化工仪表及自动化课件第六章 简单控制系统
课件：化工仪表自动化第6章 自动控制系统的基本概念
化工工艺控制流程图
PID图
工艺流程和控制方案的确定后，根据 工艺设计给出的流程图，按其流程顺序标 注出相应的测量点、控制点、控制系统及 自动信号与联锁保护系统等， 便成了工艺 管道及控制流程图 （PID图）。
自动控制系统的组成
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动
化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备。
在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设备、
机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简称对象。
6
自动控制系统的组成
测量元件与变送器 是基于负反馈原理的，包括测
量、放大和反馈三部分。其作用是将检测元件的 输出信号转换成统一标准信号，送到显示仪表或 控制装置进行显示、记录或控制 由于变量种类多，因此，变送器的类型也较多 温度变送器 压力变送器 液位变送器 流量变送器
各系统间的相互关系
自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行 情况的任务；
自动信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某 种极限状态时采取安全措施以免发生生产事故；
自动操纵系统只能按照预先规定好的步骤进行 某种周期性操作；
只有自动控制系统才能自动地排除各种干扰因 素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先 规定的数值上，保证生产维持在正常或最佳的 工艺操作状态。所以，自动控制系统是自动化 生产中的核心部分。
自动报警联锁保护系统的组成
3.自动操纵及自动开停车系统
自动操纵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自动停车。
化工自动化及仪表培训课程PPT(共 46张)
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。
开环控制： 开环控制的特点（优点）：不需要对被控变量进 行测量，只根据输入信号进行控制，控制及时。
设定值 r(t)
机构 e(t)
-
控制装置 u(t)
被控变量
执行器
过程
q(t)
c(t)
测量值 y(t)
检测元件、变送器
闭环控制系统组成
•检测元件和变送器的作用是把被控变量c(t)转化为测 量值y(t)。
•比较机构的作用是比较设定值r(t)与测量值y(t)并输 出其差值。
•控制装置的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况， 按某种预定的控制规律给出控制作用u(t)。比较机构 和控制装置通常组合在一起，称为控制器。
负反馈：将被控 变量送回输入端 并与输入变量相 减（负反馈闭环 的才可以独立工
加热炉的温度控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
被控过程：加热炉 被控变量：物料出口温度 操纵变量：燃料油流量 扰动：被加热原料油温度、燃料油热值等
1.2.2闭环控制与开环控制
闭环控制：
在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设 定值进行比较，根据偏差控制被控变量，这样，整个 系统构成了一个闭环。
它是以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计。PID控制规律是经典控制理论 最辉煌的成果。
2）现代控制理论:20世纪60年代得到迅猛发 展。
其主要内容为：
线性系统理论，最优控制理论，最佳估计理论， 系统辨识。
化工仪表与自动控制系统(化工仪表与自动控制课件)
其它？
一
情景导入
课
程
二
课程内容
安
排
三
课程总结
一
静态动态
课
程
二
过渡过程
内
容
三
品质指标
1.静态与动态
H
H
动态——被控变量随时间变化的 不平衡状态 。
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）。
一
静态动态
课
程
二
过渡过程
内
容
三
品质指标
2.过渡过程
给定值 控制器
-
执行器
测量、变送
内
容
三
工作过程
3.工作过程
当受到外界干扰引 起槽内液位的波动， 经过自动化装置测 量、运算和执行， 使液位回到规定的 数值范围内。
一
情景导入
课
程
二
课程内容
内
容
三
课程总结
3.课程总结
1.手动控制液位的过程。 2.自动控制的组成和工作过程。
这么 神奇？
一
情景导入
课
程
二
课程内容
安
排
三
课程总结
一
干扰
被控变量 对象
图1 控制系统方块图
当干扰作用于对象，系 统输出y发生变化，在 系统负反馈作用下，经 过一段时间，系统重新
恢复平衡
过渡过程：系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态 的过程。
图2 阶跃干扰作用
采用阶跃干扰的优点：
➢这种形式的干扰比较突然、危险， 且对被控变量的影响也最大。如 果一个控制系统能够有效地克服 这种类型的干扰，那么一定能很 好地克服比较缓和的干扰。
化工仪表自动化全PPT课件
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
人脑
控制器
眼睛
机械化
检测装置
四肢
执行器
人工控制向自动控制转变
30
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
二． 自动控制
•
以液体贮槽的液位控制为例，来说明工业过程控制系统的基本构成。
31
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
• 该系统是由两部分构成的： • 控制装置：起到控制作用的全套仪表、自动装置。通常包括测量元件、变送器、控制器和执行器等。 • 被控对象：控制装置所要控制的生产设备。
• 该系统的任务： • 当被控对象受到干扰使被控参数产生偏差时，能够及时检测并反馈到控制器，通过控制器产生控制信 号，调节阀门开度使被控参数回到给定值。
32
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
• 变送器—检测并变换成统一标准信号送到 控制器（相当于人的眼睛） • 控制器—接收变送器信号与液位期望值进行比较，根据偏差按某种规律运算， 结果送给执行器（相当于人
的大脑） • 执行器—将控制器指令信号转换成相应的位移信号，驱动阀门动作，改变液体流出量，实现液位的自动控
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绪论
