过程装备控制技术及应用总复习文档格式.docx
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对干扰通道，K值越小，相同干扰产生的作用越小，利于控制。
3热电偶温度仪表由热电偶、电测仪和连接导线组成。
热电偶是由两种不同的导体或半导体材料焊接而成。
焊接的一端称为热端，与导线连接的一端称为冷端。
4调节阀的类型根据阀芯的动作形式可分为直行程式和转角式。
属于直行程式的阀有直通双座阀、直通单座阀、角型阀、三通阀、高压阀、超高压阀、隔膜阀等。
属于转角阀的有蝶阀、球阀和凸轮挠曲阀等。
5按照所用能源调节器可分为直接作用式调节器和间接作用调节器。
6计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类:
（1）数据采集和数据处理系统
（2）直接数字控制系统（DDC）（3）监督控制系统SCC（4）分级计算机控制系统（5）集散型控制系统
7常见的流量特性分类及其使用特性常见的流量特性分类及其使用特性：
A.理想流量特性①直线流量特性，在流量小时，流量的变化值大，而流量大时，流量变化的相对值小。
因此具有直线流量特性的调节阀不宜用于负荷变化较大的场合。
②对数流量特性，适应能力强，在工业过程控制中应用广泛。
③快开流量特性，主要用于迅速启闭的切断阀或双位调节系统。
④抛物线流量特性，介于直线流量特性与等百分比流量特性之间。
B.工作流量特性①串联管道工作流量特性②并联管道工作流量特性.
8计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成:
计算机控制系统是由工业对象和工业控制计算机两大部分组成。
工业控制计算机主要由硬件和软件两部分组成,硬件部分主要包括计算机主机、外部设备、外围设备、工业自动化仪表和操作控制台等;
软件是指计算机系统的程序系统。
9控制系统中常用的调节规律有：
PPI和PID调节。
10被控对象的滞后分为纯滞后和容量滞后。
三、简答20分
1在控制系统中，对象的放大系数，时间常数，滞后时间对控制有什么影响？
答：
对于不同的通道，对象的特性参数（K，T，τ）对控制作用的影响是不同的。
对于控制通道：
放大系数K大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对扰动的补偿能力强，余差也小；
放大系数K小，控制作用的影响不显著，被控变量的变化缓慢。
但K太大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降。
在相同的控制作用下，时间常数T大，则被控变量的变化比较缓慢，此时对象比较平稳，容易进行控制，但过渡过程时间较大；
若时间常数T小，则被控变量变化速度快，不易控制。
时间常数太大或太小，在控制上都将存在一定困难，因此，需根据实际情况适中考虑。
滞后时间τ的存在，使得控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下降。
因此，应尽量减小滞后时间τ。
对于扰动通道：
放大系数K大对控制不利，因为当扰动频繁出现且幅度较大时，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；
而放大系数k小，即使扰动较大，对被控变量仍然不会产生多大影响。
时间常数T大，扰动作用比较平缓，被控变量变化较平稳，对象较易控制。
纯滞后的存在，相当于将扰动推迟τ0时间才进入系统，并不影响控制系统的品质；
而容量滞后的存在，则将使阶跃扰动的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和些，因此，对系统是有利的
2.什么是双位控制，比例控制，积分控制，微分控制，它们各有什么特点？
①位式控制器的输出只有几个特定的数值，或它的执行机构只有几个特定的位置。
最常见的是双位控制。
，它们输出只有两个数值（最大或最小），其执行机构只有两个特定的位置（开或关）。
位式控制器结构简单，成本较低，易于实现，应用较普遍。
