过程控制系统复习题

1、1.过程控制仪表的分类及特点 按结构形式分类 ： （1）单元组合式仪表（2）基地式仪表（3）集散型计算机控制系统（4）现场总线控制系统 2.热电偶的冷端温度补偿（1）为什么要冷端温度补偿？答：热电偶检测温度时，由于产生的热电偶不仅与热端温度有关，也与冷端温度有关，因此需要进行冷端温度补偿；（2） 如何补偿？答：有4种方法：计算法、冰浴法、机械调零法、补偿电桥法。冰浴法：将热电偶的冷端放入冰水混合物中，使冷端温度保持0。补偿电桥法：利用直流不平衡电桥产生的电势来补充热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化。3执行器的作用及分类作用：控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。

2、分类：根据执行机构使用的能源种类，执行器可分为气动、电动、液动三种。4. 气开和气关气开阀：在有信号压力输入时阀打开、无信号压力时阀全关气关阀：在有信号压力时阀关闭，无信号压力时阀全开 从控制系统角度出发，气开阀为正作用，气关阀为反作用正作用执行机构：当输入气压信号增大时，阀杆向下移动反作用执行机构：当输入气压信号增大时，阀杆向上移动5.选择气开、气关的原则基本原则：根据安全生产的要求选择调节阀的气开和气关(1)考虑事故状态时人身、工艺设备的安全。当过程控制系统发生故障（如气源中断，控制器损坏或调节阀坏了）时，调节阀所处的状态不致影响人身和工艺设备的安全。(2)考虑事故状态下减少经济损失，保证

3、产品质量。(3)考虑介质的性质。对装有易结晶、易凝固物料的装置，蒸汽流量调节阀需选用气关式，一旦事故发生，使其处于全开状态，以防止物料结晶、凝固和堵塞给重新开工带来麻烦，甚至损坏设备。6. 调节阀的理想流量特性调节阀的流量特性：是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系，即：理想流量特性：在阀前后压差为一定的情况下（Dp=常数）得到的流量特性。工作流量特性：调节阀前后压差变化时的流量特性。 7. 四种不同理想流量特性取决于阀芯的形状。不同的阀芯曲面得到不同的理想流量特性：（1） 直线流量特性调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是一个常数。数学表达式

4、：特点：直线流量特性调节阀在小开度时，控制作用强，易产生振荡；大开度时，调节缓慢，不够及时。 （2） 对数流量特性单位相对行程的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系。数学表达式：特点：从过程控制工程来看，利用对数（等百分比）流量特性是有利的。调节阀在小开度时，调节阀的放大系数小，控制平稳缓和；调节阀在大开度时，其放大系数大，控制作用灵敏有效。（3） 快开流量特性在小开度时流量就已很大，随着行程的增大，其流量就很快达到最大，故称为快开特性。特点：当阀的行程大时，阀的流通面积不再增大，不能起控制作用。这种调节阀通常用于二位式控制或程序控制。 （4） 抛物线流量特性单位相对行程（开度）

5、的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量的平方根成正比关系。数学表达式：8. 被控参数的选择原则（1）选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数作为被控参数。(直接参数法 )（2）当不能直接用直接参数作为被控参数时，应选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。 (间接参数法 )（3）被控参数必须具有足够高的灵敏度。（4）被控参数的选择，必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。 9. 控制参数的选择原则（1） 控制通道的放大系数Ko要适当大一些；时间常数To要适当小一些；纯滞后 o越小越好。在有纯滞后的情况下，o和To的比值应小一

6、些（小于1），若其比值过大，则不利于控制。（2）扰动通道的放大系数应尽可能小；时间常数要大；扰动引入系统的位置（指框图中的位置）要靠近调节阀。（3）当过程本身存在多个时间常数，在选择控制参数时，应尽量把几个时间常数错开，使其中一个时间常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。这一原则同样适用于控制器、调节阀和测量变速器时间常数的选择。控制器、调节阀和测量变速器的时间常数应远小于被控过程中最大的时间常数。这样，系统允许有较大的放大倍数，而仍能保证闭环系统有一定的稳定裕度。一般希望控制通道克服扰动的能力要强，动态响应应比扰动通道快。10. 扰动的影响 过程静态特性对控制质量好坏有

