過程控制工程知識點(diǎn)復(fù)習(xí)

1、過程控制工程知識點(diǎn)復(fù)習(xí)一.過程控制系統(tǒng)及其分類1. 過程控制理論是以頻率法和根軌跡法為主體的經(jīng)典控制理論，主要解決單輸入 單輸出的定值控制系統(tǒng)的分析和綜合問題。2.過程控制有三種圖表示分別是系統(tǒng)框圖控制流程圖工藝流程圖我們應(yīng)當(dāng)學(xué)會識 另上系統(tǒng)框圖控制流程圖工藝流程圖3.過程控制系統(tǒng)的分類按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)）前饋控制系統(tǒng)（開環(huán)）前饋-反饋控制系 統(tǒng)（復(fù)合控制系統(tǒng)）反饃調(diào)節(jié)罌測漸變送復(fù)合控制系統(tǒng)按信號特點(diǎn)分定值控制系統(tǒng)（給出給定值）程序控制系統(tǒng)（按一定規(guī)律變化如空 調(diào)溫度隨時(shí)間變化定值變化11：00給25c12：00給28c）隨動控制系統(tǒng)（如比值控制） 二.過程建模被控過程是指正在運(yùn)

2、行的多種被控制的生產(chǎn)工藝設(shè)備，如鍋爐，精餾塔，化學(xué)反 應(yīng)器等等，被控過程的數(shù)學(xué)模型（動態(tài)特性）是指過程在各輸入量（控制量與擾動） 作用下相應(yīng)輸出量變化函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。過程的數(shù)學(xué)模型有兩種.非參數(shù)模型，如階躍響應(yīng)曲線脈沖響應(yīng)曲線頻率特性曲線是用曲線表示的.參數(shù)模型，如微分方程傳遞函數(shù)脈沖響應(yīng)函數(shù)狀態(tài)方程差分方程是用數(shù)學(xué) 方程式表示的。機(jī)理法建模機(jī)理法建模又稱為數(shù)學(xué)分析法建?；蚶碚摻?。自平衡能力：即過程在輸入量的作用下其平衡狀態(tài)被破壞后無需人或儀器的干 預(yù)，依靠過程自身能力逐漸恢復(fù)達(dá)到另一新的平衡狀態(tài)試驗(yàn)法建模試驗(yàn)法建模是在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，根據(jù)過程輸入，輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過過程辨 識與參數(shù)

3、估計(jì)的方法建立被控過程的數(shù)學(xué)模型。特點(diǎn)是不需要深入了解過程機(jī)理 但必須設(shè)計(jì)合理實(shí)驗(yàn)。三.過程測量及變送測量誤差測量誤差是指測量結(jié)果與被測量的真值之差，測量誤差反應(yīng)了測量結(jié)果的可靠度。絕對誤差：絕對誤差是指儀表指示值與被測變量的真值之差，在工程上，通常把高 一等級精度的標(biāo)準(zhǔn)儀器測得的值作為真值(實(shí)際值)此時(shí)的絕對誤差是指用標(biāo)準(zhǔn)儀表(高 精度)與測量儀表(低精度)同時(shí)測量同一值是，所得兩個(gè)結(jié)果之差。相對誤差：相對誤差是指絕對誤差與被測量的真值之比的百分?jǐn)?shù)，它比絕對誤差更 具有說明測量結(jié)果的精度。相對誤差分為實(shí)際相對誤差和標(biāo)稱相對誤差和引用相對誤差 引用相對誤差6二(絕對誤差)/(儀表量程)*100

