18春西南大学[1080]《过程控制》

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过程控制李国勇著第6章串级控制系统

D2
燃料
D3
33
• 一次扰动D3使TT1↑,同时二次扰动D2使TT2↓→TT1↓，作用影响控制输出朝相反方向变化 • 二次扰动D2使TT2↓→TC2↑(反作用)→V↑ • 一次扰动D3使TT1↑→TC1↓(反作用)→TC2给定↓ V↓ • 作用结果：一次扰动D3，二次扰动D2→V↑↓ sp
TC2 TC1
第6章串级控制系统
目录
6.1 串级控制系统的基本概念 6.2 串级控制系统的分析 6.3 串级控制系统的设计 6.4 串级控制系统的整定 6.5 串级控制系统的投运 6.6 利用MATLAB对串级控制系统进行仿真本章小结
1
• 最简单的控制系统——单回路控制系统
• 系统中只用了一个调节器，调节器的设定值一般是内给定的。
压力给定
12
温度-压力串级控制系统框图
13
系统结构特点：
• 被控对象分成两部分，对象1和对象2。 • 调节器1输出作为调节器2给定值。 • 1个执行器完成调节。
• 压力回路克服D1(t)保证流量稳定且快速跟随调节器1的给定值(随动控制)。 • 温度回路实现温度设定控制(定值控制)。
温度-压力串级控制系统
6
简单控制系统方框图：
影响烧成带温度l的各种干扰因素都被包括在控制回路当中，只要干扰造成l偏离设定值，控制器就会根据偏差的情况，通过控制阀改变燃料的流量，从而把变化了的l 重新调回到设定值。
7
sp
TC TT
• 影响控制质量因素：
• 1 被控对象特性； • 对象特性-多环节大惯性对象
V
Y2(S)
D1
-
GC1(S)
-
GC2(S)
GV(S) Gm2(S) Gm1(S)

过程控制知识点(精编)

(一)概述1.过程控制概念：采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。

2.学科定位：过程控制是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表知识相结合而构成的一门应用学科。

3.过程控制的目标：安全性，稳定性，经济性。

4.过程控制主要是指连续过程工业的过程控制。

5.过程控制系统基本框图：6.过程控制系统的特点:1)被控过程的多样性2)控制方案的多样性,包括系统硬件组成和控制算法以及软件设计的多样性。

3)被控过程属慢过程且多属参数控制4)定值控制是过程控制的主要形式5)过程控制有多种分类方法。

过程控制系统阶跃应曲线：7.衰减比η：衡量振荡过程衰减程度的指标，等于两个相邻同向波峰值之比。

即：8.衰减率ϕ：指每经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数，即：衰减比常用表示。

9.最大动态偏差y1：被控参数偏离其最终稳态值的最大值。

衡量过程控制系统动态准确性的指标10.超调量：最大动态偏差占稳态值的百分比。

11.余差：衡量控制系统稳态准确性的性能指标。

12.调节时间：从过渡过程开始到结束的时间。

当被控量进入其稳态值的范围内，过渡过程结束。

调节时间是过程控制系统快速性的指标。

13.振荡频率：振荡周期P的倒数，即：当相同，越大则越短；当相同时，则越高，越短。

因此，振荡频率也可衡量过程控制系统快速性。

被控对象的数学模型（动态特性）：过程在各输入量(包括控制量与扰动量)作用下，其相应输出量(被控量)变化函数关系的数学表达式。

14. 被控对象的动态特性的特点：1单调不振荡。

2具有延迟性和大的时间常数。

3具有纯时间滞后。

4具有自平衡和非平衡特性。

5非线性。

(二)过程控制系统建模方法机理法建模：根据生产过程中实际发生的变化机理，写出各种有关方程式，从而得到所需的数学模型。

测试法建模：根据工业过程的输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。

经典辨识法：测定动态特性的时域方法，测定动态特性的频域方法，测定动态特性的统计相关法。

《过程控制》课后习题答案

第一章思考题与习题1.1 下列系统中哪些属于开环控制，哪些属于闭环控制？①家用电冰箱②家用空调器③家用洗衣机④抽水马桶⑤普通车床⑥电饭煲⑦多速电风扇⑧高楼水箱⑨调光台灯开环控制：③家用洗衣机⑤普通车床⑦多速电风扇⑨调光台灯闭环控制：①家用电冰箱②家用空调器④抽水马桶⑥电饭煲⑧高楼水箱1.2 图1-14所示为一压力自动控制系统，试分析该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和扰动变量是什么？画出该系统的框图。

图1-14 压力自动控制系统图1-15 加热炉温度自动控制系统被控对象：容器P被控变量：罐内压力操纵变量：物料输入流量扰动变量：出口流量系统框图如下：1.3 图1-15所示是一加热炉温度自动控制系统，试分析该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和扰动变量是什么？画出该系统的框图。

