过程工程控制总复习题及笔记.doc

过程控制概论篇1、 变量的字母表示（了解） 温度：T 压力：P 流量F 液位或料位：L 分析量（成分）：A 密度：D 重量：W 传感器：T 控制器：C 指示仪表：I2、 控制系统的组成（填空） 1）被控对象 2）测量变送器 3）执行器 4）控制器（调节器）常规单回路控制系统1、 控制系统的分类（按给定值是否变化分） 1）定制系统：给定值变化为零 2）随动系统：设定值变化 3）程序控制系统：设定值按一定的程序变化（是随动系统的一种特殊情况）1、 常规单回路结构框图2、 控制系统的性能指标 1）衰减比（用于经验法进行参数诊定，是衡量过渡过程稳定程度的动态指标） ：前后两个相邻波峰值之比 n=1：等幅震荡 n1：衰减震荡 n1：发散震荡 n一般取4:110:1 2）超调量（衡量随动系统）： 最大动态偏差（衡量定值系统）：最大振幅与最终稳态值之和的绝对值 3）余差：过度过程终了时新稳态值与设定值之差 反映控制精确度的稳态指标 积分作用可以消除余差 4）调节时间：被控变量进入新稳态值附近正负5%或正负2%以内的区域所需的时间； 反映系统的快速性 5）震荡频率：震荡周期的倒数 注意：震荡频率一定，衰减比越大，调节时间越短 衰减比一定，振荡频率越高，调节时间越短 结论：振荡频率也可以衡量系统的快速性 6）峰值时间：第一次到达最大值或最小值的时间，可以反映系统快速性 7）上升时间：从稳态值的10%上升到90%所需要的时间，可以反映系统快速性3、 工业中典型被控过程 1）纯滞后过程：某些过程在输入变量改变后，输出变量并不立即改变，而要经过一段时间才反映出来的过程； 纯滞后时间：输入变量变化后，看不到系统对其作出响应的这段时间； 自衡：输入发生变化时，无需外加任何控制作用，过程能够自发的趋于新的平衡状态； 无自衡：输入发生变化时，过程不能够自发的趋于新的平衡状态； 2）单容过程 （有自衡和无自衡） 3）多容过程4、 工业中常用的数学模型（教授特地强调的记） 1）一阶惯性环节 2）二阶惯性环节 3）一阶惯性环节+纯滞后 4）二阶惯性环节+纯滞后5、 对象特性对控制质量的影响（很重要）记对象静态特性分析：1）对系统静态或动态控制质量都有害 静态质量：控制质量 动态质量：动态控制质量2） 大些好 控制作用灵敏，控制干扰能力强； 不能太大，超过一定界限会造成灵敏度过高，会破坏系统稳定性； 在前向通道与串联，调整，在一定范围内可以补偿，达到控制过程的最佳配合；对象动态特性分析：1） 干扰通道： 2） 干扰通道：几乎不影响控制质量3） 干扰通道位置：干扰输入位置尽可能的远离检测点，向控制阀靠近；4） 控制通道 ：大小反映了系统动态过程控制作用的强弱 太大：操作反映慢、控制作用弱、稳定性好 太小：控制作用太灵敏。操作频繁、易产生震荡结论：实际中希望小些，有利于快速克服扰动，缩短过度过程时间，通过优化控制器积分时间或微分时间可以减小；5） 控制通道：常用/来衡量 0.1：可以不采用时滞补偿 0.51.5：必须采用时滞补偿 6、 测量变送环节对控制质量的影响 测量误差：仪表本身误差、安装不当引起误差、测量的动态误差 测量变送环节的滞后：（通道时间常数）和（减小可以使频率提高，稳定裕度增加，过渡过程面积减小；减小可以提高控制质量，可以减小动态误差） 测量变送环节对控制质量的影响主要体现在检测元件的滞后和信号传递的滞后；解决办法：1）选择快速测量元 2）引入微分环节7、 控制阀环节在控制系统中的考虑(很重要)掌握如何选择 气开阀：输入压力增大，阀门开度增大，有气则开 气关阀：输入压力增大，阀门开度减小，有气则关 无气源时，气开阀全关，气关阀全开1） 选择原则 若无气源时，希望阀全关，则应选择气开阀 若无气源时，希望阀全开，则应选择气关阀8、 控制阀的流量特性（填空题） 1）快开流量特性 2）直线流量特性 3）抛物线流量特性 4）等百分比流量特性9、 控制阀口径的选择 1）在正常工况下，应保证控制阀工作于15%85% 2）控制阀口径选择过小，控制阀可能运行到全开的非正常状态，使系统处于暂停失控； 3）控制阀口径选择过大，阀门经常处于小开度，此时流体对阀芯阀座冲蚀严重，同时阀芯由于受不平衡力的作用，产生震荡现象，甚至控制失灵； 4）控制阀口径的选择使用流通能力C值得正确计算来确定 5）控制阀的结构形式：直通单座阀、直通双座阀、角型阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、小流量阀、套筒阀10、 工业控制器控制规律的选取（PID） 1）控制算法 P： PI： PD： PID： 2）PID参数对控制性能的影响（很重要） 比例调节依据偏差的大小来动作：在系统中起着稳定被调参数的作用，输入与输出偏差成正比，比例调节及时有力，但有余差。