過程控制復(fù)習(xí)

1、過程限制題型：選擇,判斷,填空,簡答,計算以下為復(fù)習(xí)課提及考點1 .限制系統(tǒng)的性能指標：工業(yè)過程對限制的要求,可以概括為準確性、穩(wěn)定性和快速性2 .求調(diào)節(jié)時間ts,余差,穩(wěn)定值即y00ts:反映快速性被控變量進入新穩(wěn)態(tài)值的±5%也有的規(guī)定為土2%;余差：反映準確性穩(wěn)態(tài)值實際與設(shè)定值目標之差;衰減比：n=B1/B2.E-B2E1J-12WW/n衰減率：B2動態(tài)偏差：為被控量偏離設(shè)定值的最大偏差值圖中A超調(diào)為A/yo*100%.【例】某化學(xué)反響器工藝規(guī)定操作溫度為900±10Co考慮平安因素,限制過程中溫度偏離設(shè)定值最大不得超過80c現(xiàn)設(shè)計的溫度限制系統(tǒng)在最大階躍擾動作用下的過

2、渡過程曲線如下列圖所示.那么該系統(tǒng)的過渡過程的最大偏差、衰減比、余差和過渡時間各為多少并答復(fù)該限制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求?最大偏差A(yù)=950-900=50C衰減比n=(950-908):(918-908)=4.2:1余差C=908-900=8過渡時間t=47min題中要求該系統(tǒng)限制過程中溫度偏離設(shè)定值最大不得超過80C,而實際該系統(tǒng)過渡過程中偏離設(shè)定值的最大幅值僅為50C,因此能夠滿足題中所給的工藝要求.3 .判斷自衡與非自衡1自衡的定義：對象受到干擾作用后,平衡狀態(tài)被破壞,無須外加任何限制作用,依靠對象本身自動平衡的傾向,逐漸地到達新的平衡狀態(tài)的性質(zhì),稱為平衡水平；2非自衡的定義：對

3、象受到干擾作用后,平衡狀態(tài)被破壞,被調(diào)量以固定的速度一直變化下去而不會自動地平衡在新的平衡點,稱為無平衡水平*注：積分1/s具有積累存儲功能越來越大、發(fā)散,能分解出1/s因子的為非自衡;如：1/(sA2+s+5)為自衡,1/(sA2+s)=1/s(s+1)為非自衡.4 .切線法進行對象擬合題型1求參數(shù)題型2畫圖gs詈不k="&y°U為階躍輸入幅值,一般為單位階躍u=1,.為純延遲.5 .調(diào)節(jié)器有正反作用方式正作用方式定義:調(diào)節(jié)器的輸出信號U隨著被調(diào)量y的增大而增大;反作用方式定義:調(diào)節(jié)器的輸出信號U隨著被調(diào)量y的增大而減小.例：冷卻劑冷卻,被控對象溫度升高,冷卻劑需

4、增加,為正作用;蒸汽加熱,被控對象溫度升高,需減少加熱蒸汽的量,為反作用；液位限制系統(tǒng),被控對象液位升高,水泵的水量要減少,為反作用.6. PID:Kp+Ki/s+Kd*s相加不是相乘,如3+1/s為PI限制,2+1/s+5s為PID限制7. 被控對象的動態(tài)特性過程限制涉及的被控對象的動態(tài)特性大多具有以下特點：1對象的動態(tài)特性階躍響應(yīng)曲線單調(diào)、不振蕩2對象的動態(tài)特性的延遲性和時間常數(shù)大理論上講,對象的動態(tài)特性由無限多個慣性環(huán)節(jié)組成一延遲性無限多個慣性環(huán)節(jié)-簡化為低階限制系統(tǒng)一時間常數(shù)大比方：化工生產(chǎn)中物料要經(jīng)過多個容器之間的傳輸,而每個容器都是一個一階慣性環(huán)節(jié).3對象的動態(tài)特性具有純時間滯后使

