過程控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)大綱

過程控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)大綱（僅供參考）性-弟一章1、 過程控制系統(tǒng)的分類及性能指標（P4）（1） 、分類：按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點分：反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)按給定值信號特點分：定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)（2） 、性能評價指標：1）、系統(tǒng)必須是未定的。2） 、系統(tǒng)應(yīng)能提供盡可能好的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)（靜態(tài)指標）。3） 、系統(tǒng)應(yīng)能提供盡可能好的過渡過程（動態(tài)指標）。2、 階躍響應(yīng)性能指標（P7）（1）、穩(wěn)態(tài)誤差。=r—j（3）'2）、衰減比〃=b2 J（t）—J（3）（3）、超倜重。（%）=一p x100%J（3）（4） 、過渡過程時間ts3、 重要習(xí)題（P14）（1） 、過程控制系統(tǒng)由哪些環(huán)節(jié)組成的，各有什么作用？過程控制系統(tǒng)有哪些分類方法？答：過程控制系統(tǒng)一般由控制器、執(zhí)行器、被控過程和測量變送環(huán)節(jié)等環(huán)節(jié)組成?？刂破鞯淖饔檬墙邮軠y量變送裝置送來的信號，與給定值相比較得出偏差，并按某種運算規(guī)律算出結(jié)果送往執(zhí)行器。執(zhí)行器能自動地根據(jù)控制器送來的控制信號來改變操縱變量的數(shù)值，以達到控制被控變量的目的。被控過程是指需要控制的生產(chǎn)設(shè)備或裝置。測量變送的作用測量被控過程的數(shù)值并將其轉(zhuǎn)換為一種特定的輸出信號。（2） 、1.4、1.8%—*弟二章1、DDZ-III型儀表：集成電路。信號標準：4?20mA，20?100kPa （P10）2、絕對誤差、相對誤差、引用誤差、儀表精度等級 （P17）（1） 、絕對誤差：儀表輸出信號所代表的被測值與被測參數(shù)真值之差。顯然，絕對誤差只能是被測值與約定真值或相對真值之差。（2） 、相對誤差：絕對誤差與約定真值的百分比定義為儀表的相對誤差。（3） 、引用誤差：絕對誤差與儀表量程的百分比稱為儀表的引用誤差。（4） 、精度等級：又稱準確度級，是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小劃分成的等級。我國生產(chǎn)的儀表，其精度等級有：0.001、0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。級數(shù)越小，精度就越高。注：例2.13、 工業(yè)測溫（P23-26）（1）、熱電偶：測溫原理、補償導(dǎo)線的作用，什么是熱電偶的冷端溫度補償？如何補償？測溫原理：熱點效應(yīng)補償導(dǎo)線的作用：將熱電偶的冷端延伸出來。由熱電偶測溫原理可知，只有當(dāng)其冷端溫度保持不變時，熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)，即E（t，0）=E（t，t0）+E（t0，0）。也就是說，在應(yīng)用熱電偶測溫時，只有將冷端溫度保持為0攝氏度，或者進行一定補償修正才能得到準確的測量結(jié)果，并稱之為熱電偶冷端溫度補償。注：例2.2冷端溫度補償方法：（1）、冰點槽法，即將冷端溫度保持為0攝氏度；（2）、對冷端溫度進行修正，具體包括溫度修正和熱電勢修正；（3）、冷端溫度自補償，包括電橋補償法和PN結(jié)補償法；（4）采用導(dǎo)線補償法，將熱電偶的冷端延伸出來。（2）、熱電阻：測溫原理、為何采用三線制接法、為何中低溫區(qū)用熱電阻測溫精度更高？由于在中、低溫區(qū)熱電偶輸出的熱電動勢很小，因而對顯示儀表及抗干擾措施的要求都較高。