过程控制系统复习题2010.doc

在控制系统中，增加比例度，控制作用 ；增加积分时间；控制作用 ；增加微分时间，控制作用 。减少、减少、增加。1过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程、测量变送等环节组成。2、 过程控制系统中按被控参数的名称来分有压力、流量、液位、温度等控制系统。2过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。3过程控制仪表的测量变送环节由传感器和变送器两部分组成。4过程检测仪表的接线方式有两种：电流二线制四线制、电阻三线制5工程中，常用引用误差作为判断进度等级的尺度。6压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测7调节阀按能源不同分为三类：气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀8电动执行机构本质上是一个位置伺服系统。9气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。10. 理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。11. 过程数学模型的求取方法有三种，分别是机理建模、试验建模、混合建模。12PID调节器分为模拟式和数字式两种。13造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。14自动控制系统稳定运行的必要条件是：闭环回路形成负反馈。15 DCS的基本组成结构形式是“三点一线”。2、仪表的精度等级又称 准确度级 ，通常用 引用误差 作为判断仪表精度等级的尺度。3、过程控制系统动态质量指标主要有 衰减比n 、 超调量 和过渡过程时间；静态质量指标有 稳态误差e ss 。4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用 约定真值 或 相对真值 来代替。5、根据使用的能源不同，调节阀可分为 气动调节阀 、 电动调节阀 和 液动调节阀 三大类。6、过程数学模型的求取方法一般有 机理建模 、 试验建模 和混合建模。7、积分作用的优点是可消除 稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统 稳定性 下降。8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为 单闭环比值控制 、 双闭环比值控制 和 变比值控制 三种。9、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。1、过程控制系统中，有时将 控制器 、 执行器 和 测量变送环节 统称为过程仪表，故过程控制系统就由过程仪表和 被控过程 两部分组成。2、仪表的精度等级又称 准确度级 ，级数越小，仪表的精度就越 高 。3、过程控制主要是指连续生产过程，被控参数包括 温度 、 压力 、 流量 、 物位 和成分等变量。4、工业生产中压力常见的表示方法有 绝对压力pa 、 表压力p 和负压(真空度)三种。 5、调节阀的流量特性有 直线流量特性 、 对数（等百分比）流量特性 、 抛物线流量特性 和快开流量特性四种。6、时域法建模是试验建模中的一种，可分为 阶跃响应曲线 法和 矩形脉冲响应曲线 法。7、对于滞后小，干扰作用频繁的系统，PID调节器不应采用 微分 作用。8、分程控制根据调节阀的开闭形式分为两类，即 同向动作 和 异向动作 。9、DCS的设计思想是 控制 分散、 管理 集中。3、 目前求取过程数学模型的方法有两种。其中一种是根据过程的内在机理，通过_和_物料平衡关系，用_的方法求取过程的数学模型。4、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_。5、 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）。6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。7描述控制系统的品质指标的参数有 、 和 等。8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。9仪表自动化标准中，气动仪表标准信号范围是 ；电型标准信号范围是 ；电型标准信号范围是 。3 物料，能量，机理建模4愈慢，愈低，振荡，变差5大于6减小调节器的放大倍数7最大偏差，衰减比，余差8PID，PI，P，开方器90.020.1Mpa，420mA1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.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 _特性;若阀前后的压差保持不变时,上述关系称为_ 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_ 特性。调节阀的流量特性有_、_、_和_，流量特性的选择主要是与_相匹配。3. 与单回路控制系统相比，串级调节系统具有以下三个特点：( );( );( )。4.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 。5简单调节系统的基本特征是 和 。1消除余差，不稳定，克服容量滞后，减小放大倍数2流量特性，理想特性工作特性，线性、等百分比、快开，广义对象3对于进入副回路的干扰有很强的克服能力，提高了工作频率，具有鲁棒性4影响小，变好，无影响5闭合回路，负反馈1.什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？答： PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为：（1）比例参数KC，作用是加快调节，减小稳态误差。（2）积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度3）微分参数Kd，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。1、PID调节器的参数、对控制性能各有什么影响？答：(1)比例增益反映比例作用的强弱，越大，比例作用越强，反之亦然。比例控制克服干扰能力较强、控制及时、过渡时间短，但在过渡过程终了时存在余差；(2)积分时间反映积分作用的强弱，越小，积分作用越强，反之亦然。积分作用会使系统稳定性降低，但在过渡过程结束时无余差；(3)微分时间反映积分作用的强弱，越大，积分作用越强，反之亦然。