过程控制期末复习

1、 过程控制系统的六大被控变量（参数）：温度、压力、流量、液位（物位）、成分和物性。 2、工业生产对过程控制的要求：安全性、稳定性和经济性。 3、过程控制系统一般由被控过程（或称被控对象）、测量变送装置、控制器（或称调节器）和执行器等环节组成。

被控对象是指被控制的生产设备或装置。

常见的被控对象有加热炉、锅炉、分馏塔、干燥炉、压缩机等生产设备，或储存物料的槽、罐以及传送物料的管段等。

被控变量：需要进行自动控制的参数。 测量变送装置

测量变送装置一般由测量元件和变送器组成。被控变量是对象的输出变量，其一般为非电量物理量。

传感器：检测被控变量(非电量)，将其变成相应电信号 变送器：将此信号转换为标准电信号 标准电信号：

一种是0～10mA 直流电流信号

一种是4～20mA 直流电流信号或1～5V 的直流电压信号 如果是气动仪表，则应转换为1.96×104～9.8×104 Pa 的压力信号

控制器

控制器（调节器），将被控变量的测量值与设定值进行比较得到偏差信号，并按某种预定的控制规律进行运算，给出控制信号去操纵执行器。 执行器

执行器分电动执行器与气动执行器两大类，应用较多的是气动薄膜控制阀。 执行器接收控制器送来的控制信号，直接改变操纵变量，操纵变量通常是执行器控制的某一工艺变量。

4、 过程控制系统按设定值的形式不同：定值过程控制系统、随动（伺服）过程控制系统、

程序过程控制系统。 定值控制系统

将系统被控变量的设定值保持某一定值(或在某一很小范围内不变)的控制系统称为定值控制系统。

如温度、压力、流量、液位等控制系统；恒温箱的温度控制；稳压电源的电压稳定控制等等。

注：化工生产中大都采用定值控制系统。

设定值-放大器电动机恒温箱温度热电偶经热电偶测量并与设定值比较后，其偏差经过放大器放大，控制电动机的转向，然后经过传动装置，移动变压器的活动触点位置，结果使偏差减小，直到温度达到给定值为止。

随动控制系统 设定值无规律变化，且事先不知道，要使被控变量准确且及时地跟随设定值的变化而变

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化。 例如化工生产中的比值系统，甲流体的流量与乙流体的流量保持一定的比值；当乙流体流量变化时，甲流体的流量能够快速而准确的随之变化。 再如雷达跟踪系统，天线接收系统。 各类测量仪表中的变送器可以看作一个随动控制系统，它的输出指示值应该迅速并正确地随着被测量输入值而变化。

程序控制系统 程序控制系统被控变量的设定值是按预定的时间程序变化的。 这类系统在间歇生产过程中应用较普遍。计算机技术的应用为程序控制提供了良好的技术条件。如程序控制机床、冶金工业中退火炉的温度控制。

5、 衰减比表示振荡过程的衰减程度，是衡量过渡过程稳定程度的动态指标。

6、 超调量：最大动态偏差占被控变量稳态变化幅度的百分数。 7、 自平衡非振荡过程：

自衡：在原平衡状态出现干扰时，无需外加任何控制作用，被控过程能够自发地趋于新的平衡状态。 自衡非振荡：阶跃输入信号作用下，输出响应曲线能没有振荡地从一个稳态趋向于另一个稳态.

被控变量的选择原则

从多个变量中选择一个变量作为被控变量应遵循下列原则：

(1) 被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般都是工艺过程中比较重要的变量；

(2) 应尽量选择那些能直接反映生产过程的产品产量和质量，以及安全运行的直接参数作为被控变量。当无法获得直接参数信号，或其测量信号微弱（或滞后很大）时，可选择一个与直接参数有单值对应关系、且对直接参数的变化有足够灵敏度的间接参数作为被控变量；

(3) 选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内外仪表产品的现状。

操作变量的选择原则

操纵变量的选取应遵循下列原则：

(1) 所选的操纵变量必须是可控（即工艺上允许调节的变量），而且在控制过程中该变量变化的极限范围也是生产允许的；

(2) 操纵变量应该是系统中被控过程的所有输入变量中对被控变量影响最大的一个，控制通道的放大系数要适当大一些，时间常数适当小些，纯迟延时间应尽量小；所选的操

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纵变量应尽量使扰动作用点远离被控变量而靠近调节阀。为使其他扰动对被控变量的影响减小，应使扰动通道的放大系数尽可能小，时间常数尽可能大； (3) 在选择操纵变量时，还需考虑到工艺的合理性与生产的经济性。