另外，在較低的溫度區(qū)域內(nèi)，冷端溫度的漂移及環(huán)境溫度的變化所引起的誤差，相對來說也就更大，并且不容易得到完全補償。所以，在中、低溫區(qū)使用熱電阻比用熱電偶作為測溫原件時的精度更高。采用三線制接法的原因：采用三線制接法將熱電阻接入電橋，不會由于遠距離連接導(dǎo)線的電阻而引起誤差。4、節(jié)流式流量計（差壓式流量計）的流量測量原理，重點要知道最后推導(dǎo)出的流量公式:（P35）測量原理：如果在管道中安裝一個固定的阻力件，其中間開一個比管道截面積小的孔，當(dāng)流體流過該阻力件時，由于流體流束的收縮而使流速加快，靜壓力降低，其結(jié)果是在阻力件前后產(chǎn)生一個較大的壓差，壓差的大小與流體流速的大小有關(guān)，流速越大，壓差也越大，因此只要測出壓差就可推算出流速，進而計算出流體的流量。5、 渦輪流量計的原理及輸出信號（P38）（1） 、原理：渦輪流量計是一種速度式流量儀，以動量矩守恒原理為基礎(chǔ)，它利用置于流體中的葉輪旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成比例的關(guān)系，通過測量葉輪的轉(zhuǎn)速來反映通過管道的體積流量大小，是目前流量儀表中比較成熟的高精度儀表。（2） 、輸出信號：脈沖頻率信號（與流量成正比），該信號可以遠距離傳送給顯示儀表，便于進行流量的顯示。6、 電磁流量計的測量原理與使用注意事項（應(yīng)用了什么原理、能測量什么流量，不能測量什么流量）（P39）（1） 、原理：法拉第電磁感應(yīng)定律。（2） 、使用注意事項：1）、它既可以水平安裝，也可以垂直安裝，但要求被測液體充滿管道；2） 、電磁流量計的安裝現(xiàn)場要原理外部磁場，以減小外部干擾；3） 、電磁流量計前后管道有時帶有較大的雜散電流，一般要將流量計前后1~1.5m處和流量計外殼連接在一起，共同接地；4） 、前后要有足夠長的直管道，一般上下游的直管道分別不少于5D和3D（D為管道內(nèi)徑）。（3） 、可以檢測具有一定電導(dǎo)率的酸、堿、鹽溶液、腐蝕性溶液以及含有固體性顆粒的液體，但不能檢測氣體、蒸汽和非導(dǎo)電液體的流量。7、 重要習(xí)題（P58）2.4、2.10、2.11、2.12弟三章1、 氣動調(diào)節(jié)閥氣開式、氣關(guān)式的含義，選擇依據(jù)、并會選擇（P70）所謂氣開式，是指當(dāng)氣體的壓力信號增加時，閥門開大；氣關(guān)式則相反，即壓力信號增加時，閥門關(guān)小。氣開、氣關(guān)形式的選擇，主要是從工藝生產(chǎn)的安全來考慮的。當(dāng)氣源由于意外情況中斷時，調(diào)節(jié)閥處于全開或是全關(guān)狀態(tài)，在生產(chǎn)上要能保證設(shè)備和人身的安全。注：例3.5、3.62、重要習(xí)題 （P76）3.8、3.9第四章1、 自衡與非自衡過程的特點及其傳遞函數(shù)的區(qū)別（P77-79）當(dāng)擾動發(fā)生后，被控量存在兩種變化：一種是被控量不斷變化最后達到新的平衡；另一種是被控量不再平衡下來。前面的過程具有自衡能力，稱為自衡過程；后面的過程無自衡能力，稱為非自衡過程。2、常用過程建模方法有哪幾種？ （P84）答：（1）、機理建模；（2）、時域法建模；（3）、頻域法建模；（4）、最小二乘法建模。3、 過程數(shù)學(xué)模型的求取方法？答：（1）、機理建模一一根據(jù)對象或生產(chǎn)過程的內(nèi)部機理，寫出各種有關(guān)的平衡方程，從而得到對象或過程的數(shù)學(xué)模型。最大的優(yōu)點是具有非常明確的物理意義，模型具有很大的適應(yīng)性，便于對模型參數(shù)進行整定。（2） 、試驗建模一一針對所要研究的對象，人為的施加一個輸入作用，然后用儀表記錄表征對象特性的物理量隨著時間變化的規(guī)律，得到一系列試驗數(shù)據(jù)或曲線。對于一些內(nèi)部機理復(fù)雜的對象，試驗建模比機理建模要簡單、省力。（3） 、混合建模一一先由機理分析的方法提出數(shù)學(xué)模式的結(jié)構(gòu)形式，然后對其中某些未知的或不確定的參數(shù)利用試驗的方法給予確定，實際上就是將機理建模和試驗建模結(jié)合起來。