过程控制复习资料

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过程控制复习资料* 过程控制系统课后习题解答(不完全版注：红⾊为未作答题⽬)1.1过程控制系统中有哪些类型的被控量？答：被控量在⼯业⽣产过程中体现的物流性质和操作条件的信息。

如：温度、压⼒、流量、物位、液位、物性、成分。

1.2过程控制系统有哪些基本单元组成？与运动控制系统有⽆区别？答：被控过程或对象、⽤于⽣产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执⾏机构、报警保护盒连锁等其他部件构成。

过程控制系统中的被控对象是多样的，⽽运动控制系统是某个对象的具体控制。

1.3简述计算机过程控制系统的特点与发展。

答：特点：被控过程的多样性，控制⽅案的多样性，慢过程，参数控制以及定值控制是过程控制系统的主要特点。

发展：⼆⼗世纪六⼗年代中期，直接数字控制系统(DDC )，计算机监控系统(SCC );⼆⼗世纪七⼗年代中期，标准信号为4?20mA 的DDZ 川型仪表、DCS 、PLC ;⼋⼗年代以来，DCS 成为流⾏的过程控制系统。

1.4衰减⽐n 和衰减率①可以表征过程控制系统的什么性能？答：⼆者是衡量震荡过程控制系统的过程衰减程度的指标。

1.5最⼤动态偏差与超调量有何异同之处？答：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，⼀般表现在过渡过程开始的第⼀个波峰，最⼤动态偏差站被控量稳态值的百分⽐称为超调量，⼆者均可作为过程控制系统动态准确性的衡量指标。

2.2通常描述对象动态特性的⽅法有哪些？答：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⽅法。

2.4单容对象的放⼤系数 K 和时间常数T 各与哪些因素有关，试从物理概念上加以说明，并解释 K , T 的⼤⼩对动态特性的影响？答： T 反应对象响应速度的快慢，T 越⼤，对象响应速度越慢，动态特性越差。

K 是系统的稳态指标，K 越⼤，系统的灵敏度越⾼，动态特性越好。

2.5对象的纯滞后时间产⽣的原因是什么？答: 被控参数位置有⼀段距离，产⽣纯滞后时间。

过程控制复习提纲

一．1过程控制定义：生产过程自动化的简称，工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制2过程控制的特点:1系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成。

2 被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计3 控制方案丰富多彩，控制要求越来越高4 控制过程多属于慢变过程与参量控制5 定值控制是过程控制的主要形式。

3过程控制的要求与任务：安全性、经济性和稳定性4过程控制系统的组成：过程控制系统主要由被控过程和自动化仪表（包括计算机）两部分组成5过程控制系统的分类：1 结构不同的控制系统（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 2 设定值不同的控制系统（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）顺序控制系统自动化仪表的分类与发展1按照安装场地分现场类仪表与控制室类仪表2．按照能源形式分可分为液动、气动和电动安全火花型防爆则是把仪表的电路在短路、断路及误操作等各种状态下可能产生的火花限制在爆炸性气体的点火能量之下，因而与气动仪表、液动仪表一样，具有本质安全防爆性能。

安全火花型防爆系统必须具备两个条件：一是现场仪表必须设计成安全火花型；二是现场仪表与非危险场所(包括控制室)之间必须经过安全栅，以便对送往现场的电压电流进行严格的限制，从而保证进入现场的电功率在安全范围之内。

二．调节器的作用：将变送器送来的1～5V ·DC 的测量信号，与1～5V ·DC 的给定信号进行比较得到偏差信号，然后再将其偏差信号进行PID 运算，输出4～20mA ·DC 信号，最后通过执行器，实现对过程参数的自动控制。

2．执行器的作用：接受来自调节器的控制信号，改变其阀门开度，从而达到控制介质流量的目的。

3.安全栅：1：保证信号的正常传输，2控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保过程控制系统的安全火花性能。

传递函数形式比例度δ：调节器输入偏差的相对变化量与相应输出的相对变化量之比，用百分数表示为软手动操作电路：指调节器的输出电流与手动输入电压信号成积分关系。

过程控制复习知识点

第一章1.过程控制系统的组成调节器、调节阀、被控过程、检测变送2.过程控制系统的分类1）按系统的结构特点分类反馈控制系统、前馈控制系统、前馈—反馈控制系统2)按给定值信号的特点分类定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统3.过程控制系统的质量指标系统是衰减震荡的过程、衰减比和衰减率、余差、调节时间，峰值时间第二章1.数学模型的建立方法解析法：根据过程的内在机理，通过静态与动态物料平衡关系，建立数学模型的方法自衡过程和无自衡过程。

2.实验法a.阶跃响应法，试验时需要注意的问题1)试验测定前，被控过程应处于相对稳定的工作状态2)输入阶跃信号的幅值不能过大，也不能过小3)分别输入正负阶跃信号，并测取其响应曲线作对比4)在相同的条件下重复测试几次b.矩形响应法3.混合法第三章1.变送器的类型和特点差压变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器温度变送器的分类是直流毫伏变送器、热电隅温度变送器（热电效应）、热电阻温度变送器温度变送器的特点：（1）采用低漂移，高增益的运算放大器作为主要放大器，具有线路简单和良好的可靠性，稳定性及各项技术性能。