5、系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降,也難于限制.設(shè)計方案時,應(yīng)盡可能選純時間滯后較小的方案.4被控對象的自平衡與非自平衡特性調(diào)節(jié)閥擾動相同時,被調(diào)量只要稍微改變一點就能恢復(fù)平衡,稱該過程自平衡水平強.5被控對象的動態(tài)特性往往具有非線性特征對于被控對象的非線性特征,假設(shè)限制精度要求不高,那么可用線性化處理.當(dāng)非線性不可忽略時,要采用其他方法,如分段線性化.8. 比例調(diào)節(jié)一一有差調(diào)節(jié)1調(diào)節(jié)規(guī)律u'Kce求穩(wěn)態(tài)誤差：E=R(S)-B=R(S)E(S)G(S)H(S)1+Go(Go為回路所有函數(shù)之積)例：Kp為何值式,系統(tǒng)等幅振蕩?Kp=10時,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為多少?特征方程：1+Go(s)=0,帶入化解得：1+

6、Kp/(100sA3+80sA2+17s+1)=0即通分后分子：100sA3+80sA2+17s+1+Kp=0,列勞斯表,首列大于0,解得0<Kp<12.6,范圍內(nèi)系統(tǒng)穩(wěn)定,Kp=12.6時等幅振蕩.Kp=10時,ess=(s趨于0)limsR(s)/(1+Go(s)=1/11.2)比例調(diào)節(jié)優(yōu)缺點：(1)比例調(diào)節(jié)只改變其增益,不改變相位.在串聯(lián)校正時,加大限制增益Kp,即放大系數(shù)),可以減小穩(wěn)態(tài)誤差(對自平衡又t象而言),提升系統(tǒng)限制精度,但會降低系統(tǒng)相對穩(wěn)定性,甚至可能造成閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定.(2)反響速度快,限制及時,但限制結(jié)果存在余差(對自平衡對象而言；對無自平衡對象而言不存在余

7、差,由于它包含積分環(huán)節(jié)可消除誤差).僅適用干擾較小限制質(zhì)量要求不高,允許有余差的場合.9.積分調(diào)節(jié)u=Sofedt四=Se1.調(diào)節(jié)規(guī)律：或S0-積分速0dt度2） .積分調(diào)節(jié)特點優(yōu)缺1積分作用可以消除余差.傳遞函數(shù)中有1/s那么穩(wěn)態(tài)誤差ess為0注：積分作用可以消除余差是對階躍輸入而言,對斜坡、加速度輸入?yún)s未必.2積分作用具有滯后性,結(jié)果往往使系統(tǒng)輸出產(chǎn)生較大超調(diào),并非積分限制一定產(chǎn)生超調(diào).3積分調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性比比例調(diào)節(jié)差.10.比例積分調(diào)節(jié)PIt1PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律u=Kce+工?edt一八1GS=Kc+S0?-對應(yīng)的傳遞函數(shù)為：S2特點：Kp、Ki選擇合理,互為補充,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,既快速

8、又消除余差.11.微分調(diào)節(jié)deuS2dt1其調(diào)節(jié)動作規(guī)律為:2特點：可以在系統(tǒng)受到快速變化干擾的瞬間變化越快,微分輸出越大,及時加以抑制,從而有可能預(yù)防較大超調(diào).D對ess無影響；單獨微分限制不起作用由于穩(wěn)態(tài)時,微分限制器輸出為0,那么被控對象輸出為0;de12 .比例微分調(diào)節(jié)PDu=Kce+Qdt1其動作規(guī)律為：比例微分限制的穩(wěn)態(tài)誤差與比例限制的穩(wěn)態(tài)誤差是一樣的由于穩(wěn)定時微分不起作用,只有比例限制起作用.2比例微分調(diào)節(jié)穩(wěn)定性分析在比例的根底上引入微分環(huán)節(jié)后,增大了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,使比例系數(shù)可加大,從而加快過渡過程.3對象動態(tài)特性的0<阻尼比<1,當(dāng)外界干擾時,系統(tǒng)極易變化,此時假設(shè)

