《过程控制系统》复习要点2.0版

1、过程控制系统复习要点：1. 无自平衡能力的单容纯滞后过程的传递函数P16 Wo(s)= 式中Ta为过程的积分时间常数、Ta=C02. 有自衡能力单容纯滞后过程的数学模型P12 q1-q2=A 将式变成增量形式q1-q2=A=C q2= 或R2= 将 式进行拉氏变= T0 液位过程时间常数 ， K0 液位过程的时间常数，K0=R2 C液位过程的容量系数3. 常用的压力检测仪表的类型P47 弹性式压力表；弹性式压力表是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换为位移来测量的。（弹簧管式压力表、膜片压力表、文管式压力表） 液柱式压力表；液柱式压力表是根据流体静力学原理，将被测压力转换成位移来测量的。

2、（单管压力计、U形管压力计） 电气式压力表；活塞式压力表是将被测压力转换成电容、电势、电阻等电量的变化间接来测量压力。（应变片式压力计、霍尔片式压力计、热电式真空计） 活塞式压力表；活塞式压力表是根据液压机传递压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的重量进行测量。通常作为标准仪器对弹性压力表进行校验与刻度4. 调节阀理想的流量特性P117 理想的流量特性，就是在阀前后压差为一定的情况下（p=常量）得到的流量特性。它取决于阀芯的形状。不同的阀芯曲面可以得到不同的理想流量特性，理性流量特性有直线流量特性、对数流量特性、快开流量特性与抛物线流量特性四种.5. 控制方案设计的阶跃响应性能指标P

3、142 1.余差（静态偏差）C：余差是指系统过度过程终了时给定值与被控参数稳态值之差。它是一个重要的静态指标，一般要求余差不超过预定值或接近零。2.衰减率：衡量系统过度稳定性的一个动态指标，一般取0.75-0.9 3.超调量：对于定制系统来说，超调量是指被控参数第一个波峰与给定值的差与给定值的百分比。4.过度时间ts，系统从扰动作用时起，到被控参数进入新的稳定值正负5%范围内所经历的的时间，是衡量快速性的指标。6. P143：偏差积分性能指标 7. P153：选择控制器的控制规律 （1）根据比值来选择调节器的控制规律 当已知过程的数学模型并可用近似描述式，则可根据纯之后时间与时间常数 的比值来

4、选择控制器的控制规律。时，选用比例或比例积分控制规律。时，选用比例积分或比例微分控制规律。时，采用单回路往往已经不能满足工艺要求，应根据具体情况选用串级、前馈等控制方式。（2）根据过程特性来选择控制器的控制规律1）比例控制规律（p）：采用怕p控制规律能很快的的克服扰动的影响，使系统稳定下来。但有余差。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。2）比例积分控制规律（PI）：在工程上比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。积分能消除余差，它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。3）比例微分控制规律（PD）：微分具有超

5、前作用，对于具有容量滞后的控制通道，引入微分控制规律（未分时间得当）对于改善系统的动态性能指标，具有显著的效果，因此对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合，为了提高系统的稳定性，减小动态偏差等可以选用比例微分控制规律，如温度或成分控制，但对于纯滞后较大，测量信号有噪声或周期性扰动的系统，则不宜采用微分控制。4）比例积分微分控制规律（PID）：PID在比例的基础上引入积分可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合。8.P213：调节阀异向动作图示说明 调节阀异向动作的分程控制，即随着调节阀输入信号的增加或减小，调节阀开度按一

6、只逐渐开大，一只逐渐关小的方向动作。如图4-52所示9. 控制器参数的工程整定方法有哪些P167 动态性参数法、稳定边界法（临界比例度法）、阻尼振荡法（衰减曲线法）、现场经验整定法（凑试法）、极限环自整定法。10. 分程与选择性控制系统各自的特点P216 P212 选择性控制系统的特点：采用了选择器。选择器可以接在俩个或多个调节器的输出端，对控制信号进行选择，可以接在几个变送器的输出端，对测量信号进行选择，以适应不同生产过程的需要。 分程控制系统的特点：由一个调节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。11. Smith预估补偿器的数学模型P202 12. 串级系统避免“共振

7、效应”的条件P186 主副过程的时间常数应适当匹配，要求其时间常数之比在3到10的范围之内。这样，主副回路的工作频率和操作周期相差很大，其动态联系很小，可以忽略不计。13. 典型过程控制系统的基本组成 P4调节器、调节阀、对象、测量变送1) 被控对象：是过程控制系统需要控制的目标，是过程控制系统中的主体环节。2) 测量变送装置（检测元件和变送器）：用于检测被控变量，将检测信号转换为标准信号；3) 控制器：将检测变送环节输出的标准信号与设定值信号进行比较，获得偏差信号，并按一定控制规律对偏差信号进行计算，运算输送至执行器。4) 执行器：处于控制环路的最终位置，也成为“最终元件”。用于接收控制器的

