过程控制与自动化仪表(复习要点)

过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或者一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部份。

被控对象和自动化仪表(包括计算机)两部份组成。 (被控参数，控制参数，干扰量f(t)，设定值r(t)，反馈值z(t)，偏差e(t)，控制作用u(t))

(1)反馈控制系统(2)前馈控制系统(3)前馈-反馈复合控制系统；按定值不同： (1)定值控制系统(2)随动控制系统(3)顺序控制系统

根据稳定性、快速性、准确性的要求提出以下

单向性能指标： (1)衰减比(2)最大动态偏差和超调量(3)参预偏差(4)调节时间、峰值时间和振荡频率

综合性能指标： (1)偏差绝对值积分IAE (2)偏差平方积分ISE (3)偏差绝对值与时间乘积积分ITAE (4)时间乘偏差平方积分ITSE

1、检测误差的描述

(1)真值所谓真值是指被测物理量的真实 (或者客观)取值。在当前现行的检测体系中，

许

多物理量的真值是按国际公认的公式认定的，即用所谓“认定设备”的检测结果作为真值。

(2)最大绝对误差绝对误差是指仪表的实测示值x 与真值x

a

的最大差值，记作△，即△=x-x

(3)相对误差δ=△/x

a

*100%

(4)引用误差γ=△/ (x

max -x

min

) *100%

(5)基本误差基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所浮现的误差。

(6)附加误差附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所浮现的误差。

2、检测误差的规律性

(1)系统误差系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量时，按一定规律浮现的误差。

(2)随机误差或者统计误差当对同一被测参数进行多次重复测量时，误差绝对值的大小和符号不可预知地随机变化，但就总体而言具有一定的统计规律性，通常将这种误差称为随机误差或者统计误差。

(3) 粗大误差又称疏忽误差。这种误差是由于测量者疏忽大意或者环境条件的蓦地变化而引起的。

传感器、变送器

固有特性： (1)精确度及其等级 (2)非线性误差(3)变差(4)灵敏度和分辨力(5)漂移(6)动态误差

a

工作特性： (1)检测仪表的工作特性(2)零点调整与迁移(3)量程调整

(1)摹拟式变送器的构成原理

摹拟式变送器彻底由摹拟试元器件构成， 它将输入的各种被测参数 (如温度、压力、流 量、液位、成份等)转化成统一标准的摹拟信号，其转换性能彻底取决于所采用的硬件。

摹拟变送器主要有测量、放大、反馈、零点调整与零点迁移、量程调整等及部份组成。

(2)数字式变送器的构成原理

数字式变送器是由以微处理器(CPU )为核心构成的硬件电路和由系统程序，功能模 块构成的软件两大部份构成。

数字式变送器的硬件主要包括传感器组件、 A/D 转换器、微处理器、存储器和通信电 路等。数字式变送器的软件分为系统程序和功能模块两部份。

1、温度 T ：热电阻 PT100、热电偶、热电效应、补偿

热电阻的接线方式 P28

2、压力 Pa ：压力变送器、零点漂移

3、液位：液位变送器

4、流量

5、........

注意零点迁移，量程调整

存储器

D/A FSK 信号 转换器

通信电路

A/D 转换器

传感器组件

CPU

x

零点迁移

z －

z f

反馈回路 K

f

测量部份 K

i

放大器 K z

＋ ＋

x

y

i

工程上，通常将调节器的输出随反馈输入的增大而增大时，称为正作用调节器；而将调节器的输出随反馈输入的增大而减小时，称为反作用调节器。

有自动调节阀门、自动电压调节器、自动电流调节器、控制机电等。其中自动调节阀门是最常见的执行器，种类繁多。

执行器由执行机构和调节机构(调节阀)两部份组成。

执行器由执行机构和调节机构 (调节阀) 两部份组成。接受调节器输出的控制信号，并转换成直线位移或者角位移来改变调节阀的流通面积，以控制流入或者流出被控过程的物料或者能量，从而实现对过程参数的自动控制。

1 、调节阀气开、气关的选择，主要从工艺生产的安全来考虑。换句话说，当发生断电或者其他故障引起控制信号中断时，执行器的工作状态应避免损坏设备和伤害操作人员。

被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度(相对位移)间的关系称为调节阀的流量特性。

f ( l )

L

为了使气动调节阀能够接收电动调节器的输出信号，必须把标准电流

信号转换为标准气压信号。 其将 4~20mA 的电流信号转换成 20~100KPa 的标准气压信号。

气动调节阀中， 阀杆的位移是由薄膜上气压推力与弹簧反作用力平衡确

定的。 为了防止阀杆处的泄漏要压紧填料，使阀杆磨擦力增大，且个体差异较大， 这会影响 输入信号 P 的执行精度。在调节阀上加装阀门定位器，引入阀杆位移负反馈。使阀杆能按 输入信号精确地确定自己的开度。

实际应用中，常把电/气转换器和阀门定位器结合成一体，组成电/气阀门

定位器。

1、机理演绎法

2、试验辨识法

3、机理演绎与

实验辨识相结合的混合法

第五章：

简单控制系统的设计的方法 1、传感器、变送器、仪表、测控选择

2、调节器

3、执行器的选择(电动、气动)

一、被控参数的选取： 1)对于具体的生产过程，应尽可能选取对产品质量和产量、安全生 产、经济运行以及环境保护等具有决定性作用的、可直接参数作为被控参数 。2)当难以用 直接参数作为被控参数时，应选取与直接参数有单值函数关系的所谓间接参数作为被控参 数。 3)当采用间接参数时，该参数对产品质量应具有足够高的控制灵敏度，否则难以保证 对产品质量的控制效果。 4)被控参数的选取还应考虑工艺上的合理性和所用测量仪表的性 能、价格、售后服务等因素 。

控制参数的选取： 1)选择结果应使控制通道的静态增益 K0 尽可能大，时间常数 T0 选 择适当。 2)控制通道的纯时延时间 应尽可能小, 和 的比值普通应小于 0.3。3)干 扰通道的静态增益 应尽可能小；时间常数 应尽可能大，其个数尽可能多；扰动进入系 统的位置应尽可能远离被控参数而挨近调节阀。这样选择对抑制扰动对被控参数的影响均有 利。 4)当广义被控过程由几个一阶惯性环节串联而成时，应尽量设法使几个时间常数中的 最大与最小的比值尽可能大，以便尽可能提高系统的可控性。 5)在确定控制参数时，还应 考虑工艺操作的合理性、可行性与经济性等因素

二、仪表的选择 (变送器、执行器) 为了减小测量信号与被控参数之间的动态偏差，应尽可 能选择快速测量仪表，并且注意以下几点问题： 1) 应尽可能做到对测量仪表的正确安装， 这是因为安装不当会引起不必要的测量误差，降低仪表的测量精度； 2) 对测量信号应进行

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