被控对象：加热炉被控变量：炉内温度操纵变量：燃料流量扰动变量：进料量系统框图如下：1.4 按设定值的不同情况，过程控制系统分为哪几类？过程控制系统分为三类：定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。

1.5 什么是过程控制系统的过渡过程？有哪几种基本形式？过程控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为过程控制系统的过渡过程。

控制系统过渡过程有五种基本形式：发散振荡、单调发散、等幅振荡、衰减振荡和单调衰减。

1.6 某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-16所示。

试分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和调整时间（设定值为200℃）。

图1-16 题1.6图最大偏差：30℃余差：5℃衰减比：5：1振荡周期：15min调整时间：22min第二章思考题与习题2.1 求取图2-55所示电路的传递函数，图中物理量角标i代表输入，o代表输出。

a）b）图2-55 习题2.1图a）（由分压公式求取）上式中，，。

b）上式中，，2.2 惯性环节在什么条件下可近似为比例环节？又在什么条件下可近似为积分环节？惯性环节在T很小的时候可近似为比例环节；T很大的时候条可近似为积分环节。

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。

春西南大学1038《自动控制》作业及答案参考

第一次9、如系统输入为r(t)，输出为c(t);系统的微分方程为c(t)=r2(t), 则该系统为( )A．A：线性定常系统B．B：线性时变系统C．C：非线性时变系统D．D：非线性定常系统纠错6、已知某系统的传递函数是G(s)=s/(2s+1)，则其可看成由（）环节串联而成。

A．A：比例、惯性B．B：惯性、延时C．C：微分、惯性D．D：积分、惯性纠错（10.0 分）3.1、用来比较输入及反馈信号，并得到二者偏差的元件称为（）A．A：比较元件B．B：给定元件C．C：反馈元件D．D：放大元件纠错（10.0 分）4.3、开环控制系统的的特征是没有（）A．A：执行环节B．B：给定环节C．C：反馈环节D．D：放大环节纠错（10.0 分）5.4、如系统输入为r(t)，输出为错c(t)系统的微分方程为,则该系统为：A．A：线性定常系统B．B：线性时变系统C．C：非线性时变系统D．D：非线性定常系统纠错（10.0 分）6.10、下面那种单元不是控制系统结构图的基本单元（）A．A：引出点B．B：比较点C．C：输入量D．D：方框纠错（10.0 分）7.7.某典型环节的传递函数是G(s)=1/(s+5)，则该环节是（ d）A．A：比例环节B．B：积分环节C．C：微分环节D．D：惯性环节纠错（10.0 分）8.8、系统的数学模型是指（）的数学表达式。

A．A：输入信号B．B：输出信号C．C：系统的动态特性D．D：系统的特征方程纠错（10.0 分）9.5. 若系统的开环传递函数为10/[s(5s+2)]为，则它的开环增益为（）A．A：1B．B：2C．C：5D．D：10纠错（10.0 分）10.2、将偏差信号放大以推动执行元件动作的元件称为（）A．A：比较元件B．B：给定元件C．C：反馈元件D．D：放大元件一、名词解释1.什么是自动控制和反馈控制？答：（1）自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(称控制装置或控制器)，使机器、设备或生产过程(统称被控对象)的某个工作状态或参数(即被控量)自动地按照预定的规律运行。

过程控制课后习题答案

~~第1章自动控制系统基本概念~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。

~~ 1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

~~~~~ 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。

