过程控制系统复习大纲

过程控制系统复习大纲

（仅供参考）

第一章

1、过程控制系统的分类及性能指标 （P4） （1）、分类：按系统结构特点分：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统 按给定值信号特点分：定值控制系统、随动控制系统 （2）、性能评价指标：1）、系统必须是未定的。 2）、系统应能提供尽可能好的稳态调节（静态指标）。 3）、系统应能提供尽可能好的过渡过程（动态指标）。 2、阶跃响应性能指标 （P7） （1）、 稳态误差ess?r?y(?)B（2）、

衰减比n?1 B2

y(t)?y(?)（3）、 超调量?（%）=p?100%y(?)

（4）、 过渡过程时间ts3、重要习题 （P14） （1）、过程控制系统由哪些环节组成的，各有什么作用？过程控制系统有哪些分类方法？ 答：过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送环节等环节组成。

控制器的作用是接受测量变送装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。

执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。

被控过程是指需要控制的生产设备或装置。

测量变送的作用测量被控过程的数值并将其转换为一种特定的输出信号。

（2）、1.4、1.8

第二章

1、DDZ-III型仪表：集成电路。信号标准：4~20mA，20~100kPa （P10） 2、绝对误差、相对误差、引用误差、仪表精度等级 （P17） （1）、绝对误差：仪表输出信号所代表的被测值与被测参数真值之差。显然，绝对误差只能是被测值与约定真值或相对真值之差。 （2）、相对误差：绝对误差与约定真值的百分比定义为仪表的相对误差。 （3）、引用误差：绝对误差与仪表量程的百分比称为仪表的引用误差。 （4）、精度等级：又称准确度级，是按国家统一规定的允许误差大小划分成的等级。我国生产的仪表，其精度等级有：0.001、0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。级数越小，精度就越高。 注：例2.1

3、工业测温 （P23-26） （1）、热电偶：测温原理、补偿导线的作用，什么是热电偶的冷端温度补偿？如何补偿？

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测温原理：热点效应

补偿导线的作用：将热电偶的冷端延伸出来。

由热电偶测温原理可知，只有当其冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数，即E(t，0)=E(t，t0)+E(t0，0)。也就是说，在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为0摄氏度，或者进行一定补偿修正才能得到准确的测量结果，并称之为热电偶冷端温度补偿。 注：例2.2

冷端温度补偿方法：（1）、冰点槽法，即将冷端温度保持为0摄氏度；（2）、对冷端温度进行修正，具体包括温度修正和热电势修正；（3）、冷端温度自补偿，包括电桥补偿法和PN结补偿法；（4）采用导线补偿法，将热电偶的冷端延伸出来。 （2）、热电阻：测温原理、为何采用三线制接法、为何中低温区用热电阻测温精度更高？ 由于在中、低温区热电偶输出的热电动势很小，因而对显示仪表及抗干扰措施的要求都较高。另外，在较低的温度区域内，冷端温度的漂移及环境温度的变化所引起的误差，相对来说也就更大，并且不容易得到完全补偿。所以，在中、低温区使用热电阻比用热电偶作为测温原件时的精度更高。

采用三线制接法的原因：采用三线制接法将热电阻接入电桥，不会由于远距离连接导线的电阻而引起误差。 4、节流式流量计(差压式流量计)的流量测量原理，重点要知道最后推导出的流量公式：（P35）

2 qV∝?pqV???A0?p?

测量原理：如果在管道中安装一个固定的阻力件，其中间开一个比管道截面积小的孔，当流体流过该阻力件时，由于流体流束的收缩而使流速加快，静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差，压差的大小与流体流速的大小有关，流速越大，压差也越大，因此只要测出压差就可推算出流速，进而计算出流体的流量。 5、涡轮流量计的原理及输出信号 （P38） （1）、原理：涡轮流量计是一种速度式流量仪，以动量矩守恒原理为基础，它利用置于流体中的叶轮旋转角速度与流体流速成比例的关系，通过测量叶轮的转速来反映通过管道的体积流量大小，是目前流量仪表中比较成熟的高精度仪表。 （2）、输出信号：脉冲频率信号（与流量成正比），该信号可以远距离传送给显示仪表，便于进行流量的显示。

6、电磁流量计的测量原理与使用注意事项（应用了什么原理、能测量什么流量，不能测量什么流量） （P39） （1）、原理：法拉第电磁感应定律。 （2）、使用注意事项：1）、它既可以水平安装，也可以垂直安装，但要求被测液体充满管道； 2）、电磁流量计的安装现场要原理外部磁场，以减小外部干扰； 3）、电磁流量计前后管道有时带有较大的杂散电流，一般要将流量计前后

