1 總 復(fù) 習(xí) 22 | 過 程 控 制 系 統(tǒng) 的 組 成 （ P2）四 個(gè) 基 本 組 成 部 分 ： 被 控 對(duì) 象 、 檢 測 與 變 送儀 表 、 調(diào) 節(jié) 器 （ 控 制 器 ） 、 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 。| 過 程 控 制 系 統(tǒng) 基 本 結(jié) 構(gòu) 圖 ;| 控 制 系 統(tǒng) 系 統(tǒng) 的 性 能 指 標(biāo) （ 工 程 意 義 是 什 么 ，給 出 階 躍 響 應(yīng) ， 會(huì) 計(jì) 算 相 應(yīng) 的 指 標(biāo) 值 ）第一章 概述 33 什 么 是 對(duì) 象 的 數(shù) 學(xué) 模 型 ？ （ 表 達(dá) 對(duì) 象 輸 出與 輸 入 關(guān) 系 的 數(shù) 學(xué) 表 達(dá) 式 ）過 程 控 制 系 統(tǒng) 建 模 的 基 本 方 法 有 哪 些 ？ 其基 本 原 理 是 什 么 ？ P9要 求 ： 掌 握 機(jī) 理 法 的 建 模 步 驟 ， 會(huì) 用 機(jī) 理法 對(duì) 簡 單 對(duì) 象 進(jìn) 行 建 模 。要 求 ： 記 住 自 衡 單 容 對(duì) 象 、 雙 容 對(duì) 象 、 無自 衡 單 容 對(duì) 象 的 數(shù) 學(xué) 模 型 及 其 單 位 階 躍 響 應(yīng)曲 線 。時(shí) 域 法 測 定 對(duì) 象 動(dòng) 態(tài) 特 性 的 數(shù) 據(jù) 處 理 ： 作圖 法 、 兩 點(diǎn) 法 （ 主 要 針 對(duì) 一 階 對(duì) 象 的 K 、 T、 ）第二章 過程控制系統(tǒng)建模方法 44 作 業(yè) ： P37 2.10 2.13 2.14 （ 分 別 用 作 圖 法 和 兩 點(diǎn) 法 ）第二章 過程控制系統(tǒng)建模方法 55 1. 掌 握 過 程 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 步 驟 ;2. 掌 握 被 控 量 、 控 制 量 的 選 擇 原 則 ;3. 根 據(jù) 工 藝 條 件 ， 能 夠 設(shè) 計(jì) 簡 單 控 制 系 統(tǒng) （ 選 擇 控 制 量 、被 控 量 、 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 氣 開 、 氣 關(guān) 特 性 、 調(diào) 節(jié) 器 的 正 反作 用 、 畫 控 制 原 理 圖 、 方 框 圖 ） ;4. 調(diào) 節(jié) 閥 流 量 系 數(shù) P50、 流 量 特 性 P53、 可 調(diào) 比 p51的 定 義5. 根 據(jù) 調(diào) 節(jié) 閥 的 理 想 流 量 特 性 ， 可 以 分 為 哪 幾 種 ？ P536. 調(diào) 節(jié) 閥 氣 開 、 氣 關(guān) 是 如 何 規(guī) 定 的 ？ 選 擇 原 則 是 什 么 ？7. 第 三 章 做 過 的 作 業(yè) 。 第 三 章 過 程 控 制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 66 1.比 例 度 的 定 義 。 P71（ 會(huì) 計(jì) 算 ）2.PID參 數(shù) 對(duì) 調(diào) 節(jié) 過 程 的 影 響 。3.調(diào) 節(jié) 器 的 正 、 反 作 用 是 如 何 規(guī) 定 的 ？如 何 確 定 控 制 系 統(tǒng) 中 調(diào) 節(jié) 器 的 正 、 反作 用 ？4.調(diào) 節(jié) 器 參 數(shù) 的 工 程 整 定 方 法 有 哪 些 ？了 解 其 整 定 過 程 。5.作 業(yè) ： 4.1、 4.4、 4.7、 4.9第 四 章 PID調(diào) 節(jié) 原 理 7 第 四 章 PID調(diào) 節(jié) 原 理1、 有 一 臺(tái) PI調(diào) 節(jié) 器 ， =100%， Ti=1分 ， 若 將 P改 為 200%時(shí) ， ： 1、 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 穩(wěn) 定 程 度 提 高 還 是 降 低 ？ 