过控考试复习大纲

第一章
1. 动态数学模型（动态特性）是过程输出变量和输入变量之间随时间变化时动态关系的数学描述。

（填空题）
2. 典型过程动态特性（简答）以阶跃响应分类，典型的工业过程动态特性分属四类：自衡的非振荡过程、无自衡的非振荡过程、自衡振荡过程、具有反向特性的过程。

自衡的非振荡过程在阶跃输入信号作用下的输出响应曲线没有振荡地从一个稳态趋向于另一个稳态。

无自衡的非振荡过程没有自衡能力，在阶跃输入信号作用下的输出响应曲线无振荡地从一个稳态一直上升或下降，不能达到新的稳态。

自衡振荡过程具有自衡能力，在阶跃输入信号作用下，输出响应呈现衰减振荡特性，最终过程会趋于新的稳态值。

具有反向特性的过程在阶跃输入信号作用下开始时刻与终止时刻呈现相反的变化，它有自衡和无自衡两种类型。

3. 自衡性：过程能自动地趋于新稳态值的特性
4. 增益的影响（扰动通道增益的影响）在其他因素相同的条件下，K f F越大，余差越大，最大偏差越大。

（选择）
5. 时间常数的影响（*）若τ0/T0固定，时间常数T0大，则为使稳定性不变，ω应减小，因此，时间常数大时，为保证系统的稳定性，振荡频率减小，回复时间变长，动态响应变慢。

反之，若τ0/T0固定，时间常数T0小，则振荡频率增大，回复时间变短，动态响应变快。

换言之，时间常数越大，过渡过程越慢。

6. 时滞的影响14页
7. 被控变量与操纵变量的选择（问答）被控变量的选择原则：深入了解工艺过程，选择能够反映工艺过程的被控变量；控制通道的K0尽量大；过程的τ0/T0应尽量小；过程的T0/T f应尽量小；扰动进入系统的位置应尽量远离被控变量。

操纵变量的选择原则：选择对被控变量影响较大的操纵变量，即K0尽量大；选择对被控变量有较快响应的操纵变量，即过程的τ0/T0应尽量小；过程的T0/T f应尽量小；使过程的K f F尽量小；工艺的合理性与动态响应的快速性应有机结合。

控制方案的选择原则：在满足工艺控制要求的前提下，控制方案应尽量简单实用。

8. 建立数学模型的基本方法（15-16页）机理分析法、系统辨识方法、机理分析与系统辨识的结合
9. 阶跃响应法-近似法38页（计算）
49页 6.简述对象增益对控制性能指标的影响①控制通道增益的影响：增益K0增加，余差减小，最大偏差减小，控制作用增强，但稳定性变差。

②扰动通道增益的影响：K f F越大，余差越大，最大偏差越大。

49页7.简述对象时间常数对控制性能指标的影响①控制通道时间常数的影响：若τ0/T0固定，相位T0ω不变，对稳定性没有影响。

若τ0/T0固定，时间常数大时，振荡频率减小，回复时间变长，动态响应变慢。

即时间常数越大，过渡过程越慢。

②扰动通道时间常数的影响：扰动通道时间常数T f大，扰动对系统的输出影响缓慢，有利于通过控制作用克服扰动的影响，控制质量高。

扰动通道时间常数T f小，扰动作用快，对系统输出影响也快，控制作用不能及时克服扰动。

49页8.简述对象时滞对控制性能指标的影响①控制通道时滞的影响：当检测变送环节存在时滞时，被控变量的变化不能及时传送到控制器；当被控对象存在时滞时，控制作用不能及时使被控变量变化；当执行器存在时滞时，控制器的信号不能及时引起操纵变量的变化。

②扰动通道时滞的影响：时滞τf的存在不影响系统闭环极点的分布，不影响系统稳定性。

第二章
1. 控制系统的组成（***）51-52页
简单控制系统由检测元件和变送器、控制器、执行器和被控对象组成。

当系统受到扰动或被控变量的设定值发生变化时，被控变量将发生变化，检测变送装置（检测元件和变送器）将被控变量的变化检测出来，检测变送信号在控制器中与设定值比较，控制器将偏差值按一定的控制规律运算，并输出控制信号驱动执行机构（控制阀）改变操纵变量，使被控变量回复到设定值。