9、加上微分環(huán)節(jié)能起到及時抑制超調(diào)的作用.13 .比例積分微分調(diào)節(jié)PIDi限制規(guī)律u9+S0卜出抬魯(2)、適用：滯后較小,負荷變化不大,被控量不允許有余差的限制系統(tǒng).三、PID限制器的選擇(1)、特點：對克服對象的容量滯后有顯著的效果.(2)、適用：負荷變化大,容量滯后大(D的作用),限制質(zhì)量要求很高的系統(tǒng).四、復(fù)雜限制系統(tǒng)負荷變化大,純滯后大,采用PID達不到要求時采用.(無論何種組合,關(guān)鍵掌握P、I、D各自特點)15.PID參數(shù)的工程整定方法(計算/步驟補充)(詳見實驗報告或課本P90起)(一)、穩(wěn)定邊界法步驟(1)、在純比例作用下投入(TI=TD=0),比例帶6置較大值,系統(tǒng)投入自動運行.

10、(KP較小時,系統(tǒng)穩(wěn)定)(2)、系統(tǒng)穩(wěn)定后,S直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩過程,記下臨界比例帶6c詐口臨界振蕩周期Tcr值.(3)、利用書P90表4.3計算參數(shù)(4)、按“先P后I最后D的操作程序,將限制器整定參數(shù)調(diào)整到計算值上.(二卜衰減曲線法步驟(1)、在純比例作用下(TI=TD=0),比例帶6置較大值,系統(tǒng)投入自動運行.(KP較小時,系統(tǒng)穩(wěn)定)(2)、系統(tǒng)穩(wěn)定后,做設(shè)定值階躍擾動,直到系統(tǒng)出現(xiàn)4:1的衰減振蕩過程,記下比例帶一和振蕩周期Ts值.(4:1見首頁第2點衰減比)(3)、利用書P92表4.4計算參數(shù).(4)、按“先P后I最后D的操作程序,將限制器整定參數(shù)調(diào)整到計算值上.(三)、現(xiàn)場經(jīng)驗湊

11、試法步驟(1)、在純比例作用下(TI=8、TD=0)將系統(tǒng)投入運行；假設(shè)曲線振蕩頻繁,那么加大比例度6;假設(shè)超調(diào)量大,且趨于非周期,那么減少6,求得滿意的4:1過渡過程曲線.(2)、引入積分作用(此時應(yīng)將上述6加大1.2倍)將積分時間TI由大到小進行整定；假設(shè)曲線波動較大,那么應(yīng)增大TI;假設(shè)曲線偏離給定值后長時間回不來,那么需減少TI,以求得較好的過渡過程曲線.(3)、假設(shè)需引入微分作用將TD按經(jīng)驗值或按TD=(1/31/4)TI設(shè)置,即并由小到大參加；假設(shè)曲線振蕩厲害,那么應(yīng)減小TD;觀察曲線,再適當(dāng)調(diào)節(jié)6和TI,反復(fù)調(diào)試直到獲得滿意的過渡過程曲線.16.串級限制系統(tǒng)(定義):采用兩個限制

12、器串聯(lián)工作,主限制器的輸出作為副限制器的設(shè)定值,由副控制器的輸出去限制限制閥,從而對主控變量具有更好的限制效果.(工作過程):以隔焰式隧道窯溫度限制系統(tǒng)為例(框圖會畫P106,給函數(shù)會往里帶)簡答,要會分析,詳見課本P107起1只存在二次干擾副回路有干擾假定系統(tǒng)只受到來自燃料壓力的波動的干擾：假定整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)下,燃料壓力升高,限制閥開度沒變一燃料流量增大-燃燒室溫度T2升高一副溫度變送器檢測值增大一副限制器輸出減小一限制閥開度減小一燃料流量將被調(diào)節(jié)到穩(wěn)定狀態(tài)時的大小.假設(shè)干擾幅度不大,經(jīng)幅回路的調(diào)節(jié),很快得到克服,不至引起主變量的變化.假設(shè)干擾幅度很大,盡管幅回路的限制大大減小了干擾對

