过程控制与自动化仪表(复习要点)

填空30 问答20 分析10 设计15 计算分析25

第一章：

什么是过程控制？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分。

过程控制系统的组成：被控对象和自动化仪表（包括计算机）两部分组成。（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)）

过程控制系统的分类：按结构不同：（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

过程控制系统的性能指标：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）参与偏差（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

第二章：

检测误差的类型、怎样克服？

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 a

（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出现的误差。

（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出现的误差。

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，按一定规律出现的误差。克服系统误差的有效方法之一是利用负反馈结构。

（2）随机误差或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统计误差。引起随机误差的原因很多且难以掌握，一般无法预知，只能用概率和数理统计的方法计算它出现的可能性的大小，并设计合适的滤波器进行消除。

（3）粗大误差又称疏忽误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后再将其剔除。

检测仪表的组成：传感器、变送器

检测仪表的基本特性

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

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

变送器的构成原理：

（1）模拟式变送器的构成原理

模拟式变送器完全由模拟试元器件构成，它将输入的各种被测参数（如温度、压力、流量、液位、成分等）转化成统一标准的模拟信号，其转换性能完全取决于所采用的硬件。

（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分构成。

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分。

五大参数的检测方法：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、........

各类变送器的组成、应用：注意零点迁移，量程调整

氧气成分的检测及仪表：

1、热磁式氧气分析仪表P64

原理：物质处于磁场被磁化，磁化率不同；氧气的磁化率远高于其他气体（参见P64表2－7），且对温度特别敏感。

热磁式氧气分析仪的构成及工作原理：

样气中无氧气→中间通道中气体不流动，桥路输出为零；样气中含有氧气时，氧气受磁场作用进入中间通道并被加热，顺磁性能下降→“磁风”→电阻之差→桥路输出不为零。含氧量↑→磁风↑→电阻之差↑→桥路输出↑。从而实现对氧气的连续测量。

2、氧化锆氧量分析仪P66

公式内容都比较多

第三章：

调节器正、反作用的选择：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。

DDZ-III型模拟式调节器的组成特点，各部分作用

比例积分微分调节规律的选择，正反作用的确定

DDZ-III型PID基型调节器的选择

执行器的类型：有自动调节阀门、自动电压调节器、自动电流调节器、控制电机等。其中自动调节阀门是最常见的执行器，种类繁多。

执行器的组成：执行器由执行机构和调节机构（调节阀）两部分组成。

执行器的构成原理：执行器由执行机构和调节机构（调节阀）两部分组成。接受调节器输出的控制信号，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。

气动执行器的应用：

1、执行器的气开、气关选择原则：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。

2、调节阀的流量特性：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。

max ()q

l f q L q/qmax —相对流量 l/L — 相对开度

电/气转化器的作用：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。 阀门定位器的作用：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，使阀杆摩擦力增大，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。

电/气阀门定位器：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。

安全栅的特性、组成、选择原则

第四章：

建立被控过程数学模型的方法主要有三种：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, 和的比值一般应小于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靠近调节阀。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