（2）在配热电隅和热电阻的变送器中采用线性化电路，使其输出电流I与被测温度呈线性关系，测量精度高（3）线路中采用了安全火花防暴技术措施，可用于易燃易爆场合（4）采用DC24V集中供电，实现了二线制接线方式液位变送器迁移的原因：差压变送器安装位置与容器液相取压点不在同一个平面上。

2.仪表的选择1)量程的选择2）仪表等级的选择3.仪表的应用1）零点的调整：将变压器的测量起始点由零点迁移到某一点正值或负值2)量程的调整的目的：使变压器输出的信号的上限值Ymax与输入测量信号上限值Ymax相对应。

意义：工程应用中变送器进行零点迁移与量程调整可以提高其灵敏度。

第四章1.理解调节器在控制系统的工作原理2.调节器的分类1）按使用的能源：气动调节器和电动调节器2）按结构形式来分：基地式调节器、单元组合调节器、组装式调节器3）按信号类型：模拟调节器和数字式调节器3.调节器作用方式的选择4.调节规律对控制系统的影响PID调节器参数对系统的影响1）比例度是反映比例控制作用强弱的一个参数。

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1、过程控制是根据工业生产过程的特点，采用测量仪表执行机构计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程系统，实现工业生产过程自动化。

2、过程控制有多种方案，包括单回路控制系统前馈控制系统3、控制系统按照结构特点可分为反馈控制系统前馈控制系统复合控制系统。

按给定值信号特点分为定值控制系统、随动控制系统。

4、防爆技术的种类包括隔爆型本安型正压型油浸型充砂型等5、过程控制中压力检测方法有应变片式，压阻式，弹性式，液柱式。

6、半导体热敏电阻包括正温度系数PTC 负温度系数NTC 临界温度电阻CTR。

7、节流流量计基于节流变压降原理，由节流件、导压管及差压检测仪表组成。

8：物位测量方法静压式浮力式电气式超声波式。

9：过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。

10调节阀由阀芯阀体组成《11调节阀的流量特性有直线流量特性、对数（等百分比）流量特性、抛物线流量特性和快开流量特性四种。

12：DCS的设计思想是控制分散、管理集中。

13：在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭环比值控制和变比值控制三种。

14、Smith预估补偿原理是预先估计出被控过程的数学模型，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后进行补偿。

15、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环节组成。

16、仪表的精度等级又称准确等级，通常用引用误差作为判断仪表精度等级的尺度。

17、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n 、超调量σ和过渡过程时间ts。

静态质量指标有稳态误差ess。

18、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。

19、绝对误差是指仪表输出信号所代表的被测值与被测参数真值之差20、引用误差是绝对误差与仪表量程的百分比。

21、^22、调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀、和液动调节阀三大类23、积分作用的优点是可消除稳态误差（余差），但引入积分作用会使系统稳定性下降。

过程控制复习题

过程控制复习题第一章绪论一、填空题1、过程控制是指生产过程的自动控制，主要被控参数有；2、传统的简单过程控制系统由和两部分组成。

3、检测控制仪表包括、和。

二、简答题1、过程控制有哪些特点？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？3、什么是定值控制系统？4、按照设定值形式不同，过程控制系统分哪些类？5、过程控制阶跃响应的单项性能指标有哪些？综合性能指标有哪些三、分析计算题1、会计算性能指标，书后P12 1-10题四、综合题第二章检测仪表一、填空题1、某压力表的测量范围为0-10MPa，精度等级为1.0级。

则该压力表允许的最大绝对误差是。

若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa时，标准压力计上读数为5.08MPa，则该点的绝对误差为，试问被校压力表在这一点（是/否）符合1级精度。

2、有两块直流电流表，他们的精度和量程分别为1）1.0级，0-250mA2）2.5级，0-75mA第一块表的最大绝对误差为；第二块表的最大绝对误差为；若要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑应选择第块表。

3、某台测温仪表的测温范围-100—700C，检验该表时测得全量程内最大绝对误差为+5C，则该仪表的量程D为，该表的基本误差为，该仪表的精度等级为。

4、检测仪表的基本技术指标有哪些5、热电偶的基本定律有6、热电偶冷端温度补偿措施有、、、和。

7、常用弹性元件的形状有二、简答题1、热电偶测温原理是什么？2、椭圆齿轮流量计对介质有什么要求？3、热电阻测温有什么特点？为什么热电阻测温采用三线制接法？4、工业上常用的测温热电偶有哪几种？热电偶和仪表之间的接线，为什么要用补偿导线？三、分析计算题1、习题P70 2-52、习题P70 2-73、习题P70 2-11四、综合题第三章控制仪表一、填空题1、过程控制的基本控制有位式控制、P控制、、，在实际的比例控制器中，习惯上使用表示比例控制强弱。

