过程控制复习资料

1.过程控制：根据工业生产的过程，采用测量仪表，执行机构，计算机等工业控制理论，设计过程设计系统，实现过程控制的自动化。

2.分类：①结构特点 ：反馈控制系统 前馈控制系统 前馈-反馈控制系统

②定制信号特点： 定制控制系统 程序控制系统 随动控制系统

3.过程控制的基本组成：控制器 执行器 控制阀 被控过程 传感变送器

4.（1）机理分析法建模：根据过程的内部机理（运行规律），运用一些已知的定理原理，如物料平衡，能量平衡，化学动力平衡等建立过程的数学模型。其最大特点就是在当生产设备还处于设计阶段就可以建立数学模型。

（2）试验法建模：是实际的生产过程中，根据过程输入，输出的实验数据，即通过过程识别与参数估计的方法建立被控过程的数学模型。

（3）推理分析法建模：根据生产过程中的实际发生的物化机理，写出各有关的平衡方程，消去中间变量，写出输入与输出之间的关系。

（4）自平衡能力过程：过程在输入量作用下，平衡状态被破坏后，无需人或仪器干预，依靠过程自身能力，逐渐恢复达到新的平衡状态的能力 自平衡能力建模传递函数: 双容过程： 多容过程：

滞后过程： 自衡多容带纯滞后： 无自衡多容带纯滞后：

5.(1)时域分析法建模方法和实验结果的处理过程 给被控对象施加矩形脉冲信号作为输入信号，得到脉冲响应后再将其转换成一条阶跃响应曲线，根据曲线的形状选定数学模型的结构，然后根据试验曲线，确定模型中的参数：放大系数

k?y(?)?y(0)?t.T和Z。

优点：方法简便，并可获得一定精度的模型。 缺点：要进行专门的试验，其生产装置要由正常运行状态转入

(2)频域法：对过程施加不同频率的正弦波，测出输入量与输出量的幅值比、相位差，获得对象频特性来确定出被控过程的传递函数.试验状态，因此会影响生产过程的正常进行。

6.最小二乘法参数估计的原理：

从式

1Y??X?????e?所示的一类模型中找出过

程参数向量???的估计值?，能使模型误差尽可能小

的模型。即估计出来的参数

能使方程组误差平方和最小：

n??NJ?e2?k??eTe?min

k?n?16.热电偶温度计原理

温测原理（热电效应），将两个不同的材料的导体A.B组成一个闭合回路，只要接触点的温度不同，在回路中就会产生电动势。 有接触电势和温差电势

热电偶保持冷端温度恒定的方法有 热电效应，补偿导线，补偿电桥，计算校正

温度补偿的原理：有热电偶测温原理可知，只有当热电偶冷端的温度不变时，热电动势才是被测温度的单值函数。所以在测温过程中必须保持冷端温度恒定。

冷端温度补偿的方法 补偿电桥法和计算校正

EAB(t,0)?EAB(t,tn)?EAB(tn,0)

在某种条件下使用热电阻温度计而不是用热电偶温度计的原因：

当测量的温度低于150C时，由于热电偶输出的热电势很小，故常用热电阻测量温度。 7.温度变送器的功能

热电偶冷端温度补偿，零点调整，零点迁移，量程调节，线性化 8.压力检测仪表

弹性式压力表：弹性元件受力变形的原理，将被侧压力转换成位移来测量

液柱式压力表：流体静力学原理，把被测压力转化液柱高度来测量

电气式压力表：被测压力转换成电势，电阻，电容等电量来间接测量压力。

活塞式压力表：根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的

9.力平衡或者压力变送器原理，将被测压差通过杠杆机构，带动检测片向检测变压器靠近，从而减小磁电路气隙，使检测变压器输出增加，从而产生电流输出。

10.控制方案设计的主要内容：

性能指标的合理选择 被控参数的选择 控制参数的选择 调节规律的设计 执行器的合理设计 被控测量参数测量 变送装置的选择 性能指标：

系统阶跃响应性能指标 余差 衰减率 最大偏差A

??y?tp??y???y(?)100% 过渡过程时间t

偏差积分性能指标 偏差绝对值积分 J???0e(t)dt?min

偏差绝对值和时间成绩的积分

J???0e(t)tdt?min

偏差平方值积分 J???0e2(t)dt?min

时间乘偏差平方积分J???te20(t)dt?min

过程控制参数一般选择性的原则

（1）控制通道的放大系数要适当的大一些，时间常数要适当的小一些，纯滞后 愈小愈好 （2）扰动通道的放大系数应该尽可能的小，时间常数要大 扰动引入位置要靠近调节阀

（3）当过程本身存在多个时间常数，在选择控制参数时，应尽量把几个时间常数错开，是其中一个最大，同时减小其它两个时间常数。 11.数字控制器的模拟化设计步骤

根据系统以有的连续模型，按照连续理论设计模拟调节器，然后按照一定的对应关系是模拟调节器离散化，得到等价的数字控制器，从而确立计算机的控制算法。

离散化 1差分变化法2零阶保持器（阶跃响应不变法 基本思想：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列与模拟调节器的阶跃响应的采样值相等 ） 12.控制器参数的工程整定方法：