但它的控制作用不是连续变化的，由它所构成的位式控制系统其被控变量的变化将是一个等幅振荡过程，不能使被控变量稳定在某一数值上。
②积分控制（P）是指调节器的输出信号变化量与输入信号变化量e（t）成比例关系：
，--比例放大系数，比例控制的伏点是反应快，控制及时，其缺点是当系统的负荷改变时，控制结果有余差存在，即比例控制不能消除余差，因此只在对被控变量要求不高的场合，才单独使用比例控制。
③积分控制（I）：
调节器输出信号的变化量与输入偏差的积分成正比，即：
式中--积分速度，--积分时间。
积分规律的特点是控制缓慢，但能消除余差。
由于输出变化量总要滞后于偏差的变化，因此不能及时有效地克服扰动的影响，加剧了被控变量的波动，使系统难以稳定下来，故不单独使用积分控制规律。
④微分控制（D）--指调节器输出信号的变化量与输入偏差的变化速度成正比。
即。
--微分时间。
微分控制规律的特点是有一定的超前控制作用，能抑制系统振荡，增加稳定性；
由于其输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的存在无关，因此，不能克服确定不变的偏差。
故也不单独使用。
3比例、积分、微分、控制分别用什么量表示其控制作用的强弱？
并分别说明它们对控制质量的影响。
①比例——比例度是反映比例控制器的比例控制作用强弱的参数。
比例度越大，表示比例控制作用越弱。
减少比例度，系统的余差越小，最大偏差也越短，系统的稳定程度降低；
其过渡过程逐渐以衰减振荡走向临界振荡直至发散振荡。
②积分控制——积分时间TI表示积分控制作用强弱的参数，积分时间越小，表示积分控制作用越强。
积分时间TI的减少，会使系统的稳定性下降，动态性能变差，但能加快消除余差的速度，提高系统的静态准确度，最大偏差减小。
③微分控制——微分时间TD是表示微分控制作用强弱的一个参数。
如微分时间TD越大，表示微分控制作用越强。
增加微分时间TD，能克服对象的滞后，改善系统的控制质量，提高系统的稳定性，但微分作用不能太大，否则有可能引起系统的高频振荡。
3热点偶有那些特点？
用普通导线和补偿导线作热电偶的延长线，效果有何不同？
试证明补偿导线的补偿作用。
热电偶的特点有：
测量精度教高，性能稳定；
结构简单，易于制造，产品互换性好；
将温度信号转换成电信号，便于信号远传和象现多点切换测；
测量范围广，可达－200～2000℃，形式多样，适用于各种测量条件。
选用补偿导线要求其在一定温度范围内与所连接的热电偶具有相同的热电特性，型号相配，极性连接正确。
补偿导线的作用证明：
如图所示：
回路中电势为：
E＝Eab（t，t1）＋Ecd（t1，t0）
由补偿导线的性质得：
Ecd（t1,t0）=Eab（t1,t0）
∴E＝Eab（t，t1）＋Eab（t1，t0）＝Eab（t，t0）
补：
用普通导线做热电偶得延长线要求引入两端得温度相同热电势不同，故一般接热电偶的冷端，因此冷端温度依然是现场温度。
而用补偿导线却可以将冷端温度现场温度分开，利于测量。
4．PID调节器是由哪些基本部分组成的？
试分析各部分所完成的功能。
PID调节器的基本组成有输入电路，运算电路和输出电路组成。
输入电路是检测偏差信号，信号经滤波电路后输出导PID运算电路。
（输入电路包括偏差检测电路，内给定稳压电源电路，内外给定切换开关，正反作用开关及滤波电路等）。
PID运算电路：
根据整定好的参数用以对偏差信号进行比例，微分和积分的运算，是调节器实现PID控制规律的关键环节。
输出电路：
将运算电路的输出信号做最后一次放大，或者作为运算电路之回路中放大器的组后一级，提供调节器的输出信号。
四、分析计算20分
1．有一电动比例调节器，器输入电流范围为4～20mA，输出电压范围是1－5V。
试计算当比例度规定在40％时，输入电流变化4mA所引起的输出电压变化量为多少?
解：
∵
即
即：
输出电压变化量为2.5V
26.某被控对象有5个模拟量控制回路和3个模拟量检测监视回路，试为该对象设计一个监督计算机控制系统方框图。
方框图见：
3．已知模拟调节器的传递各数G（S）=（1+0.17S）/0.085S，现在要用数字PID算法来实现，试分别写出相应的位置式和增量式PID算法表达式，设采样周期为To=0.2S.
