第七章 简单控制系统
化工仪表及自动化第四版答案(终极版)
工仪表及自动化 (自制课后答案终极版)1.什么是化工仪表与自动化？它有什么重要意义？答： 化工自动化是化工、 炼油、 食品、 轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上， 配备上一些自动化装置， 代替操作人员的部份直接劳动， 使生产在不同程度上自动地进行， 这 种用自动化装置来管理化工生产过程的方法，称为化工自动化。
它的重要意义如下加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。
减轻劳动强度、改善劳动条件。
能够保证生产安全，防止事故发生或者扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人 身安全的目的。
生产过程自动化的实现， 能根本改变劳动方式， 提高工人文化技术水平， 以适应当代信息技术 革命和信息产业革命的需要。
2.化工自动化主要包括哪些内容？答： ①自动检测系统， 利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、 指示或者记录的部份 ②自动信号和联锁保护系统， 对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置， 是生产过程中的 一种安全装置③自动控制及自动开停车系统 自动控制系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行 某种周期性操作。
自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或者 自动停车。
④自动控制系统 对生产中某些关键性参数进行自动控制 ,使它们在受到外界干扰的影响而偏 离正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内。
3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答；开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况， 也不能判断控制变量的校正作用是否 适合实际需要。
也就是最本质的区别是闭环控制系统有负反馈。
开环系统中， 被控变量是不反 馈到输入端的。
闭环控制系统可以及时了解被控对象的情况， 有针对性的根据被控变量的变化 情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或者接近与所希翼的状态。
4. 自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：主要由测量与变送器 、自动控制器、执行器、被控对象组成。
化工仪表及自动化(厉玉鸣)(第三版)第7章自动控制系统概述
第一位字母 被测变量
分析 电导率 密度 电压 流量 电流 时间或时间程序 物位 水分或湿度 压力或真空 数量或件数 放射性 速度或频率 温度 黏度 力 供选用 位置
后继字母 修饰词 功能
报警 控制（调节）
差 检测元件 比（分数） 指示 自动-手动操作器
积分、累积 安全
积分、累积 记录或打印 开关、联锁 传送 阀、挡板、百叶窗 套管 继动器或计算器 驱动、执行或未分类的终端执行机构
静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率 为0，不是静止）。
19
第三节 过渡过程和品质指标
当一个自动控制系统的输入（给定和干扰）和输出均 恒定不变时，整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态， 系统的各个组成环节如变送器、控制器、控制阀都不改变 其原先的状态，它们的输出信号也都处于相对静止状态， 这种状态就是静态。
9
第二节 自动控制系统的方块图
方块图中， x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差信 号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被控变 量；f 指扰动作用。当x 取正值，z取负值，e= x- z， 负反馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正反馈。
图7-6 自动控制系统方块图
10
第二节 自动控制系统的方块图
31
第三节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之五
（5）震荡周期或频率
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振 荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同 的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短 一些为好。
32
第三节 过渡过程和品质指标
举例
