过程控制复习资料

过程控制复习资料过程控制复习资料过程控制复习资料过程控制系统课后习题解答（不完好版注：红色为未作答题目）1.1过程控制系统中有哪些种类的被控量？答：被控量在工业生产过程中体现的物流性质和操作条件的信息。如：温度、压力、流量、物位、液位、物性、成分。1.2过程控制系统有哪些基本单元组成？与运动控制系统有无差异？答：被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他零件组成。过程控制系统中的被控对象是多样的，而运动控制系统是某个对象的详细控制。1.3简述计算机过程控制系统的特点与发展。答：特点：被控过程的多样性，控制方案的多样性，慢过程，参数控制以及定值控制是过程控制系统的主要特点。发展：二十世纪六十年月中期，直接数字控制系统（DDC），计算机监控系统（SCC）；二十世纪七十年月中期，标准信号为4~20mA的DDZⅢ型仪表、DCS、PLC；八十年月以来，DCS成为流行的过程控制系统。1.4衰减比η和衰减率Ψ能够表征过程控制系统的什么性能？答：二者是权衡震荡过程控制系统的过程衰减程度的指标。1.5最大动向误差与超调量有何异同之处？答：最大动向误差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最后稳态值的最大误差量，一般表现在过渡过程开始的第一个波峰，最大动向误差站被控量稳态值的百分比称为超调量，二者均可作为过程控制系统动向正确性的权衡指标。2.2平常描绘对象动向特点的方法有哪些？答：测定动向特点的时域方法；测定动向特点的频域方法；测定动向特点的统计有关方法。2.4单容对象的放大系数K和时间常数T各与哪些因素有关，试从物理见解上加以说明，并讲解K，T的大小对动向特点的影响？答：T反应对象响应速度的快慢，T越大，对象响应速度越慢，动向特点越差。K是系统的稳态指标，K越大，系统的敏捷度越高，动向特点越好。2.5对象的纯滞后时间产生的原因是什么？答：由于扰动发生的地点与测定被控参数地点有一段距离，产生纯滞后时间。附：常有的过程动向特点种类有哪几种？各可经过什么传达函数来表示？答：（1）单容对象动向特点（有自平衡能力），用一阶惯性环节表示传达函数G(s)K；（2）无自平衡能力s1编写版word单容对象的动向特点，传达函数用一个积分换届表示G(s)11；（3）拥有纯TasK延缓的单容对象特点，多了一个延缓因子e0s表示传达函数G(s)e0s；（4）Ts1多容对象的动向特点（拥有自平衡能力），传达函数K其中T1,T2,T3,...Tn为n个互相独立的多容对G(s)T1s1T2s1T3s1T4s1...Tns1象的时间常数，总放大系数为K；（5）无自平衡能力的双容对象，传达函数为一个积分环节与一个一阶惯性环节之积，G(s)1g1，关于多容对象，Ts1Tas如有纯延缓则近似于单容对象，传达函数多一个延缓因子e0s；（6）互相作用的双容对象，G(s)12(R1C1R2C2R2C1)s1R1C1R2C2s3.1简述流量检测的基根源理，流量的测量与哪些因素有关？答：在管道中流动的流体拥有动能和位能，并在必然条件下这两种形式的能量能够互相变换，但参加变换的能量总和是不变的，利用节流元件进行流量检测是鉴于此原理；流量的测量与流量系数、可膨胀系数、节流装置开孔截面积，流体流经节流元件前的密度、节流元件前后压力差有关。3.2简述流量调治中调治阀的几种理想特点。答：①当调治阀两头压差不变时，阀的可调比称为理想可调比RQmax，其中Qmax是调治阀可控的上限值，QminQmin是调治阀可控的下限值，R是理想可调比，理想可调比是调治阀的一个重要特点。