過程控制系統(tǒng)復習要點：1 .無自平衡能力的單容純滯后過程的傳遞函數(shù) P16Wo（s）=- 式中Ta為過程的積分時間常數(shù)、Ta=CoTaS2 .有自衡能力單容純滯后過程的數(shù)學模 型P12dhd二h dh -qi-q2=A 將式變成增重形式 qi-A q2=A 出 =C 出：h ,二h。一 ，H（S）R2K0 q2=或R2= 將式進行拉氏變 Wo（s）=R2：q2Qi（S） R2CS 1 T0S 1T0液位過程時間常數(shù) ，To=R2c 2K0 液位過程的時間常數(shù)，Ko=R2C液位過程的容量系數(shù)3 .常用的壓力檢測儀表的類型P47彈性式壓力表；彈性式壓力表是根 據(jù) 性元件受力變形的原理， 將被測壓力轉(zhuǎn)換為位移來 彈測量的。（彈簧管式壓力表、膜片壓力表、文管式壓力表）液柱式壓力表；液柱式壓力表是根據(jù)流體靜力學原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成位移來測量的。（單管壓力計、U形管壓力計）電氣式壓力表；活塞式壓力表是將被測壓力轉(zhuǎn)換成電容、電勢、電阻等電量的變化間接來測量壓力。（應變片式壓力計、霍爾片式壓力計、熱電式真空計）活塞式壓力表；活塞式壓力表是根據(jù)液壓機傳遞壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡祛碼的重量進行測量。通常作為標準儀器對彈性壓力表進行校驗與刻度4 .調(diào)節(jié)閥理想的流量特性P117理想的流量特性，就是在閥前后壓差為一定的情況下（p=常量）得到的流量特性。它取決于閥芯的形狀。 不同的閥芯曲面可以得到不同的理想流量特性，理性流量特性有直線流量特性、對數(shù)流量特性、快開流量特性與拋物線流量特性四種5 .控制方案設(shè)計的階躍響應性能指標 P1421 .余差（靜態(tài)偏差）C:余差是指系統(tǒng)過度過程終了時給定值與被控參數(shù)穩(wěn) 態(tài)值之差。它是一個重要的靜態(tài)指標， 一般要求余差不超過預定值或接近零。2. 衰減率：衡量系統(tǒng)過度穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標，一般取 0.75-0.9 3.超調(diào)量： 對于定制系統(tǒng)來說，超調(diào)量是指被控參數(shù)第一個波峰與給定值的差與給定值的百 分比。4.過度時間ts,系統(tǒng)從擾動作用時起，到被控參數(shù)進入新的穩(wěn)定值正負 5班圍內(nèi)所經(jīng)歷的的時間，是衡量快速性的指標。6 .P143:偏差積分性能指標，網(wǎng)u i八刀工他出仰解朋以目楹及怩L鞋氟帷酎(IAE)co-*min2,1差氯推與時喉腳積分(ITAE)"ooJ =1(川/-血3.日差平方值積分(ISE)小麻就肝力酚(ITSE)7.P153:選擇控制器的控制規(guī)律(1Wo(s)=s 100血JQe(- . 0s)近似描述式，則可根據(jù)純之后時間 久與時間常數(shù)T0的比值工/丁0.0一:0.2來選擇控制器的控制規(guī)律。T0.00.2 :<1.0時，選用比例或比例積分控制規(guī)律。T0 時,選用比例積分或比例微分控制規(guī)律。.01.0 :T0時，采用單回路往往已經(jīng)不能滿足工藝要求,應根據(jù)具體情況選用串級、前饋等控制方式。(2)根據(jù)過程特性來選擇控制器的控制規(guī)律1)比例控制規(guī)律(p):采用怕p控制規(guī)律能很快的的克服擾動的影響，使 系統(tǒng)穩(wěn)定下來。但有余差。它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、控制要 求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場合。2)比例積分控制規(guī)律(PI):在工程上比例積分控制規(guī)律是應用最廣泛的 一種控制規(guī)律。積分能消除余差，它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、 被控參數(shù)不允許有余差的場合。3)比例微分才S制規(guī)律(PD :微分具有超前作用，對于具有容量滯后的控制通道，引入微分控 有顯著的效果，因止 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小 但對于純滯后較大，制規(guī)律（未分時間得當）對于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能指標，具1對于控制通道的時間常數(shù)或容量滯后較大的場合,為了提高4）比例積分微分控制促律取8.P213:調(diào)節(jié)閥異向現(xiàn)作圖示說。