某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过 渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、余差、 衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。
第七章 简单控制系统
操纵变量的选择 操纵变量的选择
在自动控制系统中，把用来克服干扰对 被控变量的影响，实现控制作用的变量称为 操纵变量。 最常见的操纵变量是介质的流量。
操作变量 通过工艺分析
确定
系统的干扰
16
第三节 操纵变量的选择
举例
如果根据工艺要 求，选择提馏段某 块塔板（一般为灵 敏板）的温度作为 被控变量。
图7-7 精馏塔流程图
31
举例
加热炉出口温度控制系统 为了在控制阀气源突然 断气时,炉温不继续升高, 断气时,炉温不继续升高,采 停气时关闭) 用了气开阀 (停气时关闭) , 方向。 是“正”方向。炉温是随燃 料的增多而升高的, 料的增多而升高的,以炉子也 方向作用的。 是“正”方向作用的。变送 器是随炉温升高,输出增大, 器是随炉温升高,输出增大, 也是“ 方向。 也是“正”方向。所以控制 器必须为“反方向” 器必须为“反方向”,才能当 炉温升高时,使阀门关小, 炉温升高时,使阀门关小,炉 温下降。 温下降。
19
图7-9 干扰通道与控制通道示 意图
对象静态特性的影响-放大系数K 对象静态特性的影响-放大系数K
控制通道的放大系数控制通道的放大系数-适当范围 干扰通道的放大系数，越小越好 干扰通道的放大系数，
20
对象动态特性的影响
时间常数
控制通道： 控制通道：不能太大 干扰通道：大些有利于控制 干扰通道：
11
举例
被控变量的选择 被控变量的选择
图7-4 精馏过程示意图 1—精馏塔；2—蒸汽加热器
图7-5 苯-甲苯溶液 的T-x图
图7-6 苯-甲苯溶液的 p-x图
12
从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。 从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。 原因 在精馏塔操作中，压力往往需要固定。 在精馏塔操作中 ，压力往往需要固定。 只有 将塔操作在规定的压力下， 将塔操作在规定的压力下 ， 才易于保证塔的分 离纯度，保证塔的效率和经济性。 离纯度，保证塔的效率和经济性。 在塔压固定的情况下， 在塔压固定的情况下 ，精馏塔各层塔板上的 压力基本上是不变的， 压力基本上是不变的 ， 这样各层塔板上的温度 与组分之间就有一定的单值对应关系。 与组分之间就有一定的单值对应关系。 所选变量有足够的灵敏度。 所选变量有足够的灵敏度。
过程装备控制技术及应用(1)
比较自动控制与人工控制：在自动控制系统中，测量仪表,控制 仪表，自动调节阀分别代表了人工控制中人的观察，思考和手动操 作，因而大大降低了人的劳动强度；同时由于仪表的信号测量、运 算、传输、动作速度远远高于人的观察，思考和操作过程，因此自 动控制可以满足信号变化速度快，控制要求高的场合 。 1.2.2 控制系统的组成 从上面锅炉汽包水位的自动控制系统中可以看出，一个自动控 制系统主要由两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制 系统，它包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部 分是自动控制装置下的生产设备，即被控对象如锅炉、反应器、换 热器等。图1－1（b）中，锅炉、差压便送器、调节器、执行器等 构成了一个完整的自动控制系统。系统各部分的作用如下。 被控对象 ：在自动控制系统中，工艺变量需要控制的生产设备 或机器称为被控对象，简称对象。在化工生产中，各种塔器、反应 器、泵、压缩机以及各种容器。贮罐、贮槽、甚至一段输送流体的 管道或复杂塔器（如精馏塔）的某一部分都可以是被控对象。图1 －1的锅炉即为汽包水位控制系统中的被控对象。
过程装备控制技术及应用
机械工程学院：冯小康
前
言
《过程装备控制技术及应用》课程是经全国高等学校化工类及 相关专业教学指导委员会化工装备教学指导组讨论决定，确定为 “过程装备与控制工程”专业的核心课程之一。本专业学生通过该 课程的学习，可以将过程机械、计算机自动测试、控制、自动化等 方面的知识有机地结合在一起，培养学生成为掌握多学科知识与技 能的复合型人才。
（3）自动操纵系统 ： 这是一种根据预先规定的程序，自动的 对生产设备进行某种周期性操作，极大地减轻操作人员的繁重或重 复性体力劳动的装备。例如，合成氨造气车间煤气发生炉的操作就 是按照程序自动地进行的，如自动进行吹气、上吹、下吹制气、吹 净等步骤，周期性地接通空气与水蒸气实现自动操纵。 （4）自动控制系统： 利用一些自动控制仪表及装置，对生产 过程中某些重要的工艺变量进行自动调节，使它们在受到外界干扰 影响偏离正常状态后，能够自动地重新回复到规定的范围内，从而 保证生产的正常进行。
《控制系统导学案》
《控制系统》导学案一、导学目标：1.了解控制系统的基本观点和分类；2.掌握控制系统的基本原理和工作过程；3.理解控制系统在各个领域的应用；4.培养学生的分析和解决问题的能力。