8、输出信号，并控制操纵变量变化。14. 热电偶温度计工作原理p35 将两种不同材料的导体A,B组成一个闭合回路时，只要其两个接触点的温度不同，在回路中就产生电动势，对于热电偶的热电动势Et与被测温度t采取线性化措施，使变送器的输出信号与被测温度呈线性关系。即可由热电偶的电动势测出温度。15. 过程控制系统按给定值的分类P8 定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统16. 什么是自衡能力过程P12 过程在输入量作用下，其平衡状态被破坏后，无需人或机器的干预，依靠过程自身能力，逐渐恢复达到另一新的平衡状态，这种特性称为自平衡能力。17. 串级控制系统的结构框图与工作原理P181 1. 主回路为定值控

9、制系统，完成控制任务的细调任务。副回路为程序控制系统，完成控制任务的粗调任务。（以加热炉控制为例）当处在稳定工况时，被加热物料的流量和温度不变，燃料的流量与热值不变，烟囱抽力也不变，炉出口温度和炉膛温度均处于相对平衡状态，调节阀保持一定开度，此时炉出口温度稳定在给定值上，当扰动破坏了平衡工况时，串级控制系统变开始了其控制过程。 18. 一个完整控制系统的设计步骤P140 建立被控过程的数学模型、选择控制方案、控制设备选型、实验（和仿真）19. 力平衡式压力变送器的工作原理P57 外界被测压力作用在检测膜盒上时,检测膜盒移动,带动主杠杆以密封膜片为支点转动,主杠杆的另一端推动矢量板,在矢量板的作

10、用下带动副杠杆,差动线圈的动圈在副杠杆的带动下与差动线圈的定圈有相对运动,它们的磁通量发生的变化引起振荡器的频率发生变化,发生器根据变化的频率进行检波放大并变换成4-20mA的电信号输出.变送器的输出电流与被测压差成正比，从而实现压差与电流间的转换。20. 大滞后预估补偿基本原理P201 按照过程的特性预估出一种模型加入到反馈控制方案中，以补偿过程的动态性，即过程的纯滞后环节。21. 建立被控对象数学模型有几种方法？各有什么特点P11 P17 机理分析法建模：根据过程的内部机理，运用已知的定律，原理，建立过程的模型。其最大特点是生产设备还处于设计阶段就能建立其数学模型。 试验法建模：在实际的生

11、产过程中，根据过程输入、输出的实验数据，即通过过程辨识与参数估计的方法建立被控过程的数学模型，其与机理分析法相比较，试验法建模的主要特点是不需要深入的了解过程的机理。 最小二乘法建模：基本出发点是在获得过程或系统的输入、输出数据后，希望求得最佳的参数值，以使系统在最小方差意义上与输入、输出数据相拟合，采用实际观察值代替模型的输入。它是一种过程离散时间模型的建模方法。22. 执行器的主要作用P112 在一个过程控制系统中，执行器接受调节器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移，来改变阀芯与阀座间的流通截面积以控制流入或流出被控过程的流体介质的流量，从而实现对过程参数的控制。23. 执行器按工作

12、原理可分为几类？每一类的特点是什么？P112 气动执行器：结构简单，动作可靠，维修方便，价格便宜，适用于防火防爆等场合电动执行器：动作迅速，信号便于远传，并便于与计算机配合使用。但是它不适用于易燃易爆等生产厂合。液动执行器：液动执行器的调节精度高、响应速度快，能实现高精确度控制。用于大型场合。24. 过程控制的定义P1 根据工业生产过程的特点，采用测量仪表，控制执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产控制自动化。25. 最小二乘法参数估计的基本原理P29 从符合要求的模型中找出这样一个模型，即在这个模型中过程参数向量的估计值能使模型误差尽可能的小，就是

13、要求估计出来的参数使得观察方程组的残差平方和最小。26. 过程建模的主要目的P11 1.设置过程控制系统和整定调节参数。2.指导设计生产工艺设备。3.进行仿真实验研究。4.培训运行操作人员。27. 过程控制系统的特点P3 1.连续生产过程的自动控制。2.过程控制系统由过程检测、控制仪表组成。3.被控过程是多种多样的、非电量的。4.过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制。5.过程控制方案十分丰富6.定值控制是过程控制的一种常用形式28. 调节器的作用与P、PI、PID调节的特点 调节器的作用：将生产过程参数的测量值与给定值进行比较，得出偏差后根据一定的调节规律产生输出信号推动执行器消除

14、偏差量，使该参数保持在给定值附近或按预定规律变化的控制器1）比例控制规律（p）：采用怕p控制规律能很快的的克服扰动的影响，使系统稳定下来。但有余差。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。2）比例积分控制规律（PI）：在工程上比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。积分能消除余差，它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。3）比例微分控制规律（PD）：微分具有超前作用，对于具有容量滞后的控制通道，引入微分控制规律（未分时间得当）对于改善系统的动态性能指标，具有显著的效果，因此对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的

15、场合，为了提高系统的稳定性，减小动态偏差等可以选用比例微分控制规律，如温度或成分控制，但对于纯滞后较大，测量信号有噪声或周期性扰动的系统，则不宜采用微分控制。4）比例积分微分控制规律（PID）：PID在比例的基础上引入积分可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合。 29.何为分程控制P212 由一个调节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。30. 控制方案设计的主要内容P142 1.过程控制系统的性能指标。2.被控参数的选择。3.控制参数的选择。31. 当控制参数多于一个时，由过程扰动通道动态特性的分析控

