控制装置复习20.docx

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控制装置复习20

控制装置复习

任课教师：

干树川

——鲁方剑

1、考试题型

1.填空，判断，选择待定。

——（40%—45%）

2.计算分析。

（变送，控制，执行）——（30%—35%）

3.作图：

控制规律，指定偏差，PI，PD。

4.电路分析：

输入与输出的控制规律。

——（20%—30%）

2、各章作业

1.P17第一章：

1-6,1-8,1-15

2.P78第二章：

2-4，2-7，

3.P135第三章：

3-4，3-13，

4.PPT第四章：

PPT上面有一道

5.P190第五章:

5-15

6.其他作业

（1）一台比例调节器，输入信号1~5V，输出信号4~20mA，若比例度=40%时，输入信号变化量为1V，输出信号的变化量为多少？

（2）液位控制系统采用纯比例调节器，在开车前要对变送器、调节器和执行器进行联校，当比例度=20%，偏差=0时，手动操作使调节器的输出=12mA，若给定信号突变5%，调节器为正作用，试问突变瞬间调节器的输出为多少？

当调节器为反作用时，试问突变瞬间调节器的输出为多少？

解：

正作用：

那么:

Y=-25%（20-4）=-4mA

则：

I=12+（-4）=8mA

同理：

反作用：

Y=4mA

I=12+4=16mA

（3）某调节器的=100%，TI=2min，初始状态输入=输出=12mA，后来输入信号从12mA阶跃变化到14mA，试问经过多长时间后输出信号可以达到20mA？

分析：

使用y=KP（x+1/TI∫xdt）

解：

y=KP（x+1/TI∫xdt）

（20-12）=1（2+1/2∫2dt）

8=2+1/2*（2t）

t=6（min）

3、逐章复习

第一章概论

1、P1控制仪表与装置按照能源形式分类，可分为电动、气动、液动和机械式等几类。

2、P2按照信号类型分类可分为模拟式和数字式两大类。

3、P2按照结构形式分类可分为4类。

单元组合控制仪表，基地式控制仪表，集散控制系统（DCS系统），现场总线控制系统（FCS系统）。

4、P4信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。

类型即电压和电流，数值即围。

5、P4信号的标准。

（1）气动仪表信号标准：

20KPa

100KPa

（2）电动仪表信号标准：

DDZ-Ⅲ

4-20mA

250-750Ω

DDZ-Ⅱ

0-10mA

记住：

不是0-750欧姆，必须带有250欧姆的负载。

6、P4电动仪表标准的使用：

（1）现场与控制仪表之间采用电流信号，

（2）控制室部仪表之间采用直流电压信号。

7、P6电动仪表主要有隔爆型（d）和本质安全型（i）。

8、P7防爆仪表的防爆标志为“Ex”。

（大写的E,小写的x）。

9、P7控制仪表主要采用隔爆型防爆措施和本质安全型防爆措施。

隔爆型防爆结构的具体防爆措施是采用耐压80-100N/cm²以上的壳体，在检修的时候尽量不要打开壳体。

10、P8控制系统的防爆措施（分析题中的简答题）

要使整个测量或控制系统的防爆性能符合安全火花防爆要求，必须满足两个条件：

（1）在危险场所使用安全火花型防爆仪表。

（2）在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅。

（3）图1-3安全火花型防爆系统，必须要有。

自己画。

前三条必须有。

（4）必须正确地安装安全栅和布线，

Ø安全栅必须良好的接地

Ø安全栅的输入输出端的接线，应该分别布设，不能走同一条线槽，且输出端至现场仪表的连线应采用蓝色导线或外套蓝色套管，以防止可能产生的混触，使安全栅失去作用。

11、P18电路分析方法，输入与输出的关系。

习题1-15ade。

12、P8安全火花型防爆仪表所采取的措施主要有以下两个方面：

（1）仪表采用低的工作电压和小的工作电流。

通常，正常工作电压不大于24VDC，电流不大于20mADC；故障时电压不大于35VDC，电流不大于35mADC。

第2章控制器

1、P19控制器在自动控制系统中起控制作用。

它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按照一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输出至执行器。

