過程控制理論知識點.doc

1過程控制的任務(wù)和要求要求三項：安全性經(jīng)濟(jì)性穩(wěn)定性，過程控制的任務(wù)就是在了解掌握工藝流程和生產(chǎn)過程的靜態(tài)和動態(tài)特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)上述三項要求，應(yīng)用理論對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和綜合，最后采用適宜的技術(shù)手段加以實現(xiàn)。過程控制的任務(wù)是由控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)來完成的。2常用過程控制系統(tǒng)分為哪幾類三類1.反饋控制系統(tǒng)（根據(jù)被控參數(shù)與給定值的偏差進(jìn)行控制的）2.前饋控制系統(tǒng)（根據(jù)擾動量的大小進(jìn)行控制的，擾動是控制的依據(jù)）3.前饋-反饋控制系統(tǒng)（前饋控制的主要優(yōu)點是能迅速及時克服主要擾動對被控量的影響，而前饋反饋能控制利用的反饋控制克服其他擾動，能夠使被控量迅速而準(zhǔn)確的穩(wěn)定在給定值上，提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量）1過程控制系統(tǒng)在運(yùn)行中狀態(tài)有幾種?過程控制系統(tǒng)時域性能指標(biāo)包括哪些？它們分別反應(yīng)系統(tǒng)哪些方面性能？ 兩種，一種是穩(wěn)態(tài)，此時系統(tǒng)沒有收到任何外來干擾，同時設(shè)定值保持不變，因而被調(diào)量也不會隨時間變化，整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡的工況。一種是動態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)收到外來干擾的影響或者在改變了設(shè)定值之后原來的穩(wěn)態(tài)受到破壞，各部分輸入輸出都發(fā)現(xiàn)變化。時域性能指標(biāo)（衰減比和衰減率，最大動態(tài)誤差和超調(diào)量，殘余偏差，調(diào)節(jié)時間和振蕩頻率）衰減比是衡量一個振蕩過程的衰減程度的指標(biāo)，它相當(dāng)于兩個相鄰的波峰值之比。衡量震蕩頻率過程衰減程度的另一個指標(biāo)是衰減率，指的是每經(jīng)過一個周期，波動幅度衰減的百分?jǐn)?shù)。最大動態(tài)誤差和超調(diào)量 最大動態(tài)誤差是指設(shè)定階躍響應(yīng)中，過度過程開始后第一個波峰超過其新穩(wěn)態(tài)值的幅度，最大動態(tài)偏差占被調(diào)量穩(wěn)態(tài)變化幅度的百分比稱為超調(diào)量殘余偏差是指過渡結(jié)束之后被調(diào)量新的穩(wěn)態(tài)值Y（）與新設(shè)定值r之間的差值，它是控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性的衡量指標(biāo)調(diào)節(jié)時間和振蕩頻率調(diào)節(jié)時間是從過渡過程開始到結(jié)束所需的時間過渡過程的振蕩頻率也可以作為衡量控制系統(tǒng)快速性的一個指標(biāo)那你。2什么是被控過程的特性？什么是被控過程的數(shù)學(xué)模型？目前研究過程數(shù)學(xué)模型的主要方法有哪些？指被控過程是否容易控制。數(shù)學(xué)模型乃是事物行為規(guī)律的數(shù)學(xué)描述。根據(jù)所描述的是事物在穩(wěn)態(tài)下的行為規(guī)律還是在動態(tài)下的，被控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的劃分1.按系統(tǒng)的連續(xù)性劃分（連續(xù)系統(tǒng)模型，離散系統(tǒng)模型）按模型的結(jié)構(gòu)劃分為輸入輸出模型（可按時域劃分為時域表達(dá)階躍響應(yīng)，脈沖響應(yīng)；頻域表達(dá)傳遞函數(shù)），狀態(tài)空間模型機(jī)理法建模，用機(jī)理法建模就是根據(jù)生產(chǎn)過程中實際發(fā)生的變化機(jī)理，寫出各種有關(guān)的平衡方程，機(jī)理法建模的首要條件是生產(chǎn)過程的機(jī)理必須已經(jīng)為人們所充分掌握，并且可以比較準(zhǔn)確地加以數(shù)學(xué)描述測試法建模，一般只用于建立輸入輸出模型。