~~~1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。

被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。

控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。

给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。

它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。

操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。

或实现控制作用的变量。

操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。

~~~1-11 题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。

A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。

18春西南交《自动化制造系统》在线作业二

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ (单选题) 1: 工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络属于（）。

A: 串行总线B: 现场总线C: 局域网D: 并行总线正确答案:(单选题) 2: 柔性制造线主要适用于（）。

A: 品种变化不大的中批和大批量生产B: 品种变化不大的小批量生产C: 品种变化较大的中批和大批量生产D: 品种变化较大的小批量生产正确答案:(单选题) 3: （）是目前最高级别的自动化制造系统A: FMSB: FMLC: FMCD: CIMS正确答案:(单选题) 4: CNC和机床本体的联系环节是（）。

A: 输入/输出设备B: CNC装置C: 伺服单元D: 驱动装置正确答案:(多选题) 1: 物流系统是对（）等物料实施运送和装卸工作的物料流动系统A: 毛坯B: 工件C: 夹具D: 刀具正确答案:(多选题) 2: 成组技术中，常用的编码分类方法有（）。

A: 特征码位法B: 码域法C: 码位法D: 特征位码域法正确答案:(多选题) 3: 自动化制造系统的发展阶段有（）。

A: 机械控制B: 数字控制C: 数字控制D: 计算机分布式递阶控制正确答案:(多选题) 4: 自动化制造系统的组成有（）。

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ A: 具有一定技术水平和决策能力的人B: 一定范围的被加工对象C: 信息流及控制系统D: 物料流及处理系统正确答案:(多选题) 5: 刀具流系统的控制管理内容有（）。

《过程控制系统》复习要点2.0版概述

《过程控制系统》复习要点：1.无自平衡能力的单容纯滞后过程的传递函数P16Wo(s)=sT a 1 式中Ta 为过程的积分时间常数、Ta=C 0 2.有自衡能力单容纯滞后过程的数学模型P12q 1-q 2=A dt dh ①将式变成增量形式△q 1-△q 2△q 2=2R h ∆ 或R 2=2q h ∆∆ 将 ①②式进行拉氏变=)(0s W )()(1S Q S H =122+CS R R =100+S T K T0 液位过程时间常数，220C R T =K0 液位过程的时间常数，K 0=R 2C 液位过程的容量系数3.常用的压力检测仪表的类型P47弹性式压力表；弹性式压力表是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换为位移来测量的。

（弹簧管式压力表、膜片压力表、文管式压力表）液柱式压力表；液柱式压力表是根据流体静力学原理，将被测压力转换成位移来测量的。

（单管压力计、U 形管压力计）电气式压力表；活塞式压力表是将被测压力转换成电容、电势、电阻等电量的变化间接来测量压力。

（应变片式压力计、霍尔片式压力计、热电式真空计）活塞式压力表；活塞式压力表是根据液压机传递压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的重量进行测量。

通常作为标准仪器对弹性压力表进行校验与刻度4.调节阀理想的流量特性P117理想的流量特性，就是在阀前后压差为一定的情况下（△p=常量）得到的流量特性。

它取决于阀芯的形状。

不同的阀芯曲面可以得到不同的理想流量特性，理性流量特性有直线流量特性、对数流量特性、快开流量特性与抛物线流量特性四种.5.控制方案设计的阶跃响应性能指标P1421.余差（静态偏差）C ：余差是指系统过度过程终了时给定值与被控参数稳态值之差。

它是一个重要的静态指标，一般要求余差不超过预定值或接近零。

2.衰减率：衡量系统过度稳定性的一个动态指标，一般取0.75-0.93.超调量：对于定制系统来说，超调量是指被控参数第一个波峰与给定值的差与给定值的百分比。

《过程控制工程》课程设计参考题目

《过程控制工程》课程设计参考题目14级过程控制课程设计题目1班课程设计参考题目：一、温度控制（单回路、串级、前馈—反馈、比值控制）（40）1、换热器出口温度单回路控制方案设计2、乳化物干燥器温度单回路控制方案设计3、精馏塔提馏段温度单回路控制方案设计4、管式加热炉出口温度单回路控制方案设计5、夹套式反应器温度单回路控制控制方案设计6、燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计7、精馏塔精馏段温度单回路控制方案设计8、流化床反应器温度单回路控制方案设计9、管式热裂解反应器出口温度单回路控制方案设计10、发酵罐温度单回路控制方案设计11、换热器出口温度串级控制方案设计12、乳化物干燥器温度串级控制方案设计13、精馏塔提馏段温度串级控制方案设计14、管式加热炉出口温度串级控制方案设计15、夹套式反应器温度串级控制控制方案设计16、燃烧式工业窑炉温度串级控制方案设计17、精馏塔精馏段温度串级控制方案设计18、流化床反应器温度串级控制方案设计19、发酵罐温度串级控制方案设计20、管式热裂解反应器出口温度串级控制方案设计21、换热器出口温度前馈—反馈控制方案设计22、乳化物干燥器温度前馈—反馈控制方案设计23、精馏塔提馏段温度前馈—反馈控制方案设计24、管式加热炉出口温度前馈—反馈控制方案设计25、夹套式反应器温度前馈—反馈控制控制方案设计26、燃烧式工业窑炉温度前馈—反馈控制方案设计27、精馏塔精馏段温度前馈—反馈控制方案设计28、流化床反应器温度前馈—反馈控制方案设计29、发酵罐温度前馈—反馈控制方案设计30、管式热裂解反应器出口温度前馈—反馈控制方案设计31、换热器出口温度比值控制方案设计32、乳化物干燥器温度比值控制方案设计33、精馏塔提馏段温度比值控制方案设计34、管式加热炉出口温度比值控制方案设计35、夹套式反应器温度比值控制方案设计36、燃烧式工业窑炉温度比值控制方案设计37、精馏塔精馏段温度比值控制方案设计38、流化床反应器温度比值控制方案设计39、发酵罐温度比值控制方案设计40、管式热裂解反应器原料油与蒸汽流量比值控制方案设计41、锅炉出口蒸汽压力单回路控制方案设计42、锅炉出口蒸汽压力串级控制方案设计43、锅炉出口蒸汽压力前馈—反馈控制方案设计44、锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计45、炉膛负压单回路控制方案设计46、炉膛负压前馈—反馈控制方案设计47、离心泵压力定值控制方案设计2班课程设计参考题目：1、换热器出口温度单回路控制方案设计2、乳化物干燥器温度单回路控制方案设计3、精馏塔提馏段温度单回路控制方案设计4、管式加热炉出口温度单回路控制方案设计5、夹套式反应器温度单回路控制控制方案设计6、燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计7、精馏塔精馏段温度单回路控制方案设计8、流化床反应器温度单回路控制方案设计9、管式热裂解反应器出口温度单回路控制方案设计10、发酵罐温度单回路控制方案设计11、换热器出口温度串级控制方案设计12、乳化物干燥器温度串级控制方案设计13、精馏塔提馏段温度串级控制方案设计14、管式加热炉出口温度串级控制方案设计15、夹套式反应器温度串级控制控制方案设计16、燃烧式工业窑炉温度串级控制方案设