比力度越大，放大倍数越小，比例调节作用就越弱，过渡过程曲线越平缓，但余差也越大，比例作用太强时会引起震荡； 积分调节依据偏差是否存在而动作：在系统中起着消除余差的作用，输入输出偏差对时间的积分成正比，只有余差消失时，积分作用才停止，但积分作用使最大偏差增大，延长了调节时间，积分时间越小，积分速度越快，积分特性曲线斜率越大，积分作用越强，消除余差越快，但积分作用太强时，也会引起震荡；微分调节依据偏差变化速度来动作：在系统中起着超前调节的作用，输出与输入偏差变化速度成正比。其效果是阻止被调参数的一切变化后，对滞后大的对象有很好的效果，它使调节过程偏差减小，时间缩短，余差也减小（但不能消除），微分时间越大，微分作用越弱，稳定性得到加强 ，但对高频噪声起放大作用。因而，积分作用不适合用于噪声较大的对象，积分作用太强时，也会引起震荡。 3）PID的参数诊定（填空题） 经验法、临界比例度法、衰减震荡法 4）工业PID控制器的选择（很重要） 流量系统：PI，比例度要大，积分时间可小 液位系统：纯比例，比例度要大 压力系统：PI 温度系统：PID，积分时间较大，微分时间约为积分时间的系统参数/min/min温度20-603-100.5-3流量40-1000.1-1压力30-700.4-3液面20-8011、被控变量与操纵变量的选择被控变量的选择1）选择会超越设备能力和操作约束的输出变量作为被控变量，可使被控变量保持在操作约束范围内；2）使所选变量和操纵变量之间的传递函数比较简单，并具有较好的动态和静态特性；3）比较容易测量且快速可靠，测量仪表的时间常数应该足够小，以满足系统的需要；4）有时控制目标不可测量，可采用推理控制，由易于测量而又可靠且与控制目标有一定关系的辅助输出变量推算出不可测输出变量作为被控变量；操纵变量的选择1） 选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为操纵变量，即操纵变量到被控变量的控制通道的增益要大；2）应选择输入变量对被控变量作用效应较快的作为操纵变量，这样控制的动态响应较快；3）应选择输入变量中变化范围较大的，这样被控变量较易控制；4）使尽量小；可能会考的题目填空题：A：常规单回路控制系统模块一：关于系统性能指标的题目（很重要）1、过程控制系统动态质量指标主要有（衰减比n）、（超调量）和（过渡时间)；静态质量指标有（稳态误差）；2、超调量用来衡量（随动系统），最大动态偏差用来衡量（定值系统）；3、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（减小）余差C（不变）调节时间ts（缩短）稳定性n（提高）；4、过渡过程的品质指标有（最大偏差）、（衰减比）、（余差）和（过渡时间）等；5、在过程控制系统过度过程的质量指标中，（最大偏差）反映系统在控制过程中被控变量偏离设定值的程度，（余差）描述系统的准确性，（超调量）是过渡过程曲线超出新稳态值的最大值，（衰减比）是表示衰减震荡过程的衰减程度；二：关于PID控制规律的题目（很重要）1、控制系统引入积分作用是为了（消除余差）,但积分的引入会使系统（产生振荡现象）,引入微分作用是为了（克服容量滞后）；2、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（减小调节器的放大倍数）；3、使用PID控制器对被控对象进行控制时，控制器增益越大，调节作用（越强），系统的余差（越小），最大偏差（越小），稳定性（变差）；积分时间越小，积分作用（越弱），系统稳定性（变差），系统余差（为0）；微分时间越大，微分作用（越强），系统稳定性（变好）；4、积分作用的优点是可消除（稳态误差/余差），但会使系统（稳定性）下降；5、控制系统引入积分作用是为了（消除余差）,但积分的引入会使系统（不稳定）,引入微分作用是为了（克服容量滞后）。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（减小放大倍数）；6、调节器的Kc值愈大，表示调节作用（越强），Ti值愈大，表示积分作用（减弱），Td值愈大表示微分作用（增强）；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（克服容量滞后）；8、调节器的基本控制规律有（比例控制规律）、（比例积分规律）、（比例微分规律）、（比例积分微分规律）等四种类型；9、比例控制规律的优点是（控制及时）、积分控制规律的优点是（消除余差）、微分控制规律的特点是（超前控制）。三：关于对象静动态特性对控制质量的影响的题目（很重要）1、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后，（不影响）控制系统的控制质量；2、控制通道的时间常数的大小，反映了控制作用对系统动态过程的影响的快慢，越小，控制作用（越及时），过度过程越快，有利于提高系统的（稳定性）；3、如果对象扰动通道增益增加，扰动作用（增强），系统的余差（增大），最大偏差（增大）；4、描述被控对象特性的参数是（放大系数）、（时间常数）和（滞后时间）；5、表示调节器的（比例度）参数，其值越小,（比例控制）作用越（强）。