31 化工自动化的定义 2 目的 3 发展历程 4 学习目的
6
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化工自动化的定义
• 在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上 自动地进行，称为化工自动化。
7
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实现化工自动化的目的
1. 加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。 2. 减轻劳动强度，改善劳动条件。 3. 能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。 4. 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，为逐步地消灭体力劳动和脑力
化工自动化及仪表内容辅导课件
LT Fd C
省煤器 给水
图1-2 开环液位控制系统
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3、自动控制系统组成及方框图
研究控制系统时，为了更清楚地表示控 制系统各环节的组成、特性和相互间的信号 联系，一般都采用方框图。每个方框表示组 成系统的一个环节，两个方框间用带箭头的 线段表示信号联系，进入方框表示信号为输 入，离开表示信号为输出，输入引起输出变 化，而输出不会引起输入变化，即环节具有 单向特性。
1、自动控制系统
图1-1 加热炉温度自动控制系统
PAGE5OF144
➢目标：控制加热炉火的出口温度 ➢实现方式（过程）： （1）测量该温度 （2）将该温度与期望值（设定值）比较 （3）根据偏差调节燃料流量，目的是使得偏
差为0 ➢ 特点：
负反馈系统（设定值与测量值相减） 根据偏差调节 闭环控制
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过程特性：指当被控过程的输入变量（操纵 变量或扰动）发生变化时，其输出变量（被 控变量）随时间变化规律。 控制通道：操纵变量q(t)对被控变量c(t)的作 用途径， 干扰通道：扰动f(t)对被控变量得作用途径 研究过程特性时，两个通道都要考虑
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h(t)
h(t)
h(0) t
自衡的非振荡过程
q(t) 执行机构
扰动
f (t)
被控变量 c(t) 过程
y(t) 测量值
检测元件 变送器
图1-3 控制系统方框图
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4、分析控制系统时重要概念
➢信息概念 图1－3中的各个符号变量都是实际的物
理量，然而他们是作为信息来转换和使用的。 每个环节都有信息流入和流出。信息的流入 和流出与实际对象中物料的流入和流出不同。 从整个系统看，设定值和扰动是系统输入， 而被控变量和其他测量值是输出。
现代化工仪表及自动化概述(ppt 16页)PPT学习课件
三、自动化系统及仪表的分类
化工生产过程中需要测量和控制的参数是多种多样的，主 要的有热工量（压力、流量、液位、温度等）和成分（或物 性）量。所以化工自动化仪表按功能不同，大致分为四类： 检测仪表（各种参数的测量和变送）； 显示仪表（模拟量显示和数字量显示）； 控制仪表（气动、电动控制仪表及数字式控制器）； 执行器 （气动、电动、液动等执行器）。
自动信号联锁保护电路按其主要构成元件的不同，可分为有触点式和无触 点式两类（有时可采用混合式）。
有触点式电路是由各种继电器、按钮、开关等电器组成的继电线路，依靠各种 电器的触点开合完成电路的通断和切换。
无触点式电路利用由二极管、晶体管及集成电路等电子器件构成具有一定功能 的电子线路，利用电子器件的导通或阻断特性来实现自动信号的报警和联锁保 护作用。
化 工（及仪自表2动）化 减轻劳动强度、改善劳动条件。
为此，长对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置。
自自动动操 操 （纵纵及及3自自）动动开开保停停车车证系系统统生产、人生安全，防止事故发生或扩大，延长设备 使用寿命、提高设备利用率。 自动检测系统中主要的自动化装置是敏感元件、传感器和显示仪表。
应用一些自动检测仪表监视生产，利用手工操作，工人根据反映主要工艺参数的仪表指示情况人工地改变操作条件，生产过程单凭经
（4）改变劳动方式，提高工人文化技术水平，适应当代信息 验进行。
生产过程中各种工艺条件不可能一成不变，特别是化工生产，大多数是连续生产，各设备相互关联，当其中某一设备工艺条件发生变
技术革命和信息产业革命需要。 化时，都可能引起其他设备中某些参数的波动，偏离正常工艺条件。
13
之间的关系
自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行情况的任务； 自动信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某种极限状
#化工仪表及自动化课件第六章 简单控制系统
给定值 x
偏差 _e
z
控制器输出
控制器
p
操纵变量
控制阀 q
被控变量
对象
y
测量值
测量元件 变送器Leabharlann 第六章 简单控制系统本
简单控制系统
章 内
简单控制系统的设计原则
容
控制器参数的工程整定
简单控制系统（单回路控制系统）
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。
操纵变量的选择原则
要构成的控制系统，其控制通道特性应具有 足够大放大系数、比较小的时间常数及尽可能 小的纯滞后时间。
系统主要干扰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。
考虑工艺上的合理性。如生产负荷直接关系 到产品质量，就不宜选为操纵变量。
三、测量元件特性的影响
给定值
e 控制器
比例控制器是具有比例控制规律的控制器，它的 输出p与输入偏差e之间的关系为：
比例控制器的可调整参数是Kp或比例度δ，对于单 元组合仪表来说。它们的关系为：
比例控制器的特点 比例控制器克服干扰能力强、控制及
时、过渡时间短。
纯比例控制系统在过渡过程终了时存在余 差。负荷变化越大，余差就越大。
比例控制器的应用场合
第二 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。
由此可见，固定压力，选择温度作为被控变量是 可能的，也是合理的。
在选择被控变量时，还必须使所选变量有足够 的灵敏度。在上例中，当xD变化时，温度TD的变 化必须灵敏，有足够大的变化，容易被测量元件 所感受．且使相应的测量仪表比较简单、便宜。
化工仪表及自动化全套课件
2024/1/26
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流量测量与控制技术应用案例
