控制系统基础复习.ppt

23:44,1.控制系统引入积分作用是为了（ ）,但积分的引入会使系统（ ）,引入微分作用是为了（ ）。某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，在加入积分作用的过程中，应（ ）。 2.与单回路控制系统相比，串级调节系统具有以下三个特点： ( );( );( )。,一 填空题,23:44,3.控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响( );干扰通道容量滞后愈多,则调节质量( );干扰通道的纯滞后对调节质量( )。 4控制对象的调节通道的动态特性对过渡过程的影响是:调节通道时间常数愈大,则响应（ ）,工作频率（ ）;但调节通道时间常数过小,易产生（ ）问题;调节通道的纯滞后使过渡过程质量（ ）。,23:44,5. 积分饱和是（ ）。积分饱和对调节系统有什么的影响是（ ）。 6.定值调节系统是按（ ）进行调节的,而前馈调节系统是按（ ）进行调节的;前者是（ ）环调节,后者是（ ）环调节。,23:44,1. 自动控制系统由哪些部分组成? 各部分起什么作用? 2. 什么是调节作用? 什么是干扰作用? 它们之间有什么关系? 3. 试画出一个典型控制系统的方块图, 并说明各个方块的输入信号和输出信号各是什么?,三 回答题,23:44,5 某反应器温度调节系统如图所示。 A 、 B 两种物料进人反应器送行反应 , 通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度保持不变。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、调节变量及可能引起被控变量变化的干扰各是什么 ?,23:44,6 某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中符号所代表的意义。,23:44,7 什么是控制系统的静态与动态？ 为什么说研究控制系统的动态比其静态更有意义？ 8 什么是自动控制系统的过渡过程 ？ 在阶跃信号的作用下 , 控制系统被控变量的过渡过程有哪几种形式 ？各有什么特点？哪些属于稳定的过渡过程 ？ 哪些属于不稳定的过渡过程 ？ 9 衰减振荡过程的品质指标有哪些？它们的含义是什么？ 10 在生产过程中 , 为什么经常要求调节系统具有衰减振荡形式的过渡过程？,23:44,11 描述对象特性的参数有哪些？其物理意义分别是什么 ？ 12 何谓控制通道？何谓干扰通道？它们的特性对控制系统质量有什么影响 ？ 14 为什么称放大倍数 K 为对象的静态特性参数，而时间常数 T 和滞后时间为对象的动态特性参数？ 16 对象的滞后形式有几种？ 各是由什么原因造成 ？,23:44,简单控制系统作业,19 什么是直接指标控制 ? 什么是间接指标控制 ? 20 在控制系统的设计中 , 被控变量的选择应遵循哪些原则 ? 21 在控制系统的设计中 , 调节变量的选择应遵循哪些原则 ? 22 在控制系统的设计中 , 被控变量的测量应注意哪些问题 ?,23:44,23 常用的调节器的调节规律有哪些? 各有什么特点 ? 适用于什么场合 ? 24 一个简单控制系统的变送器量程变化后 , 对控制系统有什么影响 ? 25 什么是可控因素 ? 什么是不可控因素? 系统中如有很多可控因素应如何选择调节参数才比较合理 ?,23:44,17 已知某温度对象的特性曲线如图所示，试计算该对象的放大系数 K 、时间常 数 T 及纯滞后时间。,23:44,18 二阶被控对象双容水槽微分方程的推导。并说明阶跃输入作用下，被控变量的变化过程；试述涉及参数的意义。 13 已知一个对象特性是具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为 5，放大倍数为 10，纯滞后时间为 2，请写出该对象特性的一阶微分方程式。,23:44,26 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热, 并用搅拌器不停地搅拌物料 , 当物料达到所需温度后排出。试问 :影响物料出口温度的主要因素有哪些？如果要设计一温度控制系统 , 你认为被控量与操纵变量应选谁？为什么？如果物料在温度过低时会凝结, 据此情况应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的正反作用？,23:44,27 什么是气开阀？什么是气关阀？调节阀气开、气关型式的选择应从什么角度出发？ 28 调节器正反作用选择的依据是什么？ 29 调节器参数整定的任务是什么？常用的整定参数方法有哪几种？它们各有什么特点？,23:44,30如图所示为一锅炉汽包液位控制系统的示意图，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的方块图，判断调节阀的气开、气关型式，确定调节器的正反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？