若其值太小的话，控制系统可能发生（发散振荡）；6、反应对象特性的参数有（放大倍数）、（时间常数）和（纯滞后时间）；7、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（愈弱）;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量（愈好）;干扰通道的纯滞后对调节质量无影响；8、选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）（增大），干扰通道的放大倍数（增益）（减小）；9、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（愈慢）,但调节通道时间常数过小,易产生（振荡）问题;调节通道的纯滞后使过渡过程质量（变差）；10、扰动通道静态放大系数（越大），则系统的稳态误差（越大）。控制通道的静态放大系数（越大），表示控制作用越（灵敏），克服扰动能力（越强）。四：其他的题目1、简单控制系统由（变送器）、（被控对象）、（调节器）和（执行器）四个环节组成；2、工业中常用的数学模型有（一阶惯性环节）、（二阶惯性环节）、（一阶惯性环节+纯滞后）和（二阶惯性环节+纯滞后）；3、控制阀的选择包括（结构材质的选择）、（口径的选择）、（流量特性的选择）和（正反作用的选择）；4、调节阀的流量特性有（快开）（等百分比）（抛物线）和（直线），流量特性的选择主要与（广义对象特性）相匹配；5、被调介质流过阀门的相对流量(Q/Qmax)与阀门相对行程(l/L)之间的关系,称为调节阀的(流量)特性;若阀前后的压差保持不变时,上述关系称为(理想)特性;实际使用中,阀前后的压差总是变化的,此时上述关系为(工作)特性。6、自动调节系统常用参数整定方法(经验法)，(衰减曲线法)，(临界比例度法)，(反应曲线法)；7、执行器按其能源型式可分为（气动）,（电动）,（液动）三大类；8、气动执行器由（执行机构）和（调节机构）两个部分组成；9、被控变量是指工艺要求以一定的精度保持（恒定）或随某一参数的变化而变化的参数；10、测量变送环节对控制质量的影响主要体现在（检测元件）的滞后和（信号传递）的滞后；11、简单控制系统的工程整定法由经验法，简单方便，工程实际中广泛采用的一般有经验凑试法、（衰减曲线法）、（临界比例度法）和（响应曲线法）；12、过程控制的基本性能要求有（稳定性）、（准确性）和（快速性）；13、在闭环控制系统中，按照设定值的不同形式可分为（定值控制系统）、（随动控制系统）和（程序控制系统）；13、控制器的正反作用的形式取决于（被控对象）、（控制阀）变送器的静态放大系数；14、在简单控制系统中，被控变量的选择有两种方法（直接参数法）和（间接参数法）；15、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；16、被调介质流过阀门的（相对）流量与阀门（相对）行程之间的关系称为调节阀的流量特性；若阀前后压差保持不变时，上述关系称为（理想流量）特性，实际使用中，阀门前后的压差总是变化的，此时上述关系为（工作流量）特性；17、过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是（温度）、（压力）、（流量）、（液位）、（成分）等这样的一些过程变量的系统；18、表示过程控制系统控制关系的方框图，两个框之间的带箭头联；系表示（其相互关系和信号传递方向），但是不表示（方框之间的物料关系）；19、正作用执行机构是指（当输入气压信号增加时，阀标向下移动）；反作用执行结构是指（当输入气压信号增加时，阀标向上移动）；20、正作用调节器的测量值增加时，调节器的输出亦增加，其静态放大倍数取（负值）。反作用调节器的测量值增加时，调节器的输出减小，其静态放大倍数取（正值）；21、气开式调节阀，其静态放大倍数取（负），气关式调节阀，其静态放大倍数取（正）；22、控制阀的选择主要从（结构类型）、（流量特性）、（口径）和（作用方式）四个方面考虑；23、定值控制系统的过度过程有（非周期发散过程）、（非周期衰减过程）、（发散震荡过程）、（衰减震荡过程）和（等副震荡过程）；工业中一般要求为（衰减震荡过程），随动系统一般为（单调过程）；B：复杂控制系统模块1、常见的比值控制系统有（开环比值）、（单闭环比值）、（双闭环比值）和（串级比值）；2、常见的复杂控制系统有（串级控制）、（前馈控制）、（比值控制）、（均匀控制）、（分程控制）和（选择控制）；3、防积分饱和的方法有（对控制器的输出限幅）、（限制控制器的积分部分输出）和（积分切除法）；4、串级控制系统能够迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器的广义对象特性，容