过程控制系统考试要点

第一章

1. 过程控制的特点:系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；被控过程复杂多样,

通用控制系统难以设计；控制方案丰富多彩,控制要求越来越高；控制过程大多属于慢变过程与参量控制；定制控制是过程控制的主要形式。

2. 过程控制系统主要由被控过程和自动化仪表两部分组成,其中自动化仪表负责对被控过

程的工艺参数进行自动测量、自动监视和自动控制等。

3. 分类——按结构不同：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；

按设定值不同：定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统；

4. 单项时域性能指标：

（1）衰减比：两个相邻的同向波峰值之比（4:1--10:1）

衰减率：一个周期后波动幅值衰减的程度（0.75—0.9）；

（2）超调量：最大动态偏差占被控量稳定值的百分比 二阶系统： （3

）余差：过渡过程结束后，设定值与被控参数稳定值之差，静态指标，一般要求余差不超过预定值或为零。

5.单元组合式仪表的统一规定：模拟直流电流信号4-20mA DC,模拟直流电压信号1-5V DC.

6.误差积分指标存在的缺点是不能保证控制系统具有合适的衰减率。通常先确定衰减率，然后再考虑使某种误差积分最小。

第二章

1.温度仪表的选用原则:精度符合误差要求；操作方便、运行可靠、经济合理、统一品种与规格；量程略大于实测范围（90%）；高温-热电偶，低温-热电阻；保护套管的耐压等级不低于所在管线或设备的耐压等级。

2.热电偶冷端温度补偿：为了消除冷端温度t 0不为零或变化时对测量精度的影响。

查表校正法（t 0=0）和电桥补偿法(t 0随环境温度变化)。

3.电桥补偿法原理：利用电桥中某桥臂电阻因环境温度变化而产生的附加电压来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电动势的变化。

4．DDZ —Ⅲ型温度变送器工作原理：热电偶的热电势V i 与调零调量程回路的信号V z 和非线性反馈回路的信号V f 进行综合后，输入放大单元进行处理，变送器输出为 4～20mADC 或 l ～5VDC 标准统一信号。

5.容积式流量计工作原理：当流体通过“计量空间”时，在它的进出口之间产生一定的压力差，其转动部分在此压力差作用下将产生旋转，并将流体由入口排向出口。在这个过程中，流体一次次地充满“计量空间”，又一次次地被送往出口。对已定的流量计而言，该“计量空间”的体积是确定的，只要测得转子的转动次数，就可以得到被测流体体积的累积值。

6.差压流量计工作原理：是基于伯努力方程和连续性原理。即当流体流过管道中的节流元件时会使流速产生变化，进而使节流元件前后的差压也产生相应的变化，只要测得差压便可获得被测流量。

第三章

1.气开：当气压信号P>0.02MPa 时，阀由关闭状态逐渐打开；

气关：当气压信号P>0.02MPa 时，阀由全开状态逐渐关闭。

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2.调节阀流量特性：指控制介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系。

（1） 理想流量特性：当调节阀前后压差一定时获得的流量特性。常用的有以下三种： ① 直线流量特性，是指流过调节阀的相对流量与阀门相对开度成直线关系，即阀杆单位行程变化所引起的流量变化是常数；

②对数（等百分比）流量特性，是指单位行程变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量成正比关系；

③快开流量特性，是指在小开度时就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快达到最大。

（2） 工作流量特性：实际工作时调节阀前后的压差总是变化的，此时的流量特性称为工

作流量特性。

第四章

1.自平衡能力：过程对扰动的响应有时延，被控量变化最后达到新的平衡即过程具有自平衡能力。

2.过渡过程时间：系统受干扰作用后，从一个平衡状态到达新的平衡状态所经历的时间。

3.建立被控过程数学模型的方法：机理演绎法（解析法）、试验辨识法（系统辨识与参数估计法）、混合法。计算题

第五章

1.过程控制系统设计的主要步骤：（1）熟悉控制系统的技术要求或性能指标；（2）建立控制系统的数学模型；（3）确定控制方案；（4）根据系统的动态和静态特性进行分析与综合；

（5）系统仿真与实验研究；（6）工程设计：（7）工程安装：（8）控制器的参数整定。

2.系统设计中需要注意的问题：（1）认真熟悉过程特性；（2）明确各生产环节之间的约束关系；（3）重视对测量信号的预处理；（4）注意系统的安全保护。

3.被控参数选取的一般原则：（1）选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数；（2）当不能用直接参数作为被控参数时，应选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数；（3）被控参数必须具有足够大的灵敏度；（4）被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。