检测元件和变送器用于检测被控变量（物理参数），并将检测到的信号转换为标准信号输出。

控制器用于将检测变送单元的输出信号与设定值信号进行比较，按一定的控制规律对其偏差信号进行运算，运算结果输出到执行器。

执行器是控制系统回路中的最终元件，直接用于控制操纵变量变化。

执行器接收控制器的输出信号，通过改变执行器节流件的流通面积来改变操纵变量。

被控对象是以被控变量表现其特征的装置、设置或过程。

简单控制系统的框图52页（* **）
2. 控制系统的控制性能指标53页（计算）
3. 56页传感器：将非电学物理量通过各种物理、化学、光学等原理转换成易于测量、传输、处理的电学量的一种元器件。

变送器：将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。

输出信号一般为电流或电压（0~10mA，4~20mA，或1~5V）。

4. 表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。

5. 检测元件和变送器的基本要求是准确、迅速和可靠。

6. 控制阀控制阀可分为气动、电动和液动三种。

控制阀选择的内容包括：结构形式及材质的选择，口径大小及开闭形式的选择，流量特性的选择，以及阀门定位器的选择等。

控制阀由执行机构和调节机构两部分组成。

执行机构将控制器的输出信号转换成直线位移或角位移，两者之间为比例关系；调节机构则将执行机构输出的直线位移或角位移转换成流通截面积的变化，从而改变操纵变量的大小。

看一看62页执行机构和调节机构
7. 控制阀作用方式的选择
气动控制阀有气开和气关两种作用方式。

采用气开作用时，输入的气压信号越高，阀门的开度也越大，而在失气时则全关。

采用气关作用时，输入的气压信号越高，阀门的开度则越小，而在失气时则全开。

气开或气关作用的选择首先要从工艺生产上的安全要求出发，考虑原则是：信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。

其次，要从保证产品质量出发，使在信号压力中断，不降低产品的质量。

另外，还可以从降低原料、动力损耗，从介质的特点等方面来考虑。

8. 控制阀的流量特性67页
控制阀的流量特性指的是介质流过阀门的流量与阀杆行程之间的关系，通常用相对值来表示。

国内常用的理想流量特性有线性流量特性、对数流量特性、快开流量特性等。

线性流量特性是指控制阀的流量与阀杆的行程成线性关系，即单位行程变化引起的流量的变化是常数。

对数流量特性是指单位行程变化引起的流量变化与此点的流量成正比关系，即控制阀的放大系数是变化的，随流量的增加而增大。

快开流量特性是指单位行程变化引起的流量变化与此点的流量成反比关系。

9. 阀门定位器的选择73页
阀门定位器的功能：①改善控制阀的动、静态特性②改善控制阀的流量特性③实现分程控制
10. 比例（P）控制75页
比例（P）控制数学表达式为：u t=K c e t+u0
特点：K c会影响闭环系统的稳定性。

在定值控制情况下，K c越大，最大偏差越小，振荡频率越高，但振荡倾向越强。

在随动控制情况下，增大K c，也使稳定性下降。

对于开环不稳定的过程，或条件稳定过程，K c在一定范围内，闭环系统才能稳定。

选择：比例增益K c的选取与对象的特性有关。

如果对象是较稳定的，即对象的纯滞后较小、时间常数较大以及放大系数较小时，K c可以取得大一些，以提高整个系统的灵敏度，使反应加快，以得到比较平稳且余差又不太大的衰减过渡过程；反之，如果对象的纯滞后较大、时间常数较小以及放大系数较大时，K c就应该取得小一些，否则达不到稳定的要求。

适用范围：比例控制是一种最基本的控制规律，具有反应速度快、控制及时等特点，但由于控制结果有余差，仅适用于干扰较小、对象的时滞较小而时间常数并不太小，控制质量要求不高，允许有余差的场合。