水处理行业
在水处理过程中，流量是一个重要的参数。 通过流量测量仪表和自动控制系统，可以实 时监测和调整水流的流量，确保水处理过程 的稳定性和效率。
石油化工行业
在石油化工生产过程中，原料、产品和中间 体的流量都需要精确控制。通过流量测量仪 表和自动控制系统，可以实现流量的精确测
化工仪表及自动化全套课件
2024/1/26
1
2024/1/26
CONTENTS
• 化工仪表基础知识 • 自动化控制系统概述 • 化工仪表的选型与安装 • 自动化控制系统的设计与实施 • 化工仪表及自动化技术应用案
例 • 化工仪表及自动化技术发展趋
势与展望 2
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01
化工仪表基础知识
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自动控制系统的设计原则与方法
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设计原则
满足工艺要求，保证系统稳定性、可 靠性和经济性；采用先进技术和设备 ，提高自动化水平；注重人机交互， 方便操作和维护。
设计方法
根据工艺要求和控制目标，确定控制 方案；选择合适的测量仪表和执行机 构；设计控制算法和逻辑控制程序； 进行系统仿真和优化。
仪表等措施。
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02
自动化控制系统概述
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自动控制系统的组成与分类
组成
自动控制系统通常由控制器、执行器、被控对象、检测变送环节等部分组成。
分类
根据控制原理的不同，自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统；根 据信号传递方式的不同，可分为模拟控制系统和数字控制系统。
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量和控制，提高生产效率和产品质量。
化工仪表及自动化--自动控制系统基本概念 ppt课件
图1-11 复式仪表的表示法
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工艺管道及控制流程图
（2）字母代号
在控制流程图中，用来表示仪表的小圆圈的上半圆内， 一般写有两位（或两位以上）字母，第一位字母表示被测变 量，后继字母表示仪表的功能，常用字母代号见下表。
40
字母
A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z
化工仪表及自动化
第一章 自动控制系统基本概念
内容提要
化工自动化的主要内容
自动控制系统的基本组成及表示形式
自动控制系统的基本组成 自动控制系统的表示形式
自动控制系统的分类
自动控制系统的过渡过程和品质指标
控制系统的静态与动态 控制系统的过渡过程 控制系统的品质指标 影响控制系统过渡过程品质的主要因素
工艺流程图上的物料线是代表物料从一个设备进入另一个 设备，而方框图上的线条及箭头方向有时并不与流体流向 相一致。 自动控制系统是一个闭环系统
9
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
小结
自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。
与自动检测、自动操纵等开环系统比较，最本质的区 别，就在于自动控制系统有负反馈，开环系统中，被 控（工艺）变量是不反馈到输入端的。
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
二、自动控制的表示形式
化工自动化及仪表 6
因为控制器的输入和输出都是标准统一信号，比
((C32))如比比果例例δ度较作小用δ，越及则比大振例，荡度过频δ渡率对过提系高程统，曲过因渡线此过越把程平被的稳控影；变响量随拉着回比到 例设定度值在δ所闭的需环减的运小时行，间下就系比短统例。的度振δ 荡对程系度统加过 渡剧过，程衰的减影比响减由 小较图大，可、一稳见时般定：滞而程较言度小，降的在低情广况。义下过当，程比调的例节放度器大δ的系继比数续例较减度小小可、到选时得某间小常一些数数， 值以提时(高1，) 系在系统扰统的动将灵及出敏设现度定；等值反幅变之振化，荡时必，有须这余适差时当存加的大在比调。例节比度器例称的控为比制例
临度系，界统以比的增例余加度差系δ是统k由，的比稳当例定比调性例节。度通器小常的于要特临求性衰界所减决比比定例在的度4。δ:1k比时~ 例1，0度:1 系的δ范统越围将小内发，。散比例振作荡用。越强，控制系统的余差也越小。
在基本控制规律中，比例作用是最基本、最主 要、也是应用最普遍的控制规律，它能较为迅速地克 服扰动的影响，使系统很快地稳定下来。
控制器的基本控制规律有比例、积分和微分三种。
基本控制规律的不同组合，适用于不同特性的生产工艺过程。若对控制器的控制规律选用不当，就不能满足生 产工艺要求，甚至造成严重的生产事故。因此，必须了解控制器的基本控制规律及其适用条件，根据生产工艺对控 制系统控制指标的各种要求，选用合适的控制器控制规律。
((3124)))由有若为6于了人正.1温消这常度除控样情过余制做 况程差器， 下的，的容发，有量基人现温滞这本温度后样控度为较做一8制大：5℃低，规把当，于阀律出门阀85现开门℃偏启，开差数就度时圈把是，后其蒸 三，数不汽 圈值断阀 。己观门 有较察全 人大测， 开度量门下这低y与量阀或与为阀化)仿 反 从/值 门 关 偏此 门 速5，只一全降样偏5℃积由， 关 闭 差、应外微， 的 度比一有定关，做差控就人积分若小的成分有圈成总温界例e高两多时低，制控分低，速正(开控人数正工t结 度 补控于个于，于温)式制于 直 度 比制再，比有器一操人 为 充制8位 需 供 设 度规可8到，，规补这，一的圈5作8工 一看律规 ℃温而即℃置 要 应 定 高律充样用一。控5，，就出度不：就这可数操 些，律， 量 的 值 于℃对数制则是，回是以是样抑学d就模88全，蒸作热，u应学55慢模只到直规模的制公图(全仿℃℃开温汽经量t反)关慢仿要8接公仿经偏式/律5示d。，关上或度量验。地上有℃决应t这验差表系式=来的可每，述全将一K。开述偏定的种，幅示过表Iu源e蒸大这操差阀见高这操关会定操根度为(（基程t示)于种阀作随门作据，：种，5作。上少汽t础是）℃则门方方时开方u偏易人供做方阀升于加或(上＝轻关为；式式间t启式差于)工需式法门，需=热发若是。而的u一：，的控微T操一称，全超要（D的按高调存圈控变制展圈d开放ue双 直 控开过量0作(于 偏 节在数反制化 。(t起；启）t)热)=8差，器。位 不制时 设 ，规器速/应du5低圈来十的t℃来控输(的度平控 器，定 因律0釜于数K)的，决出制，输即+制 衡 的供值 此，cK为e8＝则定器的。出趋还I（5，，输8应 温∫是例慢阀变输℃3与5势e需t阀 是 +出℃的 度）(慢出在 门化偏来。t，()要8d； u一门蒸将地开总速差开模5t每设(t-把启是度阀个开汽会变启) 持在不续断比振变例荡化控过，制程直的到。偏缺差点为：零在时负，输荷出变才化会时稳有定余在某差一。数值上。
