过程控制知识点总结Word文档下载推荐.doc

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常用的是控制阀。

3、控制器（调节器）：

按一定控制规律进行运算，将结果输出至执行器。

4、测量变送器：

用于检测被控量，并将检测到的信号转换为标准信号输出。

稳态：

系统不受外来干扰，同时设定值保持不变，因而被调量也不会随时间变化，整个系统处于稳定平衡的工况

动态：

系统受外来干扰或设定值改变后，被控量随时间变化，系统处于未平衡状态。

过度过程：

从一个稳态到达另一个稳态的过程。

过渡过程的形式：

非周期过程（单调发散和单调衰减）；

振荡过程（发散、等幅振荡、衰减振荡）

评价控制系统的性能指标：

稳定性、准确性、快速性

稳定性：

稳定性是指系统受到外来作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力。

准确性：

理想情况下，当过渡过程结束后，被控变量达到的稳态值（即平衡状态）应与设定值一致。

快速性：

快速性是通过动态过程持续时间的长短来表征的。

多数工业过程的特性可分为下列四种类型：

自衡的非振荡过程；

无自衡的非振荡过程；

有自衡的振荡过程具有反向特性的过程

放大系数K对系统的影响：

控制通道（放大系数越大，控制作用对扰动的补偿能力强，有利于克服扰动的影响，余差就越小）。

扰动通道（当扰动频繁出现且幅度较大时，放大系数大，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；

）

滞后时间τ对系统的影响：

控制通道（滞后时间越大，控制质量越差）扰动通道（扰动通道中存在容量滞后，可使阶跃扰动的影响趋于缓和，对控制系统是有利的）

工业过程动态特性的特点

（1）对象的动态特性是不振荡的

（2）对象动态特性有迟延。

迟延包括容积迟延、传输迟延。

（3）被控对象本身是稳定的或中性稳定的

（4）被控对象往往具有非线性特性

第二章

控制规律：

控制器的输出信号随偏差信号的变化而变化的规律。

正作用控制器：

y↑，u↑，故Kc为负；

反作用控制器：

y↑，u↓，故Kc为正

气开阀的增益为正，气关阀的增益为负

比例调节（P调节）动作规律：

反应及时，超调量小，有差调节

比例度δ的物理意义：

如果输出u直接代表调节阀开度的变化量,那么δ就代表使调节阀开度改变100%，即从全关到全开时所需的被调量的变化范围

δ越大：

过渡过程越平稳，残差大，稳定性↑，调节时间↑。

δ减小：

振荡加剧，稳定性↓，残差小。

δ减到某一数值时，出现等幅振荡，此时称为临界比例度

积分调节（I调节）的特点：

滞后性、无差调节、稳定性差。

增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散的振荡过程．Ti愈小，积分部分所占比重愈大。

比例积分调节的动作规律：

利用P调节快速抵消干扰，同时利用I调节消除残差

积分饱和现象：

如果调节器能够随着输出的变化而变化，那么偏差e也就会逐渐变化，最后为0,但是如果由于某种原因（如阀门关闭，泵故障）被调量偏差无法消除，而调节器还是试图要校正这个偏差，因此积分项不停增大（绝对值增大），经过一段时间后，调节器输出将进入深度饱和状态，这种现象称为积分饱和现象

微分调节总是力图抑制被调量的振荡，它有提高控制系统稳定性的作用．适度引入微分动作可以允许稍微减小比例带，同时保持衰减率不变．微分调节具有超前作用。

使用微分作用时，要注意以下几点：

（1）微分作用的强弱要适当：

TD太小，调节作用不明显，控制质量必改善不大。

TD太大，调节作用过强，引起被调量大幅度振荡，稳定性下降。

（2）微分调节动作对于纯迟延过程是无效的。

（3）PD调节器的抗干扰能力很差，这只能应用于被调量的变化非常平稳的过程，一般不用于流量和液位控制系统。

δ越小（KC越大），比例作用越强；

TI越小，积分作用越强；

TD越大，微分作用越强；

TD＝0，则为PI控制；

TI＝∞，则为PD控制；

τ/T<

0.2：

选择比例或比例积分动作。

0.2<

τ/T≤1.0：

选择比例微分或比例积分微分动作。

τ/T>

1.0：

采用简单控制系统不能满足控制要求，应选用复杂控制系统，如串级，前馈控制等．

第三章

控制系统的控制质量的决定因素:

