《過程控制系統(tǒng)》(方康玲版)復(fù)習(xí)講義

1、1總復(fù)習(xí)總復(fù)習(xí)22| 過程控制系統(tǒng)的組成（過程控制系統(tǒng)的組成（P2）四個(gè)基本組成部分：被控對(duì)象、檢測(cè)與變送四個(gè)基本組成部分：被控對(duì)象、檢測(cè)與變送儀表、調(diào)節(jié)器（控制器）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。儀表、調(diào)節(jié)器（控制器）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。| 過程控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖過程控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖;| 控制系統(tǒng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)（工程意義是什么，控制系統(tǒng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)（工程意義是什么，給出階躍響應(yīng)，會(huì)計(jì)算相應(yīng)的指標(biāo)值）給出階躍響應(yīng)，會(huì)計(jì)算相應(yīng)的指標(biāo)值）第一章 概述33什么是對(duì)象的數(shù)學(xué)模型？（表達(dá)對(duì)象輸出什么是對(duì)象的數(shù)學(xué)模型？（表達(dá)對(duì)象輸出與輸入關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式）與輸入關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式）過程控制系統(tǒng)建模的基本方法有哪些？其過程控制系統(tǒng)建

2、模的基本方法有哪些？其基本原理是什么？基本原理是什么？P9要求：掌握機(jī)理法的建模步驟，會(huì)用機(jī)理要求：掌握機(jī)理法的建模步驟，會(huì)用機(jī)理法對(duì)簡(jiǎn)單對(duì)象進(jìn)行建模。法對(duì)簡(jiǎn)單對(duì)象進(jìn)行建模。要求：記住自衡單容對(duì)象、雙容對(duì)象、無(wú)要求：記住自衡單容對(duì)象、雙容對(duì)象、無(wú)自衡單容對(duì)象的數(shù)學(xué)模型及其單位階躍響應(yīng)自衡單容對(duì)象的數(shù)學(xué)模型及其單位階躍響應(yīng)曲線。曲線。時(shí)域法測(cè)定對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的數(shù)據(jù)處理：作時(shí)域法測(cè)定對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的數(shù)據(jù)處理：作圖法、兩點(diǎn)法（主要針對(duì)一階對(duì)象的圖法、兩點(diǎn)法（主要針對(duì)一階對(duì)象的K、T、）第二章 過程控制系統(tǒng)建模方法44作業(yè)：作業(yè)：P37 2.10 2.13 2.14 （分別用作圖法和兩點(diǎn)法）（分別用作圖法

3、和兩點(diǎn)法）第二章 過程控制系統(tǒng)建模方法55掌握過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟掌握過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟;掌握被控量、控制量的選擇原則掌握被控量、控制量的選擇原則;根據(jù)工藝條件，能夠設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)（選擇控制量、根據(jù)工藝條件，能夠設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)（選擇控制量、被控量、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣開、氣關(guān)特性、調(diào)節(jié)器的正反被控量、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣開、氣關(guān)特性、調(diào)節(jié)器的正反作用、畫控制原理圖、方框圖）作用、畫控制原理圖、方框圖）;調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)P50、流量特性、流量特性P53、可調(diào)比、可調(diào)比p51的定義的定義根據(jù)調(diào)節(jié)閥的理想流量特性，可以分為哪幾種？根據(jù)調(diào)節(jié)閥的理想流量特性，可以分為哪幾種？P53調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)

4、是如何規(guī)定的？選擇原則是什么？調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)是如何規(guī)定的？選擇原則是什么？第三章做過的作業(yè)。第三章做過的作業(yè)。第三章第三章 過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)661.比例度的定義。比例度的定義。P71（會(huì)計(jì)算）（會(huì)計(jì)算）2.PID參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響。參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響。3.調(diào)節(jié)器的正、反作用是如何規(guī)定的？調(diào)節(jié)器的正、反作用是如何規(guī)定的？如何確定控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的正、反如何確定控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的正、反作用？作用？4.調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法有哪些？調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法有哪些？了解其整定過程。了解其整定過程。5.作業(yè)：作業(yè)：4.1、4.4、4.7、4.9第四章第四章 PID調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)