二、导学内容：1.控制系统的定义和分类；2.控制系统的基本组成和工作原理；3.控制系统的稳定性分析；4.控制系统在自动化、机械、电力等领域的应用。
三、导学步骤：1.控制系统的定义和分类：控制系统是指能够实现对被控对象进行监测、测量和调节的系统。
根据控制对象的性质和特点，控制系统可以分为连续控制系统和离散控制系统，开环控制系统和闭环控制系统等。
2.控制系统的基本组成和工作原理：控制系统主要由传感器、执行器、控制器和控制对象组成。
传感器卖力收集被控对象的信息，控制器根据传感器反馈的信息进行决策，执行器则根据控制器的指令对被控对象进行调节。
3.控制系统的稳定性分析：控制系统的稳定性是指系统在受到外界扰动时能够保持稳定的能力。
通过对控制系统的传递函数进行分析，可以得出系统的稳定性条件，如系统的增益裕度、相位裕度等。
4.控制系统在各个领域的应用：控制系统在自动化、机械、电力等领域都有广泛的应用。
例如，在自动化生产线上，控制系统可以实现对生产过程的监控和调节；在机械系统中，控制系统可以实现对机械设备的控制和珍爱；在电力系统中，控制系统可以实现对电力负载的调节和分配。
四、导学反思：通过本节课的进修，我们了解了控制系统的基本观点和分类，掌握了控制系统的基本原理和工作过程，理解了控制系统在各个领域的应用。
在以后的进修和工作中，我们要不息提升自己的分析和解决问题的能力，为实现自动化控制系统的发展做出贡献。
07第七章 内部控制系统及其评价与审计(题目和答案)
第七章内部控制系统及其评价与审计三．简单题：1. 根据当立公司内部控制概况，指出内部控制存在的缺陷：（1）一个好的内部控制,应当考虑五个基本要素,即内部环境、风险评估、控制活动、信息与沟通、内部监督。
尤其是内部环境，在内部控制中起基础性的作用，包括：建立规范的公司治理结构和议事规则，明确董事会、监事会和经理层在决策、执行、监督等方面的职责权限；调整机构设置和权责分配，明确职责权限，将权利和责任落实到各责任单位；完善内部审计机制，由财务负责人领导内部审计部门；完善人力资源政策，切实加强员工培训和继续教育，对于大专学历的员工实行全方位的技能培训，对于研究生以上学历的员工无须培训；加强企业文化建设，倡导诚实守信、爱岗敬业。
（2）出纳小辛的朋友小周考虑到现在股市异常火爆,但苦于没有资金,失去了很多赚钱的机会,希望小辛能帮忙从公司账上划出50万元,所得利润两人均分。
小辛表示同意，随后找到担任财务经理的哥哥大辛，请求在财务经理的权限内批准50万元，并保证使用3个月后一定归还。
大辛碍于情面答应帮忙，但交代一定要保密，不能让其他人知道，否则将会受到严厉处罚。
小辛说，肯定不会有事，银行存款余额调节表我自己编自己核查，我收支都不记账，资金余额就平了。
随后，小辛利用这笔资金果然取得了40万元的投资收益，并如约将50万元归还给企业。
（3）当立公司近年来营业收入增长较快,主要原因之一是在销售上采取了比较宽松的信用政策和强有力的绩效激励政策。
为了抢占市场，提高市场占有率，公司规定，业务员可以以发货为依据，按销售额的一定比例拿提成，销售额越多，提成比率越高。
但是，随着营业收入的增加，应收账款也大幅度增加，账龄越来越长，坏账比例居高不下。
（4）当立公司随着业务的增长,原有生产基地已不能满足经营的需要,决定扩建生产基地。
此事关系重大，由总经理巨潭亲自负责该工程项目，从工程招标、工程款的支付到竣工决算，实行全程一支笔审批。
工程完工投产后，该生产基地经常因施工质量问题造成停工。
过程控制系统及仪表智慧树知到答案章节测试2023年青岛大学
第一章测试1.过程控制针对生产过程的主要参数包括：A:压力B:流量C:物位D:温度答案:ABCD2.过程控制技术的发展中，控制策略与算法也经历了由简单控制到复杂控制、先进控制的发展历程。
A:对B:错答案:A3.过程控制系统按照设定值的形式不同划分为：A:随动控制系统B:定值控制系统C:随机控制系统D:程序控制系统答案:ABD4.过程控制系统按照系统结构特点分为：A:前馈控制系统B:反馈控制系统C:复合控制系统D:微分控制系统答案:ABC5.稳定系统的过渡过程包括：A:单调衰减过程B:振荡衰减过程C:等幅振荡过程D:振荡发散过程答案:AB6.衰减比和衰减率是衡量过渡过程稳定程度的动态指标。
A:对B:错答案:A7.最大动态偏差和超调量是衡量过渡过程稳定程度的动态指标。
A:错B:对答案:B8.偏差积分性能指标是系统阶跃响应的综合性能指标。
A:错B:对答案:B9.采用不同的偏差积分性能指标意味着对过渡过程评价的侧重点不同。
A:错B:对答案:B10.过程控制系统中性能指标要求越高越好。
A:对B:错答案:B第二章测试1.数字仪表的分辨率用来表征仪表的灵敏程度。
A:对B:错答案:A2.温度不能直接测量，只能间接测量，其测量方法可以归结为两类：A:接触式测量方法B:红外感应式测量方法C:膨胀式测量方法D:非接触式测量方法答案:AD3.热电偶使用时需要进行冷端温度补偿。
A:对B:错答案:A4.金属热电阻测温精度高，测温范围宽，在工业温度测量中得到了广泛应用。
A:对B:错答案:A5.弹性式压力计的测压敏感元件是：A:记录机构B:电气变换装置C:控制元件D:弹性元件答案:D6.差压式流量计是基于流体流动的节流原理，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。