動態(tài)偏差等可以選用比例微4高的場余差，再加入微分作 容量滯后較大、控制用, 要力控制規(guī)律， 如溫度或成分控制, 則不宜采用微分控制。比例的基礎(chǔ)上引入積分可以消除.它適用于控制通道時間常數(shù)或1） 一調(diào)節(jié)閥異向動作的分程控制， 即隨著調(diào)節(jié)閥輸入信號的增加或減小,調(diào)節(jié)閥開度按一只逐漸開大，一只逐漸關(guān)/,的方向動作。如圖9.控制器參數(shù)的工程整定方法有哪些動態(tài)性參數(shù)法、 現(xiàn)場經(jīng)驗整定法（湊10.分程與選擇性控制系統(tǒng)各自的特點試法）、極限環(huán)段（衰減曲線法）、選擇性控制系統(tǒng)內(nèi)特點：采用了選擇器。選增慌斗以搔花的個或多個調(diào)節(jié)器 口進行圉和一川皿八陰同,加力的輸出端，對控制信對測量信號進少干,小心、用生產(chǎn)過肥上曬分程控制系統(tǒng)的特點：肅上個調(diào)節(jié)器的輸行選擇，以適應不同以上調(diào)節(jié)閥動作的系統(tǒng)。ll.Smith預估補償器的數(shù)學模型P202言號分段分別素推和網(wǎng)個或兩個MWHH MW)12.申級系統(tǒng)避免“共振效應”的主副過程的時間常數(shù)應適當匹血H內(nèi)。這樣，主副回路的工作頻率和操作周期相差很大，其動態(tài)聯(lián)系很小，可以忽略不計。13 .典型過程控制系統(tǒng)的基本組成 版卜腦針!調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、對象、測量變送1） 被控對象：是過程控制系統(tǒng)需要控制的目標，是過程控制系統(tǒng)中的主體環(huán)節(jié)。2）測量變送裝置（檢測元件和變送器）：用于檢測被控變量，將檢測信號轉(zhuǎn)換為標準信號；3）控制器：將檢測變送環(huán)節(jié)輸出的標準信號與設(shè)定值信號進行比較，獲得偏差信號，并按一定控制規(guī)律對偏差信號進行計算，運算輸送至執(zhí)行器。4）執(zhí)行器：處于控制環(huán)路的最終位置，也成為“最終元件”。用于接收控制器的 輸出信號，并控制操縱變量變化。14 .熱電偶溫度計工作原理p35將兩種不同材料的導體A,B組成一個閉合回路時，只要其兩個接觸點的溫度 不同，在回路中就產(chǎn)生電動勢，對于熱電偶的熱電動勢Et與被測溫度t采取線性化措施，使變送器的輸出信號與被測溫度呈線性關(guān)系。即可由熱電偶的電動勢測出溫度。15 .過程控制系統(tǒng)按給定值的分類 P8定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)16 .什么是自衡能力過程P12過程在輸入量作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后，無需人或機器的干預，依靠過 程自身能力，逐漸恢復達到另一新的平衡狀態(tài)，這種特性稱為自平衡能力。17.用級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖與工作原理P1811.主回路為定值控制系統(tǒng)，完成控制任務(wù)的細調(diào)任務(wù)。副回路為程序控制系統(tǒng)，完成控制任 務(wù)的粗調(diào)任務(wù)。（以加熱爐控制為例）當處在穩(wěn)定工況時，被加熱物料的流量和溫度不變， 燃料的流量與熱值不變， 煙囪抽力也不變，爐出口溫度和爐膛溫度均處于相對平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥保持一定開度， 此時爐出口溫度穩(wěn)定在給定值上，當擾動破壞了平衡工況時， 串級控制系統(tǒng)變開始了其控制過程。18 . 一個完整控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟 P140建立被控過程的數(shù)學模型、選擇控制方案、控制設(shè)備選型、實驗（和仿真）19 .力平衡式壓力變送器的工作原理 P57外界被測壓力作用在檢測膜盒上時，檢測膜盒移動，帶動主杠桿以密封膜片為支點轉(zhuǎn)動，主杠桿的另一端推動矢量板 ，在矢量板的作用下帶動副杠桿 ，差動線圈的動圈在副杠桿的帶 動下與差動線圈的定圈有相對運動 ，它們的磁通量發(fā)生的變化引起振蕩器的頻率發(fā)生變化，發(fā)生器根據(jù)變化的頻率進行檢波放大并變換成4-20mA的電信號輸出.變送器的輸出電流與被測壓差成正比，從而實現(xiàn)壓差與電流間的轉(zhuǎn)換。20 .大滯后預估補償基本原理P201按照過程的特性預估出一種模型加入到反饋控制方案中，以補償過程的動態(tài) 性，即過程的純滯后環(huán)節(jié)。