过程装备控制技术及应用.doc

第一章 控制系统的基本概念 生产过程自动化系统包括?答:自动检测系统信号连锁系统自动操纵系统自动控制系统 工业生产对过程装备控制的要求?答:安全性经济性稳定性 为了实现控制要求,通常有两种方式选择:人工控制自动控制 控制系统的组成:被控对象测量元件和变送器调节器执行器控制器执行器被控过程测量元件及变送器ysyf (干扰变量）ymum 某化学反应器工艺规定操作温度为（80010）。为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850。现设计的温度控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如下图所示。T/845815 805 800720T/min25（1）分别求出最大偏差A、超调量B、余差C、衰减比n、过渡时间Ts（温度进入1%新的稳定值即示为系统已稳定）和震荡周期T。（2）分析此温度控制系统是否满足工艺要求？答:（1）解:最大偏差：A =845800 = 45 超调量:=（845 805）/805 = 4.97% 衰 减 比：n= B/B= （845 805) / （815 805） = 4：1 余 差： C= 805800= 5 过 渡 时 间：Ts = 25 min 震 荡 周 期：T = 20 7=13 min解：符合要求: 系统新的稳定值是805 ，符合工艺规定操作温度（80010） 的要求 845 850 ，符合控制中温度最高不得超过850的要求 图示为一自力式贮槽水位控制系统。(1)指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量是什么?(2)试画出该系统的方块图。(3)试分析当出水量突然增大时，该系统如何实现水位控制的?图1-6 贮槽水位控制系统1-贮槽； 2-浮球； 3-杠杆； 4-针形阀图1-7 贮槽水位控制系统方块团h为贮槽水位；ho为贮槽希望保持的水位。解:(1)该系统中贮槽为被控对象；贮槽中水的液位为被控变量；进水流量为操纵变量。(2)贮槽水位控制系统方块图如图1-7所示。(3)当贮槽的出水量突然增大，出水量大于入水量，使水位下降，浮球随之下移，通过扛杆装置带动针形阀下移，增大了进水量，使出水量与入水量之差随之减小水位下降变缓，直至进水量与出水量又相等，水位停止下降。重新稳定，实现了水位控制。 一反应器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反应器进行反应、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。图中了TT表示温度变送器，TC表示温度控制器。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、操纵变量及可能影响被控变量变化的扰动各是什么?图1-10 反应器温度控制系统图1-11 反应器温度控制系统方块图注：T为反应器内温度， Tsp为反应器内温度的设定值。解:反应器温度控制系统中被控对象为反应器；被控变量为反应器内温度；操作变量为冷却水流量；干扰为A、B物料的流量、温度、浓度、冷却水的温度、压力及搅拌器的转速等。反应器的温度控制系统的方块图如图1-ll所示。控制系统的分类:按给定值的特点划分按系统输出信号对操纵变量影响划分按系统的复杂程度划分按系统克服干扰的方法划分自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程有非周期衰减过程 、衰减振荡过程、 等副振荡过程 、发散振荡过程 等四种。 知道是什么意思? 1、最大偏差和超调量2、衰减比3、余差 4、过渡时间5、振荡周期或频率第二章 过程装备控制基础被控对象的特性:就是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控制通道:操纵变量与被控变量之间的联系称为控制通道干扰通道:干扰作用与被控变量之间的联系称为干扰通道被控对象的自衡特性:在没有人为干预的情况下,被控对象自身能重新恢复平衡的特性.描述简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义?答描述对象特性的参数分别是放大系数K、时间常数T、滞后时间 。放大系数K是被控变量重新达到平衡时的输出的变化量与输入的变化量之比.时间常数T是反映被控对象受到输入作用后,输出变量达到新稳态值得快慢.滞后时间是描述对象滞后现象的动态参数。有关放大系数的几个一般性结论?1. 放大系数K表达了被控对象在干扰作用下重新达到平衡状态的性能,是不随时间变化的参数.2. 在相同的输入变化量作用下,被控对象的K越大,即输入对输出的影响越大,被控对象的自身稳定性越差;反之,K越小,被控对象的稳定性越好.、传递滞后和容量滞后的区别? 答:传递滞后 传递滞后又叫纯滞后一般用0表示。纯滞后的产生一般是由于介质的输送、能量传递和信号传输需要一段时间而引起的。 容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的。 被控变量选择的基本要求(论述题)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求比较小.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.变量数目一般可以用物理化学中的相律关系来确定.作为被控变量,必须考虑工艺合理性, 以及目前仪表的现状能否满足要求.操纵变量选择的基本要求?答:考虑工艺合理性考虑被控对象特性检测变送环节的影响纯滞后:在控制过程中,由于检测元件安装位置的原因产生纯滞后. 测量滞后:由测量元件本身特性所引起的动态误差. 传递滞后:由于气压信号在管路传送过程中所引起的滞后. 执行器包括执行机构和阀两个部分. 调节器的调节规律可归为四种:位式.比例.积分.微分 位式调节的特点: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 应用场合:压力表,水银温度计,双金属温度计,电子电位差计,自动平衡电桥等.比例积分调节的特点:(重点)答:1.比例调节具有控制及时,克服偏差的特点.2.比例控制有余差存在.调节器的比例度,积分时间,微分时间通过这三个参数的大小就可以改变整个系统的性能,获得较好的过渡过程和控制变量.串级控制系统是改善调节质量极为有效的方法.串级控制系统方框图主回路：由主控制器，副控制器，控制阀，副被控过程，主被控过程及主被控参数变送器等组成的外圈闭合回路副回路：由副控制器、控制阀、副被控过程及副被控参数变送器等组成的内圈闭合回路.前馈控制系统的基本原理前