被控对象的动态特性

整定的实质:

通过选择控制器参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，实现最佳的控制效果

整定的前提条件：

设计方案合理，仪表选择得当，安装正确

IE（误差积分）简单，也称为线性积分准则，但是不能抑制响应等幅波动

IAE（绝对误差积分）：

抑制响应等幅波动

ISE（平方误差积分）抑制响应等幅波动和大误差，但是不能反映微小误差对系统的影响

ITAE（时间与绝对误差乘积积分）：

着重惩罚过度时间过长

常用的工程整定法有以下几种：

动态特性参数法；

稳定边界法；

衰减曲线法；

经验法

动态特性参数法（响应曲线法）整定步骤：

（1）在手动状态下，改变控制器输出（通常采用阶跃变化），记录下测量变送环节Gm（s）的输出响应曲线y（t）。

（2）由开环响应曲线获得单位阶跃响应曲线，并求取“广义对象”的近似模型与模型参数；

（3）根据控制器类型与对象模型，根据经验公式选择PID参数并投入闭环运行。

在运行过程中，可对增益作调整

稳定边界法（临界比例度法）整定步骤：

1）使调节器仅为比例控制，比例带δ设为较大值，TI=∞,TD=0,让系统投入闭环运行.

2）待系统运行稳定后，逐渐减小比例带，直到系统出现等幅振荡，即临界振荡过程．此时的比例带为δcr，振荡周期为Tcr

3）利用δcr和Tcr值，按稳定边界法参数整定计算公式表，求调节器各整定参数δ,TI,TD

衰减曲线法整定步骤：

1）使调节器仅为比例控制,比例带δ设为较大值,TI=∞,TD=0,让系统投入运行.

2）待系统稳定后，作设定值阶跃扰动，并观察系统的响应．若系统响应衰减太快，则减小比例带；

反之，若系统响应衰减过慢，应增大比例带.如此反复,直到系统出现4:

1衰减振荡过程或者如图b所示的衰减比为10：

1的振荡过程时.记录下此时的δ值（设为δs），以及Ts值（如图a中所示），或者Tr值（如图b中所示）。

经验法：

　简单可靠，能够应用于各种控制系统，特别适合扰动频繁、记录曲线不太规则的控制系统；

缺点是需反复凑试，花费时间长。

临界比例度法：

简便而易于判断，整定质量较好，适用于一般的温度、压力、流量和液位控制系统；

但对于临界比例度很小

衰减曲线法：

优点是较为准确可靠，而且安全，整定质量较高

第四章

1、启动调节阀的执行机构的正反作用形式是如何定义的？

在结构上有何不同？

正作用:

信号压力增加时，推杆向下移动（ZMA）；

反作用:

信号压力增大时，推杆向上移动（ZMB）。

正作用的执行机构：

控制器输出增加，阀杆下移。

反作用执行机构：

控制器输出增加，阀杆上移。

2、调节阀的流量系数C是什么含义？

如何根据C选择调节阀的口径？

流量系数C:

在给定行程下,阀两端压差为0.1Mpa,水密度为1g/cm3时,流经调节阀的水的流量,以m3/h表示（体积流量）。

流量系数是表示调节阀通流能力的参数。

它根据流量、阀两端的差压和流体的密度等确定。

是选择阀门口径的参数。

调节阀口径选定的具体步骤：

确定主要计算数据：

正常流量Qn，正常阀压降△pn，正常阀阻比Sn，运行中可能出现的最大稳定流量Qmax

3、什么事调节阀的结构特性、理想流量特性和工作流量特性？

如何选择调节阀的流量特性？

调节阀的结构特性：

阀芯与阀座间节流面积与阀门开度之间的关系。

理想流量特性：

在调节阀前后压差固定（△p=常数）情况下得到的流量特性。

工作流量特性：

调节阀在实际使用条件下，其流量q与开度l之间的关系．此时阀压降不是常数.选择调节阀的流量特性是：

1.从改善控制系统控制质量考虑。

2.从配管状况（S100）考虑。

调节阀的作用:

