控制技术及其应用知识点归纳

6执行器作用：接受调节器送来的控制信号，自动改变操纵变量，调节被控参数7变送器按驱动能源分为气动和电动式
8变送器作用：在测量元件将压力、温度、液位、流量参测后，将测量元件信号转换成一定标准信号送往显示仪表后调节仪表进行显示、记录或调节
15热电偶温度计原理：基于热电效应即，两种不同材料导体组成一个闭合回路。

当回路两端温度不同时，回路产生电动势，形成电流，电流大小与导体材料性质和接点温度有关，对于给定的热电偶，其材料性质一定，热电势是其两端温度的函数，若其冷端温度固定，热电势大小与热端温度一一对应。

16热电偶温度计组成：热电偶、电测仪表和连接导线
17热电偶优点：1测温精度高，性能稳定2结构简单，易于制造，互换性好3便于远程传输和实现多点切换测量4测温范围广，-200到2000度5形式多样适于多种测量条件
18热电偶结构形式：普通热电偶、铠装热电偶和特殊热电偶
19弹簧式压力计原理：弹性元件受压后产生的反作用力和被测压力平衡，弹性元件变形是被测压力的函数20弹性元件：弹簧管、弹簧片、膜片、膜盒、膜盒组和波纹管
21弹性元件不完全弹性因素：弹性滞后：由于弹性元件工作时分子间存在摩擦导致加载曲线与卸载曲线不重合的现象弹性后效：弹性元件受载改变后，不是立即完成相应变形，而是在一定时间内逐渐完成变形的现象22传感器组成：敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电路23检测仪表组成：传感器、转换器、显示器和各环节传输通道
27测量分类：接触和非接触式、等精度和不等精度、间接和直接、静态和动态
28过渡过程：从被控对象受到干扰使被控变量偏离给定值开始到调节器发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内所经历的过程。

发散振荡：系统在受到干扰后，被控变量不断偏离给定值，直至超出规定限度，造成事故。

该过程不稳定，需要避免等幅振荡：被控变量在某稳定值附近振荡，但振幅保持不变，系统受到干扰后不再稳定，一般不采用。

对于工艺上允许被控变量在一定范围内波动、控制要求不高的场合，可以使用
衰减振荡：被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期后稳定下来。

在大多数控制中都希望得到这种稳定的过渡过程非振荡的单调过程：表明被控变量最终稳定下来、与衰减振荡相比，耗时长，速度慢，一般不采用29控制系统的性能指标：最大偏差（超调量）、衰减比、回复时间、余差和振荡周期详见图1-12 30被控对象的特性：当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律
31自衡特性：输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时，在没有认为干预的情况下，被控对象自身重新回复到平衡的特性。

有利于控制。

32被控对象的参数：放大系数：被控对象重新达到平衡时输出变化量与输入变化量的比值33时间常数：被控对象受到输入作用后，输出量达到新稳态值的快慢
34滞后时间：在受到输入量的作用后，其被控变量并不立即发生变化而是经过一段时间才发生变化的滞后现象。

有传递滞后和容量滞后两种。

35对于控制通道，放大系数大，时间常数不宜过大也不宜太小，纯滞后时间越小越好;对于干扰通道，放大系数尽可能小，时间常数尽可能大，容量滞后有利于控制。

36单回路控制系统：一个被控对象、一个检测元件变送器、一个调节器和一个执行器组成的闭合系统
37串级控制系统：两个被控对象、两个检测变送器、两个调节器和一个调节阀组成，两个调节器串联工作，前一个调节器的输出作为后一个调节器的给定值，后一个调节器输出量送往调节器。

与单回路控制系统相比，其结构有两个闭环，里面的闭环是副环，进行粗调；外面的闭环是主环，进行细调，以保证被控变量满足工艺要求。

38调节器的调节规律：位式调节：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，但是被控变量总在波动，控制质量不高。

