中北过控技术及应用

第一章

过程装备控制是指过程设备上，配上一些自动换装置以及合适的自动控制系统代替操作人员的部分或全部直接劳动，使设计、制造、装配、安装等在不同程度上自动地进行。

过程装备控制的要求：安全、经济、稳定自动控制系统的要求：快速、准确、稳定控制系统的组成：被控对象、控制系统（测量元件和变送器、调节器、执行器）

控制系统的分类：（定值、随动）（闭环、开环）（简单、复杂）（反馈、前馈、前馈-反馈）

过渡过程：从被控对象收到干扰作用是被控对象偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，是被控变量回复到给定值附近范围内。然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是。

过渡过程的几种基本形式：发散震荡、等幅震荡、衰减震荡、非震荡的单调过程。控制系统的性能指标：最大偏差A、衰减比n、回复时间ts、余差e、振荡周期T。

第二章

被控对象的特性：当被控对象的输入变量发生变化是，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小，速度等）。

被控对象的特性参数：放大系数K（静态）、时间常数T（动态）、滞后时间τ。

对于控制通道：T太大（控制过于缓慢）或太小（被控变量的变化速度快，不易控制），对过程控制都不利。对于干扰通道，时间常数大则有明显的好处，此时阶跃干扰对系统的影响变得比较缓和，被控变量的变化平稳，对象容易控制。纯滞后的存在，相当于将扰动推迟τ0时间才进入系统，并不影响控制系统的品质；而容量滞后的存在，则将使阶跃扰动的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和些，因此，对系统是有利的。

被控对象的建模方法：机理建模法、实验测定法。

单回路控制系统：（简单控制系统）

被控变量的选择的基本原则：作为被控变量，其信号最好是能够直接测量获得，并且测量和变送环节的滞后也要比较小；若被控变量信号无法直接获取，可选择与之有单值函数关系的间接参数作为被控变量；作为被控变量，必须是独立变量；必须考虑工艺合理性，以及目前仪表的现状能否满足要求。

操纵变量的选择的一般原则：使被控对象控制通道的放大系数较大，时间常数较小，纯滞后时间越小越好；使被控对象干扰通

道的放大系数尽可能小，时间常数越大越好。

纯滞后：在过程控制中，由于检测元件安装位置的愿意会产生纯滞后。正确选择安装检测的位置。

克服测量滞后的方法：1、尽量选用快速测量元件，以测量元件的时间常数为被控对象的时间常数的十分之一一下为宜，2、在测量元件之后引入微分作用。

调节器的调节规律：①位式调节规律

结构简单、成本较低、使用方便、对配用的调节阀无任何特殊要求。

②比例调节规律P：控制及时、克服偏差。必然有余差。

)

(

)

(t

e

K

t

u

P

=

∆

比例度：调节器的输入相对变化量与相应输出的相对变化量之比的百分数。

积分控制（I）：调节器输出信号的变化量与输入偏差的积分成正比。积分规律的特点是控制缓慢，但能消除余差。由于输出变化量总要滞后于偏差的变化，因此不能及时有效地克服扰动的影响，加剧了被控变量的波动，使系统难以稳定下来，故不单独使用积分控制规律。

③比例积分调节规律PI：纯积分控制缺点是其输出变化总要滞后于偏差的变化。

微分控制（D）：调节器输出信号的变化量与输入偏差的变化速度成正比。微分控制规律的特点是有一定的超前控制作用，能抑制系统振荡，增加稳定性；由于其输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的存在无关，因此，不能克服确定不变的偏差。故也不单独使用。

④比例积分微分调节规律PID：①在比例调节的基础上进行微分调节可提高系统的稳定性，进行积分调节可消除余差，所以这种调节器既能快速进行调节，又能消除余差，具有良好的调节性能。②调节作用可通过调节适当的参数，比例度，积分时间T I和微分时间T D面改变。

余差是指过渡过程终了时，被控变量新的稳态值与测定值之差。

调节器参数的工程整定：经验试凑法、临界比例度法、衰减曲线法（纯比例下获得衰减比4:1）。

步骤：首先将调节器的积分作用和微分作用全部除去，在纯比例的情况下，按比例

度从大到小的变化规律，对应于一

δ

值做小幅度的设定值阶跃干扰，直到获得等幅振荡过度过程曲线，这时达到临界状态。

使用这种方法有两个条件：工艺允许被控

变量做等幅振荡；在获取等幅振荡曲线时，不能使控制阀出现全关，全开的极限状态。串级控制系统：主变量，使它保持平稳是控制的主要目标。副回路：主要干扰，尽量多次要干扰，尽量少的滞后干扰，防共振。特点：能迅速克服进入副回路的干扰；能改善被控对象的特性，提高系统克服干扰的能力；主回路对副对象具有鲁棒性，提高了系统的控制精度。