许（副）回路内个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；5、串级控制系统的扰动有（一次扰动）、（二次扰动）、（一二次扰动并存）；6、串级控制系统副调节器具有（粗调）的作用，主控制器具有（细调）的作用；7、串级控制系统的主环是（定值系统），副环是（随动系统）；8、串级控制系统的副被控变量的选择原则是（主要扰动作用在副对象上）、（使副对象包含更多的扰动）、（主副对象的时间常数不能太接近）；9、串级控制系统中主控制器应选用（PI或PID控制规律），副控制器应选用（P控制规律）；10、串级均匀控制系统的整定方法有（经验法）和（停留时间法）；11、串级调节系统,一般情况下主回路选择（PID或PI）调节规律调节器,副回路选用（P）调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用（开方器）补偿；11、串级控制系统主回路一般是一个（定值控制系统），副回路一般是一个（随动控制系统）；12、串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器的广义对象特性，容许（副）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；13、常见的均匀控制系统的组成结构有（简单均匀控制系统）、（串级均匀控制系统）、（双冲量均匀控制系统）；14、在比值控制系统中，保持比值关系的两种物料必有一种处于主导地位，这种物料称为（主导物料），另一种物料则跟随它的变化，并能保持流量的比值关系，则称为（从动物料）；15、双闭环控制系统是有一个(定制控制)的主流量回路和一个跟随主流量变化的（副流量控制回路）组成；16、比值控制系统按性质可分为（定比值控制）和（变比值控制）；17、定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进行控制；的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。18、设计分程控制的目的是（扩大控制阀的可调范围）、（满足工艺的要求）；19、分程控制属于（单回路控制系统），特点是（阀多且分程）；20、往复泵的控制方案有（改变原动机的转速）、（控制泵的出口旁路）和（改变冲程s）；21、加热炉的燃料油系统应选用（气开）式调节阀；锅炉液位控制的冷水阀应采用（气关）式调节阀；22、调节系统中调节器正、反的作用的确定是依据(实现闭环回路的负反馈)；23、离心泵的控制方案有（直接节流法）、（改变泵的转速）和（改变旁路回流量）；24、Smith预估补偿原理是预先估计出被控过程的（数学模型），然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的（纯滞后）进行补偿；25在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是（通过旁路控制）；26、控制系统的投运步骤是（检测系统投入运行）、调节手动阀门、（控制器投运）；27、定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（干扰）进行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。前馈控制一般应用于扰动（可测）和扰动（显著）与扰动（频繁）的场合；28、按过程控制系统结构特点来分类可分为（反馈控制系统）、（前馈控制系统）、（前馈-反馈系统）。简答题 一：常规单回路控制系统1、 过程控制系统按其基本结构形式可分为几类?其中闭环系统中按设定值的不同形式又可分为几种?答：过程控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。 在闭环控制系统中，按照设定值的不同形式又可分为：(1) 定值控制系统：设定值不变 作用：保证在扰动的作用下使被控变量始终保持在设定值上；(2) 随动控制系统：设定值变化 作用：保证在各种条件下系统的输出及时跟踪设定值变化 (3) 程序控制系统：设定值按一定的时间程序自动变化 作用：保证在各种条件下系统的输出按规定的程序自动变化（很重要）2、什么是调节器的控制规律？试述过程控制系统中常用的控制规律及其特点。答：1)调节器的输出信号随着它的输入偏差信号变化的规律叫控制规律 2）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。 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，而且与输入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。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。