5、原理7第四章第四章 PID調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理1 1、有一臺(tái)、有一臺(tái)PIPI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器，=100%=100%，Ti=1Ti=1分，若將分，若將P P改為改為200%200%時(shí)，：時(shí)，： 1 1、調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定程度提高還是降低？為什么？、調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定程度提高還是降低？為什么？ 2 2、動(dòng)差增大還是減??？為什么？、動(dòng)差增大還是減小？為什么？ 3 3、靜差能不能消除？為什么？、靜差能不能消除？為什么？ 4 4、調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)還是縮短？為什么？、調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)還是縮短？為什么？答案：答案： U=KpU=Kp* *e+Kp/Tiedte+Kp/Tiedt其中：其中：UU輸出變化量，輸出變化量，ee輸入變化量，

6、輸入變化量，KpKp比例常數(shù)，比例常數(shù)，Kp=1/Kp=1/ ; ;當(dāng)當(dāng)從從100%100%變?yōu)樽優(yōu)?00%200%、TiTi不變時(shí)，偏差不變時(shí)，偏差e e不變，輸出信號(hào)不變，輸出信號(hào)UU變小。變小。所以：所以： 1 1、穩(wěn)定程度提高（因?yàn)?、穩(wěn)定程度提高（因?yàn)樵龃蠛?，增大后，UU變小，不易振蕩）。變小，不易振蕩）。 2 2、動(dòng)差增大（由于、動(dòng)差增大（由于UU變小后，調(diào)節(jié)幅度小即調(diào)節(jié)作用弱，造變小后，調(diào)節(jié)幅度小即調(diào)節(jié)作用弱，造成動(dòng)差增大）。成動(dòng)差增大）。 3 3、靜差會(huì)消除（因有積分作用存在）。、靜差會(huì)消除（因有積分作用存在）。 4 4、調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)（因、調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)（因KpKp是調(diào)節(jié)器的放大系

7、數(shù)，當(dāng)比例度是調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)，當(dāng)比例度P P增大增大即即KpKp減小時(shí)，調(diào)節(jié)器靈敏度降低，則克服動(dòng)、靜差的時(shí)間加長(zhǎng)）。減小時(shí)，調(diào)節(jié)器靈敏度降低，則克服動(dòng)、靜差的時(shí)間加長(zhǎng)）。 8第四章第四章 PID調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理 2. 2. 一般常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在負(fù)荷變動(dòng)或變動(dòng)較大時(shí)，一般常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在負(fù)荷變動(dòng)或變動(dòng)較大時(shí)，為什么調(diào)節(jié)質(zhì)量會(huì)變壞？如何解決？為什么調(diào)節(jié)質(zhì)量會(huì)變壞？如何解決？答案：一般常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)參數(shù)只能人工答案：一般常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)參數(shù)只能人工調(diào)節(jié)，在工藝正常運(yùn)行是調(diào)整好的調(diào)節(jié)，在工藝正常運(yùn)行是調(diào)整好的PIDPID參數(shù)，參數(shù)，只能保證在這種狀態(tài)下的調(diào)節(jié)質(zhì)量，而調(diào)節(jié)對(duì)只能保證在這種狀態(tài)下

8、的調(diào)節(jié)質(zhì)量，而調(diào)節(jié)對(duì)象特性都為非線性的，在負(fù)荷工況變動(dòng)較大時(shí)，象特性都為非線性的，在負(fù)荷工況變動(dòng)較大時(shí)，對(duì)象特性將發(fā)生變化，因此原來(lái)的調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)象特性將發(fā)生變化，因此原來(lái)的調(diào)節(jié)器參數(shù)就不再適應(yīng)，這時(shí)要根據(jù)具體情況重新整定調(diào)就不再適應(yīng)，這時(shí)要根據(jù)具體情況重新整定調(diào)節(jié)器參數(shù)才有可能使調(diào)節(jié)質(zhì)量變好。節(jié)器參數(shù)才有可能使調(diào)節(jié)質(zhì)量變好。9第四章第四章 PID調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理3、爐出口溫度調(diào)節(jié)，當(dāng)適當(dāng)引入微分作用、爐出口溫度調(diào)節(jié)，當(dāng)適當(dāng)引入微分作用后，有人說(shuō)比例度可以比無(wú)微分時(shí)小些，后，有人說(shuō)比例度可以比無(wú)微分時(shí)小些，積分時(shí)間也可短些，對(duì)嗎？為什么？積分時(shí)間也可短些，對(duì)嗎？為什么？答案：這樣說(shuō)是對(duì)的。因?yàn)?/p>