2、用户根据控制需要，将程序模块用指令连接起来，就完成了编程，在数字控制系统中，这种利用标准功能模块组成系统的工作称为。

过程控制复习重点

过程控制复习重点热点偶：当两种不同的导体或半导体连接时,若两个接点温度不同,回路中会出现热电动势,并产生电流；通常将一端温度T0维持恒定,称为冷端或自由端;另外一端放在需要测温的地方,称为热端或工作端;温度补偿:只有当热电偶冷端温度保持不变时,热电势才是被测温度的单值函数;热电偶的冷端温度补偿：只有将冷端温度保持为0℃,或者进行一定的修正才能得到准确的测量结果;热电阻：在中、低温区,热电偶输出的热电动势很小；而在中、低温区,用热电阻比用热电偶做为测温元件时的测量精确度更高；热电阻特点：性能稳定、测量精度高,一般可在-270～900℃范围内使用推荐在150℃以下时选用;1习题1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种什么热电偶的分度号在什么情况下要使用补偿导线答:a.当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势,并产生电流.b.铂极其合金,镍铬-镍硅,镍铬-康铜,铜-康铜.c.分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列.d.在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时,自动补偿冷端温度变化,以保证测量精度,为了节约,作为热偶丝在低温区的替代品.1-2热电阻测温有什么特点为什么热电阻要用三线接法答:a.在-200到+500摄氏度范围内精度高,性能稳定可靠,不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低,存在非线性.b. 在使用平衡电桥对热电阻进行测量时,由电阻引出三根导线,一根的电阻与电源E相连接,不影响电桥的平衡,另外两根接到电桥的两臂内,他们随环境温度的变化可以相互抵消.在中、低温区,热电偶输出的热电动势很小；而在中、低温区,用热电阻比用热电偶做为测温元件时的测量精确度更高；热电阻特点：性能稳定、测量精度高,一般可在-270～900℃范围内使用推荐在150℃以下时选用;1-3说明热电偶温度变送器的基本结构.工作原理以及实现冷端温度补偿的方法.在什么情况下要做零点迁移答:a.结构:其核心是一个直流低电平电压-电流变换器,大体上都可分为输入电路.放大电路及反馈电路三部分.b.工作原理:应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻,热敏电阻集成温度传感器.半导体温度传感器等,然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号.c.由铜丝绕制的电阻Rcu安装在热电偶的冷端接线处,当冷端温度变化时,利用铜丝电阻随温度变化的特性,向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿.桥路左臂由稳压电压电源Vz约5v 和高电阻R1约10K欧建立的恒值电流I2流过铜电阻Rcu,在Rcu上产生一个电压,此电压与热电动势Et串联相接.当温度补偿升高时,热电动势Et下降,但由于Rcu增值,在Rcu两端的电压增加,只要铜电阻的大小选择适当,便可得到满意的补偿.d.当变送器输出信号Ymin下限值即标准统一信号下限值与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移.1-4什扰共模干扰为什么会影响自动化仪表的正常工作怎样才能抑制其影响么叫共模干扰和差模干扰为什么工业现场常会出现很强的共模干答:共模干扰:电热丝上的工频交流电便会向热电偶泄漏,使热电偶上出现几伏或几十伏的对地干扰电压,这种在两根信号线上共同存在的对地干扰电压称为~.差模干扰:在两根信号线之间更经常地存在电磁感应、静电耦合以及电阻泄漏引起的差模干扰.工业上会出现共模干扰是因为现场有动力电缆,形成强大的磁场.造成信号的不稳.共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号,是被测信号的地和数字电压表的地之间不等电位,由两个地之间的电势即共模干扰源产生的.在现场中,被测信号与测量仪器间相距很远.这两个地之间的电位差会达到几十伏甚至上百伏,对测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏仪表.共模干扰在导线与地机壳之间传输,属于非对称性干扰,共模干扰幅度大.频率高.还可以通过导线产生辐射,所造成的干扰较大.消除共模干扰的方法包括:1采用屏蔽双绞线并有效接地2强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽3布线时远离高压线,更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线4不要和电控锁共用同一个电源5采用线性稳压电源或高品质的开关电源纹波干扰小于50mV.2.1 什么是调节器的调节规律PID 调节器的数学表达式是怎样的比例、积分、微分三种调节规律有何特征为什么工程上不用数学上理想的微分算式规律：确定调节器的动态特性称为调节器的调节规律,是调节器的输入信号与输出信号之间的动态关系;PID 调节器的数学表达式：)11()()()(s T s T K s X s Y s G d iC ++== P 调节比例调节规律特点：1 有差调节,不可避免地存在稳态误差：2 稳态误差随比例度的增大而增大；3 不适用于给定值随时间变化的系统；4 增大Kc,不仅可以减小稳态误差,还可以加快响应速率I 调节积分调节规律特点：1可以提高系统的无差度,也即提高系统的稳态控制精度：2过渡过程变化相对缓慢,系统的稳定性差D 调节微分调节规律特点：1 单纯的微分调节器是不能工作的2能预测偏差变化趋势,防止系统被调量出现较大动态偏差；对静态偏差无抑制作用;故工程上一般不单独使用数学上理想的微分算式;2.2 试给出DDZ-III 型调节器的基本组成结构和主要运算电路2.3 PID 调节器中,比例度p,积分时间常数Ti,微分时间常数Td,积分增益Ki,微分增益Kd 分别有什么含义在调节器动作过程中分别产生什么影响若令Ti 取∞,Td 取0,分别代表调节器处于什么状态答:比例度P 为调节器的比例增益,它的大小决定了比例调节作用的强弱,P 越大,比例调节作用越强只要有输入,必有输出;TI 积分时间表示积分作用的强弱,TI 越大,积分作用越弱只要输入不为零,输出的积分作用会一直随时间增长；TD 微分时间,表示微分作用的强弱,TD 越大,微分作用越强;积分增益Ki 为放大器增益,Ki 越大,调节静差越小;Kd 为比例微分调节器输出地最大跳变值与单纯由比例作用产生的输出变化值之比;Ti 取无穷时,调节器处于PD 状态.Td 取零时调节器处于PI 状态.2.8 数字控制算法有哪些优点1.