3、重要習(xí)題（P96）4.2、4.6-J-*Vr.第五章1、比例、積分、微分控制對閉環(huán)控制穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能的影響（P112）（1） 、比例（P）控制一一克服干擾能力強、控制及時、過度之間短。純比例作用在過渡過程終了時存在余差。負荷變化越大，余差越大。比例作用適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝允許被控變量存在余差的場合。（2） 、比例積分（PI）控制一一在比例作用的基礎(chǔ)上引入了積分作用，而積分作用的輸出與偏差的積分成正比，只要偏差存在，控制器的輸出就會不斷變化，直至消除偏差為止。積分作用會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，但系統(tǒng)在過渡過程結(jié)束時無余差，這是其優(yōu)點。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在增加積分作用的同時，加大比例度，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性基本保持不變，但系統(tǒng)的超調(diào)量、振蕩周期都會相應(yīng)增大，過渡時間也會相應(yīng)增加。比例積分作用適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝不允許被控變量存在余差的場合。（3） 、比例微分（PD）控制一一由于引入了微分作用，它能反映偏差變化的速度，具有超前控制作用，這在被控對象具有較大滯后場合下，將會有效地改善控制質(zhì)量。但是對于滯后小、干擾作用頻繁，以及測量信號中夾雜無法剔除的高頻噪聲的系統(tǒng)，應(yīng)盡可能避免使用微分作用，因為它將會使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，嚴重時會使系統(tǒng)失控而發(fā)生事故。（4）、比例積分微分（PID）控制一一綜合了比例、積分、微分控制規(guī)律的有點。適用于容量滯后較大、負荷變化大、控制要求高的場合。2、控制器正反作用的選擇（選擇的根據(jù)、選擇的判別式、給出例子會選擇）（P112）自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件之一是閉環(huán)回路形成負反饋。所謂作用方向，就是指輸入變化后，輸出的變化方向。當(dāng)輸入增加時，輸出也增加，則稱該環(huán)節(jié)為“正作用”方向；反之，當(dāng)環(huán)節(jié)的輸入量增加時，輸出減少。則稱該環(huán)節(jié)為“反作用”方向。測量、變送環(huán)節(jié)的作用一般都是“正”方向。注：例5.33、重要習(xí)題（P114）5.8第七章1、串級控制系統(tǒng)的標準原理方框圖 （P150）串級控制系統(tǒng)：所謂串級控制系統(tǒng)，就是采用兩個控制器串聯(lián)工作，主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值，由副控制器的輸出去操作調(diào)節(jié)閥，從而對主控變量具有更好的控制效果，這樣的控制系統(tǒng)稱為串級控制系統(tǒng)。2、 給出例子能區(qū)分一次干擾和二次干擾（詳細看7.1、7.3.1主副變量的選擇）（P154）注：P155圖7?10、圖7.11主、副變量的選擇：主變量的選擇原則與單回路控制系統(tǒng)的選擇原則是一致的，即選擇直接或間接地反應(yīng)生產(chǎn)過程中的產(chǎn)量、質(zhì)量、節(jié)能、環(huán)保以及安全等控制目的的參數(shù)作為主變量。副變量的選擇一般應(yīng)使主要的和更多的干擾落入副回路，應(yīng)考慮工藝上主、副變量的對應(yīng)關(guān)系，即調(diào)整副變量能有效地影響主變量，而且可以在線控制。