3、工程上常用的控制规律有哪几种？主要用于什么工况？1） 比例控制器：控制质量要求不高，允许有余差 2） 比例积分控制器：不允许有余差 3） 比例微分控制器：用于过程容量滞后较大的场合 4） 比例积分微分控制 4、 纯比例调节为什么不能清除残余偏差？ 因为纯比例调节器输出的变化完全依赖于偏差的存在。也就是说，这种调节作用只有偏差存在才能起作用，所以纯比例调节作用的结果必然有余差存在5、什么是调节对象，给定值和偏差？ 1）自动调节系统的生产设备叫做调节对象； 2）生产中要求保持的工艺指标较给定值； 3）自动调节过程中给定值与测量值之差为偏差；6、常用的调节阀理想流量特性有哪些？答：常用的调节阀理想流量特性有：直线流量特性、等百分比(对数)流量特性、快开特性。7、工业过程中被控对象的动态特性有哪些特点？ 根据输出相对于输入变化的响应情况可以将过程分为两大类：自衡与非自衡过程； 自衡过程：当输入变化时，无需外加的人和控制作用，过程能够自发地趋于心得平衡状态的性质为自衡过程。包括纯滞后、单容和多容过程； 非自衡过程：当输入发生变化时，非自衡过程不能够自发地趋于心得平衡状态；7、试分别说明调节阀的流量特性、理想流量特性、工作流量特性；1） 流量特性：流过阀门的调解介质相对流量与阀杆相对行程之间的关系；2） 理想流量特性：控制阀的前后压差保持不变时得到的流量特性，即常数，；3） 工作流量特性：控制阀的前后压差不能恒定时得到的流量特性，即常数，；8、简述什么是有自衡能力的被控对象。当被控对象受到干扰作用，平衡状态被破坏后，不需要外加控制作用，能依靠自身达到新的平衡状态的能力称为有自衡能力，这种对象称为有自衡能力的被控对象。9、自动调节系统的工作品质用什么指标来衡量？1） 最大偏差2） 余差3） 衰减比4） 震荡周期5） 过渡时间6） 调节时间10、简述被控变量与操作变量的选择原则？解： （1）被控变量的选择原则1）选择会超越设备能力和操作约束的输出变量作为被控变量，可使被控变量保持在操作约束范围内；2）使所选变量和操纵变量之间的传递函数比较简单，并具有较好的动态和静态特性；3）比较容易测量且快速可靠，测量仪表的时间常数应该足够小，以满足系统的需要；4）有时控制目标不可测量，可采用推理控制，由易于测量而又可靠且与控制目标有一定关系的辅助输出变量推算出不可测输出变量作为被控变量； （2）操纵变量的选择原则2） 选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为操纵变量，即操纵变量到被控变量的控制通道的增益要大；2）应选择输入变量对被控变量作用效应较快的作为操纵变量，这样控制的动态响应较快；3）应选择输入变量中变化范围较大的，这样被控变量较易控制；4）使尽量小；11、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微分时间)，以便使系统能获得好的控制质量；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。12、开环控制与反馈控制的比较 开环 优点:结构简单，成本低廉，工作稳定，当输入信号和扰动能预先知道时，控制效果较好。 缺点：不能自动修正被控制量的偏离，系统的元件参数变化以及外来的未知扰动对控制精度影响较大。 闭环 优点：具有自动修正被控制量出现偏离的能力，可以修正元件参数变化以及外界扰动引起的误差，控制精度高。 缺点：被控量可能出现振荡，甚至发散。13、控制通道特性对系统质量影响A、放大倍数Ko的影响 Ko越大，则操纵变量对被控变量的影响越大，这表示它的调节更为有效。闭环系统放大倍数乘积KcKo一般是定值(动态特性要求)，一般使KoKf，（通过根轨迹分析得到）K0取值尽可能大，至少大于干扰通道放大倍数Kf；B、时间常数T0的影响 T0越大，经过的容量数越多，可控性指标越小，控制越不及时，系统的控制质量越低。T0减小，控制作用越及时，克服扰动快，过渡时间短。但T0太小控制作用太强，易引起振荡，稳定性下降。所以T0要适当小一点，使得控制及时又保证控制质量。C、纯延迟的0影响。0会降低系统稳定性(通过频率特性分析可得到)；纯延迟使得调节器作用要滞后0，将引起超调增大，最大偏差增加，动态指标下降。从而严重降低控制质量。容量延迟c可以引入微分环节显著改善,对0基本没有作用。0越小越好,尽量避免引入纯延迟环节。二：复杂控制系统12、 简述串级系统的特点和适用的场所以及设计的原则A 1）副回路（内环）具有快速调节作用，它能有效地克服二次扰动的影响； 2）改善了对象的动态特性，提高了系统的动作频率，在相同的衰减比下，主调节器的增益可显著加大； 3）对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应能力，并能自动地克服副对象增益或调节阀特性的非特性对控制性能的影响； 4）副回路可以按照主回路的需要更精确的控制操作变量的质量流和能量流；B 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。