②理想流量特点是阀前后压差保持不变的特点，主要有直线、对数、抛物线、快开等。直线流量特点dQrK，对数流量特点dQrKQr，抛dLrdLr物线流量特点dQrKQr，快开流量特点dQrfLrK(1Lr)。附1被控变量与dLrdLr控制变量选择的原则有哪些？答：原则以下①选择对控制目标起重要影响的输出变量作为被控变量②选择可直接控制目标质量的输出变量作为被控变量③在以上前提下，选择与控制（或操作）变量之间的传达函数比较简单，利用动向和静态特点较好的输出变量作为被控变量④有些系统存在控制目标不能测的情况，则可选择其他能够可靠测量，且与控制目标有必然关系的输出变量作为协助被控变量。附2调治阀理想流量特点有哪几种，各有什么特点？编写版word4.1P.I.D控制规律各有何特点？其中，哪些是有差调治，哪些是无差调治？为了提高系统的牢固性，除去控制系统的误差，应采用哪些调治规律？答：P控制是有差调治，作用速度快，但最后平衡，达到牢固状态；I控制是无差调治，超调量大，不如P控制牢固；D控制是有差调治，有余差，只与偏差变化速度有关。应采用PI调治规律或PID调治规律以除去控制系统的误差和提高系统牢固性。4.2试总结调治器P、PI、PD动作规律对系统控制的影响。4.3什么是积分饱和？惹起积分饱和的原因是什么？怎样除去？答：拥有积分作用的调治器，只需被调量与设定值之间有误差，其输出就会不停的变化，当误差向来保持一个方向时，调治器的输出u将因积分作用的不停累加而增大，进而使履行机构达到极限地点Xmax，此后只管u还在增大，但履行机构已不再动作，这种现象称为积分饱和，原因也在于此。除去积分饱和的常用方法有①限制PI调治器的输出在规定范围②积分分别法，即人为设定一个限值，在PI调治器的输出高出某一限值时，改用纯P控制③遇限削弱积分法，即人为设一限制，当控制输出大于该限准时，只累加负误差，反之亦可。4.4一个控制系统，在比率控制的基础上分别增加①适合的积分作用；②适当的微分作用。试问：（1）这两种情况对系统的牢固性、最大动向误差、余差分别有何影响？（2）为了获得同样的系统牢固性，应怎样调整调治器的比率带δ？说明原因。答：（1）情况①牢固性下降，最大动向误差增加，余差除去；情况②牢固性加强，最大动向误差减小，余差减小。（2）PI下：u1e1tedtPD下：u1eTDdeTIodtδ增大可获得同样的系统牢固性。4.5微分动作规律对战胜被控对象的纯延和缓容积延缓的收效怎样？对战胜外扰的收效又怎样？答：微分动作规律对战胜被控对象纯延缓无效，对容积延缓收效较好，微分动作对外扰有放大作用，关于战胜外扰的收效较差。4.6增大积分时间对控制系统的控制质量有什么影响？增大微分时间对控制系统的控制质量有什么影响？4.7某电动比率调治器的测量范围为100~200℃，其输出为0~100mA。当温度从140℃变化到160℃时，测得调治器的输出从3mA变化到7mA。试求出编写版word该调治器比率带。解：e/emaxemin100%(160140)/(200100)500%。4.14u/umaxumin(73)/(100100%0)什么是数字PID地点型控制算法和增量式控制算法？答：地点式PID控制算法：u(k)KPe(k)Tke(j)TDe(k)e(k1)TIj0T增量式PID控制算法：Vukukuk1KPekek1KIekKDek2ek1ek24.15为什么在计算机控制装置中平常采用增量式控制算法？