它是根據(jù)工業(yè)過程的輸入和輸出的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行某種數(shù)學(xué)處理的模型。3如何判斷一個過程是自衡過程還是無自衡過程？自衡過程指的是系統(tǒng)中存在著對所關(guān)注的變量的變化有固定負(fù)反饋作用，該作用總是力圖恢復(fù)系統(tǒng)的平衡，在出現(xiàn)擾動后，過程能靠系統(tǒng)自身的能力達(dá)到新的平衡狀態(tài)的性質(zhì)稱為自平衡特性，自衡過程具有一定范圍內(nèi)的自平衡，反之，不存在固定反饋作用的且自身無法恢復(fù)平衡的，為無自衡過程4工業(yè)過程動態(tài)特性的特點是什么？1.對象的動態(tài)特性是不振蕩的2.對象的動態(tài)特性有延遲3.被控對象本身是穩(wěn)定的或中性的4.被控對象往往具有非線性特征1、簡述PID控制的優(yōu)點。1.原理簡單，使用方便2.適應(yīng)性強(qiáng)，可以應(yīng)用于化工、熱工、冶金、煉油、以及造紙、建材等各種生產(chǎn)部門3.魯棒性強(qiáng)，即其控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不大敏感2、簡述調(diào)節(jié)器的正、反作用。為了適應(yīng)不同被控對象實現(xiàn)負(fù)反饋控制的需要，工業(yè)調(diào)節(jié)器都設(shè)置有正反作用開關(guān)，以便根據(jù)需要將調(diào)節(jié)器置于正作用或反作用方式，所謂正作用方式是指調(diào)節(jié)器的輸出信號U隨著被調(diào)量Y增大而增大，此時稱整個調(diào)節(jié)器的增益為“+”。處于反作用方式下，U隨著被調(diào)量Y的增大而減小，調(diào)節(jié)器的增益為“-”3、控制器為什么必須有自動/手動切換電路，怎樣才能做到自動-手動雙向無擾動切換？為了適應(yīng)工藝過程啟動，停車或發(fā)生事故等情況，控制器除了需要自動調(diào)節(jié)的工作狀態(tài)以外，還需要在特殊情況時能由操作人員切除PID運(yùn)算電路，直接根據(jù)儀表做出判斷，操縱調(diào)節(jié)器輸出的手動工作狀態(tài)1、 什么是串級控制，與單回路控制系統(tǒng)相比串級控制系統(tǒng)具有什么結(jié)構(gòu)特點？串級控制系統(tǒng)是兩只調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)特點，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，它是由兩個串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個閉環(huán)在里面，稱為副環(huán)，在控制過程中起著粗調(diào)的作用，一個環(huán)在外面，稱為主環(huán)，完成細(xì)調(diào)的任務(wù)，以最終保證被調(diào)量滿足工藝要求。2為什么串級控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抑制干擾能力？在串級控制系統(tǒng)中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動，而且還能改善過程特性。副回路具有粗調(diào)的作用，主調(diào)節(jié)器有細(xì)調(diào)的作用，從而使得控制品質(zhì)提高。串級控制系統(tǒng)具有較好控制性能的原因1.對二次干擾有很強(qiáng)的克服能力2.改善了對象的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率3.負(fù)荷或操作條件的變化有一定自適應(yīng)能力串級系統(tǒng)副回路設(shè)計原則1.副參數(shù)選擇應(yīng)使得副回路時間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反應(yīng)靈敏2.副回路應(yīng)包含被控對象所受到的主要干擾3.當(dāng)對象有非線性環(huán)節(jié)，應(yīng)使非線性環(huán)節(jié)處于副環(huán)中4.當(dāng)對象有較大的純滯后時，副回路應(yīng)盡量減少或不包括純滯后1、掌握教材第124125頁的內(nèi)容。在對象特性呈現(xiàn)大遲延（包括容積遲延和純遲延）多干擾等難以控制的特性，而希望得到較好的過程響應(yīng)時，反饋系統(tǒng)往往會讓人失望，原因如下：1.