当被控对象纯滞后较大时，被控变量波动幅度较大。

因此，不适用于控制要求稍高的场合
比例控制：是最基本、最主要、应用最为普遍的规律，能迅速克服干扰，使系统稳定下来。

但是有余差存在，通常适用于干扰少，、扰动幅度小、负荷变化不大、纯滞后小或者控制要求精度不高的场合
积分控制：积分控制作用是消除余差，纯积分控制的缺点在于其输出变化总是滞后于偏差的变化，不能及时有效的克服扰动，加剧了被控变量的波动，最终不能使系统稳定下来。

不能单独使用。

微分控制：微分调节器的输出只与偏差的变化速度有关，即微分调节对不变的偏差没有克服能力，因而不能单独使用，微分作用有抑制振荡的作用。

39调节器参数（比例度、积分时间和微分时间）的工程整定：理论计算整定法和工程整定法（经验试凑法、临界比例度法、衰减曲线法）
40串级控制系统特点：1，能迅速克服副回路的干扰，2能改善被控对象的特性，提高系统抗干扰的能力3主回路对副回路具有鲁棒性，系统控制精度高
41串级系统适用范围：被控变量的容量滞后大、干扰强、要求高的场合。

42前馈控制系统的基本原理：测量进入过程的干扰，并按其信号产生合适的控制作用改变操纵变量，使被控变量维持在设定值上
44比值控制系统：定比值控制系统（开环、单闭环和双闭比值环控制系统）和变比值控制系统
定比值控制系统以保持两物料流量比值为目的，比值器的参数经计算设置好后就不再变动，工艺要求的实际流量比值也就固定了。

主要适用于两种两种以上的物料按照一定比例混合或反应的生产控制过程中。

3、与单回路控制相比，串级控制系统具有哪些特点？
答：1.减小了被控对象的时间常数，缩短了控制通道，使控制作用更加及时。

2.提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性提高了。

3.对于二次干扰有很强的客服能力，对克服一次干扰也有一定的提高。

4.对负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。

4、什么是比值控制系统？它有哪几种类型？画出它们的结构原理图。

答：比值控制系统：用来实现两个或者两个以上物料保持一定比例关系的控制系统。

四种类型：开环比值控制，单闭环比值，双闭环比值，变比值。

5. 前馈控制和反馈控制各有什么特点？为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质？
答:前馈控制的特点是:根据干扰工作;及时;精度不高,实施困难;只对某个干扰有克服作用. 2分
反馈的特点作用依据是偏差; 不及时:精度高,实施方便,对所有干扰都有克服作用.由于两种控制方式优缺点互补, 所以前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质.3分
6、何为调节器参数的工程整定法，并简述临界比例度法进行参数整定的过程。

所谓的工程整定法，就是避开被控对象的特性和数学描述，在被控对象运行时，直接在控制系统中，通过改变调节器参
数，观察被控变量的过渡过程，来获取调节器参数的最佳数值。

临界比例度法整定参数的步骤是：首先将调节器的积分、微分作用全部去除，在纯比例作用调节比例度，直至得到等幅振荡的阶跃干扰过渡过程，此时的比例度和振荡周期称为临界比例度和临界周期，最后按照相应的经验公式计算出调节器各参数的整定数值。

临界比例度法参数整定是以闭环系统得到4:1衰减比，且有合适的超调量为目标的。

7、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。

本质安全防爆型是指在正常和故障状态下，电路及设备产生的火花能量都不足于引起爆炸的防爆类型。

它由两种场所、两种电路组成，即安装在危险场所的本质安全电路及安装在非危险场所的非本质安全电路，两者间采用防爆安全栅隔离。

仪表的防爆性能是靠电路设计来实现和保证：采用低的工作电压和小的工作电流；用防爆安全栅将危险与非危险场所电路隔开；现场和控制室之间仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。

8、 何为单容液位对象的自衡作用，并简要分析产生自衡作用的原因。

单容液位对象的自衡作用是指当输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时，在没有人为干预的情况下，被控对象的自身能重新恢复平衡的特性。

