过程控制复习重点

1、过控复习重点第一章1过控的定义：过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动化。2过程控制的特点：连续生产过程的自动化过程控制系统由过程检测、控制仪表组成 被控过程是多种多样的、 非电量的过程控制的控制工程多属慢过程、而且多半为参量控制过程控制方案十分丰富定值控制是过程控制的一种常用形式3过程控制系统的组成：测量元件、变送器、调节器、调节阀（过程检测控制仪表）和被控 对象4过程控制的分类：按过程控制系统的结构特点分反馈控制系统前馈控制系统前馈一 反馈控制系统按给定值信号的特点分定值控制系统程序控制系统随动控制系统5过程控制的任务在了解、熟悉、掌握生产

2、工艺流程与生产过程静态和动态特性的基础上， 根据工艺要求，应用控制理论、现代控制技术，分析、设计、整定过程控制系统。第二章1过程的数学建模：是设计过程控制系统，确定方控制案、分析质量指标、整定调节器参数 等等的重要依据。2建模的目的：设计过程控制系统和整定调节器参数指导设计生产工艺设备进行仿真实验研究培训运行操作人员3被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道4控制作用与被控量之间的信号联系称为控制通道5建模的方法：机理分析法建模实验法建模最小二乘法建模6自衡建模（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。传递函数：KoWo(s)T os + 1（2）多容过程：

3、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传递函数：Wo(s)(s + 1)(T2s+1)7. 非自衡过程建模（1）单容过程:传递函数：Wo(s)Tas（2）多容过程:传递函数：Wo(S)-TaS (Ts +1)8最小二乘法的基本原理：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，以使系统方程在最小方差意义上与输入、输出数据相拟合，采用实际观察值替代模型的输出y(k) + aty(k _1) + a2y(k _2)十+any(k _ n)二 biu(k _1)：卜 b2U(k_2)亠-亠 bnU(k_ n) e(k)从上式所示的一类模型中找出过程

4、参数向量的估计值，能使模型误差尽可能小的模型。即估计出来的参数能使方程组误差平方和最小：n -1 -2n.2T 1J 二 e (k) = e emink=n 19两点法建模步骤第一，求过程的静态放大系数K 0；第二，、T2可根据阶跃响应曲线上的两个点的位置来确定1) 作y(t)稳态值的渐近线y( a)2) 读取曲线上y(t1)所对应的时间t1值3) 读取曲线上y(t2)所对应的时间t2值t1 +t24) 运用如下公式计算 T1、T2,即T12.16T 2t1t1 ：1.74-0.55 ( 0.32 一 0.46) (T1 T2)t2t2第三章1. 过程控制系统设计步骤：建立被控过程的数学模型选

5、择控制方案控制设备选型实验和仿真2. 热电偶工作原理：利用导体或半导体的热电效应，将温度的变化转换成电动势的变化。即:当两种不同材料的导体或半导体A、B连接成一个闭合回路时，只要两连接点温度不同，回路中就会产生热电动势，并产生电流。3. 执行器热电偶保持冷端温度的方法：补偿导线法、冰浴法、补偿电桥法、计算法4. 执行器的分类：电动执行器、气动执行器、液动执行器5. 常用压力检测器有哪些：弹性式压力表和电气式压力表液柱式压力表、活塞式压力表6. 常用压力检测器分类方法：根据弹性元件受力变形原理、根据流体学原理、根据液压机传 递原理、将压力转化为电势等电量的原理7. 调节阀的理想流量特性及其方程：

6、8. 力平衡式压力传感器的工作原理：差压变送器式根据力平衡原理工作的。被测压差经膜片转换成作用于主杠杆下端的一个向左的推力F,使主杠杆以密封膜片为支点作顺时针方向偏转，以力F1沿水平方向推动矢量机构。矢量机构是一个角度可变的力分解器，将F1分解成F2和F3。F3消耗在支点上，F2使矢量机构的推板向上移动，带动副杠杆以M为作支点逆时针方向偏转，这样使固定在副杠杆上的检测片向检测变压器靠近，从而减小磁路气隙，使检测变压器输出增加，并通过放大器放大为 420mA的直流电输出。同时此电流通过反馈 圈，产生电磁反馈力，此力的方向与测量力F相反，故称为反馈力。当反馈力矩与测量力矩平衡时，则变送器的输出电流

7、与被测压差成正比，从而实现压差与电流间的转换。9. 温度变送器的工作原理：第四章1. PID理想传递函数2. P、PI、PD、PID具体物理意义：比例控制规律P:采用P控制规律能较快地克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余 差。比例积分控制规律 PI:在工程上应用最广泛，积分能消除余差，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。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，能有效改善系统的动态性能指标。对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合，如温度或成分控制，选用比例微分控制规律可以提高系统的稳定性，减小动态偏差。比例积分微分控制规律 PI

