過(guò)程控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題

1、1 .過(guò)程控制儀表的分類(lèi)及特點(diǎn)按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)：(1)單元組合式儀表(2)基地式儀表(3)集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)2 .熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償(1)為什么要冷端溫度補(bǔ)償？答：熱電偶檢測(cè)溫度時(shí)，由于產(chǎn)生的熱電偶不僅與熱端溫度有關(guān)，也與冷端溫度有關(guān)，因此需要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償；(2)如何補(bǔ)償？答：有4種方法：計(jì)算法、冰浴法、機(jī)械調(diào)零法、補(bǔ)償電橋法。冰浴法：將熱電偶的冷端放入冰水混合物中，使冷端溫度保持0°o補(bǔ)償電橋法：利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)充熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化。3執(zhí)行器的作用及分類(lèi)作用：控制流入或流出被控過(guò)程的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)的自動(dòng)

2、控制。分類(lèi)：根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的能源種類(lèi)，執(zhí)行器可分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三種。4 .氣開(kāi)和氣關(guān)氣開(kāi)閥：在有信號(hào)壓力輸入時(shí)閥打開(kāi)、無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥全關(guān)氣關(guān)閥：在有信號(hào)壓力時(shí)閥關(guān)閉，無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥全開(kāi)從控制系統(tǒng)角度出發(fā)，氣開(kāi)閥為正作用，氣關(guān)閥為反作用正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增大時(shí)，閥桿向下移動(dòng)反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增大時(shí)，閥桿向上移動(dòng)5 .選擇氣開(kāi)、氣關(guān)的原則基本原則：根據(jù)安全生產(chǎn)的要求選擇調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)和氣關(guān)(1)考慮事故狀態(tài)時(shí)人身、工藝設(shè)備的安全。當(dāng)過(guò)程控制系統(tǒng)發(fā)生故障(如氣源中斷，控制器損壞或調(diào)節(jié)閥壞了)時(shí)，調(diào)節(jié)閥所處的狀態(tài)不致影響人身和工藝設(shè)備的安全。(2)考慮事故狀態(tài)下減少經(jīng)濟(jì)損失

3、，保證產(chǎn)品質(zhì)量?？紤]介質(zhì)的性質(zhì)。對(duì)裝有易結(jié)晶、易凝固物料的裝置，蒸汽流量調(diào)節(jié)閥需選用氣關(guān)式，一旦事故發(fā)生，使其處于全開(kāi)狀態(tài)，以防止物料結(jié)晶、凝固和堵塞給重新開(kāi)工帶來(lái)麻煩，甚至損壞設(shè)備。6 .調(diào)節(jié)閥的理想流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性：是指被控介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系，即：理想流量特性：在閥前后壓差為一定的什況卜1p=常數(shù))得到的流量特性。工作流量特性：調(diào)節(jié)閥前后壓差變化時(shí)的流量特性。7 .四種不同理想流量特性取決于閥芯的形狀。不同的閥芯曲面得到不同的理想流量特性：(1)直線(xiàn)流量特性調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成直線(xiàn)關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是一個(gè)常數(shù)。數(shù)學(xué)表達(dá)式：特點(diǎn)

4、：直線(xiàn)流量特性調(diào)節(jié)閥在小開(kāi)度時(shí)，控制作用強(qiáng)，易產(chǎn)生振蕩；大開(kāi)度時(shí),調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時(shí)。(2)對(duì)數(shù)流量特性單位相對(duì)行程的變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。數(shù)學(xué)表達(dá)式：特點(diǎn)：從過(guò)程控制工程來(lái)看，利用對(duì)數(shù)(等百分比)流量特性是有利的。調(diào)節(jié)閥在小開(kāi)度時(shí)，調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)小，控制平穩(wěn)緩和；調(diào)節(jié)閥在大開(kāi)度時(shí)，其放大系數(shù)大，控制作用靈敏有效。(3)快開(kāi)流量特性在小開(kāi)度時(shí)流量就已很大，隨著行程的增大，其流量就很快達(dá)到最大，故稱(chēng)為快開(kāi)特性。特點(diǎn)：當(dāng)閥的行程大時(shí)，閥的流通面積不再增大，不能起控制作用。這種調(diào)節(jié)閥通常用于二位式控制或程序控制。(4)拋物線(xiàn)流量特性單位相對(duì)行程(開(kāi)度)的變化所引起的相