化工仪表及自动化(厉玉鸣)第六章(精)
例题分析 (4)减小R5,量程会降低,这是因为R5减小,滑线电阻组件的等效电阻值减小,使滑动触点由最
左端移到最右端的电位差变小,故量程减小。 (5)电阻体被烧断,滑动触点将移向最右端,这是因为电阻体烧断后,Rt趋于无穷大,放大器始
终有一个正的电位输入,可逆电机转动,直至滑向最右端指针被挡住为止。
测
可
热
放
量
逆
电
大
桥
电
偶器路来自机指示机构 记录机构
稳压电源
同步电机
图6-2 电子电位差计原理方框图
结论 电子电位差计既保持了手动电位差计测量精度高的优点，而且无须用手去调节就能自动指示和记录被 测温度值。
4
第一节 模拟式显示仪表 2.自动电子电位差计的测量桥路
图6-3 XW系列电位差计测量桥路原理图 5
18
第二节 数字式显示仪表 二、模-数变换器 主要任务 将连续变化的模拟量变换成断续的数字量。 工作方法 主要有间接法和直接法两种。
19
第二节 数字式显示仪表
三、电子计数器
当用间接法进行数码转换时,是先将模拟量转换为与之对应的时间间隔或频率,然后必须再将 时间间隔或频率转换为数字量,才能进行计数。
得
R G 1.3 6 I1 9 I2 R 5 2 1.3 6 4 9 2 5 .3 3 6 .7 6
根据测量范围的要求,滑线触点由滑线电阻的最左端移至最右端,电压差应为
3.3 7 2 1.3 5 6 9 2.9 5 0 m 3 V
9
第一节 模拟式显示仪表
因此,RP、RB、RM并联后的等效电阻 RnP应为
图6-5 平衡电桥
R 3R t0 R P R 2 R 4 （6-3）
化工仪表及自动化课件
化工仪表及自动化课件一、引言随着我国经济的快速发展，化工行业在国民经济中的地位日益突出。
化工生产过程具有高温、高压、易燃易爆等特点，因此，对化工仪表及自动化技术的要求越来越高。
本课件旨在介绍化工仪表及自动化技术的基本原理、类型及其在化工生产过程中的应用，以帮助大家更好地了解和掌握这一领域的技术。
二、化工仪表概述1.化工仪表的定义化工仪表是指用于测量、显示、控制化工生产过程中各种物理量、化学量的设备。
它包括传感器、变送器、控制器、执行器等部分。
2.化工仪表的分类根据测量原理和用途，化工仪表可分为温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表、成分分析仪表等。
3.化工仪表的精度等级和防爆等级精度等级：化工仪表的精度等级表示其测量准确度，通常分为0.1级、0.2级、0.35级、0.5级等。
防爆等级：化工生产过程中存在易燃易爆气体，化工仪表需要具备相应的防爆等级，以确保生产安全。
三、自动化控制系统1.自动化控制系统的概念自动化控制系统是指利用自动化装置、仪表和计算机等技术，对化工生产过程进行自动监测、调节和控制，以实现生产过程的优化和安全稳定运行。
2.自动化控制系统的组成自动化控制系统通常由检测仪表、控制仪表、执行器、计算机等组成。
3.自动化控制系统的类型（1）手动控制系统：由操作人员手动调节控制仪表，实现对生产过程的控制。
（2）自动控制系统：根据预设的程序和参数，自动调节控制仪表，实现对生产过程的控制。
（3）综合控制系统：将手动控制和自动控制相结合，实现更高效、更灵活的生产过程控制。
四、化工仪表及自动化技术在化工生产过程中的应用1.温度控制在化工生产过程中，温度是一个重要的参数。
通过安装温度仪表，可以实时监测反应釜、换热器等设备的温度，并通过自动控制系统调节加热或冷却装置，使温度保持在合适的范围内。
2.压力控制化工生产过程中，压力过高或过低都会影响产品质量和设备安全。
通过安装压力仪表，可以实时监测反应釜、压缩机等设备的压力，并通过自动控制系统调节阀门、泵等设备，保持压力稳定。
化工仪表及自动化课件资料
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第一章 基本要求 １，了解化工自动化的主要内容 ２，熟练掌握自动控制系统的组成，及各节的定义．熟 练掌握方块图及 ＰＩＤ 的画法 ３，掌握自动控制系统的过渡过程的形式，评价其的质量指标，影响其的主 要因素 １ 调节系统按给定值是否变化和如何变化来分类，可分为——，——和——类 ２ 在自动调节系统中，将需要调节其工艺参数的生产设备或机器叫做——，简称—— ３ 在调节系统中，将工艺上希望保持的被控变量的数值叫做——，——与——之差叫偏差 ４ 在调节系统中，将引起被控变量波动的外来因素叫—— ５ 一般地讲，调节系统是具有被控变量——的——系统 ６ 在调节系统方块图中，方块与方块之间的连接线，代表方块之间的——联系，连接线的箭头，代表— — １ 在调节系统中，控制阀开度变化引起操纵变量的变化，成为 Ａ 操纵变量 Ｂ 控制作用 Ｃ 操纵介质 ２ 在调节系统中，实现调节作用的参数叫 Ａ 操纵变量 Ｂ 操纵介质 Ｃ 操纵剂 ３ 等幅振荡过程介于不稳定与稳定之间， 一般认为是 Ａ 稳定过程 Ｂ 不稳定过程 Ｃ 介于稳定与不稳定过程 ４ 在衰减振荡过程中，曲线第一个峰值与新稳定值之差叫 Ａ 最大偏差 Ｂ 超调量 Ｃ 余差 ５ 过渡过程结束时，被调参数所达到新稳定值与给定值之差叫 Ａ 余差 Ｂ 超调量 Ｃ 动偏差 １ 下图为一加热炉温度调节系统，试画出其调节系统方块图，并指出该调节系统中的被控对象，被控变 量，操纵变量，操纵介质各是什么？注：图为 Ｐ１６２ 图 ７－１５（第四版） ２ 某化学反应器的温度调节系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图 试分别指出最大偏差，余差，衰减比，振荡周期各为多少？（给定值为 ５００℃）若工艺上要求在单位阶 跃干扰作用下，长时间偏差不能超过±４０℃，试问上述系统是否能符合工艺要求？为什么？注：图为 Ｐ１６ 图 １－１８（第四版）纵坐标从上到下为 ５３３，５１５，５０９，５００ 横坐标从左至右为 ０，４（第一个波峰） ， １２（第一个波谷） ，２０（第二个波峰） 第二章基本要求 １，了解建立被控对象数学模型的意义及数学建模的建立方法 ２，掌握用机理建模的方 法建立简单对象的数学模型 ３，掌握表征被控对象特性的三个参数意义及其对控制质量的影响 ４，了解 被控对象特性的实验测定方法 ＰＰ１４ １ 当对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值的 ６３．２％所需的时间称为对象的Ａ容量滞后时间Ｂ 纯滞后时间Ｃ时间常数 Ｔ ２ 当对象受到阶跃输入后，被控参数保持初始速度变化，达到新稳态值的时间就是对象的 Ａ 容量滞后时 间Ｂ纯滞后时间Ｃ时间常数 Ｔ ３ 由于物料的输送需要一段时间引起的滞后叫Ａ纯滞后Ｂ容量滞后Ｃ过渡滞后 ４有些对象在受到阶跃输入作用后，被控变量开始变化很慢，后来才逐渐加快，最后又变慢，直至逐渐 接近稳定值，这种现象叫 Ａ 容量滞后Ｂ纯滞后 Ｃ 传递滞后 ５ 被调参数为温度的化工对象，滞后时间和时间常数都 Ａ 较小 Ｂ 较大 Ｃ 属中等 ６ 被调参数为流量的化工对象，滞后时间和时间常数都 Ａ 较小 Ｂ 较大 Ｃ 属中等 应用阶跃反应曲线法， 实验测得某对象的特性参数． 