功能丰富,很多功能可以用软件来实现,参数修改容易；2.具有自诊断功能,有效防止事故的发生；3.可以方便地与上位机或测控网络通信；4.便于小型化,并减小功耗;2.9 给出实用的PID 数字表达式,数字仪表中常有哪些改进型PID 算法1.微分先行的PID 算法2.比例先行的PID 算法3.带可变型设定值滤波器SVF 的PID 算法执行器组成执行机构驱动和调节机构阀芯定义：执行器是自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置;功能：是控制系统正向通路中直接改变操纵变量的仪表,由执行机构和调节机构组成;分类：大致上可分为电动、气动、液动三种;气动执行器结构简单工作可靠价格便宜维护方便防火防爆固有流量特性：调节阀前后压差不变时,得到的流量特性;直线：控制阀的相对流量与相对开度成直线关系;对数：小流量时,控制作用平缓；大流量时,控制作用灵敏有效,克服了直流特性的不足;快开：适于要求快速开、闭的控制系统;工作流量特性：实际应用时,调节阀两端的压差是变化的,此时调节阀的相对流量与相对开度之间的关系称为工作流量特性;电动执行器能源取用方便信号传输速度快便于选择但结构复杂价格昂贵适用于防爆要求不高的场所特点执行机构采用电动机带减速器,而调节阀部分仍然与气动执行器相同;防爆栅又称安全保持器,是一种对送往现场的电压和电流进行严格控制的单元,它接在现场仪表与控制室之间;可以保证在短路、短路等各种情况下,进入现场的电功率在安全的范围之内,可能发生的火花都在爆炸气体的点火能量之下;使用安全火花防爆仪表,且现场仪表和非危险场所之间的电路通过防爆栅连接就可以构建安全火花防爆系统;基本结构构成一个安全火花防爆系统的充分必要条件1、在危险现场使用的仪表必须多是安全火花型;2、现场仪表与非危险场所之间的电路连接必须经过防爆栅;3、从现场仪表到防爆栅的连接线上不得形成大的分布电容或电感;种类电阻式齐纳式隔离式4-2调节阀有哪些结构形式分别适用于什么场合执行机构是指执行器中的哪一部分执行器选用气开,气关的原则是什么答:调节阀根据结构分为9个大类:1单座调节阀;适用于泄漏要求严.工作压差小的干净介质场合2双座调节阀;适用于泄漏要求不严.工作压差大的干净介质场合3套筒调节阀;适用于单座阀场合4角形调节阀;适用于泄漏要求些压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场合5三通调节阀;用于分流和合流及两相流.温度差不大于150℃的场合6隔膜阀;适用于不干净介质.弱腐蚀介质的两位切断场合;执行机构是执行器的推动部分.规则:气开气闭的选择主要从生产安全角度考虑,当工厂发生断电或其他事故引起信号压力中断时,调节阀的开闭状态应避免损坏设备和伤害操作人员反之,则选用气开式执行器.4-3什么是调节阀的固有流量特性和工作流量特性为什么流量特性的选择对控制系统的工作至关重要答:①在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性；实际应用时,调节阀两端的压差是变化的,此时调节阀的相对流量与相对开度之间的关系称为工作流量特性;②从自动控制的角度看,调节阀一个最重要的特性是他的流量特性,即调节阀阀芯位移与流量之间的关系,值得指出调节阀的特性对整个自动调节系统的调节品质有很大的影响.4-5电-气阀门定位器含电-气转换器和阀门定位器是怎样工作的它们起什么作用答:①由电动调节器送来的电流I通入线圈,该线圈能在永久磁铁的气隙中自由地上下运动,当输入电流i增大时,线圈与磁铁产生的吸引增大,使杠杆作逆时针方向旋转,并带动安装在杠杆上的挡板靠近喷嘴,改变喷嘴和挡板之间的间隙②使气动执行器能够接收电动调节器的命令,必须把调节器输出的标准电流信号转换为20~100kPa的标准气压信号. 4-8防爆栅的基本结构是什么它是怎样实现限压限流的基本结构分为：电阻式齐纳式隔离式电阻式最简单只在两根电源线上串联一定的电阻对进入危险场所的电流加以限制齐纳式利用齐纳二极管的击穿特性进行限流隔离式变压器作为隔离元件分别将输入输出和电源电路进行隔离,以防止危险能量直接窜入危险现场第五章过程控制对象动态特性及其数学模型被控过程数学模型的几个参数放大系数K：在数值上等于对象处于稳定状态时输出变化量与输入变化量之比;放大系数是描述对象静态特性的参数;时间常数T: 当对象受到阶跃输入后被控量达到新的稳定值的63.2%所需的时间滞后时间τ：是纯滞后时间τ0和容量滞后τC的总和; 纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的;容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的;滞后时间τ是反映对象动态特性的另一个重要参数;滞后:被调量的变化落后于扰动的发生和变化；纯滞后:由于信号的传输而产生的滞后；容量滞后:由于多了一个容量而使飞升过程向后推迟的程度物料或能量平衡关系静态物料或能量平衡关系：单位时间内进入被控过程的物料或能量等于单位时间内从被控过程流出的物料或能量;动态物料或能量平衡关系：单位时间内进入被控过程的物料或能量减去单位时间内从被控过程流出的物料或能量等于被控过程内物料或能量存储量的变化率;水位变化规律对象的自衡特性定义：对象受到干扰作用后,平衡状态被破坏 ,无须外加任何控制作用,依靠对象本身自动平衡的倾向,逐渐地达到新的平衡状态的性质,称为自衡能力;对象特性的实验测定、时域法1、测定动态特性的时域方法此法主要是求取对象的飞升曲线或方波曲线;优点：设备简单,不需专门的信号源；但,精度不高,且对生产有一定影响;2、测定动态特性的频域方法在输入端加以一种正弦波,测出输入量与输出量之比和相位差;一般需要一定的设备,对生产影响小输入在稳态值上下波动,精度比时域法高;3、测定动态特性的统计研究方法在输入端加上某种随机信号或直接利用对象本身输入端的随机噪声,观察和记录对象各种参数的变化;对生产影响很小,精度高,但需要处理大量数据;飞升曲线：是指输入为阶跃函数时的输出量变化曲线让对象在某个稳态下稳定一段时间,快速改变它的输入量,即在输入端加入阶跃函数,测出输出端的变化曲线即得飞升曲线5-3测定对象动特性飞升曲线的方法及注意要点答:飞升特性是指输入为阶越函数时的输出量变化曲线.