计17、精馏塔精馏段温度串级控制方案设计18、流化床反应器温度串级控制方案设计19、发酵罐温度串级控制方案设计20、管式热裂解反应器出口温度串级控制方案设计21、换热器出口温度前馈—反馈控制方案设计22、乳化物干燥器温度前馈—反馈控制方案设计23、精馏塔提馏段温度前馈—反馈控制方案设计24、管式加热炉出口温度前馈—反馈控制方案设计25、夹套式反应器温度前馈—反馈控制控制方案设计26、燃烧式工业窑炉温度前馈—反馈控制方案设计27、精馏塔精馏段温度前馈—反馈控制方案设计28、流化床反应器温度前馈—反馈控制方案设计29、发酵罐温度前馈—反馈控制方案设计30、管式热裂解反应器出口温度前馈—反馈控制方案设计31、换热器出口温度比值控制方案设计32、乳化物干燥器温度比值控制方案设计33、精馏塔提馏段温度比值控制方案设计34、管式加热炉出口温度比值控制方案设计35、夹套式反应器温度比值控制方案设计36、燃烧式工业窑炉温度比值控制方案设计37、精馏塔精馏段温度比值控制方案设计38、流化床反应器温度比值控制方案设计39、发酵罐温度比值控制方案设计40、管式热裂解反应器原料油与蒸汽流量比值控制方案设计41、锅炉出口蒸汽压力单回路控制方案设计42、锅炉出口蒸汽压力串级控制方案设计43、锅炉出口蒸汽压力前馈—反馈控制方案设计44、锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计45、炉膛负压单回路控制方案设计46、炉膛负压前馈—反馈控制方案设计47、离心泵压力定值控制方案设计课程设计教材及主要参考资料：1、戴连奎，《过程控制工程》，化学工业出版社，20122、杜维，《过程检测技术及仪表》，化学工业出版社，20013、姜培正，《过程流体机械》，化学工业出版社，20024、王毅，《过程装备控制技术与应用》，化学工业出版社，20015、厉玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社，2006一、课程设计教学目的及基本要求：1．课程设计的教学目的培养学生将理论知识应用到解决实际问题的能力，通过该课程的学生，可以很好地训练学生的实际动手能力和解决工程问题的能力，为学生从学校到工厂和技术部门提供前期的训练。

过程控制复习总结

学习好资料欢迎下载第一章1. 生产过程总目标及要求：安全性、稳定性和经济性。

2.过程控制系统组成： 1．被控过程（或对象）； 2．用于生产过程参数检测的检测与变送仪表；3．控制器； 4．执行机构； 5．报警、保护和连锁等其它部件3. 工业过程对控制的要求可以概括为准确性、稳定性和快速性。

y 1 y 1 y 34.如图 1，其性能指标：y 3y 1（1）衰减比和衰减率其表征了稳定性，是衡量振荡过程衰减程度的指标，其衰减比为4：1 到 10：1。

（2）最大动态偏差和超调量，其表征了准确性，最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量，表现在过渡过程开始的第一个波峰；超调量为最大动态偏差占被控量稳态值的百分比。

（ 3）余差，是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值与设定值的差值。

它是过程控制系统稳态准确性的衡量指标。

（ 4）调节时间 t s 和振荡频率，调节时间 t s 是从过渡过程开始到结束的时间，调节时间是过程控制系统快速性的指标。

过渡过程的振荡频率是震荡周期 p 的倒数，即=2 /p 一定程度上也可作为衡量快速性的指标。

***** 过程控制系统中有哪些类型的被控变量？ ruy (t)第二章控制器执行机构被控过程1. 过程控制系统建模的两个基本方法：机理法建模、测试法建模。

检测与变送仪表 2.如图 2 为设阶跃输入幅值为u ， K =y( ) y(0)yu图 1.1过程控制系统基本结构图ry 1y 3y ( )tt s图 1.3 过程控制系统阶跃响应曲线***** 对象的纯滞后时间产生的原因是什么？答，纯延迟时间产生的原因是由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一定距离。

第三章1. 常用的控制结构有：反馈控制、前馈控制、推断控制2.自动调节阀按照工作所用能源形式可分为电动调节阀，气动调节阀和液动调节阀。

3. 气动调节阀由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。

西南大学网络教育过程控制【1080】大作业期末考试复习题及参考答案

西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷
类别：网教(网教/成教) 专业：电气工程及其自动化
课程名称【编号】：过程控制【1080】
A卷
大作业
满分：100 分
一、简答题。（每题 20 分，共 60 分） 1、利用阶跃响应曲线法测定系统的参数并建模，在具体操作过程中应注意些什么。答：（1）系统应已处于稳态；（2）合理选取阶跃信号幅值；（3）记录滞后时间；（4）相同条件下重复测试多次；（5）同时测定正反向响应曲线
s
5 Ts
0.8
0.1
s
0.3 Ts
Ts
-3-
控制参数
控制作用
TI TD
P
s
-

PI
1.2
0.
-
-2-
PID
答：对于 PI 控制器查表得： p = 1.2δs = 1.2 × 56% = 0.67 T1 = 0.5Tk =0.5 × 5.1 = 2.55
对于 PID 控制器查表得： p = 0.8δs = 0.8 × 56% = 0.48 TI = 0.3T k = 0.3 × 5.1 = 1.53 TD = 0.1T s = 0.1 × 5.1 =0.51
二、分析题。（20 分） 1、某液位自动控制系统如图所示，试绘制其原理框图。
-1-
答：
进料
液位自动控制
口
液位检测变送装置
给定值
执
行
液位控制器
器
三、计算题。（20 分）
1、PID 参数调试中，测得在 4：1 阶跃响应衰减曲线中，比例度为 56%，时间参数为 5.1min。试分别确定用 PI 和 PID 作用时的控制器参数。4：1 衰减曲线整定经验参数表如下。

过程控制系统基础知识

第一节过程控制发展概况过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动化。

40年代以后，工业生产过程自动化技术发展很快。

尤其是近些年来，过程控制技术发展更为迅猛。

纵观过程控制的发展历史，大致经历了如下几个阶段：50年代前后，一些工厂企业的生产过程实现了仪表化和局部自动化。

这是过程控制发展的第一个阶段。

这个阶段的主要特点是：过程检测控制仪表普遍采用基地式仪表和部分单元组合式仪表(多数是气动仪表)，过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统；被控参效主要是温度、压力、流量和液位四种参数。

控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减小主要扰动对生产过程的影响；过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论．主要解决单输人、单输出的定位控制系统约分析和综合问题。

自60年代来，随着工业生产酌不断发展，对过程控制提出了新的要求：随着电子技术的迅速发展，也为自动化技术工具的完善创造了条件．从此开始丁过程控制的第二个阶段。

在仪表方面，开始大量采用气动和电动单元组合仪表。

在过程控制理论方面，除了仍然采用经典控制理论解决实际工业生产过程中遇到的问题外．现代控制理论得到应用，为实现高水平的过程控制奠定了理论基础．从而过程控制由单变量系统转向多变量系统。

但是。

由于过程机理复杂，过程建模困难等等原因，现代控制理论一时还难以应用于实际工业生产过程。

70年代以来．过程控制得到很大发展。

随着现代工业生产的迅猛发展．随着大规模集成电路制造成功与微处理器的相继问世．使功能丰富的计算机的可靠性大大提高、性能价格比又大大提高、尤其是工业控制机采用了冗余技术和软硬件的自诊断措施．使其满足工业控制的应用要求。

随着微型计算机的开发、应用和普及．使生产过程自动化的发展达到了一个新的水平。

过程控制发展到现代过程控制的新阶段:计算机时代。

这是过程控制发展的第三个阶段。

这一阶段纳主要特点是：对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算机系统进行多参数综合控制，或者由多台计算机对生产过程进行控制和经营管理。