11. 比例积分（PI）控制78页
比例积分（PI）控制规律的数学表达式：∆u t=K c e t+1
T i
e t dt 1
比例积分控制器的输出是比例作用和积分作用两部分之和。

特点：比例积分控制器克服扰动时，比例部分的主要作用是将偏差迅速驱赶到接近于零，而积分部分的主要作用则是能消除接近于零而比例作用又无法加以响应的余差。

选择：积分时间T i越小积分作用越强，滞后越大，使稳定性裕度下降，当T i趋向无穷大时无积分作用。

其积分时间T i应根据不同的对象特性加以选择。

适用范围：由于比例积分控制器既保留了比例控制器响应及时的优点，又能消除余差，故适用范围比较广，大多数控制系统都能使用。

12. 比例微分（PD）控制79页
特点：在比例控制的基础上引入微分作用后，增大了系统的稳定裕度，使比例增益可以加大，从而可以加快过渡过程，减小动态偏差和余差，对克服对象的容量滞后有显著效果。

选择：微分作用的强弱要适当。

引入D作用后，由于相位超前，提高了系统的稳定性裕度，使控制质量得到了提高。

如果微分作用太弱，即微分时间T d太小，相位超前不够明显，对控制质量改善不大；但微分时间T d太大，微分作用太强，反而降低系统的稳定裕度。

适用范围：微分作用适用于对象容量滞后较大的控制系统，如温度控制系统。

对于这些系统，适当加入微分作用，可以使控制质量有较大程度的提高。

但是，微分作用对于对象的时滞是不起作用的。

对于大噪音对象的控制系统一般不引入微分作用。

13. 离散PID控制算法、双位控制（了解）82~87页
14. 临界比例度法、衰减曲线法、反应曲线法90~92页
97页习题与思考题
第三章
1. 串级控制系统
定义：采用不止一个控制器，而且控制器间相串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的控制系统，称为串级控制系统。

（选择，填空）
特点：串级控制系统增加了副控制回路，使控制系统性能得到改善，其主要特点有：①能迅速克服进入副回路扰动的影响。

②由于副回路的存在，串级控制系统改善了对象特性、提高了工作频率。

③串级控制系统具有自适应能力。

④串级控制系统能够更精确控制操纵变量的流量。

⑤串级控制系统可实现更灵活的操作方式。

（简答）
串级控制系统框图（***）100页
2. 串级控制系统的设计（主、副回路的设计；主、副控制器的控制规律选择）104~105页
3. 比值控制系统109页
凡是用来实现两个或两个以上的物料按一定比例关系进行控制以达到某种控制目的的控制系统，称为比值控制系统。

比值控制系统中，需要保持比值关系的两种物料，必有一种处于主导地位，通常称此物料为主动量，另一种物料称为从动量。

比值控制系统就是要实现从动量与主动量的对应比值控制关系。

比值控制系统主要有：单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统和变比值控制系统。

4. 均匀控制系统115页
特点：均匀控制系统是对一种控制方案所起的作用而言，没有独立的结构。

在连续生产过程中为了节约设备投资和紧凑生产装备，往往设法减少中间贮罐。

这时，前一设备的出料往往就是后一设备的进料，多数情况下前一设备要求料位稳定，而后一设备要求进料平稳。

此时，若采用液位定值控制，液位稳定可以得到保证，但流量扰动较大；若采用流量定值控制，流量稳定可以得到保证，但液位会有大幅度的波动。

这就产生了矛盾，为协调此类矛盾，设计了均匀控制系统。

5. 前馈控制系统
前馈控制系统是根据扰动或设定值的变化按补偿原理而工作的控制系统，其特点是当扰动产生后，被控变量还未变化以前，根据扰动作用的大小进行控制，以补偿扰动作用对被控变量的影响。

6. 选择性控制系统的原理和特点（了解）
7. 分程控制系统的原理和特点130页
8. 双重控制系统的原理和特点132页
137页习题和思考题
第四、五、六章看一看。