5、對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量的平方根成正比關(guān)系。數(shù)學(xué)表達(dá)式：8 .被控參數(shù)的選擇原則(1)選擇對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)具有決定性作用的、可直接測(cè)量的工藝參數(shù)作為被控參數(shù)。(直接參數(shù)法)(2)當(dāng)不能直接用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時(shí)，應(yīng)選擇一個(gè)與直接參數(shù)有單信函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)作為被控參數(shù)。(間接參數(shù)法)(3)被控參數(shù)必須具有足夠高的靈敏度。(4)被控參數(shù)的選擇，必須考慮工藝過(guò)程的合理性和所用儀表的性能。9 .控制參數(shù)的選擇原則(1)控制通道的放大系數(shù)Ko要適當(dāng)大一些；時(shí)間常數(shù)To要適當(dāng)小一些；純滯后o越小越好。在有純滯后的情況下，。和To的比值應(yīng)小一些(小于1),若其比值過(guò)大，

6、則不利于控制。(2)擾動(dòng)通道的放大系數(shù)應(yīng)盡可能??；時(shí)間常數(shù)要大；擾動(dòng)引入系統(tǒng)的位置(指框圖中的位置)要靠近調(diào)節(jié)閥。(3)當(dāng)過(guò)程本身存在多個(gè)時(shí)間常數(shù)，在選擇控制參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量把幾個(gè)時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開(kāi)，使其中一個(gè)時(shí)間常數(shù)比其他時(shí)間常數(shù)大得多，同時(shí)注意減小第二、第三個(gè)時(shí)間常數(shù)。這一原則同樣適用于控制器、調(diào)節(jié)閥和測(cè)量變速器時(shí)間常數(shù)的選擇?？刂破鳌⒄{(diào)節(jié)閥和測(cè)量變速器的時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于被控過(guò)程中最大的時(shí)間常數(shù)。這樣，系統(tǒng)允許有較大的放大倍數(shù)，而仍能保證閉環(huán)系統(tǒng)有一定的穩(wěn)定裕度。一般希望控制通道克服擾動(dòng)的能力要強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)應(yīng)比擾動(dòng)通道快。10 .擾動(dòng)的影響過(guò)程靜態(tài)特性對(duì)控制質(zhì)量好壞有很大的影響，是選擇控制參數(shù)的一

7、個(gè)重要依據(jù)。擾動(dòng)通道靜態(tài)放大系數(shù)越大，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差也越大，這表示在相同的階躍擾動(dòng)作用下，將使被控參數(shù)偏離給定值越大，顯著地降低控制質(zhì)量?？刂仆ǖ赖撵o態(tài)放大系數(shù)越大，表示控制作用越靈敏，克服擾動(dòng)的能力越強(qiáng)，控制效果越顯著。因此，確定控制參數(shù)時(shí)，使控制通道的放大系數(shù)Ko大于擾動(dòng)通道的放大系數(shù)Kf是合理的。當(dāng)這一要求不能滿(mǎn)足時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)控制器的放大Kc系數(shù)來(lái)補(bǔ)償，使KcKo的值遠(yuǎn)大于Kf。(1)控制通道時(shí)間常數(shù)To的影響控制通道的時(shí)間常數(shù)的大小反映了控制作用的強(qiáng)弱，反映了控制器的校正作用克服擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)影響的快慢。若控制通道時(shí)間常數(shù)太大，則控制作用太弱，被控參數(shù)變化緩慢，控制不能及時(shí)，系統(tǒng)過(guò)

8、渡過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，控制質(zhì)量下降；若控制通道時(shí)間常數(shù)太小，雖控制作用強(qiáng)，控制及時(shí)，克服擾動(dòng)影響快，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短，但易引起系統(tǒng)振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，亦不能保證控制質(zhì)量。所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要求控制通道時(shí)間常數(shù)適當(dāng)小一些，使其校正及時(shí)，又能獲得較好的控制質(zhì)量。(2)擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)Tf的影響分析一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，可以發(fā)現(xiàn)，慣性環(huán)節(jié)相當(dāng)于一個(gè)濾波環(huán)節(jié)。因此，擾動(dòng)通道為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，它對(duì)擾動(dòng)起著濾波作用，抑制擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響。所以，擾動(dòng)通道的時(shí)間常數(shù)Tf越大，容積越多，則擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響也越小，控制質(zhì)量也越好。11 .控制器的選擇比例控制作用對(duì)控制質(zhì)量的影響：?隨著控制器放大系數(shù)Kc

