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。

迁移的目的：使变送器输出的起点与被测量起点相对应。

零点迁移以后，变送器的输入输出特性沿x 坐标向右或向左平移了一段距离，其斜率并没有改变，即变送器的量程不变。

进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表的测量精度。

1、节流现象：流体在流过节流装置时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。

节流装置包括节流件和取压装置。

2、节流件是能使管道中的流体产生局部收缩的元件，应用最广泛的是孔板，其次是喷嘴、文丘里管等。

节流原理：具有一定能量的流体，才可能在管道中流动。

流动着的流体含有两种能量——静压能和动能。

3、体积流量 质量流量：结论：流量与节流件前后压差的平方根成正比。

只要测得差压（P1-P2）便可测得流量。

4、 标准节流装置：包括标准节流件和标准取压装置。

节流装置标准化的具体内容有：%100)(1⨯∞=y B σS Q α=S m Q Q ρα==节流装置的结构、尺寸、公差、光洁度、取压孔位置和使用条件等。

标准节流件有：孔板、喷嘴、文丘里管、节流装置、导压管。

5、标准取压方式：国家规定标准的取压方式有角接取压、法兰取压和D －D/2取压。

6、转子流量计的特点①转子流量计主要适合于检测中小管径、较低雷诺数的中小流量；②流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；③流量计的基本误差约为仪表量程的土2％，量程比可达10：1④流量计的测量精度易受被测介质密度、粘度、温度、压力、纯净度、安装质量等的影响。

7、流量测量：差压式流量计、转子流量计、靶式流量计、椭圆齿轮流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计1、控制规律：控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号随时间变化的规律。

如PID 控制规律。

2、控制器的作用：对来自变送器的测量信号与给定值相比较所产生的偏差进行控制规律（PID ）运算，并输出控制信号至执行器。

3、内、外给定信号：给定信号由调节器内部提供，称为内给定信号（如单回路定值控制系统）；当给定信号来自调节器外部，称为外给定信号（如随动控制系统）；转换通过内外给定开关完成。

4、正、反作用调节器：控制器的输入e 与输出Δy 的变化方向相同，为正作用控制器；如果输入e 与输出Δy 变化方向相反，为反作用控制器。

5、控制规律有断续控制和连续控制两类：一、断续控制——控制器输出接点信号，如双位控制、三位控制。

二、连续控制——控制器输出连续信号，如比例控制、比例积分控制、比例微分控制、比例积分微分控制。

所谓比例度就是指控制器输入偏差的相对变化值与相应的输出相对变化值之比，用百分数表示。

，式中e 为输入偏差；y 为控制器输出的变化量；（xmax - xmin ）为测量输入的最大变化量，即控制器的输入量程；（ymax –ymin ）为输出的最大变化量，即控制器的输出量程。

6、微分对静态偏差毫无控制能力。

当偏差存在，但不变化时，微分输出为零，因此不能单独使用。

必须和P 或PI 结合，组成PD 控制或PID 控制。

微分作用根据偏差变化速度进行调节，即使偏差很小，只要出现变化趋势，就有调节输出，故有超前调节之称。

在偏差恒定不变时，微分作用为0，故不能单独使用。

将比例、积分、微分三种控制规律结合在一起，只要三项作用的强度配合适当，既能快速调节，又能消除余差，可得到满意的控制效果。

①Kp 大，系统反应灵敏，过渡过程快，稳定性差②TD 大，克服容量和测量滞后效果好，但对于突变信号反应过大，降低稳定性。

③TI 小，消除余差快，稳定性下降，振荡加剧微分作用只对测量值有效，在设定值变化时没有针对它的微分作用。

max min max min e y P (/)100%x x y y =⨯--1、DDZ-Ⅲ型仪表的特点：1）采用统一信号标准：4~20mA DC 和1～5V DC 。

这种信号制的主要优点是电气零点不是从零开始，容易识别断电、断线等故障。

同样，因为最小信号电流不为零，可以使现场变送器实现两线制。

2）广泛采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、可靠性提高、维修工作量减少。

3）可构成安全火花型防爆系统，用于危险现场。

2、模拟调节器各部分电路（1）输入电路：输入电路的首要任务是求偏差 e ：V 01 = k ( V 给定－ V 测量 )，电路的特点1）输入阻抗高；2）求偏差；3）将偏差放大；4）消除传输线上压降的影响；5）进行电平移动；（2）PID 运算电路；（3）输出电路：其任务是将PID 电路输出电压VO3 =1～5V 变换为4～20mA 的电流输出，并将基准电平移至0V 。