為 什 么 ？ 2、 動(dòng) 差 增 大 還 是 減 小 ？ 為 什 么 ？ 3、 靜 差 能 不 能 消 除 ？ 為 什 么 ？ 4、 調(diào) 節(jié) 時(shí) 間 加 長 還 是 縮 短 ？ 為 什 么 ？答 案 ： U=Kp*e+Kp/Ti edt其 中 ： U輸 出 變 化 量 ， e輸 入 變 化 量 ， Kp比 例 常 數(shù) ，Kp=1/ ;當(dāng) 從 100%變 為 200%、 Ti不 變 時(shí) ， 偏 差 e不 變 ， 輸 出 信 號(hào) U變 小 。所 以 ： 1、 穩(wěn) 定 程 度 提 高 （ 因 為 增 大 后 ， U變 小 ， 不 易 振 蕩 ） 。 2、 動(dòng) 差 增 大 （ 由 于 U變 小 后 ， 調(diào) 節(jié) 幅 度 小 即 調(diào) 節(jié) 作 用 弱 ， 造成 動(dòng) 差 增 大 ） 。 3、 靜 差 會(huì) 消 除 （ 因 有 積 分 作 用 存 在 ） 。 4、 調(diào) 節(jié) 時(shí) 間 加 長 （ 因 Kp是 調(diào) 節(jié) 器 的 放 大 系 數(shù) ， 當(dāng) 比 例 度 P增 大即 Kp減 小 時(shí) ， 調(diào) 節(jié) 器 靈 敏 度 降 低 ， 則 克 服 動(dòng) 、 靜 差 的 時(shí) 間 加 長 ） 。 8 第 四 章 PID調(diào) 節(jié) 原 理 2. 一 般 常 規(guī) 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 在 負(fù) 荷 變 動(dòng) 或 變 動(dòng) 較 大 時(shí) ，為 什 么 調(diào) 節(jié) 質(zhì) 量 會(huì) 變 壞 ？ 如 何 解 決 ？答 案 ： 一 般 常 規(guī) 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 中 的 調(diào) 節(jié) 參 數(shù) 只 能 人 工調(diào) 節(jié) ， 在 工 藝 正 常 運(yùn) 行 是 調(diào) 整 好 的 PID參 數(shù) ，只 能 保 證 在 這 種 狀 態(tài) 下 的 調(diào) 節(jié) 質(zhì) 量 ， 而 調(diào) 節(jié) 對(duì)象 特 性 都 為 非 線 性 的 ， 在 負(fù) 荷 工 況 變 動(dòng) 較 大 時(shí) ，對(duì) 象 特 性 將 發(fā) 生 變 化 ， 因 此 原 來 的 調(diào) 節(jié) 器 參 數(shù)就 不 再 適 應(yīng) ， 這 時(shí) 要 根 據(jù) 具 體 情 況 重 新 整 定 調(diào)節(jié) 器 參 數(shù) 才 有 可 能 使 調(diào) 節(jié) 質(zhì) 量 變 好 。 9 第 四 章 PID調(diào) 節(jié) 原 理3、爐出口溫度調(diào)節(jié)，當(dāng)適當(dāng)引入微分作用后，有人說比例度可以比無微分時(shí)小些，積分時(shí)間也可短些，對(duì)嗎？為什么？答案：這樣說是對(duì)的。因?yàn)槲⒎肿饔檬浅暗恼{(diào)節(jié)作用，其實(shí)質(zhì)是阻止被調(diào)參數(shù)的變化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適當(dāng)?shù)臏p小比例度和積分時(shí)間有利于提高系統(tǒng)的質(zhì)量。 10 第 五 章 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng)1. 掌 握 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 形 式2. 5.3、 5.7、 5.8 11 第 六 章 特 殊 控 制 系 統(tǒng)1. 比 值 控 制 系 統(tǒng) 的 定 義 、 工 藝 比 值 與 比 值 系 數(shù) 的 含 義 有 什么 不 同 ？ 比 值 系 數(shù) 的 計(jì) 算 與 什 么 有 關(guān) ？ （ 并 說 明 二 者之 間 的 關(guān) 系 。 ）2. 比 值 控 制 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 ， 各 有 什 么 特 點(diǎn) ？3. 均 勻 控 制 系 統(tǒng) 的 概 念 。