接受调节器送来的控制信号,调节管道中介质的流量（即改变调节量）,从而实现生产过程的自动化．

调节阀的分类：

气动,电动和液动三类．

气动执行机构有薄膜式和活塞式两种．常见的气动执行机构均为薄膜式

阀（或称阀体组件）它由阀体、上阀盖组件、下阀盖组件和阀内件组成

气开阀：

信号压力增加，流量增加；

气关阀：

信号压力增加，流量减小

阀门定位器的功能：

定位功能；

改善阀的动态特性；

改变阀的流量特性；

改变气压作用范围，满足分程控制要求；

用于阀门的反向动作

阀芯形状有快开（灵敏度最差，很少使用），直线，抛物线（特性与等百分比接近）和等百分比四种。

主要使用直线和等百分比两种。

直线结构特性的特点：

①斜率在全行程范围内是常数。

②阀芯位移变化量相同时,节流面积变化量也相同。

③直线特性的调节阀在开度变化相同的情况下：

当流量小时，流量的变化值相对较大，调节作用较强，易产生超调和引起振荡；

流量大时，流量变化值相对较小，调节作用进行缓慢，不够灵敏。

等百分比结构特点：

①曲线的放大系数是随开度的增大而递增的.。

②在同样的开度变化值下：

流量小时（小开度时）流量的变化也小（调节阀的放大系数小），调节平稳缓和.。

流量大时（大开度时）流量的变化也大（调节阀的放大系数大），调节灵敏有效。

③无论是小开度还是大开度，相对流量的变化率都是相等的，流量变化的百分比是相同的.

流过调节阀的流量的决定因素有:

①阀的开度。

②阀前后的压差。

③所在的整个管路系统的工作情况。

调节阀在选型时应该注意以下几点：

（1）选择调节阀的结构形式和材质。

（2）选择流量特性。

（3）选择阀门口径

第五章

1、试分析串级控制系统的特点，及其应用场合。

（1）副回路（内环）具有快速调节作用，它能有效地克服二次扰动的影响；

（2）由于内环起了改善对象动态特性的作用，因此可以加大主调节器的增益，提高系统的工作频率。

（3）对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应能力。

串级控制系统主要应用于：

对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。

串级控制系统：

就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。

通用串级控制系统的方框图：

见教材P107图5.11

串级控制系统具有较好的控制性的原因：

1）在系统结构上,它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统.其中主回路是定值控制，副回路是随动控制。

2）副回路的引入，大大克服了二次扰动对系统被调量的影响。

3）副回路的引入,提高了整个系统的响应速度,使其快速性得到了提高。

4）串级控制系统对负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力．

副回路的设计主要是如何选择副参数．其设计原则为：

副参数的选择应使副对象的时间常数比主对象的时间常数小，调节通道短，反应灵敏；

副回路应包含被控对象所受到的主要干扰；

尽可能将带有非线性或时变特性的环节包含于副回路中。

主回路的主要任务是：

满足主参数的定值控制要求。

副回路的主要任务是：

要快速动作以迅速抵消落在副环内的二次干扰。

共振现象：

如果主回路的工作频率接近副回路的谐振频率，则副回路将呈现出很高的增益和较大的相位滞后，这时反过来将严重影响主回路的稳定性，从而使主副参数长时间地大幅度地波动的现象。

为避免共振现象，一般：

Wd2>

3Wd1；

Td1>

3Td2;

一般选取：

Wd2=（3~10）Wd1；

Td1=（3~10）Td2

串级控制系统常采用的整定方法：

逐步