过程控制综述

过程控制工程课程综述课程名称：过程控制工程系别：电子信息与电气工程系年级专业： 08自动化（2）班姓名：一、过程控制简介1.1 过程控制特点与分类过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、原子能等工业生产部门生产过程的自动化。

自进入20世纪90年代以来，自动化技术发展很快，并获得了惊人的成就，已成为国家高科技的重要分支。

过程控制技术是自动化技术的重要组成部分。

在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术正在为实现各种最优技术经济指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争力等方面起着越来越巨大的作用。

过程控制的特点是与其他自动化控制系统相比较而言的，大致可归纳如下：1.连续生产过程的自动控制。

2.过程控制系统由过程检测、控制仪表组成。

3.被控过程是多种多样的、非电量的。

4.过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制。

5.过程控制方案十分丰富。

6.定值控制是过程控制的一种常用形式。

过程控制系统的分类方法很多，若按被控参数的名称来分，有温度、压力、流量、液位、pH等控制系统；按控制系统完成的功能来分，有比值、均匀、分程和选择性控制系统；按调节器的控制规律来分，有比例、比例积分、比例微分、比例积分微分控制系统；按被控量的多少来分，有单变量和多变量控制系统；按采用常规仪表和计算机来分，有仪表过程控制系统和计算机过程控制系统等。

但最基本的分类方法有以下两种：（1）按过程控制系统的结构特点来分类：1.反馈控制系统。

2.前馈控制系统。

3.复合控制系统（前馈-反馈控制系统）。

（2）按给定值信号特点来分类：1.定值控制系统。

2.程序控制系统。

3.随动控制系统。

1.2过程控制任务过程控制工程是一门工业自动化专业的专业必修课。

自动化仪表（包括模拟仪表、智能仪表）、微型计算机是构成过程控制的重要自动化技术工具，是实现工业生产自动化的重要装置，也是实现过程控制的前提。

西南大学2020年春季过程控制【1080】课程考试大作业参考答案

3、随动控制系统：是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统，主要作用是克服一切扰动，使控量快速跟随给定值而变化。空气量与燃料量的关系过程控制系统：工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和pH等这样一些过程变量的系统。
1、按过程控制系统的结构特点分
1）反馈控制系统：是根据系统被控量的偏差进行工作，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差的目的。
2）前馈控制系统：直接根据扰动量的大小进行工作，扰动是控制的依据。
3、前馈—反馈控制系统（复合控制系统）：充分结合两者的有点，大大提高控制质量。2、按给定值信号的特点来分类
定值控制系统：是指系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在小范围附近不变。
2、程序控制系统：是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作，目的是使系统被控量按工艺要求规定的程序自动变化。加热升温或逐次降温等。
西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷
类别：网教2020年5月
课程名称【编号】：过程控制【1080】A卷
大作业满分：100分
（选做两题）
第二题。（50分）
试述压力检测仪表的选用原则与安装原则。
答：用来测量气体或液体压力的工业自动化仪表，又称压力表或压力计。垂直均匀地作用于单位面积上的力称为压力，又称压强。压力表可以指示、记录压力值并可附加报警或控制装置，压力、差压变送器是过程变量变送器中最重要的一类，应用范围很广，除了可用于压力、差压测量之外，还可用于流量、液位、比重等其他参数测量。压力测量仪表是用来测量气体或液体压力的工业自动化仪表，又称压力表或压力计。压力表可以指示、记录压力值，并可附加报警或控制装置。二十世纪上半叶出现了远传压力表和电接点压力表，从而解决了压力测量值的远距离传送和压力的报警、控制等问题。随着科技的发展，压力测量的方法和仪器也在不断推陈出新，从测量原理的角度来分类，主要可分为液柱式、弹性式、负荷式、电子测量式等。液柱式压力测量仪表常称为液柱式压力计，它是以一定高度的液柱所产生的压力，与被测压力相平衡的原理测量压力的。大多是一根直的或弯成u形的玻璃？管，其中充以工作液体。常用的工作液体为蒸馏水、水银和酒精。因玻璃管强度不高，并受读数限制，因此所测压力一般不超过0-3兆帕。液柱式压力计灵敏度高，因此主要用作实验室中的低压基准仪表，以校验工作用压力测量仪表。由于工作液体的重度在环境温度、重力加速度改变时会发生变化，对测量的结果常需要进行温度和重力加速度等方面的修正。弹性式压力测量仪表是利用各种不同形状的弹性元件，在压力下产生变形的原理制成的压力测量仪表。弹性式压力测量仪表按采用的弹性元件不同，可分为弹簧管压力表、膜片压力表、膜盒压力表和波纹管压力表等；按功能不同分为指示式压力表、电接点压力表和远传压力表等。这类仪表的特点是结构简单，结实？耐用，测量范围宽，是压力测量仪表中应用最多的一种。负荷式压力测量仪表常称为负荷式压力计，它是直接按压力的定义制作的，常见的有活塞式压力计、浮球式压力计和钟罩式压力计。由于活塞和砝码均可精确加工和测量，因此这类压力计的误差很小，可以达到0．002％，主要作为压力基准仪表使用，测量范围从数十Pa至2500MPa

Process Control 过程控制

Lesson 4 Process Control1 Process-Control PrinciplesProcess Control is the active changing of the process based on the results of process monitoring. In process control, the basic objective is to regular the value of some quantity. To regulate means to maintain that quantity at some desired value regardless of external influences. The desired value is called the reference value or setpoint.Figure 5.9 shows the process to be used for this discussion. Liquid is flowing into a tank at some rate Qin and out of the tank at some rate Qout. The liquid in the tank has some height or level h. It is known that the flow rate out varies as the square root of the height, so the higher the level the faster the liquid flows out. If the output flow rate is not exactly equal to the input flow rate, the tank will either empty, if Qin > Qout, or overflow, if Qout < Qin.This process has a property called self-regulation. This means that for some input flow rate, the liquid height will rise until it reaches a height for which the output flow rate matches the input flow rate. A self-regulating system does