过程控制系统方康玲版复习讲义课件

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1、1总复习总复习22|过程控制系统的组成（过程控制系统的组成（P2）四个基本组成部分：被控对象、检测与变送四个基本组成部分：被控对象、检测与变送仪表、调节器（控制器）、执行机构。仪表、调节器（控制器）、执行机构。|过程控制系统基本结构图过程控制系统基本结构图;|控制系统系统的性能指标（工程意义是什么，控制系统系统的性能指标（工程意义是什么，给出阶跃响应，会计算相应的指标值）给出阶跃响应，会计算相应的指标值）第一章 概述33什么是对象的数学模型？（表达对象输出什么是对象的数学模型？（表达对象输出与输入关系的数学表达式）与输入关系的数学表达式）过程控制系统建模的基本方法有哪些？其过程控制系统建模的基

2、本方法有哪些？其基本原理是什么？基本原理是什么？P9要求：掌握机理法的建模步骤，会用机理要求：掌握机理法的建模步骤，会用机理法对简单对象进行建模。法对简单对象进行建模。要求：记住自衡单容对象、双容对象、无要求：记住自衡单容对象、双容对象、无自衡单容对象的数学模型及其单位阶跃响应自衡单容对象的数学模型及其单位阶跃响应曲线。曲线。时域法测定对象动态特性的数据处理：作时域法测定对象动态特性的数据处理：作图法、两点法（主要针对一阶对象的图法、两点法（主要针对一阶对象的K、T、）第二章 过程控制系统建模方法44作业：作业：P37 2.10 2.13 2.14 （分别用作图法和两点法）（分别用作图法和两点

3、法）第二章 过程控制系统建模方法55掌握过程控制系统设计的步骤掌握过程控制系统设计的步骤;掌握被控量、控制量的选择原则掌握被控量、控制量的选择原则;根据工艺条件，能够设计简单控制系统（选择控制量、根据工艺条件，能够设计简单控制系统（选择控制量、被控量、执行机构的气开、气关特性、调节器的正反被控量、执行机构的气开、气关特性、调节器的正反作用、画控制原理图、方框图）作用、画控制原理图、方框图）;调节阀流量系数调节阀流量系数P50、流量特性、流量特性P53、可调比、可调比p51的定义的定义根据调节阀的理想流量特性，可以分为哪几种？根据调节阀的理想流量特性，可以分为哪几种？P53调节阀气开、气关是如何

4、规定的？选择原则是什么？调节阀气开、气关是如何规定的？选择原则是什么？第三章做过的作业。第三章做过的作业。第三章第三章 过程控制系统的设计过程控制系统的设计661.比例度的定义。比例度的定义。P71（会计算）（会计算）2.PID参数对调节过程的影响。参数对调节过程的影响。3.调节器的正、反作用是如何规定的？调节器的正、反作用是如何规定的？如何确定控制系统中调节器的正、反如何确定控制系统中调节器的正、反作用？作用？4.调节器参数的工程整定方法有哪些？调节器参数的工程整定方法有哪些？了解其整定过程。了解其整定过程。5.作业：作业：4.1、4.4、4.7、4.9第四章第四章 PID调节原理调节原理7

5、第四章第四章 PID调节原理调节原理1 1、有一台、有一台PIPI调节器，调节器，=100%=100%，Ti=1Ti=1分，若将分，若将P P改为改为200%200%时，：时，：1 1、调节系统稳定程度提高还是降低？为什么？、调节系统稳定程度提高还是降低？为什么？2 2、动差增大还是减小？为什么？、动差增大还是减小？为什么？3 3、静差能不能消除？为什么？、静差能不能消除？为什么？4 4、调节时间加长还是缩短？为什么？、调节时间加长还是缩短？为什么？答案：答案：U=KpU=Kp*e+Kp/Tiedte+Kp/Tiedt其中：其中：UU输出变化量，输出变化量，ee输入变化量，输入变化量，KpKp

6、比例常数，比例常数，Kp=1/Kp=1/;当当从从100%100%变为变为200%200%、TiTi不变时，偏差不变时，偏差e e不变，输出信号不变，输出信号UU变小。变小。所以：所以：1 1、稳定程度提高（因为、稳定程度提高（因为增大后，增大后，UU变小，不易振荡）。变小，不易振荡）。2 2、动差增大（由于、动差增大（由于UU变小后，调节幅度小即调节作用弱，造变小后，调节幅度小即调节作用弱，造成动差增大）。成动差增大）。3 3、静差会消除（因有积分作用存在）。、静差会消除（因有积分作用存在）。4 4、调节时间加长（因、调节时间加长（因KpKp是调节器的放大系数，当比例度是调节器的放大系数，当

