行器的调节部分，其内腔直 接与被调介质接触，调节流体 的流量，是一个可变阻力的节
流元件。通过阀芯在阀体内的
移动，改变阀芯与阀座之间的
第三章 过程检测技术
流通面积，从而改变被调介质
第 三 节 执 行 器
的流量，达到自动调节工艺参 数的目的。
第 一 节 变 速 器
第三章 过程检测技术
第 一 节 变 速 器
第三章 过程检测技术
温度变送器的反馈部分两种形式：
第 一 节 变 速 器
线性电阻网络：即线性反馈，
结果保证输入电压Ui与输出电流
I0之间成线性关系，一般在直流 毫伏变送器中采用。
第三章 过程检测技术
反馈回路具有与测温元件相类
系数K很大，故放大回路的传递
函数可以认为等于反馈电路的 传递函数Wf(S)的倒数，即
第三章 过程检测技术
第 一 节 变 速 器
则热电偶输入温度变送器的传递函
数为
第三章 过程检测技术
上式说明，欲使热电偶输入的温度
第 一 节 变 速 器
变送器保持线性，就要使反馈
电路的特性曲线与热电偶的特 性曲线相同，即变送器放大回 路的反馈电路输入与输出特性 要模拟成热电偶的非线性特性
节阀则是执行器中最广泛使用
的形式。
第三章 过程检测技术
分类：按照工作能源分
第 三 节 执 行 器
气动执行器
电动执行器
液动执行器
第三章 过程检测技术
气动执行器：以压缩空气为能源，
第 三 节 执 行 器
一般指气动调节阀。 主要特点：结构简单、动作可靠、 性能稳定、故障率低、价格便
宜、维修方便、本质防爆、容
第三章 过程检测技术
2、按照变送器的驱动能源分：
第 一 节 变 速 器
气动变送器：以压缩空气为驱 动能源。
电动变送器：以电力为能源。
第三章 过程检测技术
第 一 节 变 速 器
第三章 过程检测技术
4.1.1 差压变速器
第 一 节 变 速 器
用来把差压、流量、液位等被测参
数转换成为统一标准信号 ，并 将此统一信号输送给指示 、记 录仪表或调节器等，以实现对
一般热电偶输出的毫伏值与所
代表的温度之间是非线性的， 各种热电偶的非线性也不一
第三章 过程检测技术
不一样，而且同一种热电偶在不
第 一 节 变 速 器
同的测量范围其非线性程度也不
相同。例如铂铑热电偶的特性曲 线是凹向上的，而镍铬－镍铝热 电偶特性曲线开始是凹向上的， 温度升高时又变为凹向下呈S形。
第三章 过程检测技术
第 一 节 变 速 器
送器，只需要用一根穿线管道。
第三章 过程检测技术
两线制变送器如装于易燃易娱 的环境中，需另配用一只安全 栅，以限制输入现场的最大能 量。对于四线制变送器，如在 上述同样的条件下使用，所需 的安全栅就要增加。
第 一 节 变 速 器
第三章 过程检测技术
4.1.3 温度变速器
第 一 节 变 速 器
第三章 过程检测技术
工作原理：调节信号压力p通入薄
第 三 节 执 行 器
膜气室作用于波纹膜片2上，产 生向下推力使推杆4向下移动， 将压缩弹簧6压缩，直到弹簧反 作用力与信导压力在波纹膜片 上的推力相平衡，使推杆稳定
第三章 过程检测技术
在一个新位置为止。因此执行机
第 三 节 执 行 器
构的输出就是推杆的位移，它与 信号压力成比例关系。信号压力 越大，推杆的位移量也越大。拉 杆的位移就是执行机构的直线输 出位移，也称为行程。
第三章 过程检测技术
在热电偶与热电阻的温度交送
第 一 节 变 速 器
器中采用了线性化电路，信号
与被测温度信号保持了线性关 系。 线路中采取了安全火花防爆措 施，兼有安全栅的功能，可用
于危险场所中的温度或直流毫
伏信号测量。
第三章 过程检测技术
热电偶温度变速器的工作原理：
第 一 节 变 速 器
热电偶温度变送器要求变送器的输 出电压信号与相应的变送器输 入的温度信号成线性关系。但
调介质本身作为能源工作。例
如蒸汽压力调节。这类调节器 多用于调压、稳流等要求不很 严格的就地调节系统，结构简 单，价格低廉。
第三章 过程检测技术
② 间接作用调节器：这种调节器利
第 二 节 调 节 器
用外加能源，按照外加能源的
不同，有电动调节器、气动调 节器及液动调节器。在石油化 工生产中以气动及电动形式应 用最多。具有性能稳定、便于
对生产过程进行自动调节。
第三章 过程检测技术
分类一：按调节器输出信号的正负