21 .建立被控對象數(shù)學模型有幾種方法？各有什么特點P11 P17機理分析法建模：根據(jù)過程的內(nèi)部機理，運用已知的定律，原理，建立過程 的模型。其最大特點是生產(chǎn)設(shè)備還處于設(shè)計階段就能建立其數(shù)學模型。試驗法建模：在實際的生產(chǎn)過程中，根據(jù)過程輸入、輸出的實驗數(shù)據(jù)，即通 過過程辨識與參數(shù)估計的方法建立被控過程的數(shù)學模型，其與機理分析法相比 較，試驗法建模的主要特點是不需要深入的了解過程的機理。最小二乘法建模：基本出發(fā)點是在獲得過程或系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)后，希 望求得最佳的參數(shù)值，以使系統(tǒng)在最小方差意義上與輸入、輸出數(shù)據(jù)相擬合， 采 用實際觀察值代替模型的輸入。它是一種過程離散時間模型的建模方法。22 .執(zhí)行器的主要作用P112在一個過程控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號， 并轉(zhuǎn)換成直線 位移或角位移，來改變閥芯與閥座間的流通截面積以控制流入或流出被控過程的 流體介質(zhì)的流量，從而實現(xiàn)對過程參數(shù)的控制。23 .執(zhí)行器按工作原理可分為幾類？每一類的特點是什么？P112氣動執(zhí)行器：結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，維修方便，價格便宜，適用于防火防爆 等場合電動執(zhí)行器：動作迅速，信號便于遠傳，并便于與計算機配合使用。但是它 不適用于易燃易爆等生產(chǎn)廠合。液動執(zhí)行器：液動執(zhí)行器的調(diào)節(jié)精度高、響應速度快，能實現(xiàn)高精確度控制。 用于大型場合。24 .過程控制的定義P1根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程的特點，采用測量儀表，控制執(zhí)行機構(gòu)和計算機等自動化工具，應 用控制理論，設(shè)計工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)控制自動化。25 .最小二乘法參數(shù)估計的基本原理 P29從符合要求的模型中找出這樣一個模型， 即在這個模型中過程參數(shù)向量9的估計值1能使模型誤差盡可能的小，就是要求估計出來的參數(shù)使得觀察方程組的殘差平方和最小。26 .過程建模的主要目的P111.設(shè)置過程控制系統(tǒng)和整定調(diào)節(jié)參數(shù)。2.指導設(shè)計生產(chǎn)工藝設(shè)備。3.進行仿 真實驗研究。4.培訓運行操作人員。27 .過程控制系統(tǒng)的特點P31 .連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制。2.過程控制系統(tǒng)由過程檢測、控制儀表組成。3. 被控過程是多種多樣的、非電量的。4.過程控制的控制過程多屬慢過程， 而且多 半為參量控制。5.過程控制方案十分豐富 6.定值控制是過程控制的一種常用形 式28 .調(diào)節(jié)器的作用與P、PI、PID調(diào)節(jié)的特點調(diào)節(jié)器的作用：將生產(chǎn)過程參數(shù)的測量值與給定值進行比較， 得出偏差后根據(jù) 一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號推動執(zhí)行器消除偏差量， 使該參數(shù)保持在給定值附 近或按預定規(guī)律變化的控制器1）比例控制規(guī)律（p）:采用怕p控制規(guī)律能很快的的克服擾動的影響，使 系統(tǒng)穩(wěn)定下來。但有余差。它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、控制要 求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場合。2）比例積分控制規(guī)律（PI）:在工程上比例積分控制規(guī)律是應用最廣泛的 一種控制規(guī)律。積分能消除余差，它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、 被控參數(shù)不允許有余差的場合。3）比例微分才S制規(guī)律（PD）:微分具有超前作用，對于具有容量滯后的控 制通道，引入微分控制規(guī)律（未分時間得當）對于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能指標，具 有顯著的效果，因此對于控制通道的時間常數(shù)或容量滯后較大的場合，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小動態(tài)偏差等可以選用比例微分控制規(guī)律， 如溫度或成分控制， 但對于純滯后較大，測量信號有噪聲或周期性擾動的系統(tǒng)，則不宜采用微分控制。