过程控制工程实验

过程控制理论在现代工业中的应用

孙威

（专业：机电一体化 学号：20911P29）

摘要：本文介绍了过程控制理论的基本定义，阐述了过程控制理论的重要实用意义及发展的方向与趋势；同时概括性的说明了现代工业发展的环境与挑战，以及把过程控制理论应用在现代工业生产中的重大意义。 关键词：过程控制工程、现代控制理论、工业生产、智能控制

Abstract: this paper introduces the basic definition process control theory, this paper expounds the important practical process control theory of meaning and the development direction and trend; Meanwhile synoptically illustrates the modern industrial development environment and challenges, as well as the process control theory applied in the significan

1.什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？

过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和PH等这样一些过程变量的系统。

按过程控制系统的结构特点来分类：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统 按给定值信号的特点来分：定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统

2.何为集散控制系统？试述其基本组成部分与各部分工作原理。

集散控制系统由过程输入-输出接口、过程控制单元、数据高速通路、CRT操作站、管理计算机等无五部分组成。

①过程输入-输出接口 它是带有微处理器的智能装置，主要用于采集过程信息。

②过程控制单元：它相当于若干个常规调节器，能完成常规调节器的全部运算和控制功能，通过软件组态能灵活的构成满足各种不同控制要求的复杂控制过程。

③数据高速通路：它是一条同轴电缆或光导纤维，高速率传送基本控制单元、过程输入-输出接口单元与现实操作站之间的数据。

④CRT操作站 它是集散控制系统的人机接口装置，主要用于操纵工艺生产过程，并监视工厂的运行状态及回路组态，调整回路参数，现实动态流程画面以及进行部分生产管理。 ⑤管理计算机 它通过数据通信总线和系统中的各智能单元，采集各种数据信息

1、被控变量的选择原则：

（1）应当尽量选择质量指标参数作为被控变量；（2）当不能选择质量指标参数作为被控变量时，应当选择一个与产品质量指标有单值对应关系的间接指标参数作为被控变量；

（3）所选择的间接指标参数应具有足够大的灵敏度，以便反映产品质量的变化；

（4）选择被控变量时需考虑到工艺的合理性和国内、外仪表生产的现状。

2、控制变量的选择原则：

（1）所选择控制变量必须是可控的；

（2）所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数；

（3）所选控制变量应使扰动通道时间常熟越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些，但不易过小；（4）所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好；（5）所选择控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀；

（6）在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。3、控制阀气开、气闭形式的选择原则：

（1）首先要从生产安全出发。

（2）从保证产品质量出发。但控制阀处于无能源状态而回复到初始位置时，不应降低产品的质量。

（3）从降低原料、成品、动力损耗来考虑。

（4）从介质的特点考虑。

4、控制阀的选择原则：

（1）开、闭形式的选择（2）口径大小的选择

（3）流量特性的选择（4）结构形式的选择

5、图1-42为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料

化工过程控制工程复习提纲

单回路

1. 单回路控制系统一般包含哪几个基本环节？控制系统中的受控对向是指什么？ 2. 评价控制系统的性能指标主要有哪两大类？各有什么特点？

3. 偏差平方值积分（ISE）指标作控制器参数的最佳整定与偏差绝对值积分(IAE)指标相比，

哪个最大偏差大 ？为什么？

4. 反向响应过程的传函有什么特点？

5. 受控变量的选择原则？检测点的选取时应注意什么？

6. 单容过程与多容过程的阶跃响应曲线形状有何质的差别？ 7. 什么叫自衡过程？什么叫非自衡过程？

8. 什么叫系统的开环传递函数？什么叫开环传递函数的动态部分？ 9. 已知系统开环频率特性KG(jω) ，如何求得系统的临界振荡条件？

10. 什么叫临界频率ωc？什么叫临界开环增益Km ？临界控制增益Kcm 与纯比例调节时的

合适的控制增益Kc 有何关系？ 11. 广义对象各环节静态增益的大小与系统质量有何关系？ 12. 主要扰动的选择原则？

13. 用调节阀特性对整个系统特性作补偿的原理是什么？ 14. P、PI、PID控制规律的适用场合？ 15. 控制器参数的工程整定的方法？

16. 如何测取广义对象的阶跃响应？已知阶跃响应，如何求K、T、τ？ 17.