e=y-x。

2、P19偏差的定义：

偏差=测量值-给定值。

3、P19控制器正反作用的定义：

习惯上，

>0称为正偏差。

<0称为负偏差。

>0，相应的

>0,则该控制器称为正作用控制器，相应的

<0,称为反作用控制器。

4、P19基本控制规律有比例（P）,积分（I），微分（D）三种，有这些控制规律组成P，PI,PD和PID等。

5、P20控制器的特性用相对变化量X和Y的关系式表示，一般有如下5种方法：

微分方程表示法，传递函数表示法，频率特性表示法，图示法，离散化表示法。

6、P20只有比例控制规律的控制器为比例控制器，其输入与输出的关系为比例关系。

Yp=KP*X。

7、P20比例增益Kp反映比例作用的强弱，Kp越大，比例作用越强，即在一定的输入量X下，控制器输出的变换越大，控制作用越强，反之亦然。

8、P20比例度，比例度一定是一个百分数。

=（1/Kp）*100%

9、P22比例控制规律的特点：

优点：

及时迅速。

缺点：

存在残余偏差。

10、P22比例控制器的缺点是有余差，若要求控制系统无余差，就得增加积分控制规律（即积分作用）。

11、P22积分作用的输出与偏差对时间的积分成比例关系。

12、P22图2-3。

13、P23积分时间的定义为：

在阶跃信号输入下，积分作用的输出的变化到等于比例作用的输出所经历的时间就是积分时间。

14、P23图2-4。

15、P25防止积分饱和的方法通常有两种：

（1）在积分器输出达到输出围上限值或下限值时，暂时去掉积分作用，由此比例积分作用变为纯比例作用。

（2）在控制器输出达到输出围上限值或下限值时，使积分作用输出不继续增加，如在比例积分电路的输入端另加一个偏差相反的信号。

16、P25防止被控变量产生过大的偏差，可为此使用微分控制规律的控制器。

17、P25理想的微分作用不能够单独作为控制规律使用。

18、P25微分时间常数，图2-9，画图时一定要标注。

19、P27微分时间反映了微分作用的强弱,微分时间越长，微分作用越强，即控制作用越强。

Kd越大，微分作用越强。

20、P32控制器的主要作用是对来自变送器的测量信号与给定值相比较所产生的偏差进行PID运算，并输出控制信号至执行器。

21、P32其他作用：

除了对偏差信号进行PID运算外，一般控制器还需要具备以下功能，以适应自动控制的需要。

（1）偏差显示，

（2）输出显示，（3）提供给定及外给定的选择，（4）正反作用的选择，（5）手动操作与手动/自动双向切换。

22、P32通过控制器的手动/自动双向切换开关，可以方便地进行手动/自动切换，而在遣换过程中，都希望切换操作不会给控制系统带来扰动，即必须要求无扰动切换。

23、P32在自动运行时，则视控制器是否具有手动输出信号自动地跟踪自动输出信号的功能，若无功能，则由自动切换到手动，必须进行预平衡操作。

若有自动跟踪功能，则由自动切换到手动不必进行预平衡操作，便可实现无扰动切换。

24、P37DDZ-Ⅲ型全刻度指示调节器的主要性能如下：

（1）测量信号1-5VDC

（2）给定信号1-5VDC

（3）外给定信号4-20mADC

（4）负载电阻250-750Ω

25、P37基型调节器由控制单元和指示单元两部分组成。

控制单元包括输入电路，PD电路，PI电路，输出电路以及软手操和硬手操电路等，指示单元包括测量信号指示电路和给定信号指示电路。

图2-15。

26、P39图2-18，图2-19，主要是电路分析方法。

求输入与输出的关系（传递函数），判断是P，PI，PD。

27、P47自动（A）—软手动（M），硬手动（H）—软手动（M），均为双向无平衡无扰动切换。

28、P47软手动—自动，硬手动—自动的切换，也为无平衡状态无扰动切换。

29、P47自动—硬手动、软手动—硬手动的切换，必须在切换前拨动硬手操拨盘，使它的刻度与调节器的输出电流相对应，即必须进行预平衡操作，才能够做到无扰动切换。

30、P58数字式控制器的硬件电路由主机电路、过程输入通道、过程输出通道、人机接口电路以及通信接口电路等部分组成。

31、P62数字式控制器的特点

（1）运算控制功能强

（2）通过软件实现所需功能

（3）带有自诊断功能

（4）带有数字通讯功能

（5）具有模拟控制器相同的外特性

（6）保持常规模拟控制器的操作方式

32、P29常用的数字式PID运算式有位置型算式，增量型算式，速度型算式和偏差型算式。

第三章变送器

1、P80变送器在自动检测和控制系统中的作用，是对各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量进行检测，以供显示、记录或控制之用。