A:错B:对答案:B7.电气式物位测量是利用敏感元件将物位的变化转换为电量参数的变化，通过测出电量的变化而得知物位的。
A:错B:对答案:B8.超声波液位计的测量精度不高，要提高其测量精度，必须采取措施消除声速变化的影响。
化工仪表及自动化课件第七章__复杂控制系统
4 高度动态
具有快速响应和大幅度变化的特点，在控制 中需要实时调节。
化工行业中的复杂控制系统应用案例
石油化工
发电厂控制
在炼油、化工加工等领域应用广泛，如精馏塔温度、 压力控制。
保证功率输出、温度和气体流量的稳定性和高效性。
水处理厂
用于控制投加量、能耗和废水回收，保障水质水量。
反馈控制和前馈控制的区别
复杂控制系统简介
探索复杂控制系统的特点和应用领域，了解它们的基本原理和设计方法，并 探讨优化和调节的最佳实践。
复杂控制系统的特点
1 高度集成
由多个子系统和模块交互作用形成，复杂性 高且相互依赖。
2 多变量
控制多个输入和输出，要考虑多种因素的相 互作用。
3 非线性响应
与系统输入之间存在非线性关系，需要进行 非线性建模和控制。
1
反馈控制
根据输出信号的反馈来调节控制器的输入，在实时中调整控制参数。
2
前馈控制
通过提前计算和预测来预防或纠正系统中的异常，避免震荡和控制错误。
单变量控制和多变量控制的对比
单变量控制
只控制一个特定的过程变量，如温度或流量，适用于简单的系统。
多变量控制
控制多个输入和输出，可同时监测和控制多个过程变量，用于复杂系统。
模型预测控制（MPC）的优势与应用
优势
使用数学模型对系统进行预测和优化，确保系统在发电、水处理等领域的复杂系统 控制中。
自适应控制算法的应用
基本概念
将捕捉的反馈信号与预期模型进行比较，自动调整 控制器的输入参数。
应用实例
在化工、制造和航天等领域得到广泛应用，如火箭 推进系统和异丙醇工艺过程中的控制。
系统优化的目标与方法
《自动控制原理》第七章 离散控制系统
式中， ( z ) 称为离散信号e* (t ) 的z变换，记为 E( z) Z[e* (t )] E
7.3.2 z变换的方法
常用的求取离散函数的z变换方法有级数求和法、部分分式法和留数计算法。
1.级数求和法
根据z变换的定义，将连续信号 e(t ) 按周期 T 进行采样，级数展开可得
教学难点
离散时间函数的数学表达式及采样定理， 线性常系数差分方程与脉冲传递函数，采 样控制系统的时域分析，采样控制系统的 频域分析。
概述：
近年来，随着脉冲技术、数字式元器件、数字计算机，特别是微处理器
的迅速发展，数字控制器在许多场合取代了模拟控制器，比如微型数字 计算机在控制系统中得到了广泛的应用。离散系统理论的发展是非常迅 速的。 因此，深入研究离散系统理论，掌握分析与综合数字控制系统的基 础理论与基本方法，从控制工程特别是从计算机控制工程角度来看，是 迫切需要的。
图7-3 信号复现过程
7.1.2 数字控制系统
数字控制系统是一种以数字计算机为控制器去控制具有连续工作状态的 被控对象的闭环控制系统。 其原理方框图如图7-4所示。
图7-4 数字控制系统方框图
过程分析：A/D转换器将连续信号转换成数字序列，经数字控制器处理后生 成离散控制信号，再通过D/A转换器转换成连续控制信号作用于 被控对象。
第7章 离散控制系统
教学重点
了解线性离散系统的基本概念和基本定理，把握 线性连续系统与线性离散系统的区别与联系； 熟练掌握Z变换的方法、Z变换的性质和Z反变换； 了解差分方程的定义，掌握差分方程的解法； 了解脉冲传递函数的定义，熟练掌握开环与闭环 系统脉冲传递函数的计算方法； 与线性连续系统相对应，掌握线性离散系统的时 域和频域分析方法和原则。
第七章 工业控制系统
列管式卧式加热器
11
反 应 釜 中 的 加 热 方 式
12
无滞后控制对象特性描述
q
0 h（t）
t0
t
t 0 t0 t（∞）
13
一般对象特性描述
放大倍数：K 时间常数；T 滞后时间；τn
q
0
y
t0
t
0.63y(∞) 0
t
t0
τ
T
14
15
液位控制对象的特性
对象在再次平衡状态下： K= Δh /Δq
1.减小纯滞后时间，如测温点与元件选择。
2.选用时间常数小、反映快的测量元件。
3.使用继动器与阀门定位器。
4.对容量性滞后采用微分调节。
20
控制对象的作用形式
正作用：输出量对输入量的方向相同。 例：加热器、流入量对液位等。 反作用：输出量对输入量的方向相反。 例：冷却对象、流出量对液位等。 控制对象是自动控制系统中的一环节， 其方向对系统的作用形式相关，是控制器、 控制阀选择作用方向的前提条件。
47
自动化系统的过渡过程
扰动：
0
f
A y 0 y 0 t t0
48
t
t0 t t0
发散 振荡
等幅 振荡
最佳为4:1的衰减比
衰减 振荡
B
y（∞） y（0）
B’
C
C ts
单调 过程
y
0
t
49
最大偏差示意图
时间标尺变换后的图形：
y
B
0
t
50
过渡过程的选择一般方案
发散振荡：不可取，尤其是不可单独采用。 等幅振荡：不可取，如振幅小于允许误差， 则可采用。 衰减振荡：过渡过程短，反应速度快速， 常取4:1的衰减比。 单调过程：反应速度慢，调节时间长， 可用于精度低、要求不高的场合。
CH7_控制系统的性能分析和校正(1)
L(ω)
[− 40] [− 20]
ωc