4. 分 程 控 制 系 統(tǒng) 的 概 念 、 應(yīng) 用 于 哪 些 場 合 ？ 信 號(hào) 分 程 如 何實(shí) 現(xiàn) ？5. 如 何 處 理 分 程 信 號(hào) 的 銜 接 問 題 ？6. 什 么 是 自 動(dòng) 選 擇 性 系 統(tǒng) ？ 有 哪 些 結(jié) 構(gòu) 形 式 ？ 12 第 六 章 特 殊 控 制 系 統(tǒng)6.1 分 程 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 常 要 加 裝 （ ） 來 達(dá) 到 分 程 的 目 的 。 A 調(diào) 節(jié) 器 B.變 送 器 C.閥 門 定 位 器 D.測 量 儀 表6.2 設(shè) 制 分 程 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 的 目 的 是 （ ） A 為 了 滿 足 工 藝 的 特 殊 要 求 B 擴(kuò) 大 可 調(diào) 比 C 為 了 滿 足 工 藝 的 特 殊 要 求 ， 擴(kuò) 大 可 調(diào) 比 D. 為 了 系 統(tǒng) 安 全6.3 均 勻 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 調(diào) 節(jié) 器 參 數(shù) 應(yīng) 為 （ ） 。 A 比 例 度 小 于 100% B 比 例 度 大 于 100% C 比 例 度 等 于 100% D. 比 例 度 大 于 100% 200 13 第 六 章 特 殊 控 制 系 統(tǒng)6.4 如 圖 控 制 系 統(tǒng) 為 （ B ）A 單 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) B 單 閉 環(huán) 比 值 控 制 系 統(tǒng) C 開 環(huán) 比 值 系 統(tǒng) 、 D、 均 勻 控 制 系 統(tǒng)6.5 如 圖 控 制 系 統(tǒng) 為 （ C ）A 雙 閉 環(huán) 比 值 控 制 系 統(tǒng) B 單 閉 環(huán) 比 值 控 制 系 統(tǒng)C 變 比 值 控 制 系 統(tǒng) 、 D、 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng) 14 第 六 章 特 殊 控 制 系 統(tǒng)6.6 如 圖 控 制 系 統(tǒng) 為 （ ） A 單 回 路 控 制 系 統(tǒng) B 分 程 控 制 系 統(tǒng) C 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng) 、 D、 均 勻 控 制 系 統(tǒng) 15 第 六 章 特 殊 控 制 系 統(tǒng)6.7 甲 的 正 常 流 量 為 240Kg/h， 儀 表 量 程 為 0-360Kg/h；乙 的 常 用 流 量 為 120Nm3/h， 儀 表 量 程 為 0-240Nm3/h，設(shè) 計(jì) 控 乙 的 單 閉 環(huán) 比 值 控 制 系 統(tǒng) ， 畫 出 流 程 圖 并 計(jì) 算引 入 開 方 運(yùn) 算 與 不 引 入 開 方 運(yùn) 算 所 分 別 設(shè) 置 的 比 值 系數(shù) 。 15分 。解 ： 單 比 值 控 制 流 程 圖 ：引 入 開 方 器 ： 無 開 方 器 ： 1m ax21 2m ax 120 360 0.75240 240FFK F F 2 21m ax21 2m ax ( ) ( ) 0.5625FFK F F 16 第 七 章 補(bǔ) 償 控 制1. 掌 握 前 饋 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 。2. 靜 態(tài) 前 饋 、 動(dòng) 態(tài) 前 饋 控 制 器 的 的 數(shù) 學(xué) 模 型 。3. 前 饋 反 饋 控 制 在 哪 些 優(yōu) 點(diǎn) ？ P170（ 或 者 ： 工 業(yè) 控制 中 為 什 么 不 用 純 前 饋 ， 而 選 用 前 饋 加 反 饋 。 ）4. 何 為 大 遲 延 過 程 系 統(tǒng) ？ 如 何 對(duì) 大 遲 延 對(duì) 象 進(jìn) 行 控 制 ？5. Smith預(yù) 估 器 的 設(shè) 計(jì) 思 想 是 什 么 ？6. 