1~1.5m处和流量计外壳连接在一起，共同接地；

4）、前后要有足够长的直管道，一般上下游的直管道分别不少于5D和3D

（D为管道内径）。

（3）、可以检测具有一定电导率的酸、碱、盐溶液、腐蚀性溶液以及含有固体性颗粒的液体，但不能检测气体、蒸汽和非导电液体的流量。 7、重要习题 （P58） 2.4、2.10、2.11、2.12

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第三章

1、气动调节阀气开式、气关式的含义，选择依据、并会选择 （P70）

所谓气开式，是指当气体的压力信号增加时，阀门开大；气关式则相反，即压力信号增加时，阀门关小。气开、气关形式的选择，主要是从工艺生产的安全来考虑的。当气源由于意外情况中断时，调节阀处于全开或是全关状态，在生产上要能保证设备和人身的安全。

注：例3.5、3.6

2、重要习题 （P76） 3.8、3.9

第四章

1、自衡与非自衡过程的特点及其传递函数的区别 （P77-79）

当扰动发生后，被控量存在两种变化：一种是被控量不断变化最后达到新的平衡；另一种是被控量不再平衡下来。前面的过程具有自衡能力，称为自衡过程；后面的过程无自衡能力，称为非自衡过程。

2、常用过程建模方法有哪几种？ （P84） 答：（1）、机理建模；（2）、时域法建模；（3）、频域法建模；（4）、最小二乘法建模。 3、过程数学模型的求取方法？ 答：（1）、机理建模——根据对象或生产过程的内部机理，写出各种有关的平衡方程，从

而得到对象或过程的数学模型。最大的优点是具有非常明确的物理意义，模型具有很大的适应性，便于对模型参数进行整定。

（2）、试验建模——针对所要研究的对象，人为的施加一个输入作用，然后用仪表记

录表征对象特性的物理量随着时间变化的规律，得到一系列试验数据或曲线。 对于一些内部机理复杂的对象，试验建模比机理建模要简单、省力。

（3）、混合建模——先由机理分析的方法提出数学模式的结构形式，然后对其中某些

未知的或不确定的参数利用试验的方法给予确定，实际上就是将机理建模和试验建模结合起来。

3、重要习题 （P96） 4.2、4.6

第五章

1、比例、积分、微分控制对闭环控制稳态性能和动态性能的影响 （P112） （1）、比例（P）控制——克服干扰能力强、控制及时、过度之间短。纯比例作用在过渡过

程终了时存在余差。负荷变化越大，余差越大。比例作用适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺允许被控变量存在余差的场合。 （2）、比例积分（PI）控制——在比例作用的基础上引入了积分作用，而积分作用的输出与

偏差的积分成正比，只要偏差存在，控制器的输出就会不断变化，直至消除偏差为止。积分作用会使系统的稳定性降低，但系统在过渡过程结束时无余差，这是其优点。为保证系统的稳定性，在增加积分作用的同时，加大比例度，使系统的稳定性基本保持不变，但系统的超调量、振荡周期都会相应增大，过渡时间也会相应增加。比例积分作用适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺不允许被控变量存在余差的场合。 （3）、比例微分(PD)控制——由于引入了微分作用，它能反映偏差变化的速度，具有超前控

制作用，这在被控对象具有较大滞后场合下，将会有效地改善控制质量。但是对于滞后小、干扰作用频繁，以及测量信号中夹杂无法剔除的高频噪声的系统，应尽可能避免使用微分作用，因为它将会使系统产生振荡，严重时会使系统失控而发生事故。

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（4）、比例积分微分（PID）控制——综合了比例、积分、微分控制规律的有点。适用于容

量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。

2、控制器正反作用的选择（选择的根据、选择的判别式、给出例子会选择） （P112） 自动控制系统稳定运行的必要条件之一是闭环回路形成负反馈。所谓作用方向，就是指输

入变化后，输出的变化方向。当输入增加时，输出也增加，则称该环节为“正作用”方向；反之，当环节的输入量增加时，输出减少。则称该环节为“反作用”方向。测量、变送环节的作用一般都是“正”方向。 注：例5.3 3、重要习题 （P114） 5.8

第七章

1、串级控制系统的标准原理方框图 （P150）

串级控制系统：所谓串级控制系统，就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操作调节阀，从而对主控变量具有更好的控制效果，这样的控制系统称为串级控制系统。