nit provide regulation of a variable to any particular reference value. In this example the liquid level will adopt some value foe which input and output flow rates are the same and there it will stay. If the input flow rate changed, then the level would change also, so it is not regulated to a reference value.Suppose we want to maintain the level at some particular value H in Figure 5.9, regardless of the input flow rate, then something more than self-regulation is needed.Human-Aided ControlHuman-aided control shows a modification of the tank system to allow artificial regulation of the level by a human. To regulate the level so that in maintains the value H it will be necessary to employ a sensor to measure the level. This has been provided via a sight tube. The actual liquid level or height is called the controlled variable. In addition, a value has been added so the output flow rate can be changed by the human. The output flow rate is called the manipulated variable or controlling variable.Now the height can be regulated apart from the input flow rate using the following strategy: The person measures the height in the sight tube and compares the value to the setpoint. If the measured value is larger, the human opens the value a little to let the flow out increase, and thus the level lowers toward the setpoint. If the measured value is smaller than the setpoint, the person closes the value a little to decrease the flow out and allow the level to rise toward the setpoint.By a succession of incremental opening and closing of the value, the human can bring the level to the setpoint value H and maintain it there by continuous monitoring of the sight tube and adjustment of the value.Automatic ControlTo provide automatic control, the system is modified using machines, electronics, or computers to replace the operations of the human. An instrument called a sensor is added that is able to measure the value of the level and convert it into a proportional signal. The signal is provided as input to a machine, an electronic circuit, or a computer, called the controller. This performs the function of the human in evaluating the measurement and providing an output signal to change the value setting via an actuator connected to the valve by a mechanical linkage.2 Identification of ElementsThe elements of a process-control system are defined in terms of separate functional parts of the system.ProcessIn general, a process can consist of a complex assembly of phenomena that relate to some manufacturing sequence. Many variables may be involved in such a process, and it may be desirable to control all these variables at the same time. There are single-variable process, in which only one variable is to be controlled, as well as multivariable processes, in which many variables, perhaps interrelated, may require regulation.MeasurementClearly, to effect control of a variable in a process, we must have information on the variable itself. Such information is found by measuring the variable. In general, a measurement refers to the conversion of the variable into some corresponding analog of the variable, such as a pneumatic pressure, an electrical voltage, or a current. A sensor is a device that performs the initial measurement and energy conversion of a variable into analogous electrical or pneumatic information. Further transformation or signal conditioning may be required to complete the measurement function. The result of the measurement is a representation of the value in some forms required by the other elements in the process-control operation.ControllerThe next step in the process-control sequence is to examine the error and