答：地点式PID控制算法带来的问题对e(k)的累加增大了计算机的储藏量和运算的工作量,u(k)的直接输出易造成履行机构的大幅度动作,有些应用途合要求增量式u(k)。因此在计算机控制装置中平常采用增量式控制算法。4.16简述积分分别PID算法，它与基本PID算法的差异在哪里？答：控制误差较大时，取消积分作用，以减小超调；控制误差较小时，再恢复积分作用，以除去余差。无积分分别算法的输出曲线有较大的超调量，而积分分别PID算法输出曲线超调量较小。4.17数字PID控制中采样周期的选纲要考虑哪些因素？答：给定值的变化频率，被控对象的特点，履行机构的种类，控制的回路数n。TTjj1附1PID参数整定方法有哪些？各自有何特点？过程是什么？答：①动向特性参数法：这是一种以被控对象控制通道的阶跃响应为依照，经过一些经验公式求取调治器最正确参数整定值的开环整定方法。使用方法的前提是，广义被控对象的阶跃响应可用一阶惯性环节加纯延缓来近似G(s)Kes则做实Ts1验得对象参数K、T、τ，再依照Z—N调治器参数整定公式求取PID参数。②牢固界线法。鉴于纯比率控制系统临界振荡试验所得数据，即临界比率带pr和临界振荡周期Tpr，利用一些经验公式，求取调治器最正确参数值。过程如下：置调治器积分时间TI到最大值（TI），微分时间TD0，比率带δ置较大值，使控制系统投入运行。待系统运行牢固后，渐渐减小比率带，直至系统出现等幅振荡，即所谓临界振荡过程，记下此时比率带pr，计算两波峰时间Tpr。利用依照牢固界线法给出的计算公式，求取调治器各整定参数δ，I，D。TT③衰减曲线法：也是闭环整定方法，整定的依照同牢固界线法，也是纯比率调治下的试验数据，不同样的可是这里的试验数据来自系统的衰减振荡，且衰减比特定(平常为4:1或10:1)，此后就与牢固界线法同样，也是利用一些经验编写版word公式，求取调治器相应的整定参数。④经验整定法：依照经验先选一组控制器参数，将系统投入运行依照运行情况，依经验调整PID参数。5.1什么是串级控制系统？请画出串级控制系统的原理方框图。答：所谓的串级控制系统，就是采用两个控制器传亮工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去控制控制阀，进而对主控变量拥有更好的控制收效。5.2试举例说明串级控制系统战胜搅乱的工作过程。答：以隔焰地道窑温度——温度串级控制系统为例说明以下：控制阀选择“气开”方式。两个控制器都选择“反”作用方式。①当只存在二次搅乱时，系统只收到来自燃料压力颠簸的搅乱，比方燃料压力颠簸的搅乱，比方燃料压力高升，这时只管控制阀门开度没变，可是燃料的流量增大了，惹起焚烧室温度T2高升，经副温度检测变送后，副控制器接受的测量值增大。依照副控制器的“反”作用，其输出将减小，“气开”式的控制阀门将被关小，燃料流量被调治回牢固状态。②当只存在一次搅乱，系统只碰到来自窑车速度搅乱，比方窑车的速度加速，必然致使窑道中烧成带温度T1的降低，关于主控制器来说，其测量值减小，由于主控制器的“反”作用，它的输出必然增大，副控制器的设定值增大了。等效于副控制器设定值不变，而测量值减小，控制器“反”作用，其输出将增大，“气开”式控制编写版word阀增大，使窑内烧成带温度回开为设定值。关于一次、二次搅乱同时存在，主副控制器共同调治。5.3串级控制系统与单回路控制系统对照有什么特点？答：（1）由于副回路的存在，减小了对象的时间常数，缩短了控制通道，使控制作用更为实时。（2）提高了系统的工作频次，使振荡周期减小，调治时间缩短，系统的迅速性加强了。