7、比例度P P增大增大即即KpKp减小时，调节器灵敏度降低，则克服动、静差的时间加长）。减小时，调节器灵敏度降低，则克服动、静差的时间加长）。8第四章第四章 PID调节原理调节原理 2.2.一般常规调节系统在负荷变动或变动较大时，一般常规调节系统在负荷变动或变动较大时，为什么调节质量会变坏？如何解决？为什么调节质量会变坏？如何解决？答案：一般常规调节系统中的调节参数只能人工答案：一般常规调节系统中的调节参数只能人工调节，在工艺正常运行是调整好的调节，在工艺正常运行是调整好的PIDPID参数，参数，只能保证在这种状态下的调节质量，而调节对只能保证在这种状态下的调节质量，而调节对象特性都为非线性的，

8、在负荷工况变动较大时，象特性都为非线性的，在负荷工况变动较大时，对象特性将发生变化，因此原来的调节器参数对象特性将发生变化，因此原来的调节器参数就不再适应，这时要根据具体情况重新整定调就不再适应，这时要根据具体情况重新整定调节器参数才有可能使调节质量变好。节器参数才有可能使调节质量变好。9第四章第四章 PID调节原理调节原理3、炉出口温度调节，当适当引入微分作用、炉出口温度调节，当适当引入微分作用后，有人说比例度可以比无微分时小些，后，有人说比例度可以比无微分时小些，积分时间也可短些，对吗？为什么？积分时间也可短些，对吗？为什么？答案：这样说是对的。因为微分作用是超答案：这样说是对的。因为微分

9、作用是超前的调节作用，其实质是阻止被调参数前的调节作用，其实质是阻止被调参数的变化，提高系统的稳定性，适当的减的变化，提高系统的稳定性，适当的减小比例度和积分时间有利于提高系统的小比例度和积分时间有利于提高系统的质量。质量。10第五章第五章 串级控制系统串级控制系统掌握串级控制系统的结构形式掌握串级控制系统的结构形式5.35.3、5.75.7、5.85.811第六章第六章 特殊控制系统特殊控制系统1.比值控制系统的定义、工艺比值与比值系数的含义有什比值控制系统的定义、工艺比值与比值系数的含义有什么不同？比值系数的计算与什么有关？（并说明二者么不同？比值系数的计算与什么有关？（并说明二者之间的关

10、系。之间的关系。）2.比值控制系统的结构形式，各有什么特点？比值控制系统的结构形式，各有什么特点？3.均匀控制系统的概念。均匀控制系统的概念。4.分程控制系统的概念、应用于哪些场合？信号分程如何分程控制系统的概念、应用于哪些场合？信号分程如何实现？实现？5.如何处理分程信号的衔接问题？如何处理分程信号的衔接问题？6.什么是自动选择性系统？有哪些结构形式？什么是自动选择性系统？有哪些结构形式？12第六章第六章 特殊控制系统特殊控制系统6.1 6.1 分程调节系统常要加装（分程调节系统常要加装（）来达到分程的目的。）来达到分程的目的。A A调节器调节器 B.B.变送器变送器 C.C.阀门定位器阀门

11、定位器 D.D.测量仪表测量仪表6.2 6.2 设制分程调节系统的目的是（设制分程调节系统的目的是（）A A为了满足工艺的特殊要求为了满足工艺的特殊要求 B B 扩大可调比扩大可调比 C C为了满足工艺的特殊要求，扩大可调比为了满足工艺的特殊要求，扩大可调比 D.D.为了系统安全为了系统安全6.3 6.3 均匀调节系统调节器参数应为（均匀调节系统调节器参数应为（）。）。A A比例度小于比例度小于100%100%B B 比例度大于比例度大于100%100%C C比例度等于比例度等于100%D.100%D.比例度大于比例度大于100%100%20020013第六章第六章 特殊控制系统特殊控制系统6

12、.4 6.4 如图控制系统为（如图控制系统为（B B）A A单闭环控制系统单闭环控制系统 B B单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统 C C开环比值系统、开环比值系统、D D、均匀控制系统、均匀控制系统6.5 6.5 如图控制系统为（如图控制系统为（C C）A A双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统 B B单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统C C变比值控制系统、变比值控制系统、D D、串级控制系统、串级控制系统14第六章第六章 特殊控制系统特殊控制系统6.6 如图控制系统为（如图控制系统为（）A A单回路控制系统单回路控制系统 B B分程控制系统分程控制系统 C C串级控制系统、串级控制系统

13、、D D、均匀控制系统、均匀控制系统15第六章第六章 特殊控制系统特殊控制系统6.7 甲的正常流量为甲的正常流量为240Kg/h240Kg/h，仪表量程为，仪表量程为0-360Kg/h0-360Kg/h；乙的常用流量为乙的常用流量为120Nm3/h120Nm3/h，仪表量程为，仪表量程为0-240Nm3/h0-240Nm3/h，设计控乙的单闭环比值控制系统，画出流程图并计算设计控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引入开方运算与不引入开方运算所分别设置的比值系数。数。1515分。分。解：单比值控制流程图：解：单比值控制流程图：引入开方器：引入开