2、P80按照被测参数分类，变送器主要有差压变送器、压力变送器、温度变送器、液位变送器和流量变送器等。

3、P80图3-1变送器的理想输入输出特性。

4、P80模拟式变送器完全由模拟元器件构成，从构成原理来看模拟式变送器由测量部分、放大器和反馈部分，零点调整零点迁移四个环节构成。

5、P83量程调整的目的，是使变送器的输出信号上限值

与测量围的上限值

相对应，量程调整相当于改变变送器的输入输出特性的斜率。

6、P83零点调整和零点迁移的目的，都是是变送器的输出信号下限值

与测量围的下限值

相对应，在检测信号零点上（相当于零点）为零。

7、P84，对于模拟式变送器，非线性补偿方法通常有两种

（1）使反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性

（2）使测量部分与传感器组件具有相同的非线性特性

7、P85二线制和四线制传输

（1）二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电源信号，这类变送器称为二线制变送器，目前大多数变送器均为二线制变送器。

（2）四线制传输方式：

即供电电压和输出信号分别用二根导线传输。

（3）二线制变送器同四线制变送器相比，具有节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰等优点，从而大大降低安装费用，减少自控系统投资。

（4）变送器的正常工作电流I必须等于或小于变送器蔬菜怒电路的最小值

。

即

。

（5）在下列电压条件下，变送器能够保持正常工作。

8、P90差压变送器用来将差压、流量、液位等被检测参数转换成标准统一信号或数字信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制。

9、P98电容式差压变送器的检测元件采用电容式压力传感器。

图3-30。

10、P98输出压力

作用于测量部分电容式压力传感器的中心感压膜片，从而使感压膜片与两个固定电机所组成的差动电压之电容量发生变化，此电容变化量由电容/电流转换成电流信号

，

和调零与零迁电路产生的调零信号

的代数和同反馈电路所产生的反馈信号

进行比较，其差值送入放大器，经放大得到整机的输出信号

。

11、P101

（1）差动电容的相对变化值

与被测压力

成线性关系。

（2）

与灌充液的介电常数无关。

这样从原理上消除了灌充液介电常数的变化给测量带来的误差。

11、P101电容/电流转换电路的作用是将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动信号Id,并实现非线性补偿功能。

它由振荡器，解调器，振荡控制放大电路和线性调整电路等部分组成。

12、P103振荡控制放大器的作用，是使流过

的电流之和

等于常数。

13、P106电流放大电路的作用是把Id放大并转换成4—20mA的直流输出电流，并实现量程调整。

14、P107输出限幅电路用于限制变送器输出电流Io的最大数值不超过30mA。

15、P115温度变送器与测温元件配合使用，将温度或温差信号转换成统一标准信号或数字信号，以实现对温度（温差）参数显示、记录或自动控制。

差压变送器没有说与测差压配合使用，差压变送器和测差压的是合并为一体的。

16、P116典型模拟式温度变送器由三部分：

输入部分、放大器和反馈部分组成，其测温元件，一般不包括在变送器部，而是通过接线端子与变送器相连接。

17、P116DDZ-Ⅲ型温度变送器有带非线性补偿电路与不带非线性补偿电路的热电偶温度变送器，热电阻温度变送器以及直流毫伏变送器等。

18、P116这三种变送器均属安全火花型防爆仪表，采用四限制的连接方式。

因此在变送器的构成上，除了输入部分，放大器和反馈部分之外，还增加量直流/交流/直流变换器部分。

19、P121量程单元包括输入回路，零点调整电路和反馈回路三部分。

20、P121稳压管起限流和限压的作用。

21、P123热电偶温度变送器与各种热电偶配合使用，可以将温度信号变换为成比例的4—20mADC和1—5VDC电压信号。

热电偶温度变送器的线路仅在直流毫伏变送器线路的基础上，增加了热电偶冷端温度补偿电路和线性化电路。

22、P124线性化电路：

热电偶温度变送器的测温元件热电偶和被测温度之间存在着非线性关系，为了使变送器的输出信号与被测温度信号t之间成线性关系，须得进行非线性化补偿，线性化电路就是为了这一目的而设计的。

23、P125热电阻温度变送器与各种热电阻配合使用，可以讲温度信号变换成成比例的4—20mADC电流信号和1—5VDC电压信号，热电阻温度变送器的线路在直流毫伏变送器线路的基础上，输入回路增加了