13、主變量的影響,但隨著時間的推移,主變量仍會偏離穩(wěn)態(tài)值而升高一主溫度變送器測量值增大-主限制器輸出減小一副限制器設(shè)定減小一副限制器輸出更小了,以克服干擾對主變量的影響2只存在一次干擾主回路有干擾假定系統(tǒng)只受到來自窯車速度的干擾.比方窯車速度加快：窯車速度加快一燒成帶溫度T1降低一主溫度變送器測量值減小-主限制器輸出增大一副限制器設(shè)定增大一副限制器輸出增大一燃燒室溫度T2增大一燒成帶溫度T1上升3一次干擾和二次干擾同時存在a.使主、副變量同向變化,即同時增大或同時減小：假定一次干擾為窯車的前進速度減小,二次干擾為燃料壓力增大.燃料壓力增大,限制閥開度沒變一燃料流量增大-燃燒室溫度升高一副溫度變送器

14、測量值增大.窯車的前進速度減小一燒成帶溫度T1上升一主溫度變送器測量值增大-主限制器輸出減小一副限制器設(shè)定減小.以上兩者幅溫度變送器測量值增大；副限制器設(shè)定減小一副限制器輸出更小了一燃料流量減小,以克服二次干擾對幅變量的影響以及一次干擾對主變量的影響.b.使主、副變量反向變化,即一個增大而另一個減小:假定一次干擾為窯車的前進速度加大,二次干擾為燃料壓力增大.窯車的前進速度加大一燒成帶溫度T1下降一主溫度變送器測量值減小-主限制器輸出增大一副限制器設(shè)定增大一副限制器輸出增大.燃料壓力增大,限制閥開度沒變-燃料流量增大-燃燒室溫度升高-幅溫度變送器測量值增大-副限制器輸出減小.最終副限制器的輸出取

15、決于兩個干擾引起的副限制器輸出變化的幅度.©-©結(jié)合圖形,在回路里標標變大變小的箭頭,盡量理解哦17.一.、串級限制抗干擾與單回路本錢低限制比擬：單回路限制系統(tǒng)設(shè)計簡單,所用硬件資源相對較少；由于串級限制系統(tǒng)是由兩個限制器串聯(lián)工作,不僅所需硬件資源較多,而且限制器參數(shù)整定也比單回路限制系統(tǒng)麻煩.堅持一個設(shè)計原那么：但凡用單回路限制系統(tǒng)能滿足限制要求的,就不再用串級限制系統(tǒng).二、串級限制四大優(yōu)點：需具體理解,詳見課本P08起(1)由于幅回路的存在,使等效副對象時間常數(shù)變小,縮短限制通道,使限制作用更加及時.(2)提升了系統(tǒng)的工作頻率,使振蕩周期減小,調(diào)節(jié)時間縮短,提升了系統(tǒng)的

16、快速性.4:/2T二生典型二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)為-S*菽工作頻率為：它),一3；當(dāng)阻尼比一定時,工作頻率越大,過渡過程振蕩周期越小(曲線變瘦),縮短了調(diào)節(jié)時間.(3)對二次干擾有很強的抑制水平.對克服一次干擾的水平也有一定的提升.(4)對于負載和操作條件的變化具有一定的自適應(yīng)水平.三、副回路的選擇(1)副回路應(yīng)包括盡可能多的擾動應(yīng)將變化最劇烈、幅度最大、最頻繁的擾動包括在副回路中.研究系統(tǒng)的干擾來源是十分重要的.如管式加熱爐,主擾動為燃油壓力還是燃油熱值,那么副回路的選擇大不相同.并非包括的干擾越大越好.干擾包括得越大,副變量的位置會越靠近主變量,靈敏度會降低.(2) .從預(yù)防主、副回路產(chǎn)生共振出