具体而言：用于克服被控过程较大的容量滞后；用于克服被控过程的纯滞后；用于抑制变化剧烈而且幅度大的扰动；用于克服被控过程的非线性。C 副回路应包括尽可能多的扰动； 应使主、副过程的时间常数适当匹配。原则上，主副过程时间常数之比应在3到10范围内；副回路设计应考虑工艺上的合理性；副回路设计应考虑经济性原则。13、简述前馈控制的特点 （1）前馈控制是按照干扰作用的大小和方向进行控制的，控制及时。（2） 前馈控制属于开环控制系统，这是前馈控制的不足之处。（3）前馈控制器是专用控制器。（4）一种前馈作用只能克服一种干扰。14、前馈控制适用于什么场合？ 前馈控制是按扰动而进行控制的，因此，前馈控制常用于的场合：1）一是扰动必须可测，否则无法实施控制；2）二是必须经常有比较显著和比较频繁的扰动，否则无此必要；3）三是存在对被控参数影响较大且不易直接控制的扰动。14、前馈控制系统的局限性 前馈控制属于开环控制方式； 完全补偿难以满足，因为：要准确掌握过程扰动通道特性Wf（s）及控制通道特性Wo（s）是不容易的；即使前馈模型Wm（s）能准确求出，有时工程上也难以实现；对每一个扰动至少使用一套测量变送仪表和一个前馈控制器，这将会使控制系统庞大而复杂。15、设置均匀控制系统的目的和特点是什么？ 1）目的：使两个工艺参数在规定范围内能缓慢地均匀的变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾均匀协调的系统； 2）特点：1)表征前后供求矛盾的两个变量都是变化的，且变化是缓慢的； 2)前后相互联系又相互矛盾的两个变量应在允许的范围内； 3）比例度和积分时间都整定的比较大，控制作用弱；（很重要）16、前馈控制和反馈控制各有什么特点？为什么采用前馈-反馈复合系统能较大的改善系统的控制品质？（特别重要）1）前馈控制特点 1依据扰动动作 2扰动可测，但不要求被控量可测 3超前调节，可实现系统输出的不变性 4开环调节，无稳定性问题 5系统仅能感受有限个可测扰动 6对于干扰与控制通道的动态模型，要求已知而且准确 7对时变与非线性对象的适应性弱2） 反馈控制的特点 1依据偏差动作 2被控量直接可测 3滞后调节，依据偏差控制，存在偏差才能调节 4闭环调节，存在稳定性问题 5系统可感受所有影响输出的扰动 6对通道模型要求弱，大多情况下无需各通道模型 7对时变与非线性对象的适应性与鲁棒性强3） 从前馈控制角度，由于增加了反馈控制，降低了对前馈控制模型的精确要求，并能对未选做前馈信号的干扰产生校正作用；从反馈控制角度，由于前馈控制的存在，对主要干扰做了及时的粗调作用，大大减少了对控制的负担； 具体来说：前馈控制是一种补偿控制。一般来讲，前馈控制无法全部补偿扰动对被控变量所产生的影响。因此，单纯的前馈控制系统在应用中就会带来一定的局限性。为克服这一弊端，前馈控制常与反馈控制联用，构成前馈反馈控制系统。对最主要的、显著的、频繁的无法直接控制的扰动，由前馈来进行补偿控制；对无法完全补偿的扰动影响，由反馈控制根据其对被控变量所产生的偏差大小来进行控制。17、简单均匀控制系统与液位定值控制系统的区别是调节目的不同；调节器参数整定不同；工艺过程不同。18、什么是分程控制系统？分程控制系统的目的？ 1）含义 一个控制器操纵几只阀门，并且是按输出信号的不同区间去操纵不同阀门。 2）设计分程控制的目的 1）为了扩大控制阀的可调范围，以改善控制系统的品质，阀的开关形式选择同向； 2）是满足工艺上操作的特殊要求，阀的开关形式选择异向；19、解释串级控制、均匀控制、超驰控制、分程控制、阀位控制系统的含义。 1）串级控制系统：值采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。2）均匀控制系统：控制量和被控量在一定范围内都缓慢而均匀的变化的系统，称为均匀控制系统。 3）超驰控制系统：指在一个控制系统中，设有两个控制器，通过高低值选择器选出能适应安全生产状态的控制信号，实现对生产过程的自动化控制。 4）分程控制系统：一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上调节阀动作的系统称为分程控制系统。5）阀位控制系统：是综合考虑快速性、有效性、经济性和合理性的一种控制系统。20、什么是比值控制系统？有哪几种类型？特点是什么？画出结构原理图。1）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。2）四种类型：开环比值控制，单闭环比值，双闭环比值，变比值。