得到对象在单位阶跃输入作用下的反应曲线如下图， 求 Ｋ，Ｔ，τ． 第三章基本要求 １，掌握测量仪表的性能指标（精度，变差，灵敏度，反应时间）２，根据仪表校验数 据能够正确确定仪表精度等级 ３，根据工艺要求正确选择仪表精确等级 ４，了解弹性式压力计的使用方 法 ５，掌握应变片，电阻式，力矩平衡式，电容式压力计的工作原理 ６，掌握差压式流量计的组成，工 作原理，流量公式 １ 测量范围为 ０—１００℃，精度等级为 ０．５ 级温度表，其允许误差为——允许最大绝对误差为—— ２ 仪表测量结果的准确度不仅与仪表的精度等级有关，还与仪表的——有关 ３ 一台温度表指针移动 １ｍｍ 代表 １℃，另一台温度表指针移动 ２ｍｍ 代表 １℃，这说明前一台仪表的— —比后一台仪表—— ４ 有一台测量范围为 ０—１００ 升／分，精度等级为 １．０ 级流量计，流量为 １００ 升／分时，仪表允许最大绝对 误差为——，流量为 １０ 升／分时，仪表允许最大绝对误差为—— １ 精度等级高的仪表，其测量的准确度 Ａ 高 Ｂ 低 Ｃ 不一定高 ２ 有一台测量范围为 ０—８００℃的温度计，校验中发现最大绝对误差±６℃，那么这台温度计的精度等级 符合 Ａ ０．５ 级 Ｂ１．０ 级 Ｃ０．７５ 级 ３ 一台测量范围 ４００—１０００℃， 精度等级为 ０．５ 级的温度表， 它的最大允许绝对误差为 Ａ±２℃Ｂ±３℃ Ｃ ±５℃ ４ 仪表的精度等级数值越小，表示仪表的准确度 Ａ 越低 Ｂ 越高 Ｃ 不变 １ 一台在现场使用多年的转子流量计，测量范围为 ０—１００ 升／分，需要重新标定．在标定状况下，校验 结果为下表所示： 正行程 刻度值（升／分） 实际流量（升／分） ０／２５／５０／７５／１００ ０／２５．２／５０．６／７５．７／１００．７ 反行程 １００／７５／５０／２５／０ １００．７／７５．６／５０．８／２５．３／０ 试问：１ 该仪表的最大绝对误差为多少？２ 该仪表的最大相对百分误差为多少？３ 该仪表的最大变差为 多少？４ 该表符合 １ 级精度吗？ ２ 已知一台精度等级为 ０．５ 级的温度计，下限刻度为负值，标尺的负值部分占全量称的 ２５％，其仪表的 允许最大绝对误差为±１，求该温度计的上下限刻度值为多大 压力测试部分 １ １ 帕是——的力作用于 １ 米 ２ 的面积上所形成的压力，记作 Ｐａ，１ＭＰａ 等于——Ｐａ，１ＫＰａ 等于—— Ｐａ ２ 在压力测量仪表中，常用的弹性元件有——，——和—— ３ 弹簧管式压力表是利用弹簧管，将被测压力转换为自由端的——面进行测量 ４ 电气式压力变送器是将——信号成比例地转换成——的统一标准信号输出 ５ 应变片式压力传感器是利用——原理构成的 ６ 弹簧管的截面呈——形或——形 ７ 测氧气压力时，不得使用——垫片 ８ 某厂氨罐上的压力表坏了，一时找不到量程合适的氨用压力表，能否采用一般的工业压力表代用？ １ 一台装在测压点下方 １．５ 米处的压力表（被测介质为液体） ，其指示值与实际的被测压力相比 Ａ 偏低 Ｂ 偏高 Ｃ 相同 ２ 在测量压力时，为了延长仪表使用寿命，避免弹性元件因受力过大而损坏，在选择弹性式压力计的测 量范围时，如被测压力比较稳定，最大工作压力不应超过仪表上限刻度值的 Ａ１／２ Ｂ２／３ Ｃ３／５ ３ 在测量流动介质的压力时，取压点应与流体流动方向 Ａ 垂直 Ｂ 逆向 Ｃ 顺向 ４ 对于单杠杆气动压力变送器如果吧量程支点往上调，那么它的量程将 Ａ 不变 Ｂ 变大 Ｃ 变小 ５ 对于气动差压变送器，如果把反馈波纹管的有效面积增大，那么它的量程将 Ａ 不变 Ｂ 变大 Ｃ 变小 ６ 压力表的使用范围一般在它的量程的 １／３—２／３，（１）如果超过了 ２／３，则 Ａ 接头或焊口要漏 Ｂ 压力表的 传动机构要变形 Ｃ 时间长了精度要下降（２）如果低于 １／３，则 Ａ 因压力过低，仪表没有显示 Ｂ 精度要下 降 Ｃ 相对误差增大 ７ 某容器内的压力为 １ＭＰａ， 为了测量它， 应选用的量程为 Ａ０—１ＭＰａ Ｂ０—１．６ＭＰａ Ｃ０—２．５ＭＰａ Ｄ０—４ＭＰａ 的工业压力表 １ 现准备使用一台型号 Ｙ—１５０，测量范围为 ０—４ＭＰａ，精度等级为 １．５ 级的普通弹簧管压力表，测量某 空压机缓冲器内的压力．已知缓冲器内压力变化范围为 ２．０—２．５ＭＰａ，工艺上要求测量结果的误差不得 超过罐内压力的±５％，就地指示即可．试通过必要计算，说明该压力表的测量范围及精度等级符合工 艺上的要求否 ２ 已知有一台气动压力变送器（标准输出气压信号为 ０．０２—０．１ＭＰａ） ，它的测量范围为 ０—１．６ＭＰａ．如 果被测压力 Ｐ 为 ０．６ＭＰａ，试问仪表的输出气压信号 Ｐ 为多大？若改用相同测量范围的电动压力变送器 （标准输出电流信号为 ０—１０ｍＡ）来测量，那么当被测压力 Ｐ 仍为 ０．６ＭＰａ 时，仪表的输出电流信号 ｉ 应为多大？ 流量测量部分 １ 差压式流量计一般由——，——和——三部分组成 ２ 用差压式流量计测量时，如果不加开方器，流量标尺刻度是不均匀的，起始部分的刻度——，后来逐 渐—— ３ 最常用的节流装置有——，——和—— ４ 差压式流量计，是在——不变，利用——的变化来反映流量的大小，而转子流量计却是以——不变， 利用——的变化来测量流量的大小的 ５ 转子流量计是一种非标准化仪表，仪表厂为了便于成批生产是在工业基准状态（２０℃，０．１０１３３ＭＰａ） 下用——或——进行刻度的 １ 用转子流量计来测量流体流量时，如果转子的大小和形状不变，只是转子材料有铝变为不锈钢，则量 程会 Ａ 变大 Ｂ 不变 Ｃ 变小 ２ 流经转子流量计的流量增大时，转子上浮稳定在一个新的位置，在转子上下两侧的压力差 Ａ 变小 Ｂ 变 大 Ｃ 不变 ３ 由于孔板使用日久，入口边缘收到磨损变形，流量计指示 Ａ 正常 Ｂ 偏高 Ｃ 偏低 ４ 气远传转子流量计的变送器是根据什么原理工作的？Ａ 力平衡 Ｂ 力矩平衡 Ｃ 位移平衡 ５ 椭圆齿轮流量计适合测量 Ａ 高粘度流体流量 Ｂ 低粘度流体流量 Ｃ 含有杂质流体流量 １． 某工厂用转子流量计来测量温度为 ４０ 摄氏度，压力为 ０．２ＭＰａ（表压）的氧气流量，试问转子流量 计读数为 １８Ｈｍ３／ｈ 时，氧气的实际流量为多少 Ｈｍ３／ｈ（已知ρ空 １．２９３ｋｇ／Ｈｍ３， ρ氧气 １．４２９ｋｇ／Ｈｍ３） ２． 如图，用差压计与孔板配合，测量管道中的流量 Ｑ．已知：Ｑｍｉｎ＝０，△Ｐｍｉｎ＝０；Ｑｍａｘ＝２５００ｍ３／ｈ， △Ｐｍａｘ＝１６００Ｐａ 试求当 Ｑ＝２０００ ｍ３／ｈ 时△Ｐ 为多大？并写出差压计投入运行及停止使用的操作步骤 １ 转子流量计必须——安装 ２ 标准孔板应在孔板孔径 ｄ——，管道内径 Ｄ——，直径比——条件下使用 １ 在管道上安装孔板时，如果将方向装反了，会造成（１）差压计倒指示（２）差压计指示变小（３）差 压计指示变大（４）对差压计指示无影响 ２ 转子流量计中转子上下的压差由——决定 Ａ 流体的流速 Ｂ 流体的压力 Ｃ 转子的重量 什么是节流现象？