4）比例積分微分控制規(guī)律（PID） : PID在比例的基礎(chǔ)上引入積分可以消除 余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它適用于控制通道時間常數(shù)或 容量滯后較大、控制要求較高的場合。29 .何為分程控制P212由一個調(diào)節(jié)器的輸出信號分段分別去控制兩個或兩個以上調(diào)節(jié)閥動作的系 統(tǒng)。30 .控制方案設(shè)計的主要內(nèi)容P1421.過程控制系統(tǒng)的性能指標。2.被控參數(shù)的選擇。3.控制參數(shù)的選擇。31 .當控制參數(shù)多于一個時，由過程擾動通道動態(tài)特性的分析控制參數(shù)選擇原則 P146 1.擾動通道的時間常數(shù)Tf愈大，容積愈多，則擾動對被控參數(shù)的影響也 愈小，控制量也愈好。2.干擾通道存在純時間滯后時，理論不影響控制質(zhì)量，僅 使被控參數(shù)的響應時間比無滯后存在時推遲了 J值。3.擾動位置對擾動f起著 濾波作用，所以擾動引入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)愈近時， 則對其影響愈大；相反， 當擾動離被控參數(shù)愈遠時，則對其影響愈小。32 .前饋控制系統(tǒng)的完全補償條件 P1911.前饋模型 Wm(S用以準確獲得。2.Wm(S而工程上可以實現(xiàn)。3.除了可控不 可測的擾動無其它擾動。33 .PID調(diào)節(jié)器中比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)的大小對系統(tǒng)控制效 果有何影響1)比例系數(shù) Kp越大，系統(tǒng)反應越靈敏，過度過程越快，但穩(wěn)定性下降；積分沒那時間Ti越大，能克服容量和測量滯后， 但對突變信號反應過猛； 微分時間Td越小，消除靜差越快， 但穩(wěn)定度下降，振蕩加強。34 .從靜態(tài)特性角度分析擾動通道和控制通道參數(shù)選擇的一般原則P145擾動通道靜態(tài)放大系數(shù) K愈大，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差也愈大，這表示在相同的 階躍擾作用動下，將使被控參數(shù)偏離給定值愈大，顯著地降低控制質(zhì)量?？刂仆ǖ赖撵o態(tài)放大系數(shù)Ko愈大，表示控制作用愈靈敏，克服擾動的能力愈強，控制效 果與顯著。因此，確定控制參數(shù)時，使控制通道的放大系數(shù)Ko大于擾動通道的放 大系數(shù)K是合理的，當這一要求不能滿足時，可通過調(diào)節(jié)Kc的值來補償，是KoKc 值遠大于K.35 .寫出兩種PID的改進方法并分析其控制原理 P161(1)積分項的改進積分分離抗積分飽和消除積分不靈敏。(2)微分項的改進偏差平均測量值微分先行36 .控制方案的設(shè)計核心控制方案設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的核心。若控制方案設(shè)計不正確，則無論選用何種 先進的過程控制儀表或計算機系統(tǒng)， 具安裝如何細心，都不可能使系統(tǒng)在工業(yè)生 產(chǎn)過程中發(fā)揮良好的作用，甚至系統(tǒng)不能運行。37 .液位過程建模推導(1)單容過程：單容過程是指只有一個貯蓄容量的又具有自平衡能力的過程。dhq-q2=A dtdLhd匚 hh q2=R2R2K0R2CS 1 -T0S 1將式變成增量形式 q1-4q2=A-d- =C-d-, h o 一 _、H (S)或R2= 將式進行拉氏變 W0(s)=一q2Qi(S)T0液位過程時間常數(shù) ，T0 = R2C2K0 液位過程的時間常數(shù)，Ko=R2C液位過程的容量系數(shù)(2)多容過程：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，被控過程往往由多個容積和阻力構(gòu)成的過程稱為多容 過程雙容過程：/q -%dtp2R2d.：h2 兇2 -。3 = C2dt3(S)1/R3 h2J不根據(jù)上述公式的拉氏變換，畫出框圖 雙容過程數(shù)學模型為Wo(s)小_ Ko一 Qi(s) 一 (TiS 1)(T2s 1)式中Ti-第一只水箱的時間常數(shù)，Ti=R2Cl;T2-第二只水箱的時間常數(shù)，T2=R3C2;K0-過程的放大系數(shù)，K)=R3；C、C2-分別為兩只水箱的容量系數(shù)。