高频区伯德图 呈很陡的斜率下降，有利于 降低高频躁声。 但高频段有多个小惯性环节， 将对高阶模型系统的相位裕度产生不利影响， 使原来的相角裕度
0 ω 2
高频区 ω3 ω4ω5ω6 小 参 数 区
ω
γ 2 =180 +ϕ(ωc ) = arctgωcT2 − arctgωcT3 变成 γ 2 = arctgωcT2 − arctgωcT3 − arctgωcT4 − arctgωcT5 − arctgωcT6
顺馈校正
Gr (s)
补偿器放在 系统回路之外
Xi (s)
-
E(s)
G(s)
Xo (s)
不影响特征方程，只补偿由于 输入造成的稳态误差。
干扰补偿
当干扰直接可测量时
Xi (s)
-
E(s)
Y (s)
Gn (s )
N(s)
G1(s)
G2 (s)
Xo (s)
不影响特征方程，只补偿由于 干扰造成的稳态误差。
L(ω)
[− 40] [− 20]
ωc
0 ω 2
1 TΣ
高频区 ω3 ω4ω5ω6 小 参 数 区
ω
当 足 ωcT3 < 1, ωcT4 << 1, 满 ：
ωcT5 << 1, ωcT6 << 1
则 认 可 为
K(T2s + 1) 此时：G(s) ≈ 2 s (TΣs +1)
1 TΣ = (T3 + T4 + T5 + T6 ), 且 ≥ 2ωc TΣ
L(ω)
[− 40] [− 20]
过程控制知识点整理
第一章1、自动化仪表：是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。
在自动控制系统中，自动化仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。
2、过程控制仪表包括：检测仪表、调节仪表（也叫控制器）、执行器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。
3、过程控制系统的主要任务是：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。
4、标准信号制度：国际电工委员会规定：过程控制系统的模拟标准信号为直流电流4-20mA ，直流电压1-5V 。
我国DDZ 型仪表采用的标准信号：DDZ- Ⅰ型和DDZ- Ⅱ型仪表：0-10mA 。
DDZ- Ⅲ型仪表：4-20mA 。
5、我国的DDZ 型仪表采用的是直流电流信号作为标准信号。
6、采用电流信号的优点：电流不受传输线及负载电阻变化的影响，适于远距离传输。
动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成，使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力。
对于要求电压输入的受信仪表和元件，只要在回路中串联电阻便可得到电压信号。
7、采用直流信号的优点：a.直流信号传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在移相问题；b.直流信号不受传输线中电感、电容和负载性质的限制。
8、热电偶是以热电效应为原理的测温元件，能将温度信号转换成电势信号（mV ）。
特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。
一般用于测量500～1600℃之间的温度。
9、热电偶的测温原理：将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。
此电势称为热电势，并产生电流。
10、对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。
11、热电偶的基本定律:均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律。
12、热电阻：对于500℃以下的中、低温，热电偶输出的热电势很小，容易受到干扰而测不准。
过程控制系统教学大纲精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版教学大纲英文课程名称：Process Control课程编号：0201508总学时：48 （其中理论课学时：44 实验学时：4）总学分：3先修课程：微机原理与接口技术、自动控制理论Ⅰ、检测仪表及检测技术适用专业：自动化开课单位：电子信息与控制工程学院自动化教研室执笔人：张新荣审校人：刘星萍一、课程教学内容第一章绪论第一节过程控制系统的组成及其分类简单控制系统的组成；控制系统按照给定信号分类；按照控制结构分类。
第二节过程控制系统的特点第三节过程控制系统的质量指标第四节过程控制系统的发展概况自动化控制系统的几个发展时期的时间。
第二章被控过程的数学模型第一节概述建立被控过程数学模型的目的；被控过程数学模型的类型。
第二节解析法建立过程的数学模型单容水槽过程、双容水槽过程数学模型机理建模方法；液阻、液容的概念；阶跃响应曲线特点；有时延单容水槽过程、有时延双容水槽过程数学模型；多容过程数学模型。
第三节响应曲线辨识过程的数学模型由对象阶跃响应曲线用作图法及两点法确定对象的传递函数。
第三章变送单元第一节概述变送的基本概念。
各种差压变送器结构、原理、特点。
第三节温度变送器温度变送器组成、工作原理及线性化原理。