产生的原因主要是出口阀的流量特性，即在流出变化量很小的情况下，流出量与液位成正比关系，即：s v R H q
2
9，为什么工业生产中很少采用纯积分作用调节器?
答案：积分作用的特点是，只要有偏差，输出就会随时间不断增加，执行器就会不停地动作，直到消除偏差，因而积分作用能消除静差。

单纯的积分作用容易造成调节动作过头而使调节过程反复振荡，甚至发散，因此工业生产中很少采用纯积分作用调节器，只有在调节对象动态特性较好的情况下，才有可能采用纯积分调节器。

10，试述比例、积分、微分三种调节规律的作用各是什么? 其调整原则是什么?
答案： 比例调节规律的作用是，偏差一出现就能及时调节，但调节作用同偏差量是成比例的，调节终了会产生静态偏差(简称静差)。

积分调节规律的作用是，只要有偏差，就有调节作用，直到偏差为零，因此它能消除偏差。

但积分作用过强，又会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡。

微分调节规律的作用是，根据偏差的变化速度进行调节，因此能提前给出较大的调节作用，大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间。

但微分作用过强，又会使调节作用过强，引起系统超调和振荡。

这三种调节规律的调整原则是：就每一种调节规律而言，在满足生产要求的情况下，比例作用应强一些，积分作用应强一些，微分作用也应强一些。

当同时采用这三种调节规律时，三种调节作用都应当适当减弱，且微分时间一般取积分时间的1／4～1／3。

11，在选择性控制系统中，如何确定选择器的基本类型？
答：1）从安全角度考虑，确定控制阀的气开和气关类型；
2）确定正常工况和取代工况时的对象特性，即放大倍数的正、负；
3）确定正常控制器和取代控制器的正、反作用；
4）根据取代控制器的输出信号类型，确定选择器是高选器还是低选器；
5）当选择高选器时，应考虑事故时的保护措施。

12，什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性？系统设计时应如何选择控制阀的流量特性？
答：假设阀前后压差是固定的，即△P为常数，这时得到的流量特性关系，称为理想流量特性，理想流量特性是控制阀固有的特性。

当△P不等于常数时，控制阀的流量特性称为工作流量特性。

流量特性的选择：根据对象特性选择控制阀的流量特性；根据s值选择控制阀的流量特性；从控制阀正常工作时阀们开度考虑：当控制阀经常工作在小开度时宜选用等百分比流量特性，当流过控制阀的介质中含有固体悬浮物等，宜选用直线流量特性。

13，对象的时间常数T指的是什么?
答案：对象的时间常数T，是表示扰动后被测量完成其变化过程所需时间的一个重要参数，即表示对象惯性的一个参数。

T越大，表明对象的惯性越大。

14，比例控制作用有和特点?
答案：比例作用的优点是动作快。

它的输出无迟延地反映输入的变化，是最基本的控制作用。

缺点是调节结束后被控量有静态偏差。

15，简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动(干扰)量、设定(给定)值和偏差的含义?
答:自动控制系统中常用的几个术语其含义是:
被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。

被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。

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。

扰动量：除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。

设定值：被控变量的预定值。

偏差：被控变量的设定值与实际值之差。

,16，自动控制系统主要由哪些环节组成?各部分的作用是什么?
答：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化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器、控制器、执行器等;另一部分是受自动化装置控制的被控对象。

在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等)。

控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号(如气压信号或电流信号)发送给执行器。

执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入(或流出)被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。

21，热电偶温度计为什么可以用来测量温度？它由哪几部分组成?各部分有何作用?
答：热电偶温度计是根据热电效应这一原理来测量温度的。

热电偶温度计由三部分组成:热电偶、测量仪表、连接热电偶和测量仪表的导线。

热电偶是系统中的测温元件，测量仪表3是用来检测热电偶产生的热电势信号的，可以采用动圈式仪表或电位差计，导线2用来连接热电偶与测量仪表。

为了提高测量精度，一般都要采用补偿导线和考虑冷端温度补偿。

22.用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿的方法有哪几种?
答：采用补偿导线后，把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和比较稳定的操作室内，但冷端温度还不是0℃。