,设计计算题,23:44,34 如图所示为精馏塔温度控制系统的示意图，它通过调节进入再沸器的蒸汽量实现被控变量的稳定。试画出该控制系统的方块图，确定调节阀的气开、气关型式和调节器正反作用，并简述由于外界干扰使精馆塔温度升高时该系统的调节过程 (此处假定精馏塔的温度不能太高) 。,23:44,串级控制系统作业,32与简单控制系统相比，串级控制系统有些什么特点? 33串级控制系统最主要的优点体现在什么地方? 试通过一个例子与简单控制系统作一比较。 34串级控制系统中的副被控变量如何选择 ? 35在串级控制系统中，如何选择主副调节器的调节规律？其参数又如何整定？ 36为什么说串级控制系统的主回路是定值控制系统 , 而副回路是一个随动控制系统 ?,23:44,37 对于如图所示的加热器串级控制系统。 1）画出该控制系统的方块图，并说明主变量、副变量分别是什么，主调节器、副调节器分别是哪个调节器； 2）若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，试确定调节阀的气开、气关型式； 3）确定主副调节器的正反作用； 4）当载热体压力突然增加时，简述该控制系统的调节过程； 5）当冷流体流量突然加大时，简述该控制系统的调节过程。,23:44,38 如图所示的丙烯冷却两种不同串级控制方案。,23:44,思考题与习题,39 什么是被控对象的特性 ? 表征被控对象特性的参数有哪些 ? 它们的物理意义是什么 ? 40 为什么说放大系数是对象的静态特性 , 而时间常数和滞后时间是动态特性 ? 41 什么是被控对象的控制通道 ? 什么是干扰通道 ? 42 在控制系统中 , 对象的放大系数、时间常数、滞后时间对控制有什么影响 ?,23:44,43 什么是调节器的控制规律 ? 调节器有哪 几种基本控制规律 ? 44 什么是双位控制、比例控制、积分控制、微分控制 ? 它们各有什么特点 ? 45 什么是余差 ? 为什么单纯的比例控制不能消除余差而积分控制能消除余差 ? 46 为什么积分控制规律一般不单独使用 ? 47 比例、积分、微分控制分别用什么量表示其控制作用的强弱 ? 并分别说明它们对控制 质量的影响。,23:44,48 试画出在阶跃输入作用下 , 比例、比例积分、比例积分微分调节器的输出特性曲线。 49 比例积分微分调节器有什么特点 ? 50 在比例积分微分调节器中可以调整的参数 有哪几个 ? 试说明调整其中一个参数时 , 对调节器 的控制作用有什么影响 ? 51 调节器参数整定的目的是什么 ? 工程上常 用的整定方法有哪些 ? 52 调节器控制规律选择的依据是什么 ? 53 设计控制系统时 , 必须确定和考虑哪些方面的问题 ? 54 什么是串级控制系统 ? 它有什么特点 ? 什么情况下采用串级控制 ?,23:44,55 串级控制系统中的副回路和主回路各起什么作用 ? 为什么 ?,23:44,23:44,4.一线性调节系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于： A.干扰作用的形式及强弱。 B.系统本身的结构及参数。 C.干扰作用的形式、强弱和系统本身的结构、参数。,答案：B。因为线性系统的稳定性，是系统固有的特性。完全由系统本身的结构，参数决定。例如，用代数判据判断线性系统的稳定性是时，其稳定的充分必要条件就是特征方程的所有根都具有负实部，或说都位于S平面的左半部。显然，特征方程的根和输入信号是无关的。,23:44,5.如果甲乙两个广义调节对象的动态特性完全相同（如均为二阶对象），甲采用PI作用调节器，乙采用P作用调节器。当比例带的数值完全相同时，甲、乙两系统的振荡程度相比 A. 甲系统振荡程度比乙系统剧烈。 B. 乙系统振荡程度比甲系统剧烈。 C. 甲，乙两系统的振荡程度相同。,答案：A,23:44,6调节系统中调节器正、反作用的确定是根据： A实现闭环回路的正反馈。 B实现闭环回路的负反馈。 C系统放大倍数恰到好处 D生产的安全性。,答案：B,23:44,7.由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来: A.克服调节对象的惯性滞后（时间常数T）， 容量滞后c和纯滞后0. B.克服调节对象的滞后0. C.克服调节对象的惯性滞后（时间常数T）， 容量滞后c.,答案：C,23:44,10.单纯的前馈调节是一种能对（ ）进行补偿的调节系统。 A 测量与给定之间的偏差 B 被调量的变化 C 干扰量的变化,答案：C,23:44,11.定值调节是一种能对（ ）进行补偿的调节系统。 A 测量与给定之间的偏差 B 被调量的变化 C 干扰量的变化,答案：A,23:44,13.定值调节系统是（ ）环调节，前馈系统是（ ）环调节。 A开，闭 B闭，开 C开，开 D闭，闭,答案：B,23:44,14分程调节系统常要加装（ ）来达到分程的目的。 