17、發(fā),應(yīng)使主、副對象的時間常數(shù)匹配.T1主=(310)T2副(3) .應(yīng)考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟性.18 .比值限制系統(tǒng)分為：(P135)(一)開環(huán)比值限制系統(tǒng)；當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時,兩物料的流量滿足比值關(guān)系.當(dāng)主動量受到干擾而發(fā)生變化時,系統(tǒng)通過比值器及設(shè)定值按比例去改變限制閥的開度,調(diào)節(jié)從動量使之與主動量仍保持原有的比例關(guān)系.當(dāng)從動量受到外界干擾(如溫度、壓力擾動)波動時,由于是開環(huán)限制,沒有調(diào)節(jié)從動量自身波動的環(huán)節(jié),也沒有調(diào)整主動量的環(huán)節(jié),故兩種物料的比值關(guān)系很難保持不變,系統(tǒng)對此無能為力.(二)單閉環(huán)比值限制系統(tǒng)；單閉環(huán)比值限制系統(tǒng)的四種工作情況(1)當(dāng)在系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)

18、時,主、副物料流量的比值恒定.(2)當(dāng)主物料流量不變,副物料流量受到擾動變化時,可通過副流量的閉合回路調(diào)整副物料流量使之恢復(fù)到原設(shè)定值,保證主、副物料流量比值一定.(3)當(dāng)主物料流量受到擾動變化,而副物料不變時,那么按預(yù)先設(shè)置好的比值使比值器輸出成比例變化,即改變給定值,根據(jù)給定值的變化,發(fā)出限制命令,以改變調(diào)節(jié)閥的開度,使副流量跟隨主流量而變化,從而保證原設(shè)定的比值不變.(4)當(dāng)主、副物料流量同時受到擾動變化時,調(diào)節(jié)器在調(diào)整副物料流量使之維持原設(shè)定值的同時,系統(tǒng)又根據(jù)主物料流量產(chǎn)生新的給定值,改變調(diào)節(jié)閥的開度,使主、副物料流量在新的流量數(shù)值的根底上,保持原設(shè)定值的比值關(guān)系不變.總之,單閉環(huán)比

19、值限制系統(tǒng)能保證主、副物料的流量比值不變,且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,因此在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中應(yīng)用較廣.單閉環(huán)比值限制系統(tǒng)缺點：(1)它的主動量是可變的.當(dāng)主動量受到大的干擾或負荷大幅波動時,從動量在限制過程中相對于其限制器的設(shè)定值會出現(xiàn)較大偏差,即在這段時間內(nèi),主、從動量的比值會較大地偏離工藝要求的流量比.(2)由于主動量是可變的,從動量必然可變,那么總的物料是不固定的,因此,對生產(chǎn)過程的生產(chǎn)水平?jīng)]有進行限制.(三)雙閉環(huán)比值限制系統(tǒng)；和單閉環(huán)比值限制系統(tǒng)相比,雙閉環(huán)比值限制系統(tǒng)的突出優(yōu)點如下：(1)限制系統(tǒng)更為穩(wěn)定對主動量的定值限制克服了干擾對主動量的影響,因此主動量變化平穩(wěn),從動量也將平穩(wěn),進而系統(tǒng)的總物料流量穩(wěn)定,更好地滿足了生產(chǎn)工藝要求(2)系統(tǒng)更易于調(diào)節(jié)當(dāng)需要改變主動量的設(shè)定值時,主動量限制回路通過調(diào)節(jié)限制使主動量的輸出值改變?yōu)樾略O(shè)定值,同時從動量也將隨主動量按給定比值變化.(四)變比值限制系統(tǒng)等.變比值限制是一種內(nèi)外