标准的节流体有哪几种？应用最广泛的是哪几种？ １ 用差压变送器测流量，差压＝０．２５ＫＰａ，仪表的量程 ０—２００ｔ／ｈ，变送器输出电流为 ４—２０ｍＡ，求流量 为 ８０ｔ／ｈ 和 １００ｔ／ｈ 对应的△Ｐ 值和电流值 ２ 有一台转子流量计，其转子材料是耐酸不锈钢，密度为 ７．９ｇ／ｃｍ３，用来测量密度为 ０．７５ｇ／ｃｍ３ 的介质， 当仪表读数为 ５０Ｌ／ｈ 时，被测介质的实际流量为多少？ ３ 一台气体转子流量计用来测氢气流量，已知工作温度为 ２７ 摄氏度，工作压力为 ０．３ＭＰａ（表压） ，当 ３ 流量计的读数为 ４０Ｎｍ ／ｈ 时，氢气的实际流量为多少？标准状态下氢气的密度为 ０．０８９８８ｋｇ／ｍ３ 物位测量部分 １ 当用差压式液位计来测量液位时，若容器是受压的，则需要将差压计的负压与容器的——相连，正压 室与容器的——相连 ２ 差压变送器是根据——原理工作的 ３ 称重液罐计量仪是按——原理工作的 ４ 法兰式差压变送器按其结构形式分为——及——两种 ５ 在差压变送器中，改变迁移弹簧张力，其实质是改变测量范围的上，下限，相当于——的平移，不改 变——的大小 １ 如果用差压变送器测量液位，当液位 Ｈ＝０ 时，差压变送器的正，负压室分别承受 ０．０３ＭＰａ 和 ０．０５ＭＰａ 的压力，这种情况下需要 Ａ 正迁移 Ｂ 负迁移 Ｃ 无迁移 有一液位测量系统如下图所示．已知容器中液体的密度＝０．８ｇ／ｃｍ３，ｈ＝１ｍ，生产上要求液位 Ｈ＝０ 时，气动 差压变送器输出 Ｐ＝０．０２ＭＰａ，当 Ｈ＝２ｍ 时，Ｐ＝０．１Ｍｐａ，求 １ 在图中标出差压变送器的正负压室 ２ 差压变 送器需正迁移，负迁移？如需迁移，迁移量为多大？３ 经迁移后，仪表的测量压差范围为多大？４ 仪表 的量程为多大？５ 当变送器的输出气压信号 Ｐ＝０．０６ＭＰａ 时，被测液位 Ｈ 为多大？ 温度测量部分 １ 铂铑 １０—铂，镍铬—镍硅及镍铬—铜镍热电偶的分度号分别为——，——及—— ２ 补偿导线的作用是将——延伸到温度较低且比较稳定的地方 ３ 常用的热电偶冷端温度补偿方法有——，——，——，—— ４ 目前我国使用的铂电阻有两种，一种是 Ｒ０＝１０ 欧，另一种是 Ｒ０＝１００ 欧，分度号分别是——，—— ５ 目前我国使用的铜电阻有两种，一种是 Ｒ０＝５０ 欧，另一种是 Ｒ０＝１００ 欧，分度号分别是——，—— ６ 电动温度变送器主要由——，——和——三部分组成 １ 分度号为 Ｅ，Ｋ，Ｓ 的三种热电偶，它们在单位温度变化下的热电热势变化值分别为 ａ，ｂ，ｃ，下列三 种说法正确的是 Ａａ＞ｂ＞ｃ Ｂｂ＞ｃ＞ａ Ｃｃ＞ａ＞ｂ ２ 现场使用镍铬—镍硅热电偶测量高于室温的温度，错用了镍铬—铜镍的补偿导线，若极性连接正确， 仪表的指示值 Ａ 正常 Ｂ 偏高 Ｃ 偏低 ３ 使用热电偶侧高温，如果补偿导线的极性接反了，仪表的指示值 Ａ 正常 Ｂ 偏高 Ｃ 偏低 ４ 在测量管道中流体温度是，要求测温元件与流体的流向 Ａ 正交 Ｂ 顺向 Ｃ 逆向 ５ 如下图所示，Ｅａｂ 的 ｍＶ 值为 Ａ Ｅ（３００，６０） Ｂ Ｅ（３００，４０）Ｃ Ｅ（３００，２５） １ 用分度号为 Ｋ 的镍铬—镍硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表的指示值 为 ５００ 摄氏度，而这时冷端温度为 ６０ 摄氏度，试问：实际温度应为多少？ ２ 热电偶为什么要进行冷端温度补偿？ 第四章基本要求１ 了解动圈式显示仪表的基本结构及原理 ２ 掌握自动电子电位差计的工作原理， 熟悉电 位差计的测量桥路及各个电阻的作用 ３ 掌握自动电子平衡电桥的工作原理 １ 动圈式仪表实质上是一种测量——的仪表，配热电偶的动圈表统一规定 Ｒ 外为——如果不足此值，应 该用——绕制的调整电阻凑足 ２ 为了克服环境温度变化而引起连接导线电阻的变化对测量的影响， ＸＣＺ—１０２ 型动圈表如热电阻的连接 采用——接法 ３ 电子自动平衡电桥与电子电位差计所测量的电量形式不同，电桥用来测量——而电位差计用来测量— — ４ 电位差计的工作原理是以——平衡法为基础 ５ 在电子电位差计的测量桥路中，与滑线电阻并联的量程电阻阻值越大，相应的量程就—— １ 与热电偶配套的动圈表，若外线路电阻超过规定数值，仪表指示值 Ａ 正常 Ｂ 偏低 Ｃ 偏高 ２ 有配镍铬—镍硅的电位差计，以温度刻度，现接入镍铬—铜镍热电偶，仪表指示值Ａ正常Ｂ偏低Ｃ偏 高 ３用不平衡电桥与热电阻配套测温时，若不采用三线制接法，而采用二线制，当连接热电阻的导线电阻 因环境温度升高而增加时，其指示值Ａ不变Ｂ偏低Ｃ偏高 ４自动电子电位差计与热电偶配套使用时， 如果热电偶烧断， 仪表的指针会Ａ不动Ｂ移向始端Ｃ移向终 端 ５自动电子平衡电桥与热电阻配套使用时，如果热电阻烧断，仪表的指针会 Ａ 不动Ｂ移向始端Ｃ移向 终端 ６ 用热电偶测量温度时，若没有冷端温度补偿措施，则当冷端温度升高时，会使温度指示值 Ａ 偏低 Ｂ 偏 高 Ｃ 不变 １ 有配镍铬—镍硅热电偶的动圈表一个，机械零点为 ２０ 摄氏度，测温时各接点的温度如下图，求当动 圈表只是 ８００ 摄氏度时的 Ｅ（ｔ，０）值．已知：Ｅ（８００，０）＝３３．２９ｍＶ，Ｅ（７５，０）＝３．０６ｍＶ，Ｅ（３０，０） ＝１．２ｍＶ，Ｅ（２０，０）＝０．８ｍＶ 第五章 基本要求 １，掌握各种基本控制规律及其特点 ２，熟悉比例度，积分时间，微分时间对控制系统 的影响 ３，了解 ＤＤＺ—Ⅲ型控制器的特点和基本组成． （软手动，硬手动，无扰动切换）４，了解可编程 调节器和可编程控制器的功能和特点 １ 控制规律是指控制器的——与——的关系 ２ 在单独分析控制器时，习惯上采用——值减去——作为偏差 ３ 控制器的比例度越大，其比例作用越——，积分时间越大，其积分作用越——，微分时间越长，其微 分作用越—— ４ 正作用的控制器，当加大给定信号时，控制器的输出信号会—— ５ＰＩＤ 三作用控制规律为—— １ 在比例控制体统中，若要求过程的衰减比为 ４：１，但实际过程的衰减比大于 ４：１，这时应 Ａ 减小比 例度 Ｂ 增加比例度 Ｃ 不改变比例度 ２ 若已知某控制系统的临界比例度为δＫ，在系统投入实际运行时，要求过渡过程为衰减过渡过程，这 时比例度δＫ 应 Ａ 大于δＫ Ｂ 等于δＫ Ｃ 小于δＫ ３ 能消除控制系统中的余差的控制规律是 Ａ 比例 Ｂ 积分 Ｃ 微分 ４ 控制器的积分时间增大，会使系统消除余差的能力 Ａ 增加 Ｂ 减小 Ｃ 不改变 ５ 一台 ＰＩＤ 三作用控制器，δ＝１００％，Ｔｉ＝∞，Ｔｄ＝０，它的控制作用为 Ａ ＰＩ Ｂ ＰＤ Ｃ Ｐ ６ 对于具有纯滞后的对象，增加控制器的微分作用将 Ａ 改善控制质量 Ｂ 降低控制质量 Ｃ 没有作用 ７ ＰＩ 控制器，当测量值等于给定值时，其输出信号 Ａ 与测量值成比例 Ｂ 与偏差成比例 Ｃ 可为任意值 １ 某台 ＤＤＺ—Ⅲ型 ＰＩＤ 控制器，其比例度δ＝８０％，积分时间＝０．４ｍｉｎ，微分时间＝２．４ｍｉｎ，微分放大倍数 ＝１０．假定输出初始值为 ６ｍＡ，在 ｔ＝０ 时施加 ０．４ｍＡ 的阶跃输入信号．