在A4后面用VT1、VT2组成复合管，进行电流放大，同时以强烈的电流负反馈来保证良好的恒流特性；（4）手动操作电路及无扰切换；（5）测量及给定指示电路；1、调节阀的流量特性：调节阀的阀芯位移与流量之间的关系，对控制系统的调节品质有很大影响。

流量特性的定义：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。

Q/Qmax —相对流量，l/L — 相对开度。

相对流量Q/Qmax 是控制阀某一开度流量Q 与全开时流量Qmax 之比；相对开度l/L 是控制阀某一开度行程l 与全开行程L 之比。

2、固有（理想）流量特性在将控制阀前后压差固定时得到的流量特性称为固有流量特性。

它取决于阀芯的形状。

（1）直线特性（2）等百分比特性（3）快开特性（4）抛物线特性1、执行器的选择：控制阀结构形式及材料、口径、气开气关形式、流量特性四个方面选择。

控制信号为连续模拟量时，选用比例式执行机构，而控制信号为断续（开/关）形式时，应选择积分式执行机构。

控制阀流量特性的选择目前较多采用经验法，一般可以从下面的几个方面来考虑：根据过程特性选择；根据配管情况选择；根据负荷变化情况选择。

2、流量系数C 的定义：在阀两端压差100kPa ，流体为水（103Kg ／m 3）的条件下，阀门全开时每小时能通过调节阀的流体流量（m 3 /h ）。

例 某供暖系统，流过加热盘管的水流量为Q=31m3/h 热水为80℃，Pm-Pr=1.7×100kPa ，所装阀门取多大？解：Pm-Pr 是管网入口压差，设配管S=0.5（0.5～0.7）×1.7×100kPa ≈ 100kPa 。

80℃热水的密度ρ=971Kg/m3，代入 C ≈31 ，取标准C=32在此档中，选取和管道直径相配的口径。

3、液体流量系数C 值换算公式 1被控对象：指工业生产过程中的各种装置和设备（加热炉，锅炉等）被控量：温度，压力，流量，液位，成分，转速等。

控制对象的动态特性：对象在各个输入量发生扰动时，被控量随时间变化的规律。

通道：被控对象输入量与输出量之间的信号联系称为“通道”。

)(max L l f Q Q =C =C =控制通道：控制作用与被控变量之间的信号联系称为控制通道。

干扰通道：干扰作用与被控变量之间的信号联系称为干扰通道。

2、对象具有容量系数，阻力，传输距离，故表现为惯性，自平衡和迟延这三个重要动态特性。

描述对象动态特性的三个特征参数为：放大系数K，时间常数T，迟延时间τ容量系数C：指被控量变化一个单位量时，所需对象物质或能量储存量的改变量。

是反应被控对象惯性的量。

阻力R：被控量变化dy时，会引起流量（流入量或流出量）变化dQ，二者比值即为对象的阻力。

容量系数——反映对象存储能量的能力。

阻力系数——反映对象对物料或能量传递的阻力。

阻力系数影响时间常数和放大系数，容量系数影响时间常数。

凡是只有一个储存容积同时还有阻力的被控对象都属于有自平衡能力的单容对象。

被控量变化的时刻落后于扰动发生的时刻的现象，称为对象的迟延（或滞后）。

物质（或能量）由于传输距离而产生的迟延，称为传输迟延或纯迟延。

3、自平衡能力的对象自身具有内部负反馈1、当某个环节的输入增加时，其输出也增加，称该环节为“正作用”；反之，称为“反作用”，按此定义：1）变送器都是正作用；2）气开阀是正作用，气关阀是反作用；3）被控对象有的正作用，有的反作用。

2、对象正反作用判断：当通过控制阀的物料或能量增加时，按工艺机理分析，若被控量随之增加为“正作用”，反之为“负作用”；3、调节器正反作用的确定原则：保证系统构成负反馈。

简单的判定方法：闭合回路中有奇数个反作用环节。

1、过程控制系统方案设计的基本要求生产过程对过程控制系统的要求可简要归纳为安全性、稳定性和经济性三个方面。

2、过程控制系统设计的主要内容过程控制系统设计包括控制系统方案设计、工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容。

3、过程控制系统设计的步骤1）掌握生产工艺对控制系统的技术要求；2）建立被控过程的数学模型；3）确定控制方案，包括控制方式和系统组成结构的确定，是过程控制系统设计的关键步骤；4）控制设备选型；5）实验（或仿真）验证；4、调节过程的概貌主要由四个品质指标来衡量：1）衰减率：反映系统的稳定性；2）振荡频率：反映调节速度；3）余差：反映稳态精度；4）最大动态偏差：反映动态精度；5、仪表位号由仪表功能标志和仪表回路编号两部分组成。