第七节微型化、数字化和智能化变送器变送器的发展趋势；各种微型化、数字化和智能化变送器的结构、原理。
第四章调节单元概述调节器基本概念；PID控制规律；各控制规律的特点；参数改变对控制质量的影响。
第一节 DDZ—Ⅲ型调节器DDZ-Ⅲ型调节器输入部分；PI部分；PD部分；硬手动；软手动电路；输出部分工作原理。
第二节改进型调节器抗积分饱和调节器；微分先行PID调节器；比例微分先行PID调节器。
第三节数字式调节器数字式调节器组成、特点、应用。
第五章执行单元第一节概述执行器的作用；执行器的分类。
第二节电动执行机构电动执行机构结构、工作原理。
第三节气动执行机构气动执行机构结构、工作原理、作用形式。
第四节气动薄膜调节阀调节阀的工作原理；调节阀的分类；调节阀的选择。
第7章 数控机床的进给伺服系统PPT课件
式中 J1、J2——齿轮的转动惯量(N·m·s2)；J3——丝杠的转动惯量 d ——冲当量(mm／脉冲)。
然后进行负载启动频率fqF 的估算； 式中 fq——空载启动频率(Hz)，T——由矩频特性决定的力矩(Nm)
J——电机转子转动惯量(N·m·s2)。 依照机床要求的启动频率fqF ，可选择fq
第七章 数控机床的进给伺服系统
7-1 概述 7-2 步进电动机及其驱动系统 7-3 直流伺服电动机及其速度控制 7-4 交流伺服电动机及其速度控制 7-5 主轴驱动 7-6 位置控制
§ 7-1 概述
立式铣床
加工中心 刀库刀具定位电机 机械手旋转定位电机
带制动器伺服电机 主轴电机
伺服电机
伺服驱动系统（Servo System)
称做空载运行频率fmax。它也是步进电动机的重要性能指标，对于提高 生产率和系统的快速性具有重要意义。
fmax 应能满足机床工作台最高运行速度。
6. 运行矩频特性 运行矩频特性T＝f(F)是描述步进电动
机连续稳定运行时，输出转矩T与连续运行 T 频率之间的关系。它是衡量步进电动机运转 时承载能力的动态性能指标。
f
三、步进电动机驱动电源 1. 作用 发出一定功率的电脉冲信号，使定子励磁绕组顺序通电。 2. 基本要求 （1）电源的基本参数与电动机相适应； （2）满足步进电动机起动频率和运行频率的要求； （3）抗干扰能力强，工作可靠； （4）成本低，效率高，安装维修方便。
1.步距角 步进电动机每步的转角称为步距角，计算公式：
θ＝ 360 (°) Z mK
式中 m—步进电动机相数 Z—转子齿数 K—控制方式系数， K=拍数p/相数m
第七章离散控制系统
n i 1
Ai z z e piT
【例7-3】已知 F (s) 1 ，试求其z变换
s(s a)
解 将F（s）展开成部分分式形式
F(s) 1 1 (1 1 ) s(s a) a s s a
其对应的时间函数为 由例7-1和7-2可得
f (t) 1 [1 eat ] a
F(z) 1 [ z z ]
初始条件y(0)=0，y(1)=1，输入为单位阶跃函数 解 利用超前定理，对差分方程进行z变换，得 z2Y (z) z2 y(0) zy(1) 3[zY (z) zy(0)] 2Y (z) R(z)
将已知条件代入上式，得
所以
(z2 3z 2)Y (z) z z z2 z 1 z 1
解 因为 f (nT ) eanT 代入定义式中，得
F (z) 1 eaT z1 e2aT z2 enaT zn
利用级数求和公式写成闭合形式，得
Z (eaT
)
F
(
z)＝ 1
1 eaT
z
1
z
z eaT
eaT z1 1
2、部分分式法
F(s)
n i 1
Ai s pi
z F (z)
z(1 eaT )
a z 1 z eaT a[z2 (1 eaT )z eaT ]
三、z反变换
由F（z）求 f*（t）的过程称为 z 反变换，表示为
Z 1[F (z)] f *(t) f (nT )
或表示为 Z1 F(z) f *(t)
z变换只表征连续函数在采样时刻的特性，并不 反映采样时刻之间的特性，所以z反变换也只能求 出采样函数f*（t），不能求出连续函数f（t）。
Z[ s
1 ]• Z[ 1 ] a sb
过程控制技习题解
10
第二章 习题与思考题 1 ~ 22
2-1 自动检测系统由哪几部分构成？ 答：检测系统由检测对象、检测元件或环节、信号转 换与处理、显示环节组成。 2-2 自动检测系统如何进行分类？ 答：工艺参数: 压力、物位、流量、温度、成分五大 类检测系统。 显示地点：就地式；远传式。远传式中以可分为： 1/非统一信号系统。例：霍尔压力变送器。 2/统一信号远传自动检测系统。标准变送器系列。
过程控制技术
习题解答
各章习题思考题的解答 第一章~节第七章共101道习题
1
第一章
1-1 读图1-1，试回答下列问题： （1）该流量控制图中有几套控制系统？各 系统的位号是什么？控制变量是什么？ （2）图中T1-101、FR-103、Pd I-104、 LRCA-101分别是何含义？ （3）图都有哪些检测系统？哪些是现场指 示？哪些在控制室的仪表盘上指示？
11
2-3 自动控制系统如何进行分类？ 答：1.按结构分 1/ 开环系统 系统无反馈,信号不构成回路. 2/ 闭环系统 有反馈、信号组成合回路。 2.由设定值而分类 1/ 定值系统 x = x0 设定值恒定. 2/ 随动系统 x = x(z)设定值为随机的变化值. 3/ 程序系统 x = x(t)设定值为事先设定的程 序.