A调节器 B.变送器 C.阀门定位器,答案：C,23:44,15设制分程调节系统的目的是（ ） A为了满足工艺的特殊要求 B扩大可调比 C为了满足工艺的特殊要求，扩大可调比,答案：C,23:44,16在选择性调节系统中防积分饱合一般采用（ ）方法。 A限幅法 B外反馈法 C积分切除法,答案：B,23:44,17.均匀调节系统调节器参数应为（ ）。 A比例度小于100% B比例度大于100% C比例度等于100%,答案：A,23:44,18.调节系统在纯比作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比例度（ ）。 A.增大 B.减小 C.不变,答案：A,23:44,19.成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（ ）。 A. PI B. PD C. PID,答案： C,23:44,20.流量、压力调节系统的调节规律通常选用（ ）。 A. PI B. PD C. PID,答案：A,23:44,21.液位调节系统的调节规律，通常选用（ ）。 A. PI B. PD C. PID D. P,答案：D,23:44,22.要消除系统的稳态误差，调节系统的调节规律，通常选用（ ）。 A. PI B. PD C. P,答案：A,23:44,24.通常可以用时间常数T和放大系数K来表示一阶对象的特性。现有甲乙两个液体贮罐对象，其甲的截面积大于乙的截面积，假定流入和流出侧的阀门、管道尺寸及配管均相同，那么时间常数T（ ）。 A 甲大于乙 B 乙大于甲 C 甲乙相等,答案：A,23:44,25.通常可以用时间常数T和放大系数K来表示一阶对象的特性。现有甲乙两个液体贮罐对象，其甲的截面积大于乙的截面积，假定流入和流出侧的阀门、管道尺寸及配管均相同,放大系数K（ ）。 A. 甲大于乙 B. 乙大于甲 C. 甲乙相等,答案：B,23:44,26下面三组记录曲线分别是由于比例度太小，积分时间太短，微分时间太长引起，你能加以鉴别吗？,答案：a.积分时间太短，b.比例度太小,c.微分时间太长,23:44,27.请判定图所示温度调节系统中，调节阀和调节器的作用型式。当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时； A.气关调节阀，正作用调节器； B.气开调节阀，反作用调节器； C.气开调节阀，正作用调节器； D.气关调节阀，反作用调节器.,答案：A,23:44,28.当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时； A.气关调节阀，正作用调节器； B.气开调节阀，反作用调节器； C.气开调节阀，正作用调节器； D.气关调节阀，反作用调节器.,答案：B,23:44,29.当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为待加热的软化水时； A.气关调节阀，正作用调节器； B.气开调节阀，反作用调节器； C.气开调节阀，正作用调节器; D.气关调节阀，反作用调节器.,答案：C,23:44,30.当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为待加热的软化水时； A.气关调节阀，正作用调节器； B.气开调节阀，反作用调节器； C.气开调节阀，正作用调节器； D.气关调节阀，反作用调节器.,答案：D,23:44,3.调节系统的稳定性是对调节系统最基本的要求，稳定调节过程的衰减率应是： A. =0 B. 0 C.01 D. =1,答案：C,23:44,某化学反应器，工艺规定操作温度为20010，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15。现设计运行的温度定值调节系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示，试求：该系统的过渡过程品质指标（最大偏差、超调量、余差、衰减比和震荡周期），并问该调节系统是否满足工艺要求。,23:44,解：最大偏差：,=230-200=30,=205-200=5,震荡周期：,=20-5=15min,再：工艺规定操作温度为20010，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15，而该调节系统,=30，不满足工艺要求,余差：,过渡时间：,衰减比：,23:44,如图所示的水槽，控制要求是维持水槽液位L不变。为了控制液位，选择相应的变送器、控制器和控制阀，组成液位控制系统（即简单控制系统）。液位控制系统的工作过程,23:44,控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响 ;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量 ;干扰通道的纯滞后对调节质量 。