9、微分作用是超答案：這樣說(shuō)是對(duì)的。因?yàn)槲⒎肿饔檬浅暗恼{(diào)節(jié)作用，其實(shí)質(zhì)是阻止被調(diào)參數(shù)前的調(diào)節(jié)作用，其實(shí)質(zhì)是阻止被調(diào)參數(shù)的變化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適當(dāng)?shù)臏p的變化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適當(dāng)?shù)臏p小比例度和積分時(shí)間有利于提高系統(tǒng)的小比例度和積分時(shí)間有利于提高系統(tǒng)的質(zhì)量。質(zhì)量。 10第五章第五章 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式5.35.3、5.75.7、5.85.811第六章第六章 特殊控制系統(tǒng)特殊控制系統(tǒng)1. 比值控制系統(tǒng)的定義、工藝比值與比值系數(shù)的含義有什比值控制系統(tǒng)的定義、工藝比值與比值系數(shù)的含義有什么不同？比值系數(shù)的計(jì)算與什么有關(guān)？（并說(shuō)明二者么不同？比

10、值系數(shù)的計(jì)算與什么有關(guān)？（并說(shuō)明二者之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 ）2. 比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，各有什么特點(diǎn)？比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，各有什么特點(diǎn)？3. 均勻控制系統(tǒng)的概念。均勻控制系統(tǒng)的概念。4. 分程控制系統(tǒng)的概念、應(yīng)用于哪些場(chǎng)合？信號(hào)分程如何分程控制系統(tǒng)的概念、應(yīng)用于哪些場(chǎng)合？信號(hào)分程如何實(shí)現(xiàn)？實(shí)現(xiàn)？5. 如何處理分程信號(hào)的銜接問題？如何處理分程信號(hào)的銜接問題？6. 什么是自動(dòng)選擇性系統(tǒng)？有哪些結(jié)構(gòu)形式？什么是自動(dòng)選擇性系統(tǒng)？有哪些結(jié)構(gòu)形式？12第六章第六章 特殊控制系統(tǒng)特殊控制系統(tǒng)6.1 6.1 分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)常要加裝（分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)常要加裝（ ）來(lái)達(dá)到分程的目的。）來(lái)達(dá)到分程的目的。 A

11、A調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 B.B.變送器變送器 C.C.閥門定位器閥門定位器 D.D.測(cè)量?jī)x表測(cè)量?jī)x表6.2 6.2 設(shè)制分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的是（設(shè)制分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的是（ ） A A為了滿足工藝的特殊要求為了滿足工藝的特殊要求 B B 擴(kuò)大可調(diào)比擴(kuò)大可調(diào)比 C C為了滿足工藝的特殊要求，擴(kuò)大可調(diào)比為了滿足工藝的特殊要求，擴(kuò)大可調(diào)比 D. D. 為了系統(tǒng)安全為了系統(tǒng)安全6.3 6.3 均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)應(yīng)為（均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)應(yīng)為（ ）。）。 A A比例度小于比例度小于100%100%B B 比例度大于比例度大于100%100% C C比例度等于比例度等于100% D. 100% D. 比例度大于

12、比例度大于100%100%20020013第六章第六章 特殊控制系統(tǒng)特殊控制系統(tǒng)6.4 6.4 如圖控制系統(tǒng)為（如圖控制系統(tǒng)為（ B B ）A A單閉環(huán)控制系統(tǒng)單閉環(huán)控制系統(tǒng) B B單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) C C開環(huán)比值系統(tǒng)、開環(huán)比值系統(tǒng)、 D D、均勻控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)6.5 6.5 如圖控制系統(tǒng)為（如圖控制系統(tǒng)為（ C C ）A A雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) B B單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)C C變比值控制系統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng)、 D D、串級(jí)控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)14第六章第六章 特殊控制系統(tǒng)特殊控制系統(tǒng)6.6 如圖控制系統(tǒng)為（如圖控制系統(tǒng)為（ ） A

