过程控制(潘炼)期末考试知识点

过程控制及其MATLAB实现一、填空题1.过程控制有那几个参数（常用的）？P4~5○1衰减比η和衰减率ψ○2最大动态偏差和超调量σ○3余差○4调节时间t s和振荡频率β物性、成分、温度、压力、流量、液位、物位2.流量特性有那几种？理想的，实际的。

P50~52a)理想流量特性○1直线流量特性○2对数流量特性○3抛物线流量特性○4快开流量特性○5蝶阀流量特性b)工作流量特性○1串联管道的工作流量特性○2并联管道的工作流量特性3.过程建模方法分别是什么？P9○1机理建模法○2测试建模法4.PID控制P、I、D是什么？作用。

P75P（比例调节）对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后I（积分调节）消除静差D（微分调节）偏差变化越剧烈，D调节器给出的控制作用越大，从而及时地抑制偏差的增长，提高系统的稳定性，相当于赋予了调节器以某种程度上的预见性5.衰减比是什么？常用有哪几种？P4衰减比是衡量振荡过程衰减程度的指标，等于两个相邻同向波峰之比（4:1、10:1）6.典型过程控制系统的组成有那几个部分？P2○1被控对象○2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7.典型一阶惯性环节模型是什么？那几个参数决定K、T、τ。

P10、P83单容水槽，G(s)=KTs+1e−τs 广义被控对象的阶跃响应可用一阶惯性环节加纯延迟来近似：G(s)=KTs+1 K（惯性环节的增益或放大系数）T（惯性环节的时间常数）τ（纯延迟时间）8.什么是流量系数？什么是分程控制？P47、P131流量系数是指在单位时间内，测试条件中，管道保持恒定的压力，管道介质流经阀门的体积流量，或是质量流量，即阀门的流通能力。

流量系数值越大说明流体流过阀门时的压力损失越小，阀门C V的值须通过测试和计算确定。

按照我国法定计量单位，流量系数的定义是：温度为5~10℃的水，在105Pa的压降下，每小时流过调节阀水量的立方数，以符号K V表示。

国际上也通用这一定义。

有些国家使用英制单位，流量系数的定义是：温度为60℉的水，在1psi（磅/平方英寸）的压降下，每分钟流过调节阀的加仑数，以符号C V表示。

K V=0.8569C V或C V=1.167K V分程控制是将控制器的输出信号全程分割成若干个信号段，每个信号段控制一个控制阀，每个控制阀仅在控制器输出信号整个范围的某段内工作。

9.什么是反馈控制、前馈控制？如何实施？P39、P146反馈控制：利用被控变量的直接测量值调节控制变量，使被控变量保持在预期值。

前馈控制：利用扰动量的直接测量值，调节控制变量，使被控变量保持在预期值。

反馈控制原理：将被控量的偏差信号反馈到控制器，由控制器去修正控制量，以减小偏差量。

前馈控制原理：当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小来改变控制量以抵消或减小扰动对被控量的影响。

10.什么是数字PID，计算公式是什么？什么是积分饱和以及产生的原因。

P77、P72、P140由于计算机只能处理数字信号，所以要用计算机实现PID控制，首先要将PID控制算法离散化，也即设计数字PID算法。

位置式数字PID控制算法：u(k)=K P{e(k)+TT I ∑e(j)kj=0+T DT[e(k)−e(k−1)]}增量式数字PID控制算法：∆u(k)=u(k)−u(k−1)∆u(k)=K P{[e(k)−e(k−1)]+TT I e(k)+T DT[e(k)−2e(k−1)+e(k−2)]}∆u(k)=K P[e(k)−e(k−1)]+K I e(k)+K D[e(k)−2e(k−1)+e(k−2)]( K I=K P TT I K D=K P T DT)具有积分作用的调节器，只要被调量与设定值之间有偏差，其输出就会不停地变化。

当偏差始终保持一个方向时，调节器的输出u将因积分作用的不断累加而增大，从而使执行机构达到极限位置X max（如阀门开度达到最大），之后尽管u还在增大，但执行机构已不再动作。

这种现象称为积分饱和。

11.什么是积分调节作用？积分调节作用能自动消除余差。

12.什么是串级控制？主、副控制器选取以及设计。

P97、P106串级控制系统是由两个控制器串联起来工作的，其中一个控制器的输出作为另一个控制器的给定值的系统。

对于主控制器，主回路的任务是满足主变量的定值控制要求，主控制器必须加入较强的积分作用，当主变量的滞后较大且主变量变化较为平缓时，可加入微分作用。

一般情况下，选用P或PI控制，若被控对象滞后较大，可采用PID控制器。

对于副控制器，由于副回路是随动系统，其设定值变化频繁，要求控制的快速性，一般不宜加D控制，这是因为D作用会使调节阀的动作过大，不利于整个系统的控制，另外，副回路的主要目的是快速克服副回路的扰动，为了加大副回路的调节能力，理论上不采用I控制，因为若加入I作用，会使得副对象响应速度缓慢，延长了控制过程。

在实际运行中，串级系统有时会断开主回路，因此，有时需要加入I作用，但是I作用要求较弱以保证副回路较强的抗干扰能力。

副回路可采用P控制或者PI控制器。

13.常用抗积分饱和的措施。

P141、P72○1限幅法○2外反馈法○3积分切除法14.什么叫均匀控制？均匀控制不加微分的原因。

P127、P129均匀控制是针对“流程”工业中协调前后工序的物料流量而提出来的。

均匀控制是在连续生产过程中，各种设备前后紧密联系的情况提出来的一种特殊的控制。

微分作用因对控制过程的影响与均匀控制的要求背道而驰而不采用，有时还可能需要选择反微分作用。

15.减小耦合程度的方法，什么是相对增益？第一放大、第二放大系数的定义。

P170、P165○1加大调节器的增益○2选用适当的变量配对关系○3采用多变量系统的解耦设计相对增益λij的定义：p ij与q ij之比定义为相对增益或相对放大系数λij。