14、方器：无开方器：无开方器：1max212max1203600.75240240FFKFF221max212max()()0.5625FFKFF16第七章第七章 补偿控制补偿控制掌握前馈控制系统的基本结构。掌握前馈控制系统的基本结构。静态前馈、动态前馈控制器的的数学模型。静态前馈、动态前馈控制器的的数学模型。前馈反馈控制在哪些优点？前馈反馈控制在哪些优点？P170（或者：（或者：工业控工业控制中为什么不用纯前馈，而选用前馈加反馈。制中为什么不用纯前馈，而选用前馈加反馈。）何为大迟延过程系统？如何对大迟延对象进行控制？何为大迟延过程系统？如何对大迟延对象进行控制？Smith预估器的设计思想是什么？

15、预估器的设计思想是什么？7.3题题、7.4题。题。引入前馈必须遵循哪些原则？引入前馈必须遵循哪些原则？P171答：答：1）系统中的振动量是可测不可控的。）系统中的振动量是可测不可控的。2）系统中的振）系统中的振动量的变化幅值大、频率高。动量的变化幅值大、频率高。3）控制通道的滞后时）控制通道的滞后时间较大或干扰通道的时间常数较小。间较大或干扰通道的时间常数较小。17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？对于扰动通道传递函数，控制通道传递函数的前馈馈控制系统？对于扰动通道传递函数，控制通道传递函数的前馈反馈控制系统

16、，求前馈控制器反馈控制系统，求前馈控制器Gff(s)。答：答：1.前馈控制是按扰动而进行的控制，因此，前馈控制常用于前馈控制是按扰动而进行的控制，因此，前馈控制常用于以下场合：一是扰动必须可没，否则无法实施控制以下场合：一是扰动必须可没，否则无法实施控制;二是必须经常二是必须经常有比较显著和比较频繁的扰动，否则没有必要。三是存在对被控有比较显著和比较频繁的扰动，否则没有必要。三是存在对被控参数影响较大且不易直接控制的扰动。参数影响较大且不易直接控制的扰动。2.前馈控制是一种补偿控制。一般来讲，前馈控制无法全部前馈控制是一种补偿控制。一般来讲，前馈控制无法全部补偿扰动对被控量的影响。因此，单纯的

17、前馈控制系统在应用中补偿扰动对被控量的影响。因此，单纯的前馈控制系统在应用中具有一定的局限性。为克服这一弊端，前馈控制常与反馈控制联具有一定的局限性。为克服这一弊端，前馈控制常与反馈控制联用，构成前馈反馈控制系统。对最主要的、显著的、频繁的无用，构成前馈反馈控制系统。对最主要的、显著的、频繁的无法直接控制的扰动，由前馈来进行补偿控制法直接控制的扰动，由前馈来进行补偿控制;对无法完全补偿的扰对无法完全补偿的扰动影响，由反馈控制根据被控制量所产生的偏差的大小来进行控动影响，由反馈控制根据被控制量所产生的偏差的大小来进行控制。制。3.系统原理图如图所示。系统原理图如图所示。18综合综合1.1.如图示

18、加热炉，采用控制燃料气流量来保证加热炉出如图示加热炉，采用控制燃料气流量来保证加热炉出口温度恒定。口温度恒定。2020分。分。1.1.若进料量是主要扰动且不可控制时，设计合理的控若进料量是主要扰动且不可控制时，设计合理的控制方案，并作简要说明。制方案，并作简要说明。2.2.当燃料气阀前压力是是主要扰动且不可控时，设计当燃料气阀前压力是是主要扰动且不可控时，设计合理的控制方案，并作简要说明。合理的控制方案，并作简要说明。19答：当总进料量是主要扰动时，控制方案如图所示。该方答：当总进料量是主要扰动时，控制方案如图所示。该方案为前馈反馈控制系统方案。如果负荷是主要扰动，案为前馈反馈控制系统方案。如

19、果负荷是主要扰动，我们将总进料量测出，将流量信号送到前馈补偿装置，我们将总进料量测出，将流量信号送到前馈补偿装置，其输出与温度控制器的输出相迭加，作为总的控制作用。其输出与温度控制器的输出相迭加，作为总的控制作用。这时，当进料量发生变化后，不需要等到出现偏差，燃这时，当进料量发生变化后，不需要等到出现偏差，燃料量就会及时作相应的调整，结果使控制过程中的温度料量就会及时作相应的调整，结果使控制过程中的温度偏差大为减小。偏差大为减小。当燃料压力是主扰动时，控制方案如图年示。该方当燃料压力是主扰动时，控制方案如图年示。该方案为被加热物料出口温度对燃料气流量的串级控制系统案为被加热物料出口温度对燃料气流量的串级控制系统方案。当燃料气压力发生变化是，利用副环的作用，可方案。当燃料气压力发生变化是，利用副环的作用，可以迅速地对扰动作出反应，调整燃料阀的开度，调整较以迅速地对扰动作出反应，调整燃料阀的开度，调整较为及时。但是这只是一个粗略的调整，扰动对温度的影为及时。但是这只是一个粗略的调整，扰动对温度的影响还需通过主环作进一步的细调，使被控的主变量响还需通过主环作进一步的细调，使被控的主变量被加热物料出口温度保持在期望值。被加热物料出口温度保持在期望值。20