13、 A單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng) B B分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng) C C串級(jí)控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)、 D D、均勻控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)15第六章第六章 特殊控制系統(tǒng)特殊控制系統(tǒng)6.7 甲的正常流量為甲的正常流量為240Kg/h240Kg/h，儀表量程為，儀表量程為0-360Kg/h0-360Kg/h；乙的常用流量為乙的常用流量為120Nm3/h120Nm3/h，儀表量程為，儀表量程為0-240Nm3/h0-240Nm3/h，設(shè)計(jì)控乙的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，畫出流程圖并計(jì)算設(shè)計(jì)控乙的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，畫出流程圖并計(jì)算引入開方運(yùn)算與不引入開方運(yùn)算所分別設(shè)置的比值系引入開方運(yùn)算與不引入開方運(yùn)算所分

14、別設(shè)置的比值系數(shù)。數(shù)。1515分。分。解：?jiǎn)伪戎悼刂屏鞒虉D：解：?jiǎn)伪戎悼刂屏鞒虉D：引入開方器：引入開方器： 無(wú)開方器：無(wú)開方器： 1max212max1203600.75240240FFKFF221max212max()()0.5625FFKFF16第七章第七章 補(bǔ)償控制補(bǔ)償控制掌握前饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。掌握前饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。靜態(tài)前饋、動(dòng)態(tài)前饋控制器的的數(shù)學(xué)模型。靜態(tài)前饋、動(dòng)態(tài)前饋控制器的的數(shù)學(xué)模型。前饋反饋控制在哪些優(yōu)點(diǎn)？前饋反饋控制在哪些優(yōu)點(diǎn)？P170（或者：（或者： 工業(yè)控工業(yè)控制中為什么不用純前饋，而選用前饋加反饋。制中為什么不用純前饋，而選用前饋加反饋。 ）何為大遲延過程系統(tǒng)

15、？如何對(duì)大遲延對(duì)象進(jìn)行控制？何為大遲延過程系統(tǒng)？如何對(duì)大遲延對(duì)象進(jìn)行控制？Smith預(yù)估器的設(shè)計(jì)思想是什么？預(yù)估器的設(shè)計(jì)思想是什么？7.3題題 、7.4題。題。引入前饋必須遵循哪些原則？引入前饋必須遵循哪些原則？P171答：答：1）系統(tǒng)中的振動(dòng)量是可測(cè)不可控的。）系統(tǒng)中的振動(dòng)量是可測(cè)不可控的。2）系統(tǒng)中的振）系統(tǒng)中的振動(dòng)量的變化幅值大、頻率高。動(dòng)量的變化幅值大、頻率高。3）控制通道的滯后時(shí)）控制通道的滯后時(shí)間較大或干擾通道的時(shí)間常數(shù)較小。間較大或干擾通道的時(shí)間常數(shù)較小。 17前饋控制適用于什么場(chǎng)合？為什么它常與反饋控制構(gòu)成前饋反前饋控制適用于什么場(chǎng)合？為什么它常與反饋控制構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)？

16、對(duì)于擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)，控制通道傳遞函數(shù)的前饋饋控制系統(tǒng)？對(duì)于擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)，控制通道傳遞函數(shù)的前饋反饋控制系統(tǒng)，求前饋控制器反饋控制系統(tǒng)，求前饋控制器Gff(s)。 答：答：1.前饋控制是按擾動(dòng)而進(jìn)行的控制，因此，前饋控制常用于前饋控制是按擾動(dòng)而進(jìn)行的控制，因此，前饋控制常用于以下場(chǎng)合：一是擾動(dòng)必須可沒，否則無(wú)法實(shí)施控制以下場(chǎng)合：一是擾動(dòng)必須可沒，否則無(wú)法實(shí)施控制;二是必須經(jīng)常二是必須經(jīng)常有比較顯著和比較頻繁的擾動(dòng)，否則沒有必要。三是存在對(duì)被控有比較顯著和比較頻繁的擾動(dòng)，否則沒有必要。三是存在對(duì)被控參數(shù)影響較大且不易直接控制的擾動(dòng)。參數(shù)影響較大且不易直接控制的擾動(dòng)。2.前饋控制是一種補(bǔ)償控制