而工业上常用的各种热电偶的温度一热电势关系曲线是在冷端温度保持为0℃的情况下得到的，与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的，由于操作室的温度往往高于0℃，而且是不恒定的，这时，热电偶所产生的热电势必然偏小，且测量值也随冷端温度变化而变化，这样测量结果就会产生误差。

因此，在应用热电偶测温时，又有将冷端温度保持为0℃，或者进行一定的修正才能得到准确的测量结果。

这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。

冷端温度补偿的方法有以下几种:(1）冷端温度保持为0℃的方法;(2)冷端温度修正方法;（3)校正仪表零点法;(4)补偿电桥法;(5)补偿热电偶法.
23.常用的热电偶有哪儿种?所配用的补偿导线是什么?为什么要使用补偿导线?并说明使用补偿导线时要注意哪几点?
答：工业上常用的热电偶有如下几种:铂铑30-铂铑6热电偶(也称双铂铑热电偶);铂铑10-铂热电偶;镍铬一镍硅(镍铬-镍铝)热电偶;镍铬一康铜（镍铬一铜镍)热电偶。

在实践中，人们找到了适合与各种型号的热电偶配用的补偿导线。

详见下表; 由热电偶测温原理知道，只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。

在实际应用中，由于热电偶的工作端与冷端离得很近，而且冷端又暴露在空间，易受到周围环境温度波动的影响，因而冷端温度难以保持恒定。

当然也可以把热电偶做得很长，使冷端远离工作端，但是这样做会多消耗许多贵重金属材料口解决这一间题的方法是采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这种专用导线称为“补偿导线”。

在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配，极性不能接错，热电偶与补偿导线连接端所处的温度不应超过100℃
24，试述热电偶温度计、热电阻温度计各包括哪些元件和仪表? 输入、输出信号各是什么?
答：热电偶温度计包括感温元件热电偶、补偿导线及铜线和测量仪表。

热电偶温度计是把温度的变化通过测温元件热电偶转化为热电势的变化来侧量温度的。

所以，其输入信号是温度，输出信号是热电势。

热电阻温度计包括感温元件热电阻、连接导线和显示仪表。

热电阻温度计是把温度的变化通过测温元件热电阻转换为电阻值的变化来测量温度的。

所以，其输入信号是温度，输出信号是电阻值。

25，在DDZ--- III型仪表中，为什么现场与控制室之间采用4~20mA电流信号，而控制室内部都采用1---5V电压信号?
解:4~20mA电流信号适宜在现场和控制室之间远距离传输，可以避免传输导线上压降损失引起的误差。

1~5V电压信号适宜于控制室内部短距离联络，仪表之间可以并联连接，便于设计安装和维修。

26，分别说明比例、积分、微分控制对控制系统的作用。

答案：比例控制影响系统的动态特性和系统的稳定性；积分控制的作用是可以消除系统余差；微分控制可以提高系统的响应速度，克服对象容量滞后的影响。

27，气动执行器主要由哪两部分组成?各起什么作用?
答:气动执行器由执行机构和控制机构(阀)两部分组成。

执行机构是执行器的推动装置.它根据控制信号(由控制器来)压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置.控制机构是指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的
装置。