采用时域方法,输入量作阶越变化,测绘输出量随时间变化曲线就得到飞升特性.实验时,可以让对象在某一稳态下稳定一段时间后,快速的改变它的输入量,是对象达到另一稳定状态.注意要点:①采取措施防止其他干扰的发生,否则将影响实验结果.②为克服其他干扰影响,同一飞升曲线应重复测试两三次.③求出其中合理部分的平均值,据此平均曲线来分析对象的动态特性.④需特别注意被调量离开起始点状态时的情况,应准确记录加入阶越作用的计时起点,以便计算对象滞后的大小.第六章单回路调节系统的设计及调节器参数整定方法概念：一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数恒定,而调节器只接收一个测量信号,其输出也只控制一个执行机构;系统基本结构：变送器、调节器、执行器特点：最简单、最基本；应用最广泛、最成熟;是各种复杂控制系统设计和参数整定的基础;适用于被控对象滞后时间较小,负载和干扰不大,控制质量要求不很高的场合;过程控制系统设计的要求：1、安全性2、稳定性3、经济性过程控制系统的设计步：1、建立被控过程的数学模型2、选择控制方案被调参数、调节量、调节规律3、选择控制设备型号规格4、实验与仿真整定参数调节器参数的实验整定方法1、稳定边界法在闭合的控制系统里,将调节器置于纯比例作用下,从大到小逐渐改变调节器的比例度,得到等幅振荡的过渡过程;2、反应曲线法先测定对象的动特性,即对象输入量作单位阶跃变化时被调量的反应曲线,亦即飞升曲线；由飞升曲线的参数,根据经验公式,求得最佳整定参数;3、衰减曲线法选把过程控制系统中调节器参数置成纯比例作用TI=∞,Td=0使系统投入运行;再把比例度P从大逐渐调小,直到出现4：1即衰减比ψ＝0.75衰减过程曲线;干扰通道：干扰通道的放大系数、时间常数、纯滞后；干扰通道的放大系数希望越小越好,这样可使静差减小,控制精度提高；干扰通道的时间常数Tf的增加,可以使最大动态偏差减小,这也是我们所希望的；而干扰通道存在的纯滞后 tao,对调节质量没有影响; 不管是哪一个干扰量,系统的稳定程度、过渡过程的衰减系数、振荡周期等也一样,但最大动态偏差及静差则有可能不相同;如果调节器用了积分作用,则静差为零,若无积分作用,则存在静差;调节通道：对象调节通道的动态特性,可以近似地用时间常数和纯滞后来表示；纯滞后的存在,超调量将会增加,调节质量将会恶化,调节通道的纯滞后越大,这种现象就越严重,调节质量也就越坏；一般来说,系统的时间常数大,反应速度慢,则需要较长的过渡时间,单过程相对平稳,而系统的时间常数小,反应快,过渡过程时间就相对减小;时间常数小,容易引起振荡和超调;6.2 比例+积分调节器引入积分作用对系统的控制性能影响如何对于一般工业对象其调节器参数如何选取答：引入积分作用的最大好处是消除比例调节的稳定误差;但也带来了降到系统稳定性的不良后果;应当在详细的研究调节对象特性以及工艺要就的基础上对调节规律后进行选择6.3 PID控制规律特点、调节规律的选择:比例调节:对控制作用和扰动作用的响应都很迅速,缺点是存在静差,工艺上要求不高的系统可以选择比例调节.积分调节:特点是没有静差,但动态误差最大,且调节时间也最长,只能用于自衡特性的简单对象,很少单独使用微分调节:加快系统的响速度,增进系统的稳定度,减小动态偏差但微分作用不应太大,会导致系统的不稳定.6.4 何谓单回路调节系统单回路调节系统适用于哪些场合答: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恒定,而调节器只接收一个测量信号,其输出也只是控制一个执行机构.在一般连续生产过程中,单回路调节系统可以满足大多数工业生产的要求,因此它的用量很大.只有在单回路调节系统不能满足生产的更高要求的情况下,才用复杂的调节系统.6.5试分析对象的干扰通道和控制通道特性对控制性能的影响答:干扰通道的放大系数Kf影响着干扰加在系统上的幅值.若调节系统是有差系统,则干扰通道控制系统的静差也愈大;干扰通道时间常数Tf的影响,如果干扰通道是一阶惯性环节,其时间常数为Tf1,则阶跃干扰通过惯性环节,其过渡过程的动态分量被滤波而幅值减小了,这样一来,使控制过程最大偏差随着Tf1的增大而减小,从而提高了调节质量.当干扰作用点的位置离测量点近,则动态偏差大;反之,干扰离测量点远,则动态偏差小,调节质量高.第7章常用过程控制系统有串级调节系统比值调节系统均匀调节系统前馈调节系统串级调节系统：把两个调节器串接起来,使一个被调量准确保持为给定值,通常,串级系统的副环的对象惯性校,工作频率高,而主环惯性大,工作频率低,为了提高系统的调节性能,希望主副环的工作频率错开相差三倍以上,以免频率相近时发生共振现象而破坏正常工作；与单回路系统相比,干扰对被调量的影响可以减许多倍;串级系统使得整个系统的过渡过程频率比单回路系统有所提高,且副调节器放大系数越大,效果越明前馈调节比值调节系统：凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统,统称为比值控制系统;主动量：起主导作用而又不可控的物料流量；从动量：跟随主动量而变化的物料流量；比例系数: K=Q1/ Q2;均匀调节系统：是为满足连续生产过程的需要而产生的;在连续生产过程中,前一设备的出料往往是后一设备的进料;均匀是指前后设备物料供求上的均匀;前馈调节系统：直接按扰动而不是按偏差进行控制;干扰发生后,被控量还未显现出变化之前,控制器就产生了控制作用;这种前馈控制系统对干扰的克服要比反馈控制系统及时得多;串级控制系统调节器的选型：主调节器一般选PI或PID控制规律；如果副环外面的对象容积数较多,同时有主要扰动落在副环外面,则宜用PID调节;副调节器一般只要选P控制规律即可：若采用积分规律,会延长控制过程,减弱副回路的快速作用;若引入微分规律会使调节阀动作过大,对控制不利;串级控制系统控制器参数的整定：逐步逼近法逐步逼近法是先副后主,逐步逼近;两步整定法第一步,整定副控制器；第二步,整定主控制器;7-3简述串级控制系统的设计原则答:⑴.主被控参数和主回路的选择主参数:主回路设计与单回路设计基本相同.凡直接或间接反映生产过程的产品质量和产量.并可测量的参数作为主被控参数,所构成的回路为主回路.⑵.副被控参数的选择和副回路设计串级控制系统的所有优点是该系统具有副回路,因此副回路设计尤为重要.①副被控参数的选择应使副回路的时间常数.纯滞后小,以保证控制通道短和快速性,副被控参数须对住被控参数有足够的灵敏度,控制参数应对副被控参数影响快.②副回路必须包括生产过程中变化剧烈.频繁.幅度大的干扰,并且尽可能多的干扰,使得干扰被尽快的消除.③应使主.副回路的时间常数匹配,一般T01/T02=3~10,既时间常数错开,有利于动态指标.。