y y
t
t
答： a b a控制作用强、消除余差快、周期短；Ti小。 b控制作用弱；余差消除慢、周期长；Ti慢。
28
2-15 什么是简单控制系统？试画出其组成 框图。图1-1中有哪些简单控制系统？ 答：是由一个测量元件及变送器、一个控 制器、一个控制阀、一个控制对象，旨 在稳定一个被控变量的闭环系统，也称 单回路系统。 在图1-1中：釜底温度-蒸汽单回路控制 系统、塔顶压力-冷凝液控制系统、塔顶 回流量-自身两定值控制系统为简单控制 系统。 余则为复杂系统。
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从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。 原因 在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只有将塔操 作在规定的压力下，才易于保证塔的分离纯度，保证 塔的效率和经济性。 在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基 本上是不变的，这样各层塔板上的温度与组分之间就 有一定的单值对应关系。 所选变量有足够的灵敏度。
图7-3 简单控制系统的方块图
从图中可知
简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、 测量变送装置、控制器和执行器。
7.2 简单控制系统的设计
被控变量的选择(自动控制保持恒定值或按一定规律变化）
“关键”变量：对产品的产量、质量以及安全具有决定性的作用。
方法一：选择能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于 测量的参数作为被控变量，称为直接参数法。例如
测量变送问题----纯滞后
酸槽
τ =
中 和 槽
LC
l1
l1 l 2 v1 v2
为主管道，分管道的长度
l、 1 l2
l2 电极
AC
v 1 v2
为主管道，分管道流体的流速
测量元件的安装位置
简单控制系统的设计原则
测量变送问题----测量元件的时间常数
被控变量选择好之后，被控变量如何测量仍然有诸多因素需要考虑，以便 更灵敏﹑更快速﹑更及时和更经济地测得被控变量．
3. 在现场，通过简单的操作对有关仪表（包括控制阀）的
功能作出是否可靠且性能是否基本良好的判断。 4. 设置好控制器正反作用和Ｐ、Ｉ、Ｄ参数。 5. 按无扰动切换（指手、自动切换时阀上信号基本不变） 的要求将控制器切入自动。
控制器参数的工程整定
控制器参数整定-----对已定的控制系统求取保证控制过程 质量为最好的控制器参数（比例度δ%、 积分时间TI、微分时间TD ） 控制器的参数整定方法 理论计算参数整定法——已知广义对象的数学模型，然后根据 系统的各项质量指标要求，通过计算确定相应 的PID参数。 现场工程整定法——条件：在工艺过程手操稳定的基础上进行。 1）经验法 2）衰减曲线法 3）临界比例度法 4）响应曲线法
简单控制系统的设计原则
对象动态特性对控制质量的影响（一） 设：控制通道的时间常数为Ｔo，纯滞后时间
为τo
时间常数ＴO小，反映灵敏，控制及时，有 利于克服干扰的影响 时间常数ＴO过大，造成控制作用迟缓，使 被控变量的超调量加大，过渡时间增长 纯滞后时间τ0使操纵变量对被控变量的作
用推迟了一段时间，由于控制作用的推迟，
给水
L z e L 阀开度 Q p
或
锅炉汽包水位控制系统 正作用控 制器
P 阀开度 L Z e u L y
例1：如图所示的液位控制系统，假设工艺要求 供气中断时液体不得外溢，请选择阀的气开、气 关特性，并选择控制器的正、反作用。
对象特性对选择操纵变量的影响
对象特性——是指对象输入量与输出量之间的关系(数学模型)
由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道 控制变量至被控变量的信号联系通道称控制通道 干扰至被控变量的信号联系通道称干扰通道
干扰变量由干扰通道施加 在对象上，起着破坏作用， 使被控变量偏离给定值； 操纵变量由控制通道施 加到对象上，使被控变量回 复到给定值，起着校正作用。
时间常数
测量滞后
简单控制系统的设计原则
测量变送问题----传递滞后
克服传递滞后采取以下措施： ⑴ 尽可能缩短传送管线长度，一般气压信号管路长度不超过 300m，管径应大于６mm。或在气路60m距离间加气动继动 器，提高气信号传输功率，减小传输时间。 ⑵ 采用气-电、电-气转换器实现转换传递，或用阀门定位器等。
第七章 简单控制系统
本章内容：
7.1 系统组成及分析 7.2 简单控制系统的设计 7.3 控制系统参数的工程整定
7.1 简单控制系统
简单控制系统（单回路控制系统）组成 由一个被控对象、一个测量变送器、一个控制器和一个执行机构 （控制阀）所组成的闭环控制系统。
图7-1 液位控制系统
图7-2 温度控制系统
控制器：
其作用方向是这样规定的：当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制器 的输出也增加，称为“正作用”方向，或者当测量值不变，给定值减小时， 控制器的输出增加的称为“正作用”方向。反之，如果测量值增加（或给定 值减小）时，控制器的输出减小的称为“反作用”方向。
•控制器的正、反作用确定原则：保证控制系统为负反馈闭环系统。