28，试述自动控制系统中常用的控制规律及其特点和应用场合。

答:控制系统中常用的控制规律有比例(P)、比例积分(PI )、比例积分微分(PID)控
制规律。

比例控制规律是控制器的输出信号与它的输入信号(给定值与测量值的偏差)成比例。

它的特点是控制及时，克服干扰能力强，但在系统负荷变化后，控制结果有余差。

这种控制规律适用于对象控制通道滞后较小、负荷变化不大、对控制要求不高的场合。

比例积分控制规律是控制器的输出信号不仅与输入信号成比例，而且与输人信号对时间的积分成比例。

它的特点是能够消除余差，但是积分控制作用比较缓慢、控制不及时。

这种控制规律适用于对象滞后较小、负荷变化不大、控制结果不允许有余差存在的系统。

比例积分微分控制规律是在比例积分的基础上再加上微分作用，微分作用是控制器的输出与输入的变化速度成比例，它对克服对象的容量滞后有显著的效果。

这种控制规律适用于对象容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统。

29，为什么要考虑控制器的正、反作用?如何选择?
答:在控制系统中，要正确选择控制器的作用方向.即“正”、“反”作用。

选择控制器的正、反作用的目的是使系统中控制器、执行器、对象三个环节组合起来，能在系统中起负反馈的作用。

选择控制器正、反作用的一般步骤是首先由操纵变量对被控变量的影响方向来确定对象的作用方向，然后由工艺安全条件来确定执行器的气开、气关型式，最后由对象、执行器、控制器三个环节作用方向组合后为“负”来选择执行器的正、反作用。

30，被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向各是怎样规定的?
答:被控对象的正、反作用方向规定为: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。

执行器的作用方向由它的气开、气关型式来确定。

气开阀为“正”方向;气关阀为“反”方向。

如果将控制器的输入偏差信号定义为测量值减去给定值，那么当偏差增加时，其输出也增加的控制器称为“正作用”控制器;反之，控制器的输出信号随偏差的增加而减小的称为反作用”控制器。

31.控制器参数整定的任务是什么?工程上常用的控制器参数整定有哪几种方法?
答:控制器参数整定的任务是:根据已定的控制方案，来确定控制器的最佳参数值(包括比例度 、积分时间1T、微分)，以便使系统能获得好的控制质量。

时间T
D
控制器参数整定的方法有理论计算和工程整定两大类，其中常用的是工程整定法。

属于控制器参数的工程整定法主要有临界比例度法、衰减曲线法和经验凑试法等。

32，串级控制系统有哪些恃点?主要使用在哪些场合?
答:串级控制系统的主要特点为:
(1)在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统;
(2)系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量;
(3)由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响;
(4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。

串级控制系统主要应用于:对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合.
33，为什么说串级控制系统中的主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统?
答：串级控制系统的目的是为了更好地稳定主变量，使之等于给定值。

而主变量就是主回路的输出，所以说主回路是定值控制系统。

副回路的输出是副变量，副回路的给定值是主控制器的输出，所以在串级控制系统中，副变量不是要求不变的，而是要求随主控制器的输出变化而变化，因此是一个随动控制系统。

34，均匀控制系统的目的和特点是什么?
答：均匀控制系统的目的是为了解决前后工序的供求矛盾，使两个变量之间能够互相兼顾和协调操作。

均匀控制系统的特点是其控制结果不像其他控制系统那样。

不是为了使被控变量保持不变，而是使两个互相联系的变量都在允许的范围内缓慢地变化。

35，什么是前馈控制系统?它有什么特点?
答：按扰动变化大小进行控制的系统称为前馈控制系统。

前馈控制系统的主要特点有:
(1)前馈控制是基于不变性原理工作的，比反馈控制及时、有效;
(2)前馈控制是属于“开环”控制系统;
(3)前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器，又称前馈补偿装置;
(4)一种前馈作用只能克服一种干扰。

36，前馈控制的主要形式有哪几种?
答：前馈控制的主要形式有单纯的前馈控制(又称简单前馈)和前馈-反馈控制两种。

根据对干扰补偿形式的特点，又分静态前馈控制和动态前馈控制。

37，什么叫比值控制系统?
答：实现两个或两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。

通常为流量比值控制系统，用来保持两种物料的流量保持一定的比值关系。

本质安全防爆型系统是由哪些要素构成的？需要采取哪些措施才能保证整个系统达到防爆要求？
答：本质安全防爆型系统是由安装载危险场所中的本质安全电路及安装载非危险场所中的非本质安全电路和防爆安全栅组成。

采取措施以达到防爆要求的方法有：
①本质安全防爆仪表采用低的工作电压和小的工作电流。