8、D: PID控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基础 上引入积分，可以消除误差，再加入微分作用，提高系统的稳定性。适用于控制通道时间常 数或容量滞后较大、控制场合。3. 模拟位置型PID算式与增量型 PID算式的推导及优缺点：在模拟过程控制中，PID控制算式为u(t)匸Kce(t) t1 e(t)dt TDde®k将积分与微分项分别改写成差分方程：.e(t) dt、Te(j)j=oe(k-1)de(t) e(k)-e(k-1)&dtTT:采样周期 K :采用序号，K=0,1,2,、e(k)-第(k-1)和第k次采样所得的偏差信号可得数字PID算式:T KTdu(k)二

9、Kce(k)e( j)e(k)-e(k1)Ti “Tu(k):第k时刻的控制输出位置型PID算式：T KTdu(k)二 KCe(k)e( j)e(k)-e(k -1)Ti jtT增量型PID算式:u(k -1) =Kce(k -1) T：4e(j) TD e(k -1)-e(k-2)Ti j曲T-得：u(k) =Kce(k) e(k -1) Kie(k) KDe(k) 2e(k -1) e(k 2)K c：比例增益 Ki :积分增益K D微分增益位置型PID算式的优点：数字 PID控制器的输出u(k)通常都送给D/A转换器；缺点： 算式不够方便，因为要累加偏差e(j)，不仅要占用较多的存储单元

10、，而且不便于编程序。增量型PID算式的优点：编程序简单，占用存储单元少，运算速度快；缺点：4. PID的改进：(1)积分项的改进积分分离抗积分饱和消除积分不灵敏区(2)微分项的改进偏差平均测量值微分先行第五章1. 过程控制系统的性能指标：(1 )系统阶跃响应性能指标余差(静态偏差)衰减率最大偏差A (或超调量6)过渡过程时间ts ( 2)偏差积分性能指标偏差绝对值积分J = 0e(t) dtT min偏差绝对值与时间乘积德积分 J =讥|e(t)dt |t min偏差平.=.： 2 :；： 2方值积分J = ° e (t)dtr min时间乘偏差平方积分 J =。te (t)dtr

11、min2. 偏差积分性能指标的定义及物理意义3. 控参数选测的一般原则：答：控制通道放大系数K0要适当大一些，时间常数T0要适当小一些，纯滞后t 0越小越好扰动通道放大系数 Kf要尽可能小，时间常数Tf要大一些, 扰动作用点位置要远离被控量的检测点过程本身存在多个时间常数时，应尽量设法使他们越错开越好控制量应具有可控性，工艺操作合理性，经济性。4. 控制器参数整定方法动态特性参数法稳定边界法阻尼振荡法现场经验整定法极限环自整定法第六章1. 串级控制系统的工作原理：(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

12、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。2. 串级控制系统的框图X%柬肛百由纲悴劇妥轎前嚳越握閑3. 串级控制系统的特点：改善被控对象过程的动态特性大大增强了对二次扰动的克服能力对一次扰动有较好的克服能力4. 主副回路的工作特点及作用 ：主回路具有后调、 细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。因此,在串级控制系统中，由于主、畐咽路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作

13、用，大大提高 了控制质量。5. 怎样避免主副回路控制效应6. 大滞后预估补偿的工作原理，理论推导和框图Smith 预估补偿控制是克服纯滞后的一个有效的控制方法。其基本原理是与控制器 Wc(s)并联接一个补偿环节，用来补偿被控对象中的纯滞后部分。这个补偿环节称为预估器。其传递函数为W (s)=Wo(s)(1-es)单回路系统闭环传递函数为:丫 (s)X (S )Wc(s)W°(s)es1 W c(s)W °(s)e s(1) Smith预估器原理图:输出给定值的闭环传递函数:Wc(s)Wo(s)erY (s)1(1 - 厂 s)Wc(s)W°(s)X (S)(s)W

14、° (s)esWc(s)Wo(s)_se1 Wc(s)Wo(s)1(1 - 厂 s)Wc(s)W°(s)二 W1(s) s由此可见，经预估补偿，其特征方程已消去e=s，及消除了纯滞后对系统控制品质的不利影响。WC(S)一町(5>严耶)4、分程与选择的特点？答：分程控制特点：将两个调节阀当作一个调节阀使用，可扩大其调节范围，改善其特性，提咼控制质量。选择性控制系统的特点：采用了选择器，可适应不同生产过程的需要。5、前馈工作的特点，对于复杂的被控系统，要求会写前馈控制器？答：特点前馈控制器是基于扰动来消除对被控量的影响对抑制量由于扰动引起的动、静态偏差比较有效前馈控制属于开环控制只适用于克服可测不可控的扰动，而对系统中的其它扰动无抑制作用前馈控制器的控制规律，取决于被控对象的特性。V(y)4-12 前馈控制系统框图图1-12 前馈控制系统框图Wm(s):前馈控制器Wf(s):扰动通道传递函数Wo(s):控制通道传递函数F(s):扰动由图可得：丫(s)=Wf(s)F(s)+Wm(s)Wo(s)F(s)故 Y(s) / F(s)=Wf(s)+Wm(s)Wo(s)要使 丫(s) / F(s)=0，贝U前馈控制器模型：