17、。一般來(lái)講，前饋控制無(wú)法全部前饋控制是一種補(bǔ)償控制。一般來(lái)講，前饋控制無(wú)法全部補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。因此，單純的前饋控制系統(tǒng)在應(yīng)用中補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。因此，單純的前饋控制系統(tǒng)在應(yīng)用中具有一定的局限性。為克服這一弊端，前饋控制常與反饋控制聯(lián)具有一定的局限性。為克服這一弊端，前饋控制常與反饋控制聯(lián)用，構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)。對(duì)最主要的、顯著的、頻繁的無(wú)用，構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)。對(duì)最主要的、顯著的、頻繁的無(wú)法直接控制的擾動(dòng)，由前饋來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償控制法直接控制的擾動(dòng)，由前饋來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償控制;對(duì)無(wú)法完全補(bǔ)償?shù)臄_對(duì)無(wú)法完全補(bǔ)償?shù)臄_動(dòng)影響，由反饋控制根據(jù)被控制量所產(chǎn)生的偏差的大小來(lái)進(jìn)行控動(dòng)影響，由反饋控制根

18、據(jù)被控制量所產(chǎn)生的偏差的大小來(lái)進(jìn)行控制。制。3.系統(tǒng)原理圖如圖所示。系統(tǒng)原理圖如圖所示。18綜合綜合1. 1. 如圖示加熱爐，采用控制燃料氣流量來(lái)保證加熱爐出如圖示加熱爐，采用控制燃料氣流量來(lái)保證加熱爐出口溫度恒定?？跍囟群愣?。2020分。分。1.1.若進(jìn)料量是主要擾動(dòng)且不可控制時(shí)，設(shè)計(jì)合理的控若進(jìn)料量是主要擾動(dòng)且不可控制時(shí)，設(shè)計(jì)合理的控制方案，并作簡(jiǎn)要說(shuō)明。制方案，并作簡(jiǎn)要說(shuō)明。2.2.當(dāng)燃料氣閥前壓力是是主要擾動(dòng)且不可控時(shí)，設(shè)計(jì)當(dāng)燃料氣閥前壓力是是主要擾動(dòng)且不可控時(shí)，設(shè)計(jì)合理的控制方案，并作簡(jiǎn)要說(shuō)明。合理的控制方案，并作簡(jiǎn)要說(shuō)明。 19答：當(dāng)總進(jìn)料量是主要擾動(dòng)時(shí)，控制方案如圖所示。該方答：當(dāng)總進(jìn)料量是主要擾動(dòng)時(shí)，控制方案如圖所示。該方案為前饋反饋控制系統(tǒng)方案。如果負(fù)荷是主要擾動(dòng)，案為前饋反饋控制系統(tǒng)方案。如果負(fù)荷是主要擾動(dòng)，我們將總進(jìn)料量測(cè)出，將流量信號(hào)送到前饋補(bǔ)償裝置，我們將總進(jìn)料量測(cè)出，將流量信號(hào)送到前饋補(bǔ)償裝置，其輸出與溫度控制器的輸出相迭加，作為總的控制作用。其輸出與溫度控制器的輸出相迭加，作為總的控制作用。這時(shí)，當(dāng)進(jìn)料量發(fā)生變化后，不需要等到出現(xiàn)偏差，燃這時(shí)，當(dāng)進(jìn)料量發(fā)生變化后，不需要等到出現(xiàn)偏差，燃料量就會(huì)及時(shí)作相應(yīng)的調(diào)整，結(jié)果使控制過程中的溫度料量就會(huì)及時(shí)作相應(yīng)的調(diào)整，結(jié)果使控制過程中的溫度偏差大為減小。偏差大為減小。 當(dāng)燃料壓力是主擾動(dòng)時(shí)，控制方案如