等元件构成的线性化电路。

24、P127

（1）热电阻Rt因被测温度升高而增加时，It将增大；而Ut为It和Rt的乘积，因此Ut随被测温度升高的增加量将逐渐增大。

（2）为了消除导线电阻的影响，热电阻采用三线制接法。

r1=r2=r3=1Ω。

（3）

只能在测温度围的某一点上成立，这样，导线电阻补偿电路只能在这一点上获得全补偿。

第四章其他常用的单元仪表

1、P136开方器属于运算单元的仪表，开方器的作用是对某一统一标准信号进行开方运算，并将运算结果以统一标准信号输出，供其他仪表使用。

2、P137当采用差压方式测量流量时，由节流装置将流量转换为差压信号。

当流体密度不变时，被测流量与差压之间有下列关系式。

3、P139DDZ-Ⅲ型开方器的作用是对1—5VDC的输入信号进行开方运算，运算结果以1—5VDC或者4—20mADC输出，其运算关系式为。

。

4、开方器的两个公式

5、P155安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表。

其作用是：

一方面保证信号的正常传输；另一方面控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保系统的安全火花性能。

6、P155常用的安全栅有两种，一种是齐钠式安全栅，一种是隔离式安全栅。

隔离式安全栅按其构成原理可分为检测端安全栅和操作端安全栅。

7、P155齐纳式安全栅是基于齐纳二极管反向击穿特性来工作的。

8、P155电路中采用两只齐纳二极管的目的是为了提高安全栅的可靠性。

9、P155隔离式安全栅按其构成原理可分为检测端安全栅（输入式安全栅）和操作端安全栅（输出式子安全栅）。

10、P157操作器的作用是以手动设定方式在输出端输出4—20mADC信号，以此进行手动遥控操作或为控制器提供外部给定信号。

第5章执行器

1、P160执行器在自动控制系统中的作用是接受来自控制器的控制信号，通过其本身开度的变化，从而达到控制流量的目的。

2、P160执行器直接与介质接触，他是控制系统中的薄弱环节。

3、P160执行器由执行机构和调节机构两个部分组成。

图5-1。

4、P160执行机构是执行器的推动装置，他是根据输入控制信号的大小，产生相应的输出力F（或是输出力矩M）和位移（直线位移

或角位移

），推动调节机构动作，调节机构是执行器的调节部分，在执行机构的作用下，调结结构的阀芯产生一定的位移，即执行器的开度发生变换，从而直接调节阀芯、阀座之间流过的被控介质的流量。

5、P160执行器按照其使用的能源形式可分为气动执行器、电动执行器、液动执行器三大类。

6、P161气动调节阀具有结构简单，动作可靠稳定，防火防爆等优点，缺点是相应时间大，信号不适于远传。

7、P161电动调节阀具有远距离信号传送，能源获取方便等有点；其缺点是一般只是适用于防爆要求不高的场合。

8、P161当输入信号增大时，执行器的流通截面积增大，即流过执行器的流量增大，称为正作用；当输入信号增大时，流过执行器的流量减小，成为反作用。

9、P161气动调节阀的正反作用可通过执行机构和调节机构正反作用的组合来实现。

10、P161对于电动调节阀，由于改变执行机构的控制器（伺服放大器）的作用形式非常方便，因此一般通过执行机构的作用实现调节阀的正反作用。

11、P161执行机构的作用是根据输入控制信号的大小，产生相应的输出力F或输出力矩M和位移（直线位移

或角位移

），输出力F或输出力矩M用于客服调节机构中流动流体对阀芯产生的作用力或作用力矩，以及阀杆的摩擦力、阀杆阀芯重量以及压缩弹簧的预紧力等其他各种阻力；位移用于带动调节机构阀芯动作。

12、P161执行机构有正作用和反作用两种作用方式：

输入信号增加，执行就够推杆向下运动，称为正作用；输入信号增加，执行机构推杆向上运动，称为反作用。

13、P163电动执行机构接受0—10mADC或4—20mADC的输入信号，并将其转换成相印的输出力F和直线位移

或输出力矩M和角位移

。

以推动调节机构动作。

14、P163电动执行机构主要分为两大类：

直行程和角行程。

15、P164电动执行机构由伺服放大器，伺服电机，位置发送器，减速器四部分组成。

图5-5。

16、P164伺服放大器将输入信号和反馈信号相比较，得到差值信号

，并将信号

进行功率放大。

当差值信号

>0时，伺服放大器的输出驱动伺服电机正转，再经过机械减速器减速后，使输出轴向下运动（正作用执行机构），输出轴的位移经位置发送器转换成相应的反馈信号，反馈到伺服放大器的输入端使

减小，直至

=0时，伺服放大器无输出，伺服电机才停止运转，输出轴也就稳定输入信号相对应的位置上。

反之，当

<0时，伺服放大器的输出驱动素服电机反转，输出轴向上运动，反馈信号也相应减小，直至

=0时，伺服电机才停止运转，输出轴稳定在另一新的位置上。

17、P166调节机构是执行器的调节部分，在执行机构输出力F（输出力矩M）和输出位移作用下，调节机构阀芯的运动，改变了阀芯与阀座之间的流通截面积，即改变了调节阀的阻力系数，使被控介质流体的流量发生相应的变化。