由G（S）=
，可得：
=1
=0.17
=0.085
位置式u（k）=
{e（k）+
}
代入T=0.2
u（k）={e（k）+
增量式：
u（k）=
+
其中：
五、综合30分
试分析四线制变送器与两线制变送器与电源的连接方式并画出示意图。
电动变送器输出信号与电源的连接方式有两种：
四线制和两线制，四线制中，供电电源通过两根导线接入，另两根导线与负载电阻R2相连，输出0～10mADC信号。
这种连线方式中，同变送器连接的导线共有4根，成为四线制，如图（a）所示。
如图b中所示，同变送器连接的导线只有两根，同时传送变送器所需的电源电压和4～20mADC输出电流，称为两线制。
（a）（b）
2．试列出一些改进的PID算法，并分析其改进特点及适用场合
改进的PID算法有：
（1）带有死区的PID控制——当控制偏差在某个阀值以内时，系统不进行调节；
当超过这个阀值时，系统按照PID进行调节，表示为
式中B为阀值，O-B的区间称为死区。
该控制方式适用于要求控制作用尽可能少变动的场合，如在中间器皿的液面控制。
（2）饱和作用的抑制（A）PID位置算法的积分饱和作用机器抑制——采用遇限削弱积分法和积分分离法。
（B）PID增量算法的饱和作用及其抑制（C）干扰的抑制——四点中的差分法。
该控制方式适用于可能出现饱和效应的场合，即控制量因受到执行元件机械和物理性能的约束而限制在有限范围以内，Umax<
=U<
=Umax，控制器执行的控制量不再是计算值。
︱△U︱<
=△Umax.
2013过程装备控制技术复习测评2
主要为书上图表或计算例题
1P4图1-2简单控制系统方框图
2P7图1-5夹套式反应器温度控制系统图
3P7图1-6夹套式反应器温度控制系统方框图
4P8图1-11过渡过程几种基本形式
**5P29比例度计算例题比例度的公式定义
6表2-1调节器参数经验数据
7P41图2-38加热炉出口温度串级控制系统方框图
8P42图2-42串级控制系统方框图
**9P90图3-24几种常见测温线路
10P97图3-30转子式流量计工作原理
**11P127图4-1变送器理想输入输出特性及例题4-1
P166图4-56调节阀理想流量特性看图能识别各类曲线对应的理想特性名称
P211图5-35应用PLC的设计步骤
2013年过程装备控制技术及应用考试要点总结和归纳
1.过程装备的三项基本要求过程装备的三项基本要求：
安全性、经济性和稳定性.
A.安全性:
指整个生产过程中确保人身和设备的安全
B.经济性:
指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生产成本低而效率高
C.稳定性:
指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力.
2.过程装备控制的主要参数过程装备控制的主要参数：
温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等.
3.流程工业四大参数流程工业四大参数：
温度、压力、流量、液位（或物位）
4.控制系统的组成控制系统的组成:
5.控制系统各参量及其作用控制系统各参量及其作用:
1.被控变量y指需要控制的工艺参数，它是被控对象的输出信号
2.给定值（或设定值）ys对应于生产过程中被控变量的期望值
3.测量值ym由检测元件得到的被控变量的实际值
4.操纵变量（或控制变量）m受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号
5.干扰（或外界扰动）f引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素
6.偏差信号e在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差
7.控制信号u控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
6.控制系统的分类
（1）控制系统的分类：
按给定值a定值控制系统；
随动控制系统；
程序控制系统
（2）bc按输出信号的影响a闭环控制；
b开环控制（3）按系统克服干扰的方式a反馈控制系统；
b前馈控制系统；
c前馈-反馈控制系统
7.控制系统过度过程定义控制系统过度过程定义：
从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内，然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。
8.阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点
（1）发散振荡过程：
这是一种不稳定的阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点：
过渡过程，因此要尽量避免
（2）等幅振荡过程：
被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡幅度恒定不变，这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用（3）衰减振荡过程：
被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期就稳定下来，这是一种稳定的过渡过程（4）非振荡的过渡过程：
是一个稳定的过渡过程，但与衰减振荡相比，其回复到平衡状态的速度慢，时间长，一般不采用。
9.评价控制系统的性能指标
（1）以阶跃响应曲线形式表示的质量指标:
A.最大偏差A（或评价控制系统的性能指标：
超调量σ）B.衰减比nC.过渡时间tsD.余差eE.振荡周期T
（2）偏差积分性能指标:
A.平方误差积分指标（ISE）B.时间乘平方误差积分指标（ITSE）C.绝对误差积分指标（IAE）D.时间乘绝对误差积分指标（ITAE）
10.被控对象特性的定义被控对象特性的定义：
就是当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小，速度等）。
11.连续生产过程所遵守的两个最基本的关系连续生产过程所遵守的两个最基本的关系：
即静态条件下，单位时间流入对象的物料（或能量）等于从系统中流出的物料（或能量）；
动态条件下，单位时间流入对象的物料（或能量）与从系统中流出的物料（或能量）之差等于系统内物料（或能量）存储量的变化率。
12.有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别：
A.自衡特性有利于控制，在某些情况下，使用简单的控制系统就能得到良好的控制质量，甚至有时可以不用设置控制系统。
B.无自衡特性被控对象在受到扰动作用后不能重新恢复平衡，因此控制要求较高。
对这类被控对象除必须施加控制外，还常常设有自动报警系统。
13.一阶被控对象一阶被控对象：
它是一个一阶常系数微分方程，具有该特性的被控对象叫一阶被控对象.