过程控制复习

过程控制的特点：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形式5、过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成系统阶跃响应的综合性能指标—偏差积分（偏差积分IE 、绝对偏差积分IAE 、平方偏差积分ISE 、时间与绝对偏差乘积积分ITAE ）不能保证控制系统具有合适的衰减率DDZ 定义：电动单元组合仪表变送器：将各种不同的检测信号转换成为标准信号输出压力测量的表示方法有绝对压力、表压、压差、负压流量：指单位时间内流过管道某一截面的流体数量，即瞬时流量流量按原理分有节流式、速度式、容积式、电磁式2-17 什么叫标准节流装置？试述差压式流量计测量流量的原理；并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响？解答：1）标准节流装置：包括节流件和取压装置。

2）原理：基于液体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。

3）影响因素：P47○1流量系数的大小与节流装置的形式、孔口对管道的面积比m 及取压方式密切相关；○2流量系数的大小与管壁的粗糙度、孔板边缘的尖锐度、流体的粘度、温度及可压缩性相关；○3 流量系数的大小与流体流动状态有关。

椭圆齿流量计精度最高3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？解答：1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。

2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。

3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。

3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？解答：P741）控制器的比例度P 越小，它的放大倍数p K 就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也越强，反之亦然，比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现。

2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还表示符合这个比例关系的有效输入区间。

过程控制复习

（5）按控制变量的名称区分温度控制系统压力控制系统 …… （6）按调节规律区分 P、PI、PD、PID、预估控制 ……
1.4 过渡过程和品质指标
（1）静态（稳态）和动态
静态――被控变量不随时间变化的平衡状态（变化率为0，不是静止）。如果控制系统是稳定的，假设设定值和干扰都保持不变，经过足够长的时间，控制系统中各参数必然会到达一个“ 相对”平衡状态，这种状态就是所谓的“静态”，在控制领域中更多的称之为“稳态”。。
· 一阶线性对象
问题：求右图所示的对象模型（输入输出模型）。解：该对象的输入量为qi 被控变量为液位h
qi
A h
q0
根据物料平衡方程：单位时间内水槽体积的改变＝输入流量 — 输出流量
dV V Ah q q i o dt A dh qi h dt R
dh A q q i o dt
对象机理数学模型的建立
问题：处于平衡状态的对象加入干扰以后，不经控制系统能否自行达到新的平衡状态？
qi qi q0
q0
左图：假设初始为平衡状态qi=qo，水箱水位保持不变。当发生变化时(qi＞qo)，此时水箱的水位开始升高根据流体力学原理，水箱出口流量与H是存在一定的对应关系的： q0
H /R
非周期衰减过程衰减振荡过程 √ √
等幅振荡过程发散振荡过程
？ X
一般是不允许的除开关量控制回路
单调发散过程
X
（3）过渡过程的品质指标
通常要评价和讨论一个控制系统性能优劣，其标准有二大类：
· 以系统受到阶跃输入作用后的响应曲线的形式给出。主要包括：最大偏差（超调量）、衰减比余差过渡时间振荡周期（振荡频率）……