18、P166调节机构可分为两大类：

直行程和角行程。

19、P166调节机构主要由阀体、阀杆或转轴、阀芯或阀板和阀座等部件组成。

20、P166调节机构的正反作用：

当阀芯向下位移时，阀芯与阀座之间的流通截面积增大，称为正作用。

习惯上按照阀芯安装形式称之为反装。

反之称为正作用，即正装。

21、P169从流体力学的观点来看，调节机构和普通阀门一样，是一个局部阻力可以变化的节流元件。

流体流过调节阀时，由于阀芯和阀座之间流通截面积的局部缩小，形成局部阻力，使图在调节阀处产生能量损失。

22、P170流量系数K是反映调节阀口径大小的一个重要参数。

23、P170K值取决于调节阀的公称直径DN和阻力系数

，阻力系数

的大小与流体的种类，性质，工况以及调节阀的结构尺寸等因素有关。

24、P170Kv值取决于调节阀的公称直径DN和阻力系数

，阻力系数

的大小与流体的种类，性质，工况以及调节阀的结构尺寸、阀的开度等因素有关。

25、P170Kv和Cv的换算关系是：

Cv=1.17Kv。

26、P173调节阀的可调比R是指调节阀所能控制的最大流量Qmax和最小流量Qmin之比，即

。

27、P173Qmin是调节阀所能控制的最小流量，与调节阀全关时的泄漏量不同。

一般Qmin为最大流量的2%~4%，而泄漏量仅为最大流量的0.1%—0.01%。

28、P173理想可调比：

调节阀前后压差一定时的可调比。

一定是指随阀位开度变化而保持一致。

29、P173理想可调比等于调节阀的最大流量系数与最小流量系数之比。

可调比反映了调节阀的调节能力的大小。

我国理想可调比主要有30和50两种。

30、P173管路系统的阻力变化或旁路阀的开启程度不同，将使得调节阀前后压差发生变化，从而使调节阀的可调比也发生相应的变化，这时候调节阀的可调比称为实际可调比。

31、P174串联管道时候的可调比：

并联管道时候的可调比：

32、P175调节阀流量特性是指介质流过调节阀的相对流量与相对位移之间的关系。

33、P175所谓的理想流量特性是指调节阀前后压差一定时的流量特性，它是调节阀的固有特性，由阀芯的形状决定。

理想流量特性与阀的结构特性不同。

34、P175理想流量特性主要有直线、等百分比（对数），抛物线以及快开等四种。

35、P175直线流量特性是指调节阀的相对流量与相对位移成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是常数。

36、P176直线流量特性：

（1）具有直线特性的调节阀的放大系数是一个常数，即调节阀单位位移的变化所引起的流量变化是相等的，

（2）在开度小时，流量相对变化值大，而在开度大时，流量相随变化值小，（3）直线特性的调节阀在小开度，灵敏度高，调节作用强，易产生振荡，在大开度时，灵敏度低，调节作用弱，调节缓慢。

37、P176等百分比流量特性是指单位相对位移变化所引起的相对流量变化与此点相对流量成正比关系。

38、P176

（1）等百分比特性曲线的斜率是岁流量增大而增大的

（2）但等百分比特性的陆良相对变化值是相等的。

（3）在小开度的调节和大开度的调节是相同的。

39、P176抛物线流量特性是介于直线流量特性和等百分比流量特性之间的。

40、P177快开流量特性的调节阀在开度较小时就有较大的流量，随之额开度的增大，流量很快就达到最大，此后再增加开度，流量变化很小，故称其为快开流量特性。

阀芯形式为平板形。

41、P177在实际使用中，调节阀所在在管路系统的阻力变化或旁路阀的开启不同将造成阀前后压差变化，从而使调节阀的流量特性发生变化，调节阀前后压差变化的流量特性称为工作流量特性。

42、P179串联管道将使调节发的可调比减小、流量特性发生畸变，并且S值越小，影响越大。

因此在实际使用时，S值不能太小，通常希望S值不低于0.3.

43、P179并联管道时，通常一般x值不能低于0.8，即旁路流量只能为总流量的百分之十几。

44、P186电/气阀门定位器接受4—20mA或0—10mA的直流电路信号，用以控制薄膜式或活塞式气动调节阀。

它能够起到电/气转换器和气动阀门定位器两种作用。