3）开环比值：简单，但比值不精确，负荷变化大，适宜比值精度要求不高、允许符合变化的场所；4） 单闭环比值：比值可以精确，但负荷变化大，适宜比值精确要求高、允许符合变化的场所；5） 双闭环比值：比值精确，负荷变化小、结构复杂、适宜比值精确度要求高且符合变化小的场所；6） 变比值：可以完成比值的动态修正，满足复杂的工艺要求。结构复杂，用于要求变比值控制的场所；21、简述控制系统Smith预估补偿方案的原理和特点。 原理：在PID控制回路上再并联一个补偿回路，以此来抵消被控对象的时滞因素；Smith预估补偿方案的特点是预估出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿，力图使被延迟了时间的被调量超前反映到控制器，使控制器提前动作，从而明显的减小超调量和加速调节过程，改善控制系统的品质。22、 什么是阀位控制系统（VPC）?何时需采用这种系统？ 1）控制调节阀来控制系统；2）当系统要求控制品质较高时，又需要经济运行，节约能源的时候可以采用这类控制系统。它要求系统具备两个操纵变量，一个为提高品质的快速操纵变量，另一个为满足节能要求的慢操纵变量。23、 什么是控制器的“积分饱和”现象？产生积分饱和的条件是什么？1）有积分作用的控制器当偏差总不为0时，控制器的输出就要一直增加到最大或降低到最小；2）有三个条件： 1）控制器具有积分作用； 2）控制器处于开环工作状态，其输出没有被送往执行器； 3）控制器的输入偏差信号长期存在。在选择性控制系统中，没有被选择器选中的控制器就有可能产生积分饱和现象；复杂控制系统&1、串级控制系统1、 串级控制系统的基本原理及结构 方框图： 一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值，两个控制器称为串级控制； 主控制器具有自己独立的设定值，只有副控制器的输出信号送给执行机构2、 串级控制系统的特点（解答题） 1）副回路（内环）具有快速调节作用，它能有效地克服二次扰动的影响； 2）改善了对象的动态特性，提高了系统的动作频率，在相同的衰减比下，主调节器的增益可显著加大； 3）对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应能力，并能自动地克服副对象增益或调节阀特性的非特性对控制性能的影响； 4）副回路可以按照主回路的需要更精确的控制操作变量的质量流和能量流；注意 ：1）主回路对副对象及控制阀的特性变化具有鲁棒性，但副回路本身却并没有这种特性。副对象或控制阀的特性的变化依然会较敏感地影响副回路的稳定性； 2）主回路对副回路测量反馈通道特性的变化没有鲁棒性；3、 串级系统的设计原则（解答题） 1）副参数的选择应使副对象的时间常数小，调节通道短，反应灵敏； 2）副回路应包含被控对象所受到的主要干扰； 3）尽可能将带有非线性或时变特性的环节包含于副回路中；4、 常用的串级控制系统（填空题/解答题） 温度+流量、温度+压力、液位+流量、温度+温度5、 串级系统副调节器选型（填空题） 1）副调节器常选择PI控制律； 2）主调节器常选择PI或PID控制规律；6、 主副调节器正、反作用选择 （填空题） 要使系统成为一个负反馈系统7、 串级系统的防积分饱和 当主副控制器具有积分作用时，都可能会产生积分饱和现象。副控制器的防积分饱和与单回路时相同。 1）抗积分保护法：积分限幅法、积分切除法、积分外反馈法-串级&2、均匀控制系统1、 均匀控制系统定义 两个工艺参数在规定范围内能缓慢地均匀的变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾均匀协调的系统；2、 均匀控制系统的特点 1)表征前后供求矛盾的两个变量都是变化的，且变化是缓慢的； 2)前后相互联系又相互矛盾的两个变量应在允许的范围内；3、 分类 1）简单均匀控制 2）串级均匀控制 3）双冲量均匀控制系统4、 工程诊定 1）串级均匀控制系统的副环流量控制器的参数整定与普通流量控制器整定原则相同，即选择大的比例度和小的积分时间； 2）液位控制器参数整定方法为：看曲线，整参数5、 对于纯比例控制 1）先将比例度放置在估计不会引起液位超越的数值，例如P=100%左右； 2）观察记录曲线，若液位量大波动小于允许范围，则可增大P值，其结果必然是液位质量降低，而使流量质量更为平稳； 3）当发现液位的最大波动可能超过允许范围时，则减小P值； 4）反复调整P值，直到液位最大波动接近允许范围为止6、 对于比例积分控制 1）按纯比例控制进行整定，得到液位最大波动接近允许范围时的P值； 2）适当增加P值后，加积分作用，逐渐减少积分作用，使液位在每次干扰后，都又恢复到设定值的趋势； 3）积分时间的减小，指导流量记录曲线将要出现缓慢的周期性衰减震荡为止&3、比值控制系统1、 比值控制系统分类 1）定比值：开环比值控制系统+简单比值控制系统（单闭环+双闭环） 2）串级比值控制系统 3）开环比值控制是最简单的比值控制系统。特点是对福流量F2的波动无法克服，比值精度低。适用于副流量较平稳且比值关系要求不高的场合。