过程控制考试复习资料(1)

过程控制工程复习资料一、填空题1．过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程或被控对象、测量变送器等环节组成。

2、调节阀按能源不同分为三类：气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀。

3、自动控制系统按工作原理可分为三类：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统。

按给定值特点分类可分为三类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

4、过程控制系统方案设计的基本要求是：安全、稳定、经济。

5、过程数学模型的求取方法有三种，分别是：机理法建模、系统辨别法建模、混合法（机理分析+系统辨别）建模。

6、理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。

7、定比值控制系统包括：开环比值控制系统、单闭环比值控制系统和双闭环比值控制系统。

8、控制器参数整定法有：经验法、临界比例度法、衰减振荡法、响应曲线法。

9、根据实践经验的总结发现，除少数无自平衡的对象以外，大多数对象均可用一阶、二阶、一阶加纯滞后、二阶加纯滞后这四种典型的动态特性来加以近似描述。

为进一步简化，也可以将所有的对象的动态特性都简化为一阶加纯滞后的形式，用传递函数可以表示为：（）。

其中K表示对象的静态放大系数，T表示对象的时间常数，表示纯滞后时间。

10、调节器的比例度δ越大，则放大倍数Kc越小，比例调节作用就越弱，过渡过程曲线就越平稳，但余差也越大。

积分时间T i越小，则积分速度越大，积分特性曲线的斜率越大，积分作用越强，消除余差越快，微分时间T d越大，微分作用越强。

11、定值控制系统是按测量与给定偏差大小进行调节的，而前馈调节是按扰动量大小进行调节的；前者是闭环调节，后者是开环调节。

采用前馈-反馈调节的优点是利用前馈调节的及时性和反馈调节的静态准确性。

12、防止几分饱和有哪三种方法：限幅法、外反馈法、积分切除法。

13、测量变送器的要求：准确、快速、可靠。

14、在串级控制系统中，调节器参数的整定方法有：逐次逼近法、两步整定法、一步整定法。

二、选择题1、下列控制系统中，哪些是开环控制(C)，哪些是闭环控制（ABD）A、定值控制B、随动控制C、前馈控制D、程序控制2、对某PI控制系统，为了防止积分饱和，采取下列措施，问哪一条是不起作用的（D）C、采用高低阻幅器 B、采用调节器外部积分反馈法C、采用PI-P调节器D、采用PI-D调节器3、如果甲乙两个广义调节对象的动态特性完全相同（如均为二阶对象），甲采用PI作用调节器，乙采用P作用调节器。

过程控制复习重点

过控复习重点第一章1.过控的定义：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。

2.过程控制的特点：①连续生产过程的自动化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过程控制的控制工程多属慢过程、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3.过程控制系统的组成：测量元件、变送器、调节器、调节阀（过程检测控制仪表）和被控对象4.过程控制的分类：按过程控制系统的结构特点分①反馈控制系统②前馈控制系统③前馈—反馈控制系统按给定值信号的特点分①定值控制系统②程序控制系统③随动控制系统5.过程控制的任务在了解、熟悉、掌握生产工艺流程与生产过程静态和动态特性的基础上，根据工艺要求，应用控制理论、现代控制技术，分析、设计、整定过程控制系统。

第二章1.过程的数学建模:是设计过程控制系统，确定方控制案、分析质量指标、整定调节器参数等等的重要依据。

2.建模的目的：①设计过程控制系统和整定调节器参数②指导设计生产工艺设备③进行仿真实验研究④培训运行操作人员3.被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道4.控制作用与被控量之间的信号联系称为控制通道5.建模的方法：①机理分析法建模②实验法建模③最小二乘法建模6.自衡建模（1）单容过程：单容过程是指只有一个贮蓄容量的又具有自平衡能力的过程。

传递函数：1)(000+=s T K s W（2）多容过程：在工业生产过程中，被控过程往往由多个容积和阻力构成的过程称为多容过程传递函数：)1)(1()(2100++=s T s T K s W 7.非自衡过程建模（1）单容过程：传递函数：s T s W a 1)(0=(2) 多容过程：传递函数：)1(1)(0+=Ts S T S W a 8.最小二乘法的基本原理：出发点是在获得过程或系统的输入、输出数据后，希望求得最佳的参数值，以使系统方程在最小方差意义上与输入、输出数据相拟合，采用实际观察值替代模型的输出从上式所示的一类模型中找出过程参数向量的估计值，能使模型误差尽可能小的模型。

自动化仪表与过程控制复习资料

自动化仪表与过程控制复习资料1、过程控制的特点？答：①对象复杂②对象存在滞后③ 对象特性具有非线性④控制系统复杂2、过程控制系统的3个主要发展阶段答：①仪表自动化阶段②计算机控制阶段③综合自动化阶段3、过程控制系统的基本组成答：①被控对象②传感器和变送器③控制器（调节器）④执行器⑤控制阀4、定值控制系统、随动系统、程序控制系统的定义答：①定值控制系统：设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定值控制系统。