determine what action, if any, should be taken. This part of the control system has many names; however, controller is the most common. The evaluation may be performed by an operator, by electronic signal processing, by pneumatic signal processing, or by a computer. The controller requires an input of both a measured indication of the controlled variable and a representation of the reference value of the variable, expressed in the same terms as the measured value.Control ElementThe final element in the process-control operation is the device that exerts a direct influence on the process; that is, it provides those required changes in the controlled variable to bring it to the setpoint. This element accepts an input from the controller, which is then transformed into some proportional operation performed on the process.3 Process-Control Block DiagramTo provide a practical, working description of process control, it is useful to describe the elements and operations involved in more generic terms. Such a description should be independent of a particular application and thus be applicable to all control situations. A model may be constructed using blocks to represent each distinctive element. The characteristics of control operation then may be developed from a consideration of the properties and interfacing of these elements. Figure 5.10 shows a general block diagram. The controlled variable in the process is denoted by e in this diagram, and the measured representation of the controlled variable is labeled b. The controlled variable setpoint is labeled r, for reference.The error detector is a subtracting-summing point that outputs an error signal e=r-b to the controller for comparison and action.The purpose of a block diagram approach is to allow the process-control system to be analyzed as the interaction of smaller and simpler subsystems. If the characteristics of each element of the system can be determined, then the characteristics of the assembled system can be established by an analytical marriage of these subsystems. The historical development of the system approach in technology is dictated by this practical aspect: first, to specify the characteristics desired of a total system and, then, to delegate the development of subsystems thatprovide the overall criteria..4 Control System EvaluationA process-control systems is used to regulate the value of some process variable. When such a system is in use, it is natural to ask, “How well is it working?” This is not an easy question to answer, because it is possible to adjust a control system to provide different kinds of response to errors. This section discusses some methods for evaluating how well the system is working.The variable used to measure the performance of the control system is the error, which is the difference between the constant setpoint or reference value r and the controlled variable c(t).Since the value of the controlled variable may vary in time, so may the error.In principle, the objective of a control system is to make the error exactly zero, but the control system responds only to errors. Conversely, if the error were zero and stayed zero, the control system would be doing nothing and would not be needed in the first place. Therefore, this objective can never be perfectly achieved, and there will always be some errors. The question of evaluation becomes one of how large the error is and how it varies in time.The purpose of the control system is to regulate the value of some variables. This requires that action be taken on the purpose itself in response to a measurement of the variable. If this is not done correctly, the control system can cause the process to become unstable. In fact, the more tightly we try to control the variable, the greater the possibility of an instability.The first objective, then, simply means that the control system must be designed and adjusted so the system is stable. Typically, as the control system is adjusted to give better control, the likelihood of instability also increases.。