9、的增大，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。?隨著Kc的增大，余差將減少，但不能消除。積分控制作用對(duì)控制質(zhì)量的影響：?積分控制作用能消除余差，但降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。?TI愈小，穩(wěn)定性愈差。微分控制作用對(duì)控制質(zhì)量的影響：?引入微分控制作用后，控制質(zhì)量將全面提高。?微分作用太強(qiáng)，會(huì)引起控制閥時(shí)而全開(kāi)、時(shí)而全關(guān)。(1) P控制規(guī)律：特點(diǎn)：采用P控制規(guī)律能較快克服擾動(dòng)的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)，但有余差。適用場(chǎng)合：它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許有一定范圍內(nèi)有余差的場(chǎng)合。(2) PI控制規(guī)律：特點(diǎn)：在工程上PI控制規(guī)律是應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。積分能消除余差。適用場(chǎng)合：它適用于控制通

10、道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控參數(shù)不允許有余差的場(chǎng)合。(3) PD控制規(guī)律：特點(diǎn)：微分具有超前作用，對(duì)于具有容量滯后的控制通道，引入微分控制規(guī)律(微分時(shí)間設(shè)置得得當(dāng))對(duì)于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，有顯著的效果。適用場(chǎng)合：對(duì)于控制通道的時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大的場(chǎng)合，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小動(dòng)態(tài)偏差等可選用PD控制規(guī)律。但對(duì)于純滯后較大，測(cè)量信號(hào)有噪聲或周期性擾動(dòng)的系統(tǒng)，則不宜采用微分作用。(4) PID控制規(guī)律：特點(diǎn)：PID控制規(guī)律是一種較理想的控制規(guī)律，它在比例的基礎(chǔ)上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。適用場(chǎng)合：它適用于控制通道時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的

11、場(chǎng)合。12 .控制器參數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)整定法(1)衰減曲線(xiàn)法調(diào)整比例度：對(duì)于隨動(dòng)控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程響應(yīng)曲線(xiàn)的衰減比為10:1,得到上升時(shí)間tr,這時(shí)勺七例度為s;對(duì)于定值控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程響應(yīng)曲線(xiàn)的衰減比為4:1,得到振蕩周期Tp,這時(shí)付七例度為s缺點(diǎn)：衰減比不易讀取，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)工藝過(guò)程的影響較小。例題：某溫度控制系統(tǒng)，采用4:1離減曲線(xiàn)法整定控制番參數(shù)，得S=20%Tp=10分，當(dāng)控制器分別為比例作用、比例積分作用、比例積分微分作用時(shí)，試求其整定參數(shù)值。(2)臨界比例度法調(diào)整比例也使過(guò)渡過(guò)杯出現(xiàn)等幅振瘍,這時(shí)的比例改為臨界比例改由于多數(shù)過(guò)程有飽和特性，因此，出現(xiàn)等幅振蕩后，減小比

12、例度時(shí)，系統(tǒng)不出緩慢變化?，F(xiàn)發(fā)送振蕩，因此不易確定臨界比例度。為此，在調(diào)試時(shí)，比例度要從大到小,G(s)=假設(shè)廣義力皮控過(guò)程4t函數(shù)2s1)(5s1)(10s113 .申級(jí)控制(1)什么事審級(jí)控制？答：由兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制器串聯(lián)連接組成，一個(gè)控制器的輸出作為另一個(gè)控制器的設(shè)定值，這類(lèi)控制系統(tǒng)稱(chēng)為審級(jí)控制系統(tǒng)。(2)審級(jí)控制的特點(diǎn)？答：1、改善了被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性2 、提高了系統(tǒng)的工作頻率3 、能迅速克服進(jìn)入副回路擾動(dòng)的影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力4 、對(duì)負(fù)荷和操作條件的變化具有一定的自適應(yīng)能力14.用級(jí)控制系統(tǒng)主、副參數(shù)的選擇(1)主變量的選擇審級(jí)控制系統(tǒng)的主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)。對(duì)于主變量的選擇和主回路的設(shè)計(jì)，可以按照單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。(2)副變量的選擇?副變量的選擇應(yīng)使副回路的時(shí)間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反映靈敏?副回路應(yīng)包含被控對(duì)象所受到的主要擾動(dòng)并包含盡可能多的擾動(dòng)(3)應(yīng)使主、副過(guò)程的時(shí)間常數(shù)