4、%= (x-x0) /(a-b) *100% x儀 表測量值x0儀表測量真值a儀表上限b儀表下限 實(shí)際相對誤差為絕對誤差與真值之比的百分?jǐn)?shù) 標(biāo)稱相對誤差為絕對誤差與儀表指示值 之比的百分?jǐn)?shù)四.簡單過程控制系統(tǒng)對過程控制設(shè)計(jì)的一般要求1.安全性2.穩(wěn)定性3.經(jīng)濟(jì)性(單回路)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟根據(jù)工藝參數(shù)合理選擇性能指標(biāo)選擇合理的控制參數(shù)和被控參數(shù)合理的選擇和設(shè)計(jì)控制器兼顧被控參數(shù)的測量與變送器執(zhí)行器的選擇控制方案設(shè)計(jì).合理選擇被控參數(shù)丫(s).合理選擇被控參數(shù)Q (s).合理設(shè)計(jì)(選擇)控制(調(diào)節(jié))規(guī)律Wc(s).被控過程參數(shù)的測量與變送Wm (s).控制執(zhí)行器的選擇Wv (s)過程控制系統(tǒng)

5、在運(yùn)行中有兩種狀態(tài)，一種是穩(wěn)態(tài)，一種是動態(tài)階躍響應(yīng)的性能指標(biāo).余差(靜態(tài)偏差)C過渡過程后給定值與被控參數(shù)穩(wěn)態(tài)值之差. 衰減率 衡量系統(tǒng)過渡過程穩(wěn)定性的一個(gè)動態(tài)指標(biāo)3=(B1-B2)/B1 = 1-B2/B1為保持系統(tǒng)足夠的穩(wěn)定度，一般取3=0.75-0.9.最大偏差A(yù) (超調(diào)量。)最大偏差是指被控參數(shù)第一個(gè)波的峰值與給定值的差。二(y (tp) -y(8)/ y(8) *100%這個(gè)值表示被控參數(shù)偏離給定值的程度，衡 量性能的重要指標(biāo).過渡時(shí)間ts從受擾動開始到進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)值+-5%范圍內(nèi)的時(shí)間，衡量快速性的指標(biāo)，該值約小 越好。被控參數(shù)的選擇兩種方法直接參數(shù)法簡接參數(shù)法應(yīng)該知道，直接參數(shù)或

6、間接參數(shù)得到選擇并不是 唯一的，要通過對過程特性的深入分析做出選擇。選取被控參數(shù)的一般原則.選擇對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，安全生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)具有決定性的作用，可 直接測量的工藝參數(shù)作為被控參數(shù)。. 當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時(shí)，應(yīng)選擇一個(gè)與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接 參數(shù)作為被控參數(shù). 被控參數(shù)必須具有足夠高的靈敏度.被控參數(shù)的選取必須考慮工藝過程的合理性和所用儀表的性能。控制通道動態(tài)特性對控制系統(tǒng)的影響控制通道的容量滯后TC同樣會造成控制不及時(shí)，控制質(zhì)量下降，但TC的影響比純滯后T0 的影響緩和，若引入微分控制對控制質(zhì)量有顯著效果。結(jié)論：選擇時(shí)間常數(shù)小純滯后小 的通道作為控制通道。時(shí)

7、間常數(shù)的分配在選擇控制通道時(shí)，使開環(huán)傳遞函數(shù)中的幾個(gè)時(shí)間常數(shù)值錯(cuò)開，減小中間時(shí)間常數(shù)可以 提高系統(tǒng)工作頻率，減小過渡時(shí)間和最大偏差可改善控制質(zhì)量。選擇控制參數(shù)的一般原則.控制通道的放大系數(shù)K0要適當(dāng)大一些，時(shí)間常數(shù)T0要適當(dāng)小一些，純滯后T0越小 越好，在有純滯后T0的情況下，T0和T0之比應(yīng)小一些（小于1）,若比值過大，不 利于控制.擾動通道的放大系數(shù)Kf應(yīng)盡可能小，時(shí)間常數(shù)Tf要大，擾動引入的系統(tǒng)的位置要靠 近調(diào)節(jié)閥。. 當(dāng)過程本身存在多個(gè)時(shí)間常數(shù)，在選擇控制參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)法把幾個(gè)時(shí)間常數(shù)錯(cuò) 開，使其中一個(gè)時(shí)間常數(shù)比其他時(shí)間常數(shù)大得多，同時(shí)注意減小第二第三時(shí)間常 數(shù)，這一原則同樣適用于控