（1）动态特性参数法（2）稳定边界法（3）阻尼振荡法（4）现场经验整定法（5）极限环自整定法

13.控制器的PID中的比例系数，积分时间常数，微分时间常数对控制效果的影响

比例增益越大，系统反应越灵敏，速度过控越快，但稳定性下降。

积分时间越大，能克服容量和测量滞后，但对突变信号反映过激烈。

微分时间越小，消除静差越快，稳定性下降，振荡加强。

比例作用产生静态误差，是系统趋于稳定 积分作用震荡基本不稳定，减小静态误差 微分作用提高系统稳定性

14.调节阀的流量特性:被控介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系，小开度时，控制缓慢，大开度时，控制灵敏有效。

15.PID控制器的基本控制规律

最基本的作用是: 比例(P)作用

G(s)?k1p??

（1）无惯性、无迟延、动作快,而且调节动作的方向正确, 在控制系统中是促使控制过程稳定的因素；

（2）有差作用 积分(I)作用 G(s)?1TSS

（1）控制过程结束时,被调量与其给定值之间没有稳态偏差 (无差调节)；

（2）积分作用在控制系统中是使控制过程振荡的因素,很少单独使用

微分(D)作用 G(s)?TDS （1）微分作用具有超前调节的特点 （2）能提高控制过程的稳定性 （3）不能单独使用 基本控制作用总结:

比例作用能单独地执行调节任务,并能使控制过程趋于稳定,但使被调量产生静态偏差。 积分作用只有极少的情况(对象自平衡能力大,惯性和迟延很小等)才能单独应用,会使控制过程变成振荡 甚至不稳定,但能使被调量减小静态偏差。

微分作用不能单独使用,但能提高控制系统的稳定性,有效地减少被调量的动态偏差.

PID控制器的理想传递函数的一般式

G(S)?K1P(1?T?TDS)

IS16.执行器是指：阀门－ 调节阀(连续的)、开关阀(过程控制范畴)

电机－ 连续的、开关的(属于流体机械的范畴，起执行器的作用)

执行器作用：接收调节器（计算机）输出的控制信号，使调节阀的,开度产生相应变化，从而达到调节操作变量的目的。

流量特性：被控介质流过阀门相对流量与阀门相对开度之间的关系。

q?f??L?qmax?l??

阀芯形状不同，流量特性不同：

①快开型：小开度时流量就很大，随行程增大，流量很快最大

②直线型: 小开度时作用太强，大开度时作用弱

③抛物线：介于上下之间

④对数：小开度时控制平稳缓和，大开度时灵敏有效。

17.（1）串级控制系统的基本原理（概念） 串级控制系统采用两个控制器串联工作，主控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变量具有更很好的控制效果。

(2) 串级控制系统特点

等效控制过程的时间常数减小，改变系统的动态特性；提高了系统的工作效率；大大增强了对二次干扰的克服能力；对一次扰动有较好的克服能力；对副回路参数变化具有一定的自适应能力。 （3）为什么说串级控制系统由于存在一个副回路而具有超强的拟制扰动能力？

副回路的快速作用，对于进入副回路的干扰快速的克服，减少干扰对主变量的干扰 ；引入副回路，改善了福对象的特性，提高了主回路的响应速度，提高了干扰拟制能力；副回路可以按照主回路的要求对副回路进行精准控制；船级系统提到了控制系统的鲁棒性

（4）分程控制：一个调节器的输入信号分段分别控制两个或者两个以上调节阀动作，每个调节阀

在每个调节器输出的某段信号范围内做全行程动作。注意：尽量选择对数调节阀，采用分程信号重叠法体搜揭发的泄露量的大小。 （5）选择性控制概念和原理

概念：凡是在控制中映入选择器的系统成为选择性控制系统

选择器位于调节器的输出端，对调解器输出的信号进行选择，两个调节器共用一个调节阀。 选择器位于调节器之前，对变送器的信号进行选择的系统，几个变送器合用一个调解器。 （6） 串级控制系统的特点及应用范围 1.从系统结构来看，有主、副两个闭合回路,主、副两个控制器；分别测量主变量和副变量的两个测量变送器。主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统。

2. 从系统特性来看，由于副回路的引入，改善了对象的动态特性，使控制过程加快，具有超前控制的作用，从而有效地克服滞后，提高了控制质量。 3.加强了对一、二次扰动的克服能力，对副回路参数变化具有一定的自适应能力。

适用范围：当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强而且频繁、负荷变化大，简单控制系统满足不了控制质量的要求时，可采用串级控制系统。 （7）前馈控制的特点

前馈控制比反馈控制及时，并且不受系统滞后大小的限制。

前馈控制属于开环控制

前馈控制规律与对象特性密切相关 一种前馈作用只能克服一种干扰

（8）系统基本结构：静态前馈控制系统，动态前馈控 制系统，前馈-反馈控制系统，前馈-串级控制系统

（9）预估补偿方案：

设想出一种模型（补偿器）加入到反馈控制系统中，力图使控制延迟了的被控量超前反映到控制器，使控制器提前动作，减小超调和过渡过程时间。 Smith

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