第 二 节 调 节 器
① 假如被调参数的测量值增加时，
调节器的输出信号也增加，则 称为正作用调节器。
② 测量值增加时输出信号减小的则
称为反作用调节器。
第三章 过程检测技术
分类二：按照仪表所用能源
第 二 节 调 节 器
① 直接作用调节器（自力式调节 器）：不用外加能源，利用被
易做成大功率等。
第三章 过程检测技术
气动执行器能与气动单元组合仪表
第 三 节 执 行 器
配套使用，还可以通过电—气 转换器或电—气阀门定位器， 与电动调节仪表或控制计算机
配套使用。
第三章 过程检测技术
气动执行器由气动执行机构和调节
第 三 节 执 行 器
机构两部分组成。 执行机构是执行器的推动装置，它 按调节器输出气压信号(20~100
(1) PID调节器的组成
第 二 节 调 节 器
从整定方式来分，调节器有普通型 和电压整定型两种。 两种调节器基本组成相同，区别只 是在参数整定电路方面。
第三章 过程检测技术
普通型调节器中，参数的整
第 二 节 调 节 器
定只能就地进行，可以用调整电
位器的阻值或用波段开关切换电 阻或电容来改变整定参数。在电
温度变送器与各种热电偶或热电阻 配合使用，将被测温度线性地 转换为0~10 mA或4~20 mA直流 电流信号，以便与显示、记录 和调节单元配合工作。 以DDZ-III型温度变速器为例。
第三章 过程检测技术
按照采用的测温传感器的不同类型，
第 一 节 变 速 器
温度变送器分为三种类型：
直流毫伏变送器 电阻体温度变送器
第三章 过程检测技术
气动执行器根据需要还可以配上阀
第 三 节 执 行 器
门定位器和手轮机构等辅助装 置。阀门定位器与气动执行器 配套使用，利用阀位负反馈原
理来改善执行器的性能，使执
行器能按调节器的控制信号实 现准确的定位。
第三章 过程检测技术
当调节系统因停电、气源
第 三 节 执 行 器
中断、调节器无输出或执行机 构失灵时，可用手轮机构直接 操作调节阀，维持生产正常进
关系。
第三章 过程检测技术
因此，热电偶温度变送器的关键技
第 一 节 变 速 器
术是如何使放大回路的反馈电
路具有热电偶的非线性特性。
第三章 过程检测技术
调节器的作用：是将参数测量值和
第 二 节 调 节 器
规定的参数值（给定值）相比 较后，得出被调量的偏差，再 根据一定的调节规律产生输出
信号，从而推动执行器工作，
拟调节器中最完善的调节器。
第三章 过程检测技术
使 PID 调 节 器 的 积 分 时 间
第 二 节 调 节 器
TI→时，即得到PD调节器；使
微分时间TD=0时，即成为PI调节 器；同时使TI→和TD=0时，则 成为P调节器。可见，PID、PI、 PD和P调节器的组成是基本相同 的，它们之间只是运算电路部分 有所不同。
远距离传送等特点。
第三章 过程检测技术
分类三：按照调节规律划分
第 二 节 调 节 器
如：PID调节器
调节规律：指调节器的输出信号y
与输入信号（偏差）e间随时间 变化的规律。
第三章 过程检测技术
PID调节器
第 二 节 调 节 器
PID调节器实际上是一个运算装置，
实现对输入信号的比例、积分、 微分等各种运算功能。它是模
特性不能是线性的。假设热电偶
的特性是凹向上的，若要使t℃与
USC 的关系呈线性变化，则变送
器放大回路的特性曲线必须是凹
向下的。
第三章 过程检测技术
热电偶温度变送器是由热电
第 一 节 变 速 器
偶输入回路和放大回路两部分组
成。为了得到线性关系，必须使 放大回路具有非线件，这一般是 采用反馈电路非线性来实现的。 图4-31为热电偶温度变送器方框
压整定型调节器中，整定参数P、 TI 、TD 受外给电压控制，因此可 自整定等。
以做到远程整定、第三参数整定、
第三章 过程检测技术
第 二 节 调 节 器
第三章 过程检测技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
执行器的作用是接受调节器送来的
第 三 节 执 行 器
控制信号，自动地改变操纵量 (如介质流量、热量等)，达到对 被调参数(如压力、温度、液位 等)进行调节的目的。因此是自 动调节系统的终端部件，而调
第四章 过程控制装置