第一放大系数p ij的定义：p ij是指耦合系统中，除所观察的那个调节量U j改变了一个∆U j以外，其他调节量U k(k≠j)均不变的情况下U j与Y i之间通道的开环增益。

第二放大系数q ij的定义：q ij是指除所观察的U j到Y i通道之外，其他通道均闭合且保持Y k(k≠i)不变时，U j到Y i通道之间的静态增益。

16.DCS是什么？结构形式是什么样？P282集散控制系统直接控制层、操作监控层、生产管理层、决策管理层二、简答题1.P、I、D的作用，PID对控制性能指标的影响。

P75P（比例调节）比例调节成比例的反应控制偏差，偏差一旦产生，比例调节就立即发挥作用，以减小偏差。

I（积分调节）积分调节主要用于消除余差。

D（微分调节）微分调节反映偏差的变化趋势，并能在偏差信号变得太大前，在系统中引入一个有效的早期修正，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。

比例调节的余差随着比例带的加大而加大，减小比例带相当于加大调节系统的开环增益，导致系统激烈振荡甚至不稳定。

控制系统的开环增益与积分时间成反比，积分时间越长，系统越稳定。

微分调节作用总是力图抑制被调量的振荡，偏差变化越剧烈，由D调节器给出的控制作用越大，从而及时地抑制偏差的增长，提高系统的稳定性。

2.过程控制的作用和组成部分，各部分的作用，过程控制与运动控制的区别。

P2、P3过程控制的任务是在充分了解生产过程的工艺流程和动静态特性的基础上，应用理论对系统进行分析和综合，以生产过程中物流变化信息量作为被控量，选用适宜的技术手段，实现生产过程的控制目标。

过程控制的组成部分及其作用：○1被控对象○2检测与变送仪表，将过程的输出信号反馈到控制器的输入端。

○3控制器，根据系统输出反馈值y f(t)与设定值r的偏差，按照一定的控制算法输出控制量u，对被控过程进行控制。

○4执行机构，接受控制器送来的控制信息调节被控量，从而达到预期的控制目标。

○5报警、保护和连锁等其它部件过程控制的特点：○1被控过程的多样性，过程控制系统中的被控对象（包括被控量）是多样的，明显区别于运动控制系统○2控制方案的多样性○3被控过程属于慢过程，且多属性参数控制○4定值控制是过程控制的主要形式○5过程控制分类方法的多样性3.什么是前馈控制，前馈—反馈对控制系统的作用。

P147、P149前馈控制：利用扰动量的直接测量值，调节控制变量，使被控变量保持在预期值。

前馈控制器用来消除扰动量对被控参量的影响，而反馈控制器则用来消除前馈控制器不精确和其他不可测干扰所产生的影响。

4.什么是反馈控制？反馈控制的基本结构，如何抑制系统干扰？P39、P146反馈控制：利用被控变量的直接测量值调节控制变量，使被控变量保持在预期值。

基本结构图P146反馈控制原理：将被控量的偏差信号反馈到控制器，由控制器去修正控制量，以减小偏差量。

5.什么是比值控制？单闭环、双闭环比值控制是什么？各有什么特点？P116、P117比值控制系统：实现两个或两个以上参数维持一定比例关系的控制系统。

单闭环比值控制系统：为了克服开环比值控制系统的不足，在该系统的基础上，增加了一个副流量的闭环控制回路。

双闭环比值控制系统：为了克服单闭环比值控制系统中主流量不受控制而引起的不足，在单闭环控制的基础上增设一个主流量控制回路，从而构成了双闭环比值控制系统。

单闭环比值控制系统特点：主流量是可变的，使得总物料量不固定，当主流量受到干扰出现大幅度波动时，副流量难以跟踪，使得主、副流量的比值较大的偏离工艺要求的流量比。

因此，单闭环比值控制系统适用于负荷变化不大，主流量不可控制，两种物料间的比值要求较精确的生产过程。

双闭环比值控制系统特点：双闭环比值控制系统能克服主流量扰动，实现其定值控制；副流量控制回路能抑制作用于副回路的扰动，使副流量与主流量成比值关系。

双闭环比值控制系统常用于主、副流量扰动频繁，工艺上经常需要升降负荷，同时要求主、副物料总量恒定的生产过程。

6.前馈—反馈控制的优缺点（特点）。

P150○1在前馈控制中引入反馈控制，有利于对系统中的主要干扰进行前馈补偿，对系统中的其他干扰进行反馈补偿，这样既简化了系统结构，又保证了控制精度。

○2由于增加了反馈控制回路，所以降低了前馈控制器精度的要求，有利于前馈控制器的设计与实现。

○3前馈—反馈控制系统既可实现高精度控制，又能保证系统稳定运行，因而在一定程度上解决了稳定性与控制精度之间的矛盾。

7.DCS基本结构，分为哪几层，有什么作用？P282○1直接控制层，其功能是输入、输出、运算、控制和通信。

○2操作监控层，其功能是操作、监视和管理。

○3生产管理层，该层处于工厂级，○4决策管理层，该层处于公司级，8.流量检测加开方器的作用、原因？加了会怎样，不加会怎样？P125将测量信号经开方器运算后，其输出信号与流量则成线性关系，从而使包括开方器在内的测量变送环节成为线性环节，它的静态放大系数与负荷大小无关，系统的动态性能不再受负荷变化的影响。