试分别写出在该阶跃信号作用下， 其比例，积分，微分的输出表达式，画出三部分的输出响应曲线，并计算出在 ｔ＝２４ｓ 时该控制器的输出 电流为多少？ ２ 对一台比例控制器做开环试验．已知 Ｋｐ＝１．５，若输入偏差信号如图所示．试画出该控制器的输出信号 变化曲线 第六章 基本要求 １，了解气动薄膜控制阀的基本结构，主要类型及使用场合 ２，掌握控制阀的理想流量 特性，了解串联管道中阻力比和并联管道中分流比对流量特性的影响 ３，理解气动执行器的气开，气关 型式及其选择原则 ４，了解电动执行器的基本原理 ５，了解电气转换器及电—气阀门定位器的用途及工 作原理 １ 气动执行器由——和——两部分组成 ２ 弹簧薄膜执行机构有正作用和反作用形式，正作用是指当输入的信号压力增大是，推杆向——动作， 反之，为反作用 ３ 控制阀有正装和反装两种，当阀芯向下移动时，阀芯与阀座间的流通面积减小的为——装 ４ 气动执行器分为气关与气开两种形式，有信号时阀——，无信号时阀——的为气关式 ５ 控制阀的流量特性是指流过阀门的——与阀门的——间的关系 ６ 控制阀的理想流量特性主要有——，——，——，——等几种 ７ 控制阀所能控制的最大流量与最小流量的比值，成为控制阀的——或—— ８ 在讨论串联管道的工作流量特性时，用 Ｓ 表示控制阀——时阀上压差与系统——压差之比．随着 Ｓ 值 的减小，直线特性趋近于——特性，等百分比特性接近于——特性，实际中 Ｓ 不低于—— ９ 并联管道的工作流量特性用 Ｘ 表示控制阀——流量与总管——流量之比，随着 Ｘ 的减小，系统的可调 范围大大—— １０ 控制阀的流量系数 Ｃ 的定义是：在控制阀特定的行程下，阀两端压差为——流体密度为——时，流 经控制阀的流量数，控制阀制造厂提供的流量系数是指阀——时的流量系数，称为——流量系数 １１ 电—气转换器是把输入的电流信号（４—２０ｍＡ 或 ０—１０ｍＡ） ，转换城——气信号，是基于——平衡原 理工作的 １２ 电—气阀门定位器具有——和——作用 １ 对于具有等百分比流量特性的控制阀，随着流量的增加，控制阀的放大系数是 Ａ 增大 Ｂ 减小 Ｃ 不变 ２ 对于一个对象，加大操纵变量的流量保证安全，控制阀应选择 Ａ 线性 Ｂ 气开 Ｃ 气关 ３ 当控制阀的旁路打开时，会使可调范围 Ａ 增大 Ｂ 不变 Ｃ 减小 ４ 在控制阀的管线上，串联管路阻力增大，会使阻力比 Ｓ 减小，进而使控制阀的放大系数 Ａ 增大 Ｂ 减小 Ｃ 不变 第七章 １ 简单控制系统是由一个——，一个——，一个——和——构成的单闭环控制系统 ２ 合理选择被控变量，使控制通道的放大系数适当——，时间常数适当——，滞后时间尽量——．应使 干扰通道的放大系数尽可能——，时间常数尽可能—— ３——是最基本的控制规律，不允许有余差时，应加——作用．对象容量滞后较大，负荷变化较大，控 制质量要求较高的系统，应采用——控制规律 ４ 控制器参数的工程整定有临界比例度法， ——和——等几种． 临界比例度法是先将控制器的 Ｔｉ 放在— —位置，Ｔｄ 放在——位置，变为纯比例作用，在干扰作用下，从大到小逐渐改变控制器的——直至系 统出现等幅振荡，再按经验公式计算出控制器的各参数 ５ 控制器的手动与自动的切换，应做到—— １ 经验凑试法整定参数的关键是＂看曲线，调参数＂，如果观察到曲线振荡很频繁，须把比例度 Ａ 减小 Ｂ 增大 Ｃ 不变 ２ 过渡曲线偏离给定值后，长时间不回来须把积分时间 Ａ 减小 Ｂ 增大 Ｃ 不变 ３ 正确选择控制器的正， 反作用方式的目的是保证系统是一个 Ａ 具有正反馈的闭环系统 Ｂ 具有负反馈的 开环系统 Ｃ 具有负反馈的闭环系统 ４ 控制阀的气开型式或气关型式的选择原则 Ａ 控制质量 Ｂ 工艺安全 Ｃ 仪表价格１。
第六章化工仪表及自动化-
目录
➢ 简单控制系统的结构与组成 ➢ 被控变量的选择 ➢ 操纵变量的选择 ➢ 测量元件特性对控制系统的影响 ➢ 控制器控制规律的选择 ➢ 控制器参数的工程整定
第一节 简单控制系统的结构与组成
•又称单回路反馈控制系统； •由一个被控对象、一个测量变送器、一个控制器 和一个执行器组成； •利用反馈闭环进行控制的系统； •其组成方框图为：
测量滞后包括测量环节的容量滞后和信号测 量过程的纯滞后。 1.测量环节容量滞后（时间常数）
测量元件，特别是测温元件，存在热阻和热 容，自身具有一定的时间常数，因而造成测量 滞后。
测量元件时间常数的影响
• 测量元件时间常数越大，上述现象越显著。 导致控制系统不能发挥正确的校正作用， 控制质量达不要求。
别组成控制系统时，则很容易产生系统间的相互关 联现象。
➢ 在精馏操作中，塔顶和塔底的产品纯度存 在关联。 ➢若以两个简单控制系统分别控制塔顶、塔 底温度，势必造成相互干扰，使两个系统都 不能正常工作。 ➢ 采用简单控制系统时，通常只能保证塔顶 或塔底一端的产品质量。 ➢ 如果工艺要求塔顶和塔底产品纯度都要保 正，则通常需要组成复杂控制系统，增加解 耦装置、解决相互关联问题。
要求：T0适当小些，使反应灵敏，控制及时、 减小稳定过渡时间，提高控制质量。
例如，对于提馏段温度的控制。
不同时间常数的影响
y
A
T1
T2
C
D
E
A、B是被控制变量在单位
阶跃干扰作用下系统无
B
校正作用时的响应曲线。
E表示控制器的校正作用
C、D分别表示被控变量
t
在干扰与校正作用同时
作用下的变化曲线。
假设控制与干扰通道时间常数相同
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小结：选择操纵变量构成控制系统时，从静态角度考虑，
在工艺合理性的前提下，干扰通道的放大倍数Ｋf越小越 好，控制通道放大倍数Ｋ Ｏ 希望适当大些，以使控制通 道灵敏些。
对象动态特性对控制质量的影响（一）
对干扰通道特性的影响 设: 干扰通道时间常数为Ｔf，纯滞后为τf
f
0
t
y Ｔf
f
τf
Tf1
(1)
(2)
量元件引起的动态误差。
2、测量元件的纯滞后
当测量存在纯滞后时，也和对象控制通道存 在纯滞后一样，会严重地影响控制质量。
l1 v1
l2 v2
l、 l 2 1
为主管道，分管道的长度
v 1 v 2 为主管道，分管道流体的流速
测量元件的安装位置
目前，以物性作为被控变量时往往都有 类似问题，这时引入微分作用是徒劳的、加 得不好，反而会导致系统不稳定。所以在测
常需要组成复杂控制系统，增加解耦装置，解决相互关联问
题。
被控变量的选择原则
选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环
境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为 被控变量。 当不能用直接参数作为被控变量时，可选择一个与直 接参数有单值函数关系并满足如下条件的间接参数为
被控变量。
⑴ 满足工艺的合理性 ⑵ 具有尽可能大的灵敏度且线形好 ⑶ 测量变送装置的滞后小。
有一定的关系。
当压力恒定时，组分xD和温度TD之间存在有单值 对应的关系。
由此可见，在组分、温度、压力三个变量中，只要固 定温度或压力中的一个，另一个变量就可以代替xD作为 被控变量。在温度和压力中，究竟应选哪一个参数作为 被控变量呢?