14.描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响
（1）放大系数K对控制通道，K
（2）时间常数T不同通道,时间常数对系统的影响：
对控制通道，若时间常数T大，则被控变量的变化比较缓和，一般来讲，这种对象比较稳定，容易控制，但缺点是控制过于缓慢；
若时间常数T小，则被控变量的速度变化快，不易控制。
因此，时间常数太大或太小，对过程控制都不利；
对干扰通道，时间常数大有明显的好处，使干扰对系统的影响变得比较缓和，被控变量的变化平稳，对象容易控制。
（3）滞后时间不同通道、不同滞后对控制性能的影响：
对控制通道，滞后的存在不利于控制；
对于干扰通道，作用不一，纯滞后是只是推迟了干扰作用的时间，因此对控制质量没有影响；
容量滞后则可以缓和干扰对被控对象的影响，因而对控制系统是有利的。
15.单回路控制系统参数选择的原则
（1）被控变量的选择基本原则；
被控变量信号最好是单回路控制系统参数选择的原则：
能够直接测量获得，并且测量和变送环节的滞后也要比较小。
若被控变量信号无法直接获取，可选择与之有单值函数关系的间接参数作为被控变量。
被控变量必须是独立变量。
变量的数目一般可以用物理化学中的相律关系来确定。
被控变量必须考虑工艺合理性，以及目前仪表的现状能否满足要求。
（2）操纵变量的选择；
使被控对象控制通道的放大系数较大，时间常数较小，纯滞后时间越小越好；
使被控对象干扰通道的放大系数尽可能小，时间常数越大越好。
（3）检测变送环节：
检测变送环节在控制系统中起着获取信息和传送信息的作用。
①减小纯滞后的方法，正确选择安装检测点位置，使检测元件不要安装在死角或容易结焦的地方。
当纯滞后时间太大时，就必须考虑使用复杂控制方案。
②克服测量滞后的方法，一是对测量元件时间常数进行限定。
尽量选用快速测量元件，以测量元件的时间常数为被控对象的时间常数的十分之一以下为宜；
二是在测量元件后引入微分环节，达到超前补偿。
在调节器中加入微分控制作用，使调节器在偏差产生的初期，根据偏差的变化趋势发出相应的控制信号。
③减小信号传递滞后的方法，尽量缩短气压信号管线长度，一般不超过300m；
较长距离的传输尽量转换成电信号；
在气压管线上加气动继电器，以增大输出功率；
按实际情况尽量采用基地式仪表等。
16.基本调节规律基本调节规律：
A.断续调节：
位式；
B.连续调节：
比例、积分、微分。
17.PID调节器的参数整定调节器的参数整定：
18.复杂控制系统的分类复杂控制系统的分类分类：
①为提高响应曲线的性能指标而开发的控制系统；
②为某些特殊目的而开发的控制系统。
19.串级控制系统的工作原理串级控制系统的工作原理：
串级控制系统由两套检测变送器，两个调节器，两个被控对象和一个调节阀组成，其中两个调节器串联起来工作，前一个调节器的输出作为后一个调节器的给定值，后一个调节器的输出才送往调节阀。
串级控制系统与简单控制系统有一个显著的区别，它在结构上形成了两个闭环，一个闭环在里面，成为副环或副回路，在控制过程中起着“初调”的作用，一个闭环在外面，称为主环或主回路，用来完成“细调”任务，以保证被控变量满足工艺要求。
20.串级控制系统的工作特点串级控制系统的工作特点控制系统的工作特点：
①能迅速克服进入副回路的干扰②能改善被控变量的特性，提高系统克服干扰的能力③主回路对副对象具有“鲁棒性”，提高了系统的控制精度。
21.串级控制系统的适用对象串级控制系统的适用对象：