②随动系统：设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输出（被控变量）随之而变化。

③程序控制系统：设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化。

5、递减比（衰减比）、超调量、过渡过程时间、静态偏差、相应曲线评价准则（IAE/ISE/ITAE ）。

答：（1）递减比：根据实际操作经验，为保持足够的稳定裕度，一般希望过渡过程有两个波左右，与此对应的衰减比在4:1到10:1的范围内。

（2）超调量：最大动态偏差占设定值的百分比称为超调量。

（不能过大）（3）过渡过程时间：原处于平衡的控制系统受扰动后，由于系统的控制作用，被控量过渡到被控量稳态值的2％～5％时，达到新的平衡状态所经历的时间，也称为过渡过程时间、稳定时间。

（4）静态偏差：过渡过程结束，设定值与被控参数的稳态值之差。

（5）相应曲线评价准则：误差积分IE （不合理）；绝对误差积分IAE （公认，常用）；平方误差积分ISE （抑制大误差）；偏差绝对值与时间乘积积分（ITAE ）（抑制长时间过渡过程）。

1、量程调整的目的：使变送器的输出信号上限值与测量范围的上限值相对应。

量程调整相当于改变变送器的输入输出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号y 与输入信号x 之间的比例系数。

2、零点调整和零点迁移：零点调整使变送器的测量起点为零，而零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值（正值或负值）。

测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；反之称为负迁移。

过程控制复习

3－6 什么是直接参数和间接参数？这两者有什么关系？选择被控参数应遵守哪些基本原则？答：问题一：直接参数是指直接反映生产过程中产品的产量和质量的参数。

间接参数是间接反映产品产量和质量的参数。

问题二：间接参数与直接参数有单值的函数对应关系。

问题三：１）选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控参数２）当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数３）被控参数必须具有足够高的灵敏度４）被控参数的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所使用仪表的性能3－7选择控制参数时，为什么要从分析过程特性入手？为什么选过程控制通道的放大系数K 0要适当大一些，时间常数T 0要小一些，而扰动通道K f 要尽可能小一些，T f 要大？答：问题一：在生产过程中往往有几个参数可作为控制参数，选择不同的控制参数，就相当于选择不同的过程特性，而过程的动态、静态特性直接影响着控制系统的稳态性能、动态性能和暂态性能。

问题二：控制通道的静态放大系数K 0越大，表示控制作用越灵敏，克服扰动的能力越强，控制效果越显著。

时间常数T 0的大小反映了控制作用的强弱，反映了控制器的校正作用克服扰动对被控参数影响的快慢。

若控制通道时间常数T 0太大，则控制作用太弱，被控参数变化缓慢，控制不能及时，系统过渡过程时间长，控制质量下降，所以希望T 0要小一些。

扰动通道K f 越大则系统的稳态误差也越大，这表示在相同的阶跃扰动作用下，稳态下被控参数将偏离给定值越大，这样显著地降低控制质量，所以选择K f 要尽可能小一些。

时间常数T f 的增大，的增大，扰动作用于控制回路的过渡时间加长，扰动作用于控制回路的过渡时间加长，扰动作用于控制回路的过渡时间加长，但是由于过渡过程乘上一个但是由于过渡过程乘上一个1/T f 的数值，的数值，使整个过渡过程使整个过渡过程的幅值减小T f 倍，从而使其超调量随着T f 的增大而减小，因而T f 要大。

过程控制复习

过程控制题型：选择，判断，填空，简答，计算（以下为复习课提及考点）1.控制系统的性能指标：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2.求调节时间ts，余差，稳定值即y（∞）ts:（反映快速性）被控变量进入新稳态值的±5%（也有的规定为±2%）；余差：（反映准确性）稳态值(实际)与设定值（目标）之差；衰减比：n=B1/B2.衰减率：nBBBBB/11121121-=-=-=ψ；动态偏差：为被控量偏离设定值的最大偏差值（图中A）超调为A/y(∞)*100%.【例】某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10)℃。

考虑安全因素，控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80℃。

现设计的温度控制系统在最大阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如下图所示。

则该系统的过渡过程的最大偏差、衰减比、余差和过渡时间各为多少？并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？最大偏差A = 950-900 = 50℃衰减比n = (950-908)：(918-908) = 4.2：1余差C = 908-900 =8℃过渡时间t = 47min题中要求该系统控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80℃，而实际该系统过渡过程中偏离设定值的最大幅值仅为50℃，因此能够满足题中所给的工艺要求。

3. 判断自衡与非自衡1）自衡的定义：对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏，无须外加任何控制作用，依靠对象本身自动平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的性质，称为平衡能力；2）非自衡的定义：对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏，被调量以固定的速度一直变化下去而不会自动地平衡在新的平衡点，称为无平衡能力。

*注：积分1/s 具有积累存储功能(越来越大、发散)，能分解出1/s 因子的为非自衡；如：1/（s^2+s+5）为自衡，1/(s^2+s)=1/s(s+1)为非自衡。

4. 切线法进行对象拟合题型1求参数题型2画图s e TS K S G τ-+=1)(，u y y K ∆-∞=)0()(（u 为阶跃输入幅值，一般为单位阶跃u=1），τ为纯延迟。