反饋控制的性質(zhì)意味著存在一個可以測量出來的偏差，并且用以產(chǎn)生一個控制作用，從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的，就是說系統(tǒng)在控制過程中必定存在著偏差，因此不能得到完整的控制效果2.反饋調(diào)節(jié)器不能事先規(guī)定它的輸出值，而只是改變它的輸出值直到被調(diào)量與設(shè)定值一致為止，所以可以說反饋控制是依靠嘗試法來進(jìn)行控制的，這十分原始。不變性原理是指控制系統(tǒng)中的被調(diào)量與擾動量絕對無關(guān)或者在一定準(zhǔn)確度下無關(guān)，也即被調(diào)量完全獨立或基本獨立絕對不變性是指對象在擾動Di(t）作用下，被調(diào)量y(t)在整個過渡過程中始終保持不變，即調(diào)節(jié)過程的動態(tài)偏差和穩(wěn)態(tài)偏差均為零。誤差不變性是指有一定限制的不變性，或說與絕對不變性存在一定誤差的不變性穩(wěn)態(tài)不變性是指被調(diào)量在穩(wěn)態(tài)工況下與擾動量無關(guān)，即在干擾Di(t）作用下，被調(diào)量的動態(tài)偏差不等于零，而其穩(wěn)態(tài)偏差為零選擇不變性：被調(diào)量往往受到若干個干擾的作用，若系統(tǒng)采用了被調(diào)量對其中幾個主要的干擾實現(xiàn)不變性就稱為選擇不變性例如被控對象存在大遲延環(huán)節(jié)或者非線性環(huán)節(jié)，常規(guī)PID調(diào)節(jié)往往難于駕馭，解決的辦法之一是采用補(bǔ)償原理3、前饋-反饋控制具有哪些優(yōu)點？既發(fā)揮了前饋控制作用及時的優(yōu)點，又保持了反饋控制能克服多個擾動和具有對被調(diào)量實行反饋檢驗的長處4、什么是大遲延系統(tǒng)？（第136頁）在工業(yè)生產(chǎn)過程中，被控對象除了具有容積遲延外，往往不同程度地存在著純遲延，在這些過程中，由于純遲延的存在，使得被調(diào)量不能及時反映系統(tǒng)所承受的擾動，即使測量信號到達(dá)調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)機(jī)關(guān)接受調(diào)節(jié)信號后立即動作，也需經(jīng)過純延遲時間以后，才波及被調(diào)量，使之受到控制，一般以為純遲延時間與過程的時間常數(shù)T之比大于0.3則說該過程是具有大遲延的工藝過程6、史密斯補(bǔ)償?shù)某霭l(fā)點是什么？如何實現(xiàn)史密斯補(bǔ)償？史密斯補(bǔ)償是對什么補(bǔ)償？（第138139頁）史密斯預(yù)估補(bǔ)償?shù)奶攸c是預(yù)先估計出過程在基本擾動下的動態(tài)特性，然后從預(yù)估器進(jìn)行補(bǔ)償，力圖使被遲延了的被調(diào)量超前反映到調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)器提前動作，從而明顯的減少超調(diào)量和加速調(diào)節(jié)過程1.什么是DDC系統(tǒng)？它由哪幾部分組成？它的優(yōu)點是什么？工業(yè)控制機(jī)與PC機(jī)的主要區(qū)別是什么？直接數(shù)字控制系統(tǒng)簡稱DDC系統(tǒng)，是由一臺計算機(jī)取代模擬調(diào)節(jié)器直接控制調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行器，使被調(diào)量保持在給定值。DDC有被控對象，檢測儀表，執(zhí)行器，工業(yè)控制機(jī)組成。優(yōu)點計算機(jī)運(yùn)算速度快，計算機(jī)運(yùn)算能力強(qiáng)，很容易實現(xiàn)各種比較復(fù)雜的控制規(guī)律.PC機(jī)是個人使用的，遠(yuǎn)離灰塵和水源，抗電磁能力差，工控機(jī)具有可靠性，實時性，擴(kuò)充性，兼容性1. 什么是分布式系統(tǒng)？它的特點是什么？（第210頁）分布式控制系統(tǒng)又稱為集散控制系統(tǒng)，是綜合了計算機(jī)技術(shù)，控制技術(shù)，通信技術(shù)和圖形顯示等技術(shù)，形成以微處理器為核心的系統(tǒng)，它的最大的特點是實現(xiàn)了完全分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，取消了上位機(jī)，數(shù)據(jù)庫分散，不設(shè)通信協(xié)調(diào)器2.分布式系統(tǒng)由哪幾部分組成？（第211頁）數(shù)據(jù)傳輸通道，控制站，操作站實驗題