化工自动化仪表期末复习资料概要

《化工自动化仪表》期末复习摘要

第一章 自动控制系统概述

1.单元组合仪表之间用标准统一信号联系：①气动仪表（QDZ 系列）：20-100kPa 气压信号；②电动仪表信号：（A ）DDZ Ⅱ系列：0-10mA 直流电流信号；（B ）DDZ Ⅲ系列：4-20mA （1-5V ）直流电流信号。

2.专用术语：①被控过程（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。②被控变量：被控过程内要求保持设定值的工艺参数。③操纵变量：受控制器操纵的用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。④扰动：除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控变量变化的因素。 实例

⑤设定值：工艺参数所要求保持的数值。⑥偏差：被控变量实际值与设定值之差。⑦负反馈：将被控变量送回输入端并与输入变量相减 3.闭环控制与开环控制：

①闭环控制：在反馈控制系统中，被控变量的值被送回输入端，与设定值进行比较，根据偏差进行控制，控制被控变量，这样，整个系统构成了一个闭环。闭环控制的特点（优点）：按偏差进行控制，使偏差减小或消除，达到被控变量与设定值一致的目的。闭环控制的缺点：控制不够及时；如果系统内部各环节配合不当，系统会引起剧烈震荡，甚至会使系统失去控制。

②开环控制：根据扰动信号的变化来进行控制。开环控制的特点（优点）：不需要对被控变

被控过程：锅炉汽包

被控变量：汽包液位 操纵变量：水的流量 扰动：水压力、蒸汽流量

量进行测量，只根据输入信号进行控制，控制很及时。环控制的缺点：由于不测量被控变量，也不与设定值相比较，所以系统受到其他扰动作用后，被控变量偏离设定值，无法消除偏差，这是开环控制的缺点。

4.★闭环控制系统的组成

（P5）：

控制器：比较机构和控制装置的组合；广义对象：过程、执行器、检测变送的组合。 5.自动控制系统的分类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 6.★自动控制系统的过渡过程及品质指标： ①★定值控制系统过渡过程的形式(阶跃扰动)：

闭环控制系统组成

②自动控制系统的品质指标：

（1）最大动态偏差（e max ）：对于定值控制系统，过渡过程的最大动态偏差是指被控变量第一个振荡波的峰值与设定值之差。即：图中的A

（2）衰减比n ：第一个波的振幅与同方向第二个波的振幅之比。即：'

B

n B =

注：n>1：衰减振荡；n=1：等幅振荡；n<1：发散振荡。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。

（3）余差（e ∞）：控制系统过渡过程终了时设定值与被控变量稳态值之差。即：

()e r y ∞=-∞ ；上图中，()e r y C ∞=-∞=。

（4）回复时间（过渡时间）（T s ）：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原有稳态值达到新的稳态值所需要的时间。实际上，被控变量接近于新稳态值的2%±的范围内且不再越出时为止所经历的时间，可计为过渡时间。

（5）振荡频率（或振荡周期）（ω）：渡过程同向两波峰之间的时间间隔称为振荡周期或工作周期。其倒数称为振荡频率。

实例 某换热器的温度调节系统在单位阶跃干扰下的过渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、衰减比、余差、过渡时间（设定值为200℃）。 (1)最大偏差：e max =230-200=30 (℃) (2)余差：e ∞=200-205=-5(℃)

(3)衰减比：n=(230-205):(210-205)=25:5=5:1

(4)过渡时间：T s=22min

第二章 过程特性

1.过程特性的类型：

①通道的概念：控制通道：操纵变量q(t)对被控变量c(t)的作用途径。扰动通道：扰动变量f(t)对被控变量c(t)的作用途径

②响应曲线有四种（P13）：有自衡的非振荡过程、无自衡的非振荡过程、有自衡的振荡过程、具有反向特性的过程。 2.★过程的数学描述：

①一阶被控过程控制通道的动态方程为：()

()()o o d c t c t q t dt

T K ∆+∆=∆ ②一阶被控过程扰动通道的动态方程为：()

()()f

f d c t c t f t dt

T K ∆+∆=∆ 注：如果有纯滞后：0()q t τ∆-。其中，T o 、T f 、K o 、K f 分别为控制通道、扰动通道的时间常数和放大系数。

3.过程特性的一般分析：描述有自衡非振荡过程的特性参数有放大系数K 、时间常数T 和时滞τ。

①放大系数K ：希望K o 稍大，希望K f 小一些。

控制通道的放大系数K o ：()()(0)

o c c c K q q

∆∞∞-=

=∆∆； 扰动通道的放大系数K f ：()()(0)

f c c c K f f

∆∞∞-=

=∆∆。 ②时间常数T ：希望T o 适中，希望T f 大。

定义1 在阶跃外作用下，一个阻容环节的输出变化量完成全部变化量的63.2%所需要的时间,称为该阻容环节的时间常

数。

定义2 在阶跃外作用下，一个阻容环节的输出变化量保持初始变化速度，达到新的稳态值所需要的时间。（如何求得T的方法，参见右图）

③时滞τ：在输入变化后，输出不是随之立即变化，而

是需要间隔一段时间才发生变化，这种现象称为纯滞

后（时滞）现象。（定义中的纯滞后包括了两种滞后：

纯滞后、容量滞后，即：τ=τo+τc）其中：纯滞后τo

是由于信息的传输需要时间而引起的；容量滞后τc是

多容量过程的固有特性，是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。

【关于时间常数T和时滞τ的图解，参见P19 图2-13】

4.过程特性的实验测定方法：最常用的是阶跃扰动法（反应曲线法）。其它还有：矩形脉冲扰动法、周期扰动法、统计相关法。