从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变 量。
第一 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。如塔压波动，
比例积分微分控制器的应用场合
比例积分微分控制器适用于容量滞后较大、 负荷变化大、控制质量要求较高的系统，应用 最普遍的是温度控制系统与成分控制系统。对 于滞后很小或噪声严重的系统，应避免引人微 分作用，否则会由于被控变量的快速变化引起 控制作用的大幅度变化，严重时会导致控制系
统不稳定。
p KP( e
执行器所引起的滞后。
克服传递滞后采取以下措施：
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。 采用气-电、电-气转换器实现转换传递，或用 阀门定位器等。
信号传递过程中引起的滞后
四、控制器控制规律的选择
阀。气开阀是“正”方向。气关阀是“反”方向。
执行器的气开或气关型式主要应从工艺安全角度来确
定。
给定值 e 被控变量
-
控制器
执行器
对象
测量变送装置
对于被控对象的作用方向，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。
比例控制器的特点 比例控制器克服干扰能力强、控制及 时、过渡时间短。
纯比例控制系统在过渡过程终了时存在余 差。负荷变化越大，余差就越大。
比例控制器的应用场合 比例控制器适用于控制通道滞后较小、 负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求 的系统，例如中间贮槽的液位、精馏塔塔 釜液位以及不太重要的蒸汽压力控制系统
被控变量
给定值
-
e
控制器
执行器
对象
测量变送装置
给定值
-
e
控制器
执行器
对象
被控变量
二、操纵变量的选择
1、操纵变量 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。
从诸多影响被控变量的输入参数中选择 一个对被控变量影响显著而且可控性良好 的输入参数
扰动变量（输入量）
操纵变量（输入量）
被控变量（输出 量）
根据工艺要求，选择提馏段某块塔板(一般为温度 变化最灵敏的板，称为灵敏板)的温度作为被控变量。 那么，自动控制系统的任务就是通过维持灵敏板上温 度恒定，来保证塔底产品的成分满足工艺要求。
图7—3是简单控制系统的典型方块图。
简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象(简 称对象)、测量变送装置、控制器和执行器。对于不同对 象的简单控制系统，尽管其具体装置与变量不相同，但都 可以用相同的方块图来表示，这就便于对它们的共性进行 研究。
本章将介绍组成简单控制系统的基本原则；被控变 量及操纵变量的选择；控制器控制规律的选择及控制器参 数的工程整定等。
f 干扰作用 操纵变量 被控变量
给定值 x
偏差 _ e
z
控制器
控制器输出 p
控制阀
q
对象
y
测量值
测量元件 变送器
第六章 简单控制系统
本 章 内 容
简单控制系统 简单控制系统的设计原则 控制器参数的工程整定
简单控制系统（单回路控制系统） 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
-
对象
被控变量
测量变送装置
测量、变送装置是控制系统中获取 信息的装置，也是系统进行控制的依据。
1、测量元件的时间常数
测量元件时间常数对测量的影响
因此，控制系统中的测量元件时间常数不能太大， 最好选用惰性小的快速测量元件，例如用快速热电偶 代替工业用普通热电偶或温包。必要时也可以在测量 元件之后引入微分作用。利用它的超前作用来补偿测
快的另一变量，如温度、压力等作为间接控制指标。
冷 凝 器 馏 出 液 D ,xD
精 馏 段 进 料 F ,xF 提 馏 段
同 流
再 沸 器 釜 液 W ,xw 图 9－ 9 连 续 精 馏 装 置 流 程 简 图
在二元系统的精馏中，当气液两相并存时，塔顶 易挥发组分的浓度xD、塔顶温度TD、压力p三者之间
量元件的安装上，一定要注意尽量减小纯滞
后。对于大纯滞后的系统，简单控制系统往
往是无法满足控制要求的，须采用复杂控制
系统。
3、信号的传送滞后
信号传送滞后通常包括测量信号传送滞后和控 制信号传送滞后两部分。
测量信号传送滞后 是指由现场测量变送装置的信号传送到控 制室的控制器所引起的滞后。 控制信号传送滞后 是指由控制室内控制器 的输出控制信号传送到现场
例积分控制器。
（3）比例积分微分控制器
比例积分微分控制器是具有比例积分微分控制 规律的控制器，输出p与输入偏差e之间具有下列 关系：
p KP( e
1 TI
edt TD
de dt
)
比例积分微分控制器的可调整参数Kp(比例度δ)、
TI和TD。
比例积分微分控制器的特点
微分作用使控制器的输出与输入偏差的变化 速度成比例，它对克服对象的滞后有显著的效果。 在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性，再 加上积分作用可以消除余差。所以，适当调整δ、 TI 、TD 三个参数、可以使控制系统获得较高的控 制质量。
这些影响因素可分为两大类，即可控的和不可控的。
从工艺角度看，本例中只有回流量和蒸汽流量为可控因 素，其他一般为不可控因素。 在两个可控因素中．蒸汽流量对提馏段温度影响比起回 流量对提馏段温度影响来说更及时、更显著。同时，从节
能角度来讲，控制蒸汽流量比控制回流量消耗的能量要小， 所以通常应选择蒸汽流量作为操纵变量。
2、对象特性对选择操纵变量的影响
在诸多影响被控变量的因素中，一旦选择了其中 一个作为操纵变量，那么其余的影响因素都成了干
扰变量。操纵变量与干扰变量作用在对象上，都会
引起被控变量变化的。
对象静态特性对控制质量的影响
设：控制通道放大倍数为ＫＯ 干扰通道放大倍数为Ｋf ＫＯ的大小表征了操纵变量对被控变量的影响程度 Ｋf的大小表征了干扰对被控变量的影响程度
Tf2
0
t
对象动态特性对控制质量的影响（二）
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，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
1、控制器控制规律的确定
控制器
广义对象
被控变量
目前工业上常用的控制器主要有三种控制 规律： P、PI和PID。 选择哪种控制规律主要是根据广义对象的 特性和工艺的要求来决定的。
（1）比例控制器
比例控制器是具有比例控制规律的控制器，它的 输出p与输入偏差e之间的关系为：
比例控制器的可调整参数是Kp或比例度δ，对于 单元组合仪表来说。它们的关系为：
1 TI
edt TD
de dt
)
2、控制器正、反作用的确定
作用方向：就是指输入变化后，输出的变化方向。当 某个环节的输入增加时，其输出也增加，则称该环节 为“正作用”方向；反之，当环节的输入增加时、输 出减少的称“反作用”方向。
给定值 e 控制器 执行器 对象 被控变量
-
测量变送器
对于执行器，它的作用方向取决于是气开阀还是气关
加上积分作用，会使稳定性降低，虽然在加积
分作用的同时，可以通过加大例度，使稳定性基
本保持不变，但超调量和振荡周期都相应增大，过
渡过程的时间也加长。
比例积分控制器的应用场合
比例积分控制器是使用最普遍的控制器。 它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、 工艺参数不允许有余差的系统。例如流量、 压力和要求严格的液位控制系统，常采用比