凡是可以利用上述特点之一来提高系统的控制品质的场合，都可以采用串级控制系统，特别是在被控对象的容量滞后大，干扰强，要求高的场合，采用串级控制可以获得明显的效果。
22.主副回路的选择依据主副回路的选择依据：
让主要干扰位于副回路。
23.前馈控制相较于反馈控制的特点前馈控制相较于反馈控制的特点：
在反馈控制中，信号的传递形成了一个闭环系统，而在前馈控制中，则只有一个开环系统，闭环系统存在一个稳定性的问题，调节器参数的整定首先要考虑这个稳定性问题，但是，对于开环控制系统来讲，这个稳定性问题是不存在的，补偿的设计主要是考虑如何获得最好的补偿效果。
在理想情况下，可以把补偿器设计到完全补偿的目的，即在所考虑的扰动作用下，被控变量始终保持不变，或者说兑现了“不变性”原理。
24.前馈-反馈控制系统前馈-反馈控制系统：
在工程上往往将前馈与反馈结合起来应用，既发挥了前馈校正作用及时的优点，又保持了反馈控制能克服多种扰动及对被控变量最终检验的长处，是一种适合化工过程控制的控制方法。
25.系统误差系统误差：
指在相同条件下，多次测量同一被测量值的过程中出现的一种误差，它的绝对值和符号或者保持不变，或者在条件变化时按某一规律变化。
29.仪表的绝对误差仪表的绝对误差：
仪表指示值与被测变量真值之间的代数差.
30.仪表的相对误差仪表的相对误差：
测量的绝对误差与被测变量的约定真值（实际值）之比.
31.仪表的引用误差仪表的引用误差：
绝对误差与仪表的量程之比.
32.仪表的精度等级仪表的精度等级：
工业自动化仪表通常根据引用误差来评定其精确度等级，并规定用允许引用误差限去掉百分号后的数字来表示精度等级。
如精度等级为1.0级的仪表其允许引用误差为1.0%。
精密等级值越低的仪表其精确度越高。
33.流量的概念流量的概念：
流量是指单位时间内流过某一截面的流体数量的多少。
34.流量计的分类流量计的分类：
A压差式流量计，B转子式流量计、C电磁式流量计
35.压差式流量计的工作原理压差式流量计的工作原理：
当充满管道的流体流经节流装置时，流束收缩，流速提高，静压减小，在节流装置前后会产生了一定的压差。
这个压差的大小与流量有关，根据它们之间的关系即可得到流量的大小。
36.压差式流量计结构上的核心部件压差式流量计结构上的核心部件：
核心部件是节流装置，包括节流元件，取压装置以及其前后管段。
37.常见的节流装置分类常见的节流装置分类：
孔板，喷嘴，文都利管.
38.液位的概念液位的概念：
液位是指液体介质液面的高低。
39.液位计的分类液位计的分类：
按工作原理可分为直读式、浮力式、静压式、电容式、光纤式、激光式、核辐射式。
40.静压式液位计的工作原理静压式液位计的工作原理：
通过测量某点的压力或该点与另一参考点的压差来间接测量液位。
41.变送器的作用变送器的作用：
将测量元件的输出信号转换为一定的标准信号，送后续环节显示、记录或调节。
42.变送器的分类变送器的分类：
变送器按驱动能源不同的分类:
气动变送器，电动变送器。
43.气动变送器和电动变送器的区别气动变送器和电动变送器的区别：
气动变送器是以压缩空气为驱动能源，电动变送器是以电力为能源。
44.常用的标准信号常用的标准信号：
电压（1-5VDC），电流（4-20mA），气压（20-100kPa）信号。
45.常见的气动元件和组件常见的气动元件和组件：
1.气阻2.气容3.
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