2、给出例子能区分一次干扰和二次干扰 （详细看7.1、7.3.1主副变量的选择） （P154） 注：P155图7.10、图7.11 主、副变量的选择： 主变量的选择原则与单回路控制系统的选择原则是一致的，即选择直接或间接地反应生产过程中的产量、质量、节能、环保以及安全等控制目的的参数作为主变量。 副变量的选择一般应使主要的和更多的干扰落入副回路，应考虑工艺上主、副变量的对应关系，即调整副变量能有效地影响主变量，而且可以在线控制。

3、给出例子会分析主副控制器的正反作用方式，并能说明理由 （要会判断，就必须知道判别的依据、判别的方法和先后次序） （P158）

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4、重要习题 （P163） 7.1、7．3

第八章

1、为什么前馈控制往往不单独使用，而是与反馈控制结合起来使用？ （P168）

答：前馈控制实际上是开环控制形式，单独使用系统就不能构成闭环负反馈系统。若全部采用前馈控制，则需对每一个扰动都要使用一套测量变送仪表和前馈控制器，这将使控制系统变得庞大而复杂，更不用说有一些扰动还无法在线测量，这些因素均限制了前馈控制的应用范围。将前馈和反馈结合起来，既发挥了前馈作用可及时克服主要扰动对被控量影响的优点，又保持了反馈控制能克服多个扰动影响的长处，同时也降低了系统对前馈补偿器的要求，使其在工程上更易于实现。

2、均匀控制的控制原理和特点 （P189）

在均匀控制中，控制量和被控量同样重要，控制的目的要使它们在一定的范围内都缓慢而均匀的变化。均匀控制的特点就是在工艺允许的范围内，前后装置或设备供求矛盾的两个参数（一个是控制量，另一个是被控量）都是变化的，其变化是均匀缓慢的。 3、超弛（选择）控制系统的控制原理 （P191）

超弛控制是将生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到正常的控制系统上去的一种组合控制方法。即在一个过程控制系统中，设有两个控制器，通过高、低值选择器选出能适应生产安全状况的控制信号，实现对生产过程的自动控制。它们一般是从生产安全角度提出来的，如要求温度、压力、流量、物位等参数不能超越。超弛控制系统又被称为选择性控制系统、取代控制系统或软保护系统。

例：8.9 氨冷器超弛控制系统 （P191）

①调节阀气开、气关式的选择 应选择气关式

②控制器TC、LC正反作用的选择、选择理由 TC：反作用 LC：正作用 ③ 选择器应该是HS还是LS？为什么？ ④工作状态分析（包括正常时和故障时） 4、分程控制的原理与使用场合 （P192）

分程控制是通过阀门定位器来实现的。它将调节器的输出压力信号分成几段，不同区段的信号由相应的阀门定位器转化为20~100kPa信号压力，使调节阀全行程动作。 使用场合：系统是多控制的，有多个调节阀。

例：8.12 油品储罐氮封分程控制 （P194） ①调节阀气开、气关式的选择，原因 ②控制器PC正反作用的选择、选择理由

③分别分析从油罐抽油和向油罐注油时系统的工作过程。 ④分析分程关系中间为什么留一个间歇区？

A阀（充氮气）采用气开式，B阀（放空）为气关式。向油罐注油时，压力升高，压力小于0.06MPa时，A阀全关、B阀打开；从油罐抽油时，压力下降，压力小于0.06MPa时，B阀全关、A阀打开，维持压力不变。

例：8.11 间歇式化学反应器

每次投料完毕后，需要先对其加热引发化学反应。 一旦反应开始进行，就会持续产生大量的反应热，如果不及时降温，物料温度会越来越高，有发生爆炸的危险。因此，必须降温。 （1）、为保证安全，确定蒸汽阀B 、冷水阀A的

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气开/气关式。 （2）、TC的正反作用？

出于安全考虑，蒸汽阀B选气开式，冷水阀A选气关式。反应开始时，首先升温，A阀渐渐关小，当A阀全关时，B阀开始打开，蒸汽加热，达到反应温度后，反应开始。反应开始后，温度继续上升，这时控制器使B阀渐渐关小，当B阀全关时，A阀逐渐打开，冷却水把反应热带走，使反应釜温度恒定，反应继续进行。

调节阀分程关系曲线如图所示： 5、重要习题 （P196） 8.1、8.2、8.3、8.4、（分程控制8.15、8.16、8.17）

第九章

DCS的基本组成——三点一线，三点一线的具体内容是什么？ （P204）

答：“一线”是指DCS的骨架计算机网络，“三点”则是指连接在网络上的三种不同类型的节点，即：面向被控过程的现场I/O控制站、面向操作人员的操作员站和面向DCS监督管理人员的工程师站。

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