（3）对二次搅乱拥有很强的战胜能力，对战胜一次搅乱的能力也有必然的提高。（4）对负荷或操作条件的变化拥有必然的自适应能力。5.4串级控制系统的副变量选择原则有哪些？答：（1）应使主要的和更多的搅乱落入副回路中。（2）应使主副对象的时间常数般配。（3）应试虑工艺上的合理性、可能性、经济性。5.7串级控制系统多用于哪些场合？答：凡是由单回路控制系统能够知足过程控制要求时，就不用采用串级控制系统。在以下场合应用串级控制系统：①战胜变化强烈和幅度大的搅乱②战胜对象的纯滞后③战胜对象的容量滞后④战胜对象的非线性⑤自校正设定值。6.1比值控制系统的构造形式有哪几种？对应的工艺流程图和原理方框图怎样画？工作过程各怎样？答：（1）开环比值控制系统：工作过程：稳态时，两物料流量知足Q2=KQ1的关系；当主动量Q1由于碰到搅乱而发生变化时，比值器依照Q1，对设定值的误差情况，按比率去改变控制阀的开度，使从动量变化Q2，与变化后Q1保持原比率，但当Q2受外界搅乱发生颠簸时，Q1，Q2比率碰到损坏。（2）单闭环比值控制系统编写版word工作过程：稳态下，两物料知足Q2=KQ1的比值关系。当主动量不变时，比值控制器的输出不变，此时从动量回路是一个定值控制系统；若是从动量Q2碰到外界搅乱发生变化时，经过从动量回路的控制作用，把变化了的Q2再调回到稳态值，进而保持了Q1，Q2的比值关系；当主动量碰到搅乱发生变化时，比值器经过比率运算输出也发生了变化。从动量回路是一个随动控制系统，它将使从动量Q2随主动量Q1的变化而变化，使Q1Q2仍保持原来的比值关系。3）双闭环比值控制系统工作过程：当主动量碰到搅乱发生颠簸时，主动量回路对其进行定值控制，进而使主动量向来牢固在设定值周边，而从动量回路是一个随动控制系统，主动量Q1变化时，经过比值器输出使从动量控制器设定值改变，使Q2随Q1变化而变化；当从动量Q2碰到搅乱，和单闭环比值控制系统同样经过从动量的调治，使从动量牢固在比值器输出值上。（4）变比值控制系统6.2主、从动量的选择原则是什么？答：在实质生产中，若是一个流量是可控的，另一个流量是不能控的，能够组成单闭环比值控制系统，不能控的流量作为主动量Q1，可控的流量作为从动量Q2.若是二者均可控，可组成双闭环比值控制系统。选择原则以下：（1）分析两物料的供给情况，将有可能供应不足的物料流量作为主动量，供给充分的物料流量作为从动量。（2）将对产生负荷起重点作用的物料作为主动量。（3）从安全角度出发，分析两种物料流量分别在失控下，必定保持比值必然情况下的物料流量作为主动量。6.7设置平均控制的目的是什么？平均控制系统有哪些特点？答：目的：使两个有关系的被控变量在规定范围内迟缓地，平均地变化，使前后设施在物编写版word料的供求上互相兼顾，平均协调。特点，①两个被控变量都应当是变化的②两个被控变量的调治过程都应当是迟缓的③两个被控变量应在工艺赞同的操作范围内。6.8怎样对平均控制系统进行参数整定？答：比率度要宽、积分时间要长，经过“看曲线”，“整参数”，使液位和流量达到平均协调的最后目的。主要原则是一个“慢”字。平均控制系统要整定的控制器是一个，可依照单回路控制系统的整定方法进行。6.9分程控制有哪些用途？怎样解决两个分程信号连结处流量特点的折点现象？答：用途：①分程控制用于扩大控制阀的可调比②知足工艺上的特别要求。解决方法：为了使总流量特点达到平稳过渡，可采用以下方法：（1）两个线性流量特点的阀并联分程使用本法是先依照单个分程阀的特点搜寻组合后的总流量特点，再依照单个分程阀的特点与组合总流量特点的关系找出响应的分程点，确定各分程阀的分程信号。