2、 单闭环比值控制的优缺点 1）优点：两种物料流量之比值较为精确，实施方便，应用广泛 2）缺点：变化时系统总负荷发生变化，且两物料流量动态比值偏离工艺要求；3、 单闭环比值控制系统无主调节器、主控制器。并且从动量不会影响主动量。都为随动控制系统。4、 单闭环比值控制系统与串级控制系统的区别（记） 单闭环比值控制系统的主流量相当于串级控制系统的主参数，而主流量没有构成闭环系统，F2的变化并不影响到F1； 存在的问题： 1)由于主流量不受控制，所以总物料量不固定，不适合负荷变化幅度大的场合； 2）无法保证动态比值。5、 双闭环比值控制系统的特点 1）克服了主动量干扰的影响，实现两流量比值恒定； 2）使进入系统的总负荷恒定，且升降负荷方便； 3）使用仪表较多，投资高；6、 变比值控制系统串级和比值控制组合的系统与变比值系统的区别 1）变比值控制系统是由第三参数来修正比值，属于变比值控制； 2）串级和比值控制组合是要求主流量随另一个参数的需要而改变，两流量的比值关系保持不变，整个系统属于定比值控制；7、 有一道例题，见分析题。8、 主流量和副流量的选择 1）主流量的选择： 1）可测，不可控 2）决定生产负荷的关键性物料 3）可能供应不足 4）工艺特殊要求 5）安全角度 2）副流量的选择 必须可测可控9、 比值函数部件的选择及选取范围 比值函数部件比值系数选取范围比值器方案比率设定器线性刻度0.33开放刻度0.61.7乘法器方案乘法器01（420mA）除法器方案除法器01（420mA）&4、前馈控制系统1、 前馈控制与反馈控制的比较（很重要）前馈控制反馈控制依据扰动动作依据偏差动作扰动可测，但不要求被控量可测被控量直接可测超前调节，可实现系统输出的不变性滞后调节，依据偏差控制，存在偏差才能调节开环调节，无稳定性问题闭环调节，存在稳定性问题系统仅能感受有限个可测扰动系统可感受所有影响输出的扰动对于干扰与控制通道的动态模型，要求已知而且准确对通道模型要求弱，大多情况下无需各通道模型对时变与非线性对象的适应性弱对时变与非线性对象的适应性与鲁棒性强2、 前馈反馈控制系统的局限性（很重要） 1）对象动态特性形式多样难以精确测量 2）工业对象存在多个扰动，若均设置前馈控制器。投资高，工作量大； 3）补偿结果没有检测手段； 4）受前馈控制模型精度限制； 5）实现前馈控制算法，往往作近似处理；3、 前馈反馈控制系统的优点（很重要）1）从前馈控制角度，由于增加了反馈控制，降低了对前馈控制模型的精确要求，并能对未选做前馈信号的干扰产生校正作用；2）从反馈控制角度，由于前馈控制的存在，对主要干扰做了及时的粗调作用，大大减少了对控制的负担；4、引入前馈控制的可能应用场所1）主要被控量不可测2）尽管被控量可测，但控制系统所受的干扰严重，常规反馈控制系统难以满足要求；5、应用前馈控制的前提条件1）主要干扰可测；2）干扰通道的响应速度比控制通道慢，至少应接触；3）干扰通道与控制通道的动态特性变化不大；&5、分程控制系统和阀位控制系统分程控制系统1、 含义 一个控制器操纵几只阀门，并且是按输出信号的不同区间去操纵不同阀门。2、 设计分程控制的目的 1）为了扩大控制阀的可调范围，以改善控制系统的品质，阀的开关形式选择同向； 2）是满足工艺上操作的特殊要求，阀的开关形式选择异向；3、 分程控制的用途 用于满足工艺的特殊要求，扩大可调比；4、 例题见分析题阀位控制系统1、例题见分析题&6、选择性控制系统1、 无重要的，简单理解超驰控制2、 例题见分析题3、 超驰控制系统 超驰控制系统：指在一个控制系统中，设有两个控制器，通过高低值选择器选出能适应安全生产状态的控制信号，实现对生产过程的自动化控制。&7、预估补偿控制系统1、 大纯滞后过程（记住） 当过程的纯滞后时间与主导时间常数之比之比超过0.5时，为大纯滞后采用常规控制（PI或PID）时，为了维护系统的稳定性，必须将控制作用整定的很弱。&8、对象非线性增益的补偿1、 对象增益非线性补偿方法 1）调节阀特性补偿，以使广义对象为近似线性； 2）串级控制方式，以克服副回路的非线性； 3）引入比值中间参数，以使主回路广义对象的增益为近线性； 4）变增益控制器：通过引入对象增益的反函数以使系统的回路增益为线性； 5）自适应控制器：根据控制系统的性能自动调整控制器的增益，以使系统的回路增益为近似线性；2、 多回路PID控制系统小结（填空题/简答题） 1）用于改善控制系统性能的多回路PID系统 1）串级控制系统 2）前馈控制系统 3）变增益变比值控制系统 4）大纯滞后过程的控制 2）用于满足工艺特定需要的多回路PID系统 1）均匀控制系统 2）比值控制系统 3）分程控制系统 4）阀位控制系统&9、非线性控制规律的系统1、 控制形式（填空题） 1）双位式控制 2）三位式控制笔记上的分析题题（1）1）画出控制系统的方块图，说明各环节方块图输入输出物理意义，并指出该系统主回路“广义对象”的输入输出关系；1） 请选择调节阀为气