8、 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？ 解答：

1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。 2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。

3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。

比例、积分、微分三种控制方式各有其独特的作用。比例控制是基本的控制方式，自始至终起着与偏差相对应的控制作用，但存在余差；添加积分控制后，可以消除纯比例控制无法消除的余差；添加微分控制，可以在系统受到快速变化干扰的瞬间，及时加以抑制，增加系统的稳定程度。

5-9 对图5-40所示的液位过程，输入量为Q1，流出量为Q2、Q3，液位h为被控参数，水箱截面为A，并设R2、R3为线性液阻。 （1）列写液位过程的微分方程组； （2）画出液位过程的框图；

（3）求出传递函数H(s)Q1(s)，并写出放大倍数K和时间常数T的表达式。

解答：

?Q1??Q2??Q3?A（1）

d?hdt?h?Q2?

R2?Q3??hR3（2）框图如图： （3）

H(s)R2R3?Q1(s)AR2R3s?R2?R3

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气开控制阀和气关控制阀中的“气”是指输入到执行机构的信号，而不是用于驱动控

制阀的压缩空气源。

气开控制阀是指当输入到执行机构的信号增加时，流过控制阀的流量增加（开度增大）。在无压力信号（失气）时气开控制阀处于全关状态。

气关控制阀则是指当输入到执行机构的信号增加时，流过控制阀的流量减小（开度减

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小）。在无压力信号（失气）时气关控制阀则处于全开状态。

1.中小型锅炉的汽包液位控制系统： 给水控制阀应选用（）式。 气关 安装在燃料管线上的控制阀则大多选用（）式。 气开

2.防止不合格产品的蒸出，精馏塔的回流控制阀选择（）阀。 气关

3. 控制精馏塔进料的控制阀就常采用（）式。 气开 4.精馏塔塔釜加热蒸汽控制阀一般选（）式。 气开 5. 控制阀选择（）式 气开

微分调节的特点

? P和I是根据已经形成的被调参数与给定值之偏差而动作(即偏差的方向和大小

进行调节)。

? 微分调节是根据偏差信号的微分,即偏差变化的速度而动作的。

? 只要偏差一露头,调节器就立即动作，以求更好的调节效果（超前控制

作用）

? 偏差没有变化,微分调节不起作用。

? 微分调节主要用于克服调节对象有较大的传递滞后和容量滞后。

课本132页5-6题（有一道同类型的计算题） 课本133页~135页图6-2~6-5

主、副调节器正反作用方式的确定

串级控制系统要实现正常运行，主、副回路都必须构成负反馈，因而必须正确选择主、副控制器的正、反作用方式。

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在假定副测量变送装置的增益为正的情况下，副控制器正反作用选择的判别式为

（副控制器?）×（调节阀?）×（副对象?）=（+） 其中，调节阀的“?”取决于它的“气开”还是“气关”作用方式，“气开”为“+”，“气关”为“-”；

而副对象的“?”取决于控制变量和副被控变量的关系，控制变量增大，副被控变量也增大时称其为“+”，否则称其为“-”。

在假定主测量变送装置的增益为正的情况下，主控制器正、反作用的选择实际上只取决于主对象的增益符号。

主控制器正反作用方式选择的判别式为 （主控制器?）× (主对象?）=（+）

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在假定副测量变送装置的增益为正的情况下，副控制器正反作用选择的判别式为

（副控制器?）×（调节阀?）×（副对象?）=（+） 其中，调节阀的“?”取决于它的“气开”还是“气关”作用方式，“气开”为“+”，“气关”为“-”；

而副对象的“?”取决于控制变量和副被控变量的关系，控制变量增大，副被控变量也增大时称其为“+”，否则称其为“-”。

在假定主测量变送装置的增益为正的情况下，主控制器正、反作用的选择实际上只取决于主对象的增益符号。

主控制器正反作用方式选择的判别式为 （主控制器?）× (主对象?）=（+）

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