前馈控制系统：测量进入过程的干扰，并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使被控变量维持在设定值上。

前馈和反馈的区别：反馈是闭环，前馈只克服一种干扰，前馈控制及时，前馈测量输出。

比值控制系统：定比值（开环，单闭环，双闭环）、变比值。

选择性控制系统：开关型、连续性

均匀控制系统：保持两个变量在规定范围内均匀缓慢变化的系统。一般选比例环节，不需微分调节。

第三章

误差：测量结果与被测变量的真值之差

测量误差：系统（由于测量工具本身不准确或安装调整不准确等引起的）、随机(单峰性、对称性、有界性、抵偿性）、粗大（明确歪曲测量结果）。

测量仪表的主要性能指标：技术，经济及使用三方面。技术方面的有：误差，精度等级，灵敏度，变差，量程，响应时间，漂移等；经济方面的有：使用寿命，功耗，价格等；使用方面的有：操作维修是否方便，运行是否可靠安全，以及抗干扰与防护能的强弱，重量体积的大小，自动化程度的高低等。

仪表的静态特性指标：灵敏度（仪表或装置在到达稳态后，输入量变化引起的输出量变化的比值）、线性度（实际标定曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程之比值的百分比）、迟滞误差（在输入量增加和减少的过程中，对于同一输入量会得出大小不同的输出量，在全部测量范围内，这个差别的最大值与仪表的满量程之比值）、漂移（输入量不变时，经过一定的时间后输出量产生的变化）、重复性（在同一工作条件下，对同一输入值按同一方向连续多次测量时，所得输出值之间的相互一致程度）传感器：将被测物理量转换为与之有确定对应关系的输出量的器件或装置。

传感器的主要特性：准确性，稳定性，灵敏性

组成：敏感元件，转换元件，测量电路与其他辅助部件。

传感器的效应：光电，热电，压电，应变，压阻，电磁，霍尔。

传感器的标定：用试验的方法确定传感器的性能参数的过程，即利用某种规定的标准或标准器具对传感器进行刻度。

P表=P绝对—P大气

液柱式压力计：基本原理是流体静力原理。弹性式压力计：原理是以弹性元件受压后产生的反作用力与被测压力平衡。

弹性元件：弹簧管、膜片、膜盒、膜盒组、波纹管。

弹性元件的特性：弹性滞后（由于弹性元件工作时分子间存在摩擦而导致的加载曲线与卸载曲线不重合的现象）、弹性后效（弹性元件所受载荷改变后，不是立即完成相应的变形，而是在一定时间间隔内逐渐完成变形的一种现象）。

压电式压力计：利用某些晶体压电效应测量压力。

体积小，重量轻，灵敏度高，响应速度快。压阻式压力计：根据特定的压阻效应来工作

压力计选用：2:3，1:3，1:2

热电偶测温仪表：原理是热电效应

热电效应：两种不同材料的导体A、B组成一个闭合回路，当回路两端接点to,t的温度不相同时（假设t>to），回路中就会产生一定大小的电势，形成电流，这个电流的大小与导体材料性质和接点温度有关。

热电偶基本定律：匀质导体定律（不产生电势）、中间导体定律、中间温度定律、标准电极定则。

补偿导线：在一定温度范围内与所接的热电偶热电性能相同的廉价金属丝。只是改变了冷端的位置，不会影响热电偶工作。流量测量：压差式流量计（节流原理），转子式，电磁式。流量：单位时间内流过某一截面的流体数量的多少。

节流原理：当充满管道的流体流经节流装置时，流束收缩，流速提高，静压减小，在节流装置的前后就产生了一定的压差。这个压差的大小与流量有关，根据流量与压差之间的关系即可得到流量的大小。

液位测量：浮力式液位计，静压式，电容式，光纤。液位：物位、料位、界位的统称。

第四章

变送器：差压，温度

差压变送器：力平衡式电动，电容

量程调整：目的是使变送器的输出信号的上限值与测量范围的上限值相对应。方法