A石油工程自动控制技术3习题课.pptx
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1.简述过程控制的发展概况。
解：
19世纪40年代前后（手工阶段）：
手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低。
19世纪50年代前后（仪表化与局部自动化阶段）：
过程控制发展的第一个阶段，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。
主要特点：
检测和控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合仪表（多数是气动仪表）；过程控制系统结构单输入、单输出系统；被控参数温度、压力、流量和液位参数；控制目的保持这些参数的稳定，消除或者减少对生产过程的主要扰动；理论频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。
19世纪60年代（综合自动化阶段）：
过程控制发展的第二个阶段，工厂企业实现车间或大型装置的集中控制。
主要特点：
检测和控制仪表采用单元组合仪表（气动、电动）和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制（DDC）和设定值控制（SPC）；过程控制系统结构多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统；控制目的提高控制质量或实现特殊要求；理论除经典控制理论，现代控制理论开始应用。
前馈控制按扰动来控制，在扰动可测的情况下，可以地提高控制质量。
选择性控制在生产过程遇到不正常工况或被控量达到安全极限事，自动实现的保护性控制。
19世纪70年代以来（全盘自动化阶段）：
发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。
主要特点：
检测和控制仪表新型仪表、智能化仪表、微型计算机；过程控制系统结构由单多变量系统，由PID控制规律特殊控制规律，由定值控制最优控制、自适应控制，由仪表控制系统智能化计算机分布式控制系统；理论现代控制理论过程控制领域，如状态空间分析，系统辨识与状态估计，最优滤波与预报。
2.什么是集散控制系统？
解：
集散控制系统是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一体的装置。
系统在结构上是分散的（生产过程是分散系统），但过程控制的监视、管理是集中的控制系统。
3.什么是过程控制系统？
试述其组成。
解：
所谓过程控制就是对连续不断的生产（一般是可产生新物质的生产）过程进行的控制。
过程控制系统就是能实现过程控制目的的自动化系统。
过程控制系统组成：
由传感器及变送器（现场数据采集）、控制器（算法运算）、执行器（被控参数调节）、被控过程构成。
4.为什么要由系统控制流程图画出其方框图？
解：
为了便于应用控制理论来分析过程控制系统的工作过程及控制质量。
5、乙炔发生器是利用电石和水来生产乙炔气的装置。
为了降低电石消耗量，提高乙炔气的收率，确保生产安全，故设计图1-8所示的温度控制系统。
生产要求发生器温度控制在801。
试画出温度控制系统的方框图，并指出图中的控制对象、被调参数和调节参数。
解：
控制过程：
乙炔发生器。
被调（控）参数y（t）：
温度。
调节参数q（t）：
冷水流量。
6.与其他自动控制系统相比，过程控制系统有哪些主要特点？
解：
由过程的实时检测仪表、控制仪表组成；被控过程具有多样性；控制方案具有多样性；控制过程多为慢慢变过程（30秒以上）；多为定值控制。
7.通常过程控制系统可分为哪几种类型？
解：
按系统的结构特点分类：
反馈控制系统前馈控制系统前馈反馈控制系统（复合控制系统）按给定值信号的特点分类：
定值控制系统随动控制系统程序控制系统,8.什么叫定值控制系统？
其输入信号是什么？
解：
系统被控量（温度、压力、流量、液位、成分等）的给定值保持在某一定值（或在某一很小范围内不变）中。
系统的输入信号是扰动（干扰）信号。
9.过程控制系统过渡过程的质量指标包含哪些主要内容？
哪些属于静态质量指标？
哪些属于动态质量指标？
解：
单项指标：
余差（或称静态偏差）c：
系统过渡过程终值与设定值之差。
（静态质量指标）衰减比n：
第一波幅与第二波幅之比，n=1，为等幅震荡，n=4，为衰减震荡。
（动态质量指标）。
最大偏差A（或称超调量）：
第一波幅与给定值之差。
（动态质量指标）过渡过程时间ts（衰减时间）：
震荡开始到被控制量到达新稳定值的+/-5%的时间。
（动态质量指标）峰值时间tp：
（动态质量指标）,偏差性能指标（积分指标）（动态质量指标）：
（偏差指标到达最小的系统为最优系统）。
平方误差积分指标（ISE）；时间乘误差的平方积分指标（ITSE）；误差绝对值积分指标（IAE）；时间乘误差绝对值的积分指标（ITAE）,10、为什么说系统过渡过程的质量指标是一种单项指标？
而偏差性能指标是一种综合指标？
解：
单项指标只考虑某时刻（动态）的值或最终的值（静态），偏差指标考虑整个衰减过程的值。
1、什么是过程的数学模型？
目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种？
解：
指过程在各输入量（包括控制量和扰动量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。
被控过的建模方法（三种）：
机理法：
通过静态、动态的物料、能量平衡关系（物理学、化学），用纯数学推导而得。
工程现场实测（过程响应曲线识别与参数估计）法：
将被控对象作为物质和能量传递的黑匣子，全部输入量称为流入量（表征流入被控对象的物质和能量的数量），全部输出量称为流出量（表征从被控对象流出的物质和能量的数量），对流入量施加一扰动（常常施加阶跃扰动），测量流出量的变化情况（输出响应），得出被控对象的传递函数。
综合法：
先用机理法得到被控对象的模型结构，再用实验法确定结构的具体参数。
2、从阶跃响应曲线看，大多数过程有些什么特点？
描述过程数学模型的特征参数有哪些？
解：
大多数具有可近似地以一阶、二阶、一阶加时延、二阶加时延特性之一来描述。
模型的特性参数有，时间常数放大系数K0、T0、延时时间。
3、什么是过程的调节通道（控制通道）和扰动通道？
过程的基本扰动和外部扰动是什么？
解：
控制通道-控制作用与被控变量之间的信号联系。
扰动通道-扰动作用与被控变量之间的信号联系。
内部扰动（基本扰动）-通常是一个可控性良好的输入量，选作为控制作用，即调节器的输山量（u（t）作为控制作用。
基本扰动作用于闭合回路内，所以对系统的性能起决定作用。
外部扰动-其他的输入量则称为扰动作用（f1（t）fn（t）。
外部扰动对过程控制也有很大影响。
4、什么是过程的自平衡能力和无自平衡能力？
什么是单容过程和多容过程？
解：
自衡过程过程对扰动的响应有时延，被控量变化最后自动地达到新的平衡，即过程具有自平衡能力。
如图22（a）所示。
无自衡过程被控量不断交化最后不再平衡下来，过程无自平衡能力。
如图22（b）所示。
单容过程只有一个贮蓄容量的过程。
单容过程可分为有自平衡能力和无自平衡能力两类。
多容过程被控过程往往是由多个容积和阻力构成。
可分为有自平衡能力和无自平衡能力两类。
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