（2）两个对数流量特点的阀并联分程使用若是使用两个对数流量特点的阀进行并联分程，收效要比两个线性阀分程好得多。6.10设置选择性控制的目的是什么？有哪些种类？答：目的：起自动保护作用，是一种“软保护”举措。分类：依照选择器在控制回路中的地点可分为两类，一类是选择器接在控制器与履行器之间，另一类是选择器接在变送器与控制器之间。依照选择性控制系统中被选择的变量性质，也可分为以下三类：1、对被控变量的选择性控制系统2、对控制变量的选择性控制系统3、对测量信号的选择。7.1前馈控制与反应控制各有什么特点？在前馈控制中，怎样达到全补偿？静态前馈与动向前馈有什么联系和差异？答：（1）反应控制~按被控量的偏差进行控制，即控制器的输入是被控量的误差。因此，反应控制作用时期系统是偏离设定值的，即被控量是受扰动影响的。前馈控制~按扰动量的变化进行控制，即控制器的输入是扰动量。“前馈”的意思：依照扰动量的大小（而非被控量反应后获得的误差）来直接改变控制量，以抵消或减小扰动对被控量的影响。（2）确定前馈控制器的控制规律。（3）静态前馈的输出是输入信号的函数，而与时间没关，动向前馈能够很好地补偿动向误差，不只保证了系统的静态误差等于或凑近0，而且保证系统动向误差等于或凑近0.当被控对象的控制通道和搅乱通道同样，动向前馈补偿器的补偿作用相当于一编写版word个静态放大系统，静态前馈控制可是动向前馈控制的特例。7.2前馈控制有哪些构造形式？在工业控制中为什么很少独自使用前馈控制，而采用前馈-反应控制系统？答：构造形式有静态前馈控制；动向前馈控制；前馈-反应控制；前馈-串级控制。纯真的前馈控制只能对指定的扰动量进行补偿；对指定的扰动量，由于环节或系统数学模型的简化、工况的变化以及对象特点的漂移等，也很难实现完好补偿。前馈—反应控制前馈控制器用来除去主要扰动量的影响；反应控制器则用来除去前馈控制器不精准和其他不能测搅乱所产生的影响。8.1常用的解耦设计方法有哪几种？试说明其优缺点。答：①前馈补偿解耦法：经分析：若对扰动量能实现前馈补偿全解耦，则参照输入与对象输出之间就不能够实现解耦。因此，独自采用前馈补偿解耦一般不能够同时实现对扰动量以及参照输入对输出的解耦。②反应解耦法：在反应解耦系统中，解耦器平常配置在反应通道上，而不是配置在系统的前向通道上。反应解耦方式只采用P规范解耦构造，但被控对象能够使P规范构造或V规范构造，能够实现完好解耦。③对角阵解耦法：对角阵解耦设计是一种常有的解耦方法。它要求被控对象特点矩阵与解耦环节矩阵的乘积等于对角阵。关于两变量以上的耦合系统，经过近似的矩阵运算就能求出解耦器的数学模型。但变量越多，解耦器的模型越复杂，解耦器实现的难度越大。④单位阵解耦法：单位阵解耦设计是对角阵解耦设计的一种特别情况。它要求被控对象特点矩阵与解耦环节矩阵的乘积等于单位阵。除了能获得优秀的解耦收效外，还能够提高控制质量，减小动向误差，加速响应速度，缩短调治时间。附1：常用减少、除去耦合的方法:提高调治器增益采用变量的最正确配对采用解耦控制9.3与9.4略编写版word12.1集散控制系统产生的原因是什么？为什么集散控制系统能获得宽泛应用？答：控制系统的发展历史实质上经历了一个由控制分别、管理分别，控制集中、管理集中到控制分别、管理集中的过程。集散控制系统的应用大幅度地提高了生产过程的安全性、经济性、牢固性和可靠性。它有好多优点：1、适应性和扩展性好；2、控制能力强；3、人机联系手段较为先进；4、可靠性好；5、可维修性好；6、安装花