1.非自衡過程建模(1)單容過程：1傳遞函數(shù)：Wo(s)二 TaS(2)多容過程：c1傳遞函數(shù)：Wo(S)二TaS(Ts 1)38 .時域分析法建模中，已知試驗曲線，如何采用計算法確定過程特性參數(shù) K、T、T ? P19(1)靜態(tài)放大系數(shù)&=以過(2)時間常數(shù)T y*(t)=" 在曲線上取xoy(二)二上兩個點求得y*(t1)y*(t2)T1,T2求出平均值T與T。y*=1eT039 .前饋-反饋復合系統(tǒng)實現(xiàn)前饋作用的完全補償條件40.簡單系統(tǒng)方案設(shè)計中空制參數(shù)選擇的原則過程控制通道的放大系數(shù) K0要適當大一些是因為靜態(tài)放大系數(shù) K0越大，系 統(tǒng)的靜態(tài)偏差值就越小，控制作用越靈敏，克服擾動的能力越強，控制效果越好； 時間常數(shù)T0要適當小一些是因為控制通道時間常數(shù)大小反映了控制變量克服干 擾對被控參數(shù)影響的快慢程度，若控制通道時間常數(shù)太大，控制變量的控制影響 緩慢，對被控參數(shù)的偏差校正不及時，動態(tài)偏差大，系統(tǒng)過渡時間長，控制品質(zhì) 差。因此，在控制系統(tǒng)設(shè)計時，要求控制通道時間常數(shù)小一些，使被控參數(shù)對控 制變量的反應靈敏，控制及時，從而獲得良好的控制品質(zhì)；擾動通道的Kf應盡可能小是因為干擾通道的靜態(tài)放大系數(shù)越大，外部擾動對被控參數(shù)的影響越 大，所以Kf越小越好；Tf要大是因為f(t)產(chǎn)生最大動態(tài)偏差隨著Tf的增大而減少，系 統(tǒng)控制品質(zhì)提高。41 .根據(jù)純滯后時間和過程時間常數(shù)進行控制規(guī)律選擇的原則P147時間常數(shù)的大小反應了控制作用的強弱， 反應了控制器的矯正作用克服擾動 對被控參數(shù)的影響的快慢。時間常數(shù)太大，則控制作用太弱，控制不能及時，系 統(tǒng)過渡時間過長，控制質(zhì)量下降，若時間常數(shù)太小，雖控制作用強、控制及時， 克服擾動影響快，過渡過程時間短，但易引起系統(tǒng)震蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，亦 不能保證控制質(zhì)量。所以時間常數(shù)要適當小一點，使其矯正及時，又能獲得較好的控制質(zhì)量。純滯后時間的使超調(diào)量增加， 使被控參數(shù)的最大偏差增大，引起系 統(tǒng)動態(tài)性能指標下降。純滯后時間越小越好， 在有純滯后的情況下，純滯后時間 和過程時間常數(shù)的比值應小于1.若其比值過大，則不利于控制。42 .前饋控制的系統(tǒng)框圖及原理與特點 P190特點：1.前饋控制器是“基于擾動來消除對被控制量的影響”。2.擾動發(fā)生后，前饋控制器及時動作，對抑制被控量由于擾動引起的動靜態(tài)偏差比較有效。3.前饋控制屬于開環(huán)控制，所以只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn) 定。4.只適合用來克服可測而不可控的擾動，而對系統(tǒng)中的其他擾動無抑制作用。5 .前饋控制的控制規(guī)律取決于被控象的特性，因此，往往控制規(guī)律比較復雜。前饋控制系統(tǒng)框圖43 .以定值系統(tǒng)階躍響應曲線為例，說明其階躍響應性能指標的物理意義題544 .位置型PID和增量型PID算式的表達形式及它們的主要區(qū)別P160.T K . . Td .位置型 PID算式：u(k) = Kce(k) + Z e(j) +e(k)e(k-1)Ti JzoTT k，Tdp增量型 pid 算式：u(k-1) = Kce(k-1)+TZ e(j)+Le(k 1) e(k 2)T" T-得：Au(k) = KCe(k) -e(k -1) + Ke(k) + KDe(k) -2e(k-1) +e(k-2)K c：比例增益 Ki ：積分增益 K d：微分增益位置型PID算式的動作是連續(xù)的，任何瞬間的控制器輸出u(t)都對應于執(zhí)行機構(gòu)的位置。增量型PID算式并沒有改變位置型 PID算是的本質(zhì)，此時 u(k)仍通過D/A轉(zhuǎn)換器作用 于執(zhí)行機構(gòu)，如果只輸出位置增量 A u(k),那么必須采用具有保持歷史位置功能的執(zhí)行機構(gòu)。位置型PID算式的優(yōu)點：數(shù)字 PID控制器的輸出u(k)通常都送給D/A轉(zhuǎn)換器；缺點：算式不夠方便，因為要累加偏差e(j),不僅要占用較多的存儲單元，而且不便于編程序。增量型PID算式的優(yōu)點：編程序簡單，占用存儲單元少，運算速度快；缺點：