设计报告要符合湖北师范学院机电与控制工程学院本科课程设计报告撰写格式规范。

1、封面

封面包括“过程控制工程课程设计报告”、课程设计名称、班级、姓名、指导教师、所在院系、专业名称以及完成日期等，使用统一的封面。

2、目录

3、主体部分

该部分是课程设计报告的主体，字数不得少于5000字，具体由以下几部分组成：

（1）摘要；

（2）设计任务；

（3）正文（包括系统原理图、主程序框图、硬件模块或电路的设计、检测与调试等）；

（4）总结与体会（包括自己的感受与收获；技术创新点；以后的改进设想等）；

（5）致谢。

4、参考文献

5、附录

附录1：源程序及程序注释（程序代码要规范，源程序需加必要的注释）；

附录2：使用元器件一览表（序号、名称、型号、规格、数量、备注）。

1

《过程控制工程》课程设计报告书

课题

名称

姓

名

学

号

专

业

指导

2

教师

机电与控制工程学院

年月日

3

4

化工过程控制工程复习提纲

单回路

1. 单回路控制系统一般包含哪几个基本环节？控制系统中的受控对向是指什么？ 2. 评价控制系统的性能指标主要有哪两大类？各有什么特点？

3. 偏差平方值积分（ISE）指标作控制器参数的最佳整定与偏差绝对值积分(IAE)指标相比，

哪个最大偏差大 ？为什么？

4. 反向响应过程的传函有什么特点？

5. 受控变量的选择原则？检测点的选取时应注意什么？

6. 单容过程与多容过程的阶跃响应曲线形状有何质的差别？ 7. 什么叫自衡过程？什么叫非自衡过程？

8. 什么叫系统的开环传递函数？什么叫开环传递函数的动态部分？ 9. 已知系统开环频率特性KG(jω) ，如何求得系统的临界振荡条件？

10. 什么叫临界频率ωc？什么叫临界开环增益Km ？临界控制增益Kcm 与纯比例调节时的

合适的控制增益Kc 有何关系？ 11. 广义对象各环节静态增益的大小与系统质量有何关系？ 12. 主要扰动的选择原则？

13. 用调节阀特性对整个系统特性作补偿的原理是什么？ 14. P、PI、PID控制规律的适用场合？ 15. 控制器参数的工程整定的方法？

16. 如何测取广义对象的阶跃响应？已知阶跃响应，如何求K、T、τ？ 17.

华东理工大学《过程控制工程》考试试题

考试科目：过程控制工程 第1页共 2

页

一、填空（20分）

１、定值控制系统是按（）进行控制的，而前馈控制是按（）进行控制的；前者是（）环控制，后者是（）环控制。前馈控制一般应用于扰动（）和扰动（）与扰动（）的场合。

2、串级控制系统能迅速克服进入（）回路的扰动，改善（）控制器的广义对象特性，容许（）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。

二、试写出正微分与反微分控制作用的传递函数，画出它的阶跃响应，并简述各自的应用场合。（15）

三、前馈控制适用于什么场合？为什么它常与反馈控制构成前馈—反馈控制系统？对于扰动至测

量值通道的传递函数为，控制作用对测量通道的传递函数为

的前馈—反馈控制系统，试求前馈控制规律。（20分）

四、甲的正常流量为240kg/h，仪表量程为0~360kg/h；乙的正常流量为120NM3/h，仪表量程为0~240NM3/h。设计控制乙的单闭环比值控制系统，画出流程图并计算引入开方运算与不引入开方运算所分别设置的比值系数。（15分）

五、如图示的加热炉，采用控制燃料气的流量来

过程控制实验报告

专 业：控制工程

小组成员：

组长：

组员：

指导老师： 许向阳 王小平

实验内容

1） 2） 3） 4） 5） 6）

实验一：单容自衡水箱液位特性测试实验 实验二：双容水箱特性的测试 实验三：单容液位定值控制系统 实验四：双容水箱液位定值控制系统

实验五：下水箱液位与进水流量串级控制系统 实验六：单容水箱液位的模糊PID控制

实验要求

1） 第一次实验要求（实验一和实验二）：熟悉过程控制实验系统的每一个设备，熟悉开关机过程和接线，完成一级水箱液位的单回路控制实验，观察PID算法中比例、积分、微分的作用；

2） 第二次实验要求（实验三和实验四）：完成二级水箱液位的单回路控制实验和水流量/一级水箱液位的串级控制实验。 3） 第三、四次实验要求（实验五和实验六）：设计一种先进控制算法，在DCS系统上完成组态、接线、调试和参数整定的工作，要求算法自行编写，不能用DC

实验报告

课程名称《过程控制检测仪表》 学生学院自动化学院 专业班级电气信息类(创新实验班) 姓 名

学 号

指导教师朱燕飞

2015 年 12 月 2 0日

1

实验一单回路控制系统实验

实验项目名称：单容液位定值控制系统 实验项目性质：综合型实验 所属课程名称：过程控制系统 实验计划学时：2学时

一、实验目的

1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。

2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。 3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。 4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。 5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验内容和（原理）要求

本实验系统结构图和方框图如图2--1所示。被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动

西安电子科技大学

过程控制系统实验

学 院 机电工程学院 专 业 自动化 班 级 xxxx 学 号 xxxxx 学生姓名 xxxx 授课老师 xxx

学 期 二〇一六学年春季学期

第一节单容水箱特性的测试

一、实验目的

1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。

2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。

二、实验设备

1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2. 计算机及相关软件 3. 万用电表一只

三、实验原理

2-1-1单容水箱对象特性测试系统 （a）结构图 （b）方框图

所谓单容指只有一个贮蓄容器。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。图2-1-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。

阀门F1-1、F1-6、F1-10和F1-11全开，设上水箱流入量为Q1，改变气动调节阀的开度可以改变Q1的大小，上水箱的流出量为Q2，改变出水阀F1-9的开度可以改变Q2。液位h的变化反映了Q