7.3題 、 7.4題 。7. 引 入 前 饋 必 須 遵 循 哪 些 原 則 ？ P171答 ： 1） 系 統(tǒng) 中 的 振 動(dòng) 量 是 可 測 不 可 控 的 。 2） 系 統(tǒng) 中 的 振動(dòng) 量 的 變 化 幅 值 大 、 頻 率 高 。 3） 控 制 通 道 的 滯 后 時(shí)間 較 大 或 干 擾 通 道 的 時(shí) 間 常 數(shù) 較 小 。 17 前饋控制適用于什么場合？為什么它常與反饋控制構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)？對(duì)于擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)，控制通道傳遞函數(shù)的前饋反饋控制系統(tǒng)，求前饋控制器G ff(s)。 答：1.前饋控制是按擾動(dòng)而進(jìn)行的控制，因此，前饋控制常用于以下場合：一是擾動(dòng)必須可沒，否則無法實(shí)施控制;二是必須經(jīng)常有比較顯著和比較頻繁的擾動(dòng)，否則沒有必要。三是存在對(duì)被控參數(shù)影響較大且不易直接控制的擾動(dòng)。 2.前饋控制是一種補(bǔ)償控制。一般來講，前饋控制無法全部補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。因此，單純的前饋控制系統(tǒng)在應(yīng)用中具有一定的局限性。為克服這一弊端，前饋控制常與反饋控制聯(lián)用，構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)。對(duì)最主要的、顯著的、頻繁的無法直接控制的擾動(dòng)，由前饋來進(jìn)行補(bǔ)償控制;對(duì)無法完全補(bǔ)償?shù)臄_動(dòng)影響，由反饋控制根據(jù)被控制量所產(chǎn)生的偏差的大小來進(jìn)行控制。 3.系統(tǒng)原理圖如圖所示。 18 綜 合1. 如 圖 示 加 熱 爐 ， 采 用 控 制 燃 料 氣 流 量 來 保 證 加 熱 爐 出口 溫 度 恒 定 。 20分 。1.若 進(jìn) 料 量 是 主 要 擾 動(dòng) 且 不 可 控 制 時(shí) ， 設(shè) 計(jì) 合 理 的 控制 方 案 ， 并 作 簡 要 說 明 。2.當(dāng) 燃 料 氣 閥 前 壓 力 是 是 主 要 擾 動(dòng) 且 不 可 控 時(shí) ， 設(shè) 計(jì)合 理 的 控 制 方 案 ， 并 作 簡 要 說 明 。 19 答 ： 當(dāng) 總 進(jìn) 料 量 是 主 要 擾 動(dòng) 時(shí) ， 控 制 方 案 如 圖 所 示 。 該 方案 為 前 饋 反 饋 控 制 系 統(tǒng) 方 案 。 如 果 負(fù) 荷 是 主 要 擾 動(dòng) ，我 們 將 總 進(jìn) 料 量 測 出 ， 將 流 量 信 號(hào) 送 到 前 饋 補(bǔ) 償 裝 置 ，其 輸 出 與 溫 度 控 制 器 的 輸 出 相 迭 加 ， 作 為 總 的 控 制 作 用 。這 時(shí) ， 當(dāng) 進(jìn) 料 量 發(fā) 生 變 化 后 ， 不 需 要 等 到 出 現(xiàn) 偏 差 ， 燃料 量 就 會(huì) 及 時(shí) 作 相 應(yīng) 的 調(diào) 整 ， 結(jié) 果 使 控 制 過 程 中 的 溫 度偏 差 大 為 減 小 。 當(dāng) 燃 料 壓 力 是 主 擾 動(dòng) 時(shí) ， 控 制 方 案 如 圖 年 示 。 該 方案 為 被 加 熱 物 料 出 口 溫 度 對(duì) 燃 料 氣 流 量 的 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng)方 案 。 當(dāng) 燃 料 氣 壓 力 發(fā) 生 變 化 是 ， 利 用 副 環(huán) 的 作 用 ， 可以 迅 速 地 對(duì) 擾 動(dòng) 作 出 反 應(yīng) ， 調(diào) 整 燃 料 閥 的 開 度 ， 調(diào) 整 較為 及 時(shí) 。 但 是 這 只 是 一 個(gè) 粗 略 的 調(diào) 整 ， 擾 動(dòng) 對(duì) 溫 度 的 影響 還 需 通 過 主 環(huán) 作 進(jìn) 一 步 的 細(xì) 調(diào) ， 使 被 控 的 主 變 量 被 加 熱 物 料 出 口 溫 度 保 持 在 期 望 值 。 20