8、制器調(diào)節(jié)閥測量變送器的時(shí)間常數(shù)選擇?？刂破髡{(diào)節(jié)閥 和測量變送器的時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于被控過程中最大的時(shí)間常數(shù)。檢測.變送器選擇誤差小響應(yīng)快正確使用微分超前補(bǔ)償合理選擇測量點(diǎn)位置與正確安裝對測量信號做必要處理（校正，噪聲抑制，線性化）執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇.選擇合適的工作區(qū)間. 合適的流量特性.氣開氣關(guān)形式的確定控制器的選擇.根據(jù)控制規(guī)律選擇.按過程特性選取確定控制器的正反作用方式氣開調(diào)節(jié)閥Kv0氣關(guān)調(diào)節(jié)閥Kv0正作用調(diào)節(jié)器即測量值增加調(diào)節(jié)器輸出也增加Kc0正作用被控過程被控過程的輸入（調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的被控制量例如水流量，燃料量）增加，其輸出（被控參數(shù)例如水位，溫度）也增加比如水流量與液位的關(guān)系。此 時(shí)

9、K00 反作用被控過程K0 0Km = Kv*K0*Kc Km系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)各環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)極性相乘必大于0所以確定調(diào)節(jié)器的正反作用次序?yàn)椋雀鶕?jù)生產(chǎn)工藝安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的開關(guān) 形式Kv,然后按被控過程的特性，確定其正反作用K0。然后根據(jù)Km=Kv*K0*Kc確 定出Kc的正反作用?？刂破鞯膮?shù)整定分為兩大類1.理論整定法2.工程整定法 工程整定法在實(shí)際工程中被廣泛采用，但理 論是它的基礎(chǔ)，理論計(jì)算有助于人們深入了解問題的實(shí)質(zhì)，減少整定工作中的盲目性， 在復(fù)雜控制中理論計(jì)算更是不可缺少，理論計(jì)算推導(dǎo)得結(jié)果正是工程整定法的理論依 據(jù)。幾種常用的工程整定法動態(tài)特性參數(shù)法（用傳遞函數(shù)來判

10、斷）穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）1：1阻尼振蕩法（衰減曲線法）4:1 10:1現(xiàn)場整定法（湊試法）五.復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn).改善了被控過程的動態(tài)特性. 大大增強(qiáng)了二次擾動的克服能力. 對一次擾動有較好的克服能力.對副回路參數(shù)變化具有一定的自適應(yīng)能力 串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).副回路應(yīng)該包含更多，更劇烈，頻繁的擾動. 主副過程時(shí)間常數(shù)之比應(yīng)該在3-10，如果過于接近會產(chǎn)生共振。.主調(diào)節(jié)規(guī)律為PI PID （無余差）副調(diào)節(jié)器為P 一般無I因?yàn)闀p速也不用D因 為副回路本身就起著快速的作用，加入口會使調(diào)節(jié)閥動作過大，對控制不利。.主副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定法有兩步整定法與逐步逼近法（時(shí)間常數(shù)相差不大） 串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用用于克服較大的容量滯后用于克服被控過程中的純滯后用于抑制劇烈而幅度大得擾動用于克服被控過程的非線性前饋控制系統(tǒng)在講前饋控制之前我們先看看反饋控制，以便于了解兩者的差別。 反饋控制.反饋控制的本質(zhì)是基于偏差消除偏差. 動作落后于擾動是一種“不及時(shí)”的控制. 是閉環(huán)控制系統(tǒng)，所以擾動均在閉環(huán)內(nèi).控制規(guī)律為P I D前饋控制.前饋控制是基于擾動來消除擾動時(shí)被控量的影響，故又稱為擾動補(bǔ)償。. 擾動發(fā)生后，前饋控制器及時(shí)動作，對于由擾動引起的動靜態(tài)偏差比較有效. 是開環(huán)控制. 只適用于可測不可控的擾動.控制規(guī)律比較