16、制参数选择原则P146 1.扰动通道的时间常数Tf愈大，容积愈多，则扰动对被控参数的影响也愈小，控制量也愈好。2.干扰通道存在纯时间滞后时，理论不影响控制质量，仅使被控参数的响应时间比无滞后存在时推迟了f值。3.扰动位置对扰动f起着滤波作用，所以扰动引入系统的位置离被控参数愈近时，则对其影响愈大；相反，当扰动离被控参数愈远时，则对其影响愈小。32. 前馈控制系统的完全补偿条件P191 1.前馈模型Wm(S)可以准确获得。2.Wm(S)在工程上可以实现。3.除了可控不可测的扰动无其它扰动。33.PID调节器中比例系数、积分时间常数、微分时间常数的大小对系统控制效果有何影响1） 比例系数Kp越大，

17、系统反应越灵敏，过度过程越快，但稳定性下降；积分没那时间Ti越大，能克服容量和测量滞后，但对突变信号反应过猛；微分时间Td越小，消除静差越快，但稳定度下降，振荡加强。34.从静态特性角度分析扰动通道和控制通道参数选择的一般原则P145 扰动通道静态放大系数Kf愈大，则系统的稳态误差也愈大，这表示在相同的阶跃扰作用动下，将使被控参数偏离给定值愈大，显著地降低控制质量。控制通道的静态放大系数K0愈大，表示控制作用愈灵敏，克服扰动的能力愈强，控制效果与显著。因此，确定控制参数时，使控制通道的放大系数K0大于扰动通道的放大系数Kf是合理的，当这一要求不能满足时，可通过调节Kc的值来补偿，是K0Kc值远

18、大于Kf.35. 写出两种PID的改进方法并分析其控制原理P161（1）积分项的改进积分分离抗积分饱和消除积分不灵敏。（2）微分项的改进偏差平均测量值微分先行36. 控制方案的设计核心 控制方案设计是系统设计的核心。若控制方案设计不正确，则无论选用何种先进的过程控制仪表或计算机系统，其安装如何细心，都不可能使系统在工业生产过程中发挥良好的作用，甚至系统不能运行。37. 液位过程建模推导 （1）单容过程：单容过程是指只有一个贮蓄容量的又具有自平衡能力的过程。 q1-q2=A 将式变成增量形式q1-q2=A=C q2= 或R2= 将 式进行拉氏变= T0 液位过程时间常数 ， K0 液位过程的时间

19、常数，K0=R2 C液位过程的容量系数（2）多容过程：在工业生产过程中，被控过程往往由多个容积和阻力构成的过程称为多容过程 双容过程： H2（s）1/C2s1/R21/C1s Q1(s) H1(s） Q2(s） + 1/R3 Q3(s） -根据上述公式的拉氏变换，画出框图双容过程数学模型为式中T1-第一只水箱的时间常数，T1=R2C1; T2-第二只水箱的时间常数，T2=R3C2; K0-过程的放大系数，K0=R3;C1、C2-分别为两只水箱的容量系数。1. 非自衡过程建模（1）单容过程： 传递函数： (2) 多容过程： 传递函数：38.时域分析法建模中，已知试验曲线，如何采用计算法确定过程特

20、性参数、？P19（1）静态放大系数K0=    (2)时间常数T 在曲线上取上两个点求得T1,T2求出平均值T与。39.前馈-反馈复合系统实现前馈作用的完全补偿条件40.简单系统方案设计中控制参数选择的原则 过程控制通道的放大系数K0要适当大一些是因为静态放大系数K0越大，系统的静态偏差值就越小，控制作用越灵敏，克服扰动的能力越强，控制效果越好； 时间常数T0要适当小一些是因为控制通道时间常数大小反映了控制变量克服干扰对被控参数影响的快慢程度，若控制通道时间常数太大，控制变量的控制影响缓慢，对被控参数的偏差校正不及时，动态偏差大，系统过渡时间长

21、，控制品质差。因此，在控制系统设计时，要求控制通道时间常数小一些，使被控参数对控制变量的反应灵敏，控制及时，从而获得良好的控制品质； 扰动通道的Kf应尽可能小是因为干扰通道的静态放大系数越大，外部扰动对被控参数的影响越大，所以Kf越小越好; Tf要大是因为f(t)产生最大动态偏差随着Tf的增大而减少，系统控制品质提高。41. 根据纯滞后时间和过程时间常数进行控制规律选择的原则P147 时间常数的大小反应了控制作用的强弱，反应了控制器的矫正作用克服扰动对被控参数的影响的快慢。时间常数太大，则控制作用太弱，控制不能及时，系统过渡时间过长，控制质量下降，若时间常数太小，虽控制作用强、控制及时，克服扰动影响快，过渡过程时间短，但易引起系统震荡，使系统稳定性下降，亦不能保证控制质量。所以时间常数要适当小一点，使其矫正及时，又