微分作用能产生超前的控制作用，可以减少超调，减少调节时间；但对噪声干扰有放大作用。 前馈控制的特点：（1）前馈控制根据干扰进行，控制及时。如果前馈控制规律恰当，理论上可完全消除干扰的影响（2）前馈控制是一种开环控制，被控变量并不经测量反馈到输入端。不能保证控制效果。（3）前馈控制需要对干扰进行测量 ，才能进行控制。通常只测量一种干扰，因而只能克服一种干扰。（4）前馈控制器的控制规律是经过对干扰通道与控制通道的特性计算而得是一种专用的控制器，在工程上，精确的通道特性难以获取，精确的前馈控制规律难以实现。1.2 如何选择操纵变量？1）考虑工艺的合理性和可实现性；2）控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数；3）控制通道时间常数应适当小些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道时间常数。干扰动通道时间常数越大越好，阶数越高越好。4）控制通道纯滞后越小越好。（a）为前馈反馈控制系统，而不是串级控制系统。貌似原油、温度两个闭环，实际上貌似的原油、燃料环是一个开环系统，是检测原油流量的大小（作为干扰出现）而改变燃料阀门的，而改变燃料流量，并不能影响原油流量（即检测变量），这就是开环，即前馈控制。而外环的温度控制是反馈控制。所以为前馈反馈控制系统。（b）为串级控制系统。是由燃料、温度两个闭环组成的。内环是燃料控制系统，是根据燃料流量的大小而改变燃料阀门，而改变燃料阀门就是控制燃料流量的（即检测变量就是被控变量），这就是闭环。而外环的温度控制是反馈控制。所以为串级控制系统。1、如下图所示的隔焰式隧道窑烧成带温度控制系统，烧成带温度是被控变量，燃料流量为操纵变量。试分析：(1)该系统是一个什么类型的控制系统？画出其方框图；(2)确定调节阀的气开、气关形式，并说明原因。答：(1)该系统是一个串级控制系统，其方框图为：(2)当调节阀气源出现故障失去气源时，为保证系统安全，应使阀门处于关闭位置，故调节阀采用气开式。27 图2-20所示的反应釜内进行的是化学放热反应，而釜内温度过高会发生事故，因此采用夹套通冷却水来进行冷却，以带走反应过程中所产生的热量。由于工艺对该反应温度控制精度要求很高，单回路满足不了要求，需用串级控 当冷却水压力波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。当冷却水入口温度波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。 对以上两种不同控制方案选择控制阀的气开、气关形式及主、副控制器的正、反作用方式。(1)选冷水流量为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统. (2)夹套温度为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.七、对于图示的加热器串级控制系统。要求：（1）画出该控制系统的方框图，并说明主变量、副变量分别是什么？主控制器、副控制器分别是哪个？（2）若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开气关型式；（3）确定主、副控制器的正反作用；（4）当蒸汽压力突然增加时，简述该控制系统的控制过程；（5）当冷物料流量突然加大时，简述该控制系统的控制过程；（注：要求用各变量间的关系来阐述） 解：（1）该控制系统的方框图（2）由于工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，所以控制阀应选用气开型式，一但气源故障断气，控制阀自动关闭，蒸汽不再进入加热器，以避免介质温度过高发生事故。（3）确定主、副控制器的正反作用：在副回路中，由于流量对象是“”作用（阀开大，流量增加）的（Ko20），控制阀也是“”作用（气开式）的（Kv0），故副控制器FC是“”特性（Kc20），选反作用，这样才起到负反馈的控制作用；在主回路中，由于主对象是“”作用（副变量蒸汽流量增大，主变量出口温度也增大 ）的（Ko10），故主控制器TC是“”特性（Kc10），选反作用，这样才起到负反馈的控制作用。（4）当蒸汽压力突然增加时，该控制系统的控制过程如下：蒸汽压力增加，则蒸汽流量增加，由于FC为反作用，故其输出降低，因而气开型的控制阀关小，蒸汽流量减少以及时克服蒸汽压力变化对蒸汽流量的影响，因而减少以致消除蒸汽压力波动对加热炉出口物料温度的影响，提高了控制质量。（5）当冷物料流量突然加大时，该控制系统的控制过程如下：冷物料流量加大，加热炉出口物料温度降低，反作用的TC输出增加，因而使FC的给定值增加， FC为反作用，故其输出也增加，于是气开型的控制阀开大，蒸汽流量增加以使加热炉出口物料温度增加，起到负反馈的控制作用。【例4】某干燥器的流程图如图12-30所示。干燥器采用夹套加热和真空抽吸并行的方式来干燥物料。夹套内通入的是经列管式加热器加热后的热水，而加热器采用的是饱和蒸汽。为了提高干燥速度，应有较高的干燥温度，但过高会使物料的物性发生变化，这是不允许的，因此要求对干燥温度进行严格控制。（1）如果蒸汽压力波动是主要干扰，应采用何种控制方案？为什么？试确定这时控制阀的气开、气关形式与控制器的正、反作用。（2）如果冷水流量波动是主要干扰，应采用何种控制方案？为什么？试确定这时控制器的正、反作用和控制阀的气开、气关形式。（3）如果冷水流量与蒸汽压力都经常波动，应采用何种控制方案？为什么？试画出这时的控制流程图，确定控制器的正、反作用。解：（1）应采用干燥温度与蒸汽流量的串级控制系统如图12-31，这时选择蒸汽流量作为副变量。一旦蒸汽压力有所波动，引起蒸汽流量变化，马上由副回路可以及时得到克服，以减少或消除蒸汽压力波动对主变量的影响，提高控制质量。控制阀应选择气开式，这样一旦气源中断，马上关闭蒸汽阀门，以防止干燥器内温度过高。由于蒸汽流量（副被控变量）和干燥温度（主被控变量）升高时，都需要关小控制阀，所以主控制器TC应选“反”作用。由于副对象特性为“+”（蒸汽流量因阀开大而增加），阀特性也为“+”，故副控制器（蒸汽流量控制器）应为“反”作用。（2）如果冷水流量波动是主要干扰，应采用干燥温度与冷水流量的串级控制系统。这时选择冷水流量作为副变量，以及时克服冷水流量波动对干燥温度的影响。控制阀应选择气关式，这样一旦气源中断时，控制阀打开，冷水流量加大，以防止干燥温度过高。由于冷水流量（副被控变量）增加时，需要关小控制阀；而干燥温度增加时，需要打开控制阀。主、副被控变量增加时，对控制阀的动作方向不一致，所以主控制器TC应选“正”作用。由于副对象为“+”，阀特性是“”，故副控制器（冷水流量控制器）应选“正”作用。2、聚合釜温度与