过程控制工程课后习题参考答案-前三章

过程控制工程第一章单回路控制系统1.1 何谓控制通道？何谓干扰通道？它们的特性对控制系统质量有什么影响？控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系；干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。

（1）控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面）控制通道静态放大倍数越大，系统灵敏度越高，余差越小。

但随着静态放大倍数的增大，系统的稳定性变差。

控制通道时间常数越大，经过的容量数越多，系统的工作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统的质量越低，但也不是越小越好，太小会使系统的稳定性下降，因此应该适当小一些。

控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还还会使系统的稳定性降低。

（2）干扰通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面）干扰通道放大倍数越大，系统的余差也越大，即控制质量越差。

干扰通道时间常数越大，阶数越高，或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀，干扰对被控变量的影响越小，系统的质量则越高。

干扰通道有无纯滞后对质量无影响，不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个纯滞后时间τ0。

1.2 如何选择操纵变量？1）考虑工艺的合理性和可实现性；2）控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数；3）控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道时间常数。

干扰动通道时间常数越大越好，阶数越高越好。

4）控制通道纯滞后越小越好。

1.3 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响？对控制系统的动态质量有何影响？比例度δ越小，系统灵敏度越高，余差越小。

随着δ减小，系统的稳定性下降。

1.5图1-42为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。

试问：①影响物料出口温度的主要因素有哪些？②如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？③如果物料在温度过低时会凝结，应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的正反作用？答：①影响物料出口温度的因素主要有蒸汽的流量和温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和入口温度。

过程控制-习题与答案

第1章绪论思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成：控制器，被控对象，执行机构，检测变送装置。

1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？解答：被控对象自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。

被控变量被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。

操纵变量受控制器操纵的，用以克服扰动的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。

扰动量除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。

设定值被控变量的预定值。

偏差被控变量的设定值与实际值之差。

1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪几类？解答：按照设定值的不同形式又可分为:1．定值控制系统定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统.定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响,使被控变量最终回到设定值或其附近.以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言.2.随动控制系统随动控制系统的设定值是不断变化的.随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地,准确无误地跟踪设定值的变化而变化3.程序控制系统程序控制系统的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。

1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？为什么说研究控制系统的动态比其静态更有意义？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

2019年9月西南大学网络教育大作业答案-1080《过程控制》.doc

1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展
2、过程控制的结构已称为具有高度管理系统、调度和优化等。
第二题。（50分）
试述接触式与非接触式测温法的基本原理和优缺点。
第三题。（50分）
试述压力检测仪表的选用原则与安装原则。
答：1、压力检测仪表的选用原则：型号、量程、精度选择
2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统
3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数
4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响
5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题
第二个阶段60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点：
1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统
2、计算机系统开始运用于过程控制
3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制）
4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用
2、压力检测仪表的安装原则：
1）仪表应垂直于水平面安装在易观察和检修的地方；普通压力表安装高度与一般人视线平齐，安装高度为1.5～1.6m,高压压力表的安装位置应高于一般人头部,安装高度为1.7～1.8m。
2）仪表测定点与仪表安装位置应处在同一水平面，否则应考虑附加高度误差的修正。
3）仪表安装处与测定点之间的距离应尽量短，以免指示迟缓。
4）为保证检修方便，压力表的取压口到压力表之间应装切断阀，切断阀安装在靠近取压口的地方，如需在现场调校，被测介质又有脏污的情况，切断阀改用三通阀。