7、很大的影响，是选择控制参数的一个重要依据。 扰动通道静态放大系数越大，则系统的稳态误差也越大，这表示在相同的阶跃扰动作用下，将使被控参数偏离给定值越大，显著地降低控制质量。 控制通道的静态放大系数越大，表示控制作用越灵敏，克服扰动的能力越强，控制效果越显著。因此，确定控制参数时，使控制通道的放大系数Ko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，可通过调节控制器的放大Kc系数来补偿，使KcKo的值远大于Kf。 （1）控制通道时间常数To的影响 控制通道的时间常数的大小反映了控制作用的强弱，反映了控制器的校正作用克服扰动对被控参数影响的快慢。 若控制通道时间常数太大，则控制作用太弱

8、，被控参数变化缓慢，控制不能及时，系统过渡过程时间长，控制质量下降； 若控制通道时间常数太小，虽控制作用强，控制及时，克服扰动影响快，过渡过程时间短，但易引起系统振荡，使系统稳定性下降，亦不能保证控制质量。 所以在系统设计时，要求控制通道时间常数适当小一些，使其校正及时，又能获得较好的控制质量。（2）扰动通道时间常数Tf的影响 分析一个一阶惯性环节的阶跃响应曲线，可以发现，惯性环节相当于一个滤波环节。 因此，扰动通道为一个惯性环节，它对扰动起着滤波作用，抑制扰动对被控参数的影响。所以，扰动通道的时间常数Tf越大，容积越多，则扰动对被控参数的影响也越小，控制质量也越好。 11. 控制器的选择比例

9、控制作用对控制质量的影响： 随着控制器放大系数Kc的增大，控制系统的稳定性降低。随着Kc的增大，余差将减少，但不能消除。 积分控制作用对控制质量的影响： 积分控制作用能消除余差，但降低了系统的稳定性。TI愈小，稳定性愈差。 微分控制作用对控制质量的影响：引入微分控制作用后，控制质量将全面提高。微分作用太强，会引起控制阀时而全开、时而全关。（1）P 控制规律：特点：采用P控制规律能较快克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差。适用场合：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 数允许有一定范围内有余差的场合。（2） PI 控制规律：特点：在工程上PI控制规律是应用最广泛的一种

10、控制规律。积分能消除余差。适用场合：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） PD 控制规律：特点：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（微分时间设置得得当）对于改善系统的动态性能指标，有显著的效果。适用场合：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，减小动态偏差等可选用PD控制规律。但对于纯滞后较大，测量信号有噪声或周期性扰动的系统，则不宜采用微分作用。（4）PID 控制规律：特点：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，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。适用场合：它

11、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。12. 控制器参数的半经验整定法（1） 衰减曲线法调整比例度： 对于随动控制系统，使控制系统过渡过程响应曲线的衰减比为10:1，得到上升时间tr，这时的比例度为ds ； 对于定值控制系统，使控制系统过渡过程响应曲线的衰减比为4:1，得到振荡周期Tp，这时的比例度为ds缺点：衰减比不易读取，优点是对工艺过程的影响较小。例题：某温度控制系统，采用4：1衰减曲线法整定控制器参数，得dS=20%，Tp=10分，当控制器分别为比例作用、比例积分作用、比例积分微分作用时，试求其整定参数值。（2）临界比例度法 调整比例度，使过渡过程出现等幅振荡，这时

12、的比例度为临界比例度dk ，振荡周期为临界振荡周期Tk 由于多数过程有饱和特性，因此，出现等幅振荡后，减小比例度时，系统不出现发送振荡，因此不易确定临界比例度。为此，在调试时，比例度要从大到小，缓慢变化。例题：假设广义被控过程传递函数为：13. 串级控制（1）什么事串级控制？ 答：由两个或两个以上的控制器串联连接组成，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值，这类控制系统称为串级控制系统。（2）串级控制的特点？ 答：1、改善了被控过程的动态特性 2、提高了系统的工作频率 3、能迅速克服进入副回路扰动的影响，具有较强的抗干扰能力 4、对负荷和操作条件的变化具有一定的自适应能力 14. 串级控制系统主、副参数的选择（1）主变量的选择 串级控制系统的主回路是一个定值控制系统。对于主变量的选择和主回路的设计，可以按照单回路控制系统的设计原则进行。 （2）副变量的选择 副变量的选择应使副回路的时间常数小，调节通道短，反映灵敏 副回路应包含被控对象所受到的主要扰动并包含尽可能多的扰动 （3）