选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益） 干扰通道的放大倍数（增益）。 3控制对象的调节通道的动态特性对过渡过程的影响是:调节通道时间常数愈大,则响应 ,工作频率 ;但调节通道时间常数过小,易产生 问题;调节通道的纯滞后使过渡过程质量 。,23:44,4某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，再加入积分作用的后，应 ,才能使稳定性不变。,23:44,某调节系统采用比例积分作用调节器，在加入微分作用的后，最大偏差A 余差C 调节时间ts 稳定性n 。 6串级调节系统,一般情况下主回路选择 或 调节规律调节器,副回路选用 调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用什么装置 补偿。 7简单均匀控制系统与液位定值控制系统的区别是 。 8防积分饱和的措施有哪三种：,23:44,、定值控制系统是按（）进行控制的，而前馈控制是按（）进行控制的；前者是（）环控制，后者是（）环控制。前馈控制一般应用于扰动（）和扰动（）与扰动（）的场合。 2、串级控制系统能迅速克服进入（）回路的扰动，改善（）控制器的广义对象特性，容许（）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。,23:44,如图示的加热炉，采用控制燃料气的流量来保证加热炉出口温度恒定。总进料量是主要扰动且不可控扰动时，设计合理的控制方案，并作简要说明。当燃料气阀前压力是主要扰动且不可控扰动时，设计合理的控制方案，并作简要说明。,23:44,答：1. 当总进料量是主要扰动时，控制方案如图所示。该方案为前馈反馈控制系统方案。如果负荷是主要扰动， 我们将总进料量测出，将流量信号送到前馈补偿装置，其输出与温度控制器的输出相迭加，作为总的控制作用。这时，当进料量发生变化后，不需要等到出现偏差，燃料量就会及时作相应的调整，结果使控制过程中的温度偏差大为减小。,23:44,2 当燃料压力是主要扰动时，控制方案如图所示。 该方案为被加热物料出口温度对燃料气流量的串级控制系统 方案。当燃料气压力发生变化时，利用流量副环的作用，可以迅速地对扰动作出反应，调整燃料气阀门的开度，调整较为及时。但是这只是一个粗略的调整，扰动对温度的影响还需通过主环来进一步细调，使被控的主变量被加热物料出口温度保持在希望值。,23:44,如图所示一种乙稀精馏塔,塔底的选择性调节方案。2C丙稀气体用作为塔底在沸器的加热剂,释热后的丙稀呈液态,回收重复使用。改变再沸器传热量是用改变其传热面积来实现的,为此需要在排液管上安装调节阀,以控制再沸器丙稀测的凝液液面。为保证安全生产防止气态丙稀由液管中排出,设制了软保护系统,试确定调节器FC、TC及选择器,调节阀的作用型式;并说明实施时应注意的问题。,23:44,23:44,回答要点： LC采用正作用，FC采用反作用，TC采用反作用； 调节阀采用气开阀，选择器采用低选器。 采用外反馈法防积分饱和。,23:44,今有一个加热炉(如图所示)，原料油的出口温度单回路调节，无法满足工艺生产的要求，为此必须采用复杂控制系统。（a)当燃料油阀前压力为主要干扰时，应采用何种复杂控制系统？（b)当燃料油的热值为主要干扰时，应采用何种复杂控制系统？（c）当原料油流量为主要干扰时，应采用何种复杂控制系统？（d）工艺要求严格控制加热炉出口温度T,且又要避免加热炉的回火事故, 应采用何种复杂控制系统？（要求：以上控制方案都示意在图上）,23:44,23:44, 采用“燃料油流量与出口温度串级控制”； 采用“炉膛温度与与出口温度串级控制系统”； 采用“原油量加出口温度前馈加反馈控制系统”； 采用“出口温度与燃料量及阀后压力串级选择控制系统”。,23:44,均匀控制的特点 表征前后供求矛盾的两个变量都应该是变化的，且变化缓慢。图2.2-2所示是反映液位与流量的几种不同变化情况。（a）是单纯的液位定值控制；（b）是单纯的流量定值控制；（c）是实现均匀控制以后，液位与流量都渐变的波动情况，但波动比较缓慢。那种试图把液位和流量都调整成直线的想法是不可能实现的。 前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内。均匀控制要求在最大干扰作用下，液位在贮罐的上下限内波动，而流量应在一定范围内平稳渐变，避免对后工序产生较大的干扰。,23:44,一般调节阀分程动作采用同向规律的是为了满足工艺上扩大可调比的要求；反向规律的选择是为了满足工艺的特殊要求。,23:44,由于选择性控制系统中，总有一台控制器处于开环状态，因此易产生积分饱和。防积分饱和的三种方法： 限幅法：用高低值限幅器,控制器积分反馈信号限定在某个区域。 外反馈法：在控制器开环状态下，不再使它自身的信号做积分反馈，而是采用合适的外部信