安全要求：加热锅炉不能损害
控制器“正”、“反”作用选择分析： 安全要求：防止物料全部流光
图 7-16 液位控制
•分析控制系统的控制过程
根据安全原则，供气中断时给水阀应全开，所 以应选气关阀，即“反”作用。 控制器正、反作用 根据负反馈闭环系统分析 控制器应选正作用
省煤器 汽包 蒸汽
LT
LC
控制过程分析
信号传递过程中引起的滞后
简单控制系统的设计原则
控制器控制规律的选择原则
1. 对于一些对象控制通道滞后较小，负荷变化不大，工艺要求 又不太高的控制系统，可选用比例控制器。象贮罐的液面， 以及不太重要的蒸汽压力等控制系统。 2. 对象控制通道滞后较小，负荷变化不大，但不允许有余差的 情况，可选用比例积分控制器。例如流量、管道压力等控制 系统往往采用ＰＩ控制器。 3. 当对象滞后较大，如温度、ＰＨ值等控制系统则需引入微分 作用。一般在对象滞后较大，负荷变化也较大，控制质量又 要求较高时，可选用比例（P）积分（I）微分（D）控制器。
K
TI (min)
TD (min)
K
Tk/1.2
• 操纵变量应该是系统中所有干扰变量中的对被控变量影响最大的一个。控 制通道的放大系数Ｋ要尽量大一些，时间常数Ｔ适当小些，滞后时间尽量小。
• 不宜选择代表生产负荷的变量作为操纵变量，以免产量受到波动。 • 工艺上的合理性和方便性
扰动变量（输入量） 被控变量（输出量） 操纵变量（输入量）
简单控制系统的设计原则
图7-9 干扰通道与控制通道示 意图
基本概念：对象特性参数
典型的微分方程
dh T h K qi dt
典型的阶跃响应曲线
水槽对象
K――放大系数，在阶跃输入作用下，对象输出达到新的稳定值
液位的变化曲线
时，输出变化量与输入变化量之比，也称静态增益。K越 大，表示输入量对输出量的影响越大。 T――时间常数，在阶跃输入作用下，对象输出达到最终稳态变 化量的 63.2 ％所需要的时间，时间常数 T 是反映响应变化 快慢或响应滞后的重要参数。用T 表示的响应滞后称阻容 滞后（容量滞后）。
T y Z e
P T 阀门开度 u
反作用控 制器
控制好控制器的正、反作用，是确保整个自动控制系 统成为负反馈闭环系统的重要一环。
正作用？ 反作用？
图7-17 控制器正、反作用开关示意图
简单控制系统的投运
控制系统投运-----通过适当的方法使控制器从手动工作状态平稳地 转到自动工作状态。 准备工作： 1. 详细了解工艺，对投运中可能出现的问题有所估计。 2. 吃透控制系统的设计意图。
控制器参数的工程整定
方法一：临界比例度法 •该方法是先将控制器设置为纯比例作用且比例度 δ放在较大位置，将系统 投入闭环控制，然后逐步减小比例度δ并施加干扰作用，直至控制系统出现 等幅振荡的过渡过程，如图7-9所示。这时的比例度就叫做临界比例度 δk， 振荡周期就叫做临界振荡周期 Tk。根据δk和Tk从表7-2中查找控制器应该采 用的参数值。 临界振荡整定计算公式 控制器参数 控制规律 P PI δ (%) 2δ 2.2δ
⑤ 选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。
⑥ 被控变量应是独立可控的。
简单控制系统的设计原则
在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量 的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。 最常见的操纵变量是介质的流量。 操纵变量 通过工艺分析
确定
系统的干扰
举例
如果根据工艺要求，选择提馏段某块 塔板（一般为灵敏板）的温度作为被 控变量。
温度、压力、液位、流量反映等生产工艺状态的参
数。 方法二：选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数 有单值对应关系、易于测量的参数作为被控变量， 称为间接参数法。例如组分（某物质含量）、转化 率等。
举例
图7-4 精馏过程示意图 1—精馏塔；2—蒸汽加热器
图7-5 苯-甲苯溶液的 T-x图
图7-6 苯-甲苯溶液的px图
•控制器的正、反作用确定
控制器“正”、“反”作用开关不能随意选择，要根据工艺要求及控制 阀的气开、气关情况来决定。
确定原则：保证控制系统为负反馈闭环系统。
被控对象：
其作用方向则随具体对象的不同而各不相同。当操纵变量增加时，被控变量也 增加的对象属于“正作用”的。反之，被控变量随操纵变量的增加而降低的对 象属于“反作用”的。
操纵变量的选择原则 ⑴ 要构成的控制系统，其控制通道特性应具有足够大的 放大系数、比较小的时间常数及尽可能小的纯滞后时 间。 ⑵ 系统主要扰动通道特性应该具有尽可能大的时间常数
和尽可能小的放大系数。
⑶ 考虑工艺上的合理性。如生产负荷直接关系到产品的 质量，就不宜选为操纵变量。
简单控制系统的设计原则
不但使被控变量的超调量加大，还使过渡过 程振荡加剧，过渡时间增长，控制质量变坏。
简单控制系统的设计原则
对象动态特性对控制质量的影响（二） 对扰动通道特性的影响
设: 扰动通道时间常数为Ｔf，纯滞后为τf
f
Ｔf
yf
0
τf
t
T (1) f1
0
(2)
Tf2
t
简单控制系统的设计原则
操纵变量的选择 用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量 操纵变量的选取应遵循下列原则： 操纵变量必须是工艺上允许调节的变量；