3、 給出例子會分析主副控制器的正反作用方式，并能說明理由（要會判斷，就必須知道判別的依據(jù)、判別的方法和先后次序）（P158）原料出【1溫度T1原揪瞬量、成分、溫度波動時，或者燔料組分經(jīng)常變化時4、重要習(xí)題 （P163）7.1、7.3第八章1、為什么前饋控制往往不單獨使用，而是與反饋控制結(jié)合起來使用？ （P168）答：前饋控制實際上是開環(huán)控制形式，單獨使用系統(tǒng)就不能構(gòu)成閉環(huán)負反饋系統(tǒng)。若全部采用前饋控制，則需對每一個擾動都要使用一套測量變送儀表和前饋控制器，這將使控制系統(tǒng)變得龐大而復(fù)雜，更不用說有一些擾動還無法在線測量，這些因素均限制了前饋控制的應(yīng)用范圍。將前饋和反饋結(jié)合起來，既發(fā)揮了前饋作用可及時克服主要擾動對被控量影響的優(yōu)點，又保持了反饋控制能克服多個擾動影響的長處，同時也降低了系統(tǒng)對前饋補償器的要求，使其在工程上更易于實現(xiàn)。2、 均勻控制的控制原理和特點（P189）在均勻控制中，控制量和被控量同樣重要，控制的目的要使它們在一定的范圍內(nèi)都緩慢而均勻的變化。均勻控制的特點就是在工藝允許的范圍內(nèi)，前后裝置或設(shè)備供求矛盾的兩個參數(shù)（一個是控制量，另一個是被控量）都是變化的，其變化是均勻緩慢的。3、 超弛（選擇）控制系統(tǒng)的控制原理（P191）超弛控制是將生產(chǎn)過程中的限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系，疊加到正常的控制系統(tǒng)上去的一種組合控制方法。即在一個過程控制系統(tǒng)中，設(shè)有兩個控制器，通過高、低值選擇器選出能適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。它們一般是從生產(chǎn)安全角度提出來的，如要求溫度、壓力、流量、物位等參數(shù)不能超越。超弛控制系統(tǒng)又被稱為選擇性控制系統(tǒng)、取代控制系統(tǒng)或軟保護系統(tǒng)。例：8.9氨冷器超弛控制系統(tǒng) （P191）調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)式的選擇 應(yīng)選擇氣關(guān)式控制器TC、LC正反作用的選擇、選擇理由TC：反作用LC：正作用選擇器應(yīng)該是HS還是LS?為什么？工作狀態(tài)分析（包括正常時和故障時）4、 分程控制的原理與使用場合（P192）分程控制是通過閥門定位器來實現(xiàn)的。它將調(diào)節(jié)器的輸出壓力信號分成幾段，不同區(qū)段的信號由相應(yīng)的閥門定位器轉(zhuǎn)化為20?100kPa信號壓力，使調(diào)節(jié)閥全行程動作。使用場合：系統(tǒng)是多控制的，有多個調(diào)節(jié)閥。例：8.12油品儲罐氮封分程控制 （P194）調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)式的選擇，原因控制器PC正反作用的選擇、選擇理由分別分析從油罐抽油和向油罐注油時系統(tǒng)的工作過程。分析分程關(guān)系中間為什么留一個間歇區(qū)？A閥（充氮氣）采用氣開式，B閥（放空）為氣關(guān)式。向油罐注油時，壓力升高，壓力小于0.06MPa時，A閥全關(guān)、B閥打開；從油罐抽油時，壓力下降，壓力小于0.06MPa時，B閥全關(guān)、A閥打開，維持壓力不變。例：8.11間歇式化學(xué)反應(yīng)器每次投料完畢后，需要先對其加熱引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。一旦反應(yīng)開始進行，就會持續(xù)產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，如果不及時降溫，物料溫度會越來越高，有發(fā)生爆炸的危險。因此，必須降溫。（1）、為保證安全，確定蒸汽閥B、冷水閥A的

氣開/氣關(guān)式。（2）、TC的正反作用？出于安全考慮，蒸汽閥B選氣開式，冷水閥A選氣關(guān)式。反應(yīng)開始時，首先升溫，A化皿 °肺 ON順