4.控制参数选择的原则：（1）控制通道的静态增益K 0尽可能大，时间常数T 0选择适当；

（2）控制通道的纯滞后时间τ0应尽可能小，τ0与T 0的比值一般应小于0.3；（3）干扰通道的静态增益K f 应尽可能小；时间常数T f 应尽可能大，其个数应尽可能多；扰动进入系统的位置应尽可能远离被控参数而靠近调节阀（执行器）；（4）当广义被控过程由几个一阶惯性环节串联而成时，应尽量设法使几个时间常数中的最大与最小的比值尽可能大；（5）注意工艺操作的合理性、可行性与经济性。

5.调节规律的选择原则：（1）当广义过程控制通道时间常数较大或容量滞后较大时，应引入微分（D ）调节；当工艺容许有静差时，应选用PD 调节；当工艺要求无静差时，应选用PID 调节；（2）当广义过程控制通道时间常数较小、负荷变化不大且工艺要求允许有静差时，应选用P 调节；（3）当广义过程控制通道时间常数较小、负荷变化不大，但工艺要求无静差时，应选用PI 调节；（4）当广义过程控制通道时间常数很大且纯滞后也较大、负荷变化剧烈时，

应采用其他控制方案；（5）若将广义过程的传递函数表

示为 的比值来选择调节规律：①当 <0.2时，可选择

P 或PI 调节规律；②当0.2< <1.0时，可选用PID 调节规律；③当 >1.0时，简单控制系统一般难以满足要求，应采用其他控制方案。

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6.正作用被控过程：当被控过程的输入量增加（或减小）时，过程的输出量（即被控参数）也随之增加（或减小）。

反作用被控过程：当被控过程的输入量增加（或减小）时，过程的输出量（即被控参数）也随之减小（或增加）。

正作用调节器：当反馈到调节器输入端的系统输出增加（或减小）时，调节器的输出也随之增加（或减小）。

反作用调节器：当反馈到调节器输入端的系统输出增加（或减小）时，调节器的输出也随之减小（或增加）。

控制系统各环节的极性的规定：

正作用调节器的静态增益K C取负；反作用调节器的静态增益K C取正；

气开式调节阀的静态增益K V取正；气关式调节阀的静态增益K V取负；

正作用被控过程的静态增益K0取正；反作用被控过程的静态增益K0取负；

测量变送环节的静态增益K m为正值。

根据反馈控制的基本原理，过程控制系统要能正常工作，构成系统开环传递函数静态增益相乘必须为正。

确定调节器正、反作用类型的方法：（1）根据生产工艺要求及安全等原则确定调节阀的气开、气关形式；（2）按被控过程特性，确定其正、反作用；（3）根据上述组成该系统的开环传递函数各环节的静态增益相乘必须为正的原则来确定调节器的正、反作用方式。

7.调节器参数的整定方法：理论计算法、工程整定法、最佳整定法、经验法。

工程整定法：临界比例度法、衰减曲线法、反应曲线法。

4:1衰减曲线法步骤:(1)先置调节器积分时间T I=∞,微分时间T D=0,比例度δ置于较大数值,将系统投入运行；(2)等系统运行稳定后,对设定值作阶跃变化,然后观察系统的响应。若响应振荡衰减太快，，则减小比例度；反之，则增加比例度。如此反复，直到记录曲线出现4：1的衰减为止，记录下此时的δ值（设为δS）以及T S值；(3)运用经验公式计算出δ、T I、T D值。

第六章

1.串级控制系统是以一个时间常数较小的副回路作内环，以时间常数较大的主回路作内环，组成的双闭环控制系统。

在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。

特点：（1）能迅速克服进入副回路的二次扰动（当扰动进入副回路时，还未等它影响到主参数，福调节器就开始动作，减小扰动影响）；（2）能改善控制通道的动态特性，提高了系统的工作频率，提高了系统的控制质量（表现在增大系统的静态增益，减小系统的时间常数）；（3）对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力。

适用场合：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。

副参数的选择原则：（1）副参数要物理可测、副对象的时间常数要小、纯滞后时间应尽可能短；（2）副回路应尽可能多地包含变化频繁、幅度大的干扰；（3）主、副被控过程的时间常数要适当匹配；（4）应综合考虑控制质量和经济性要求。

（为使主、副回路之间的动态联系较小、避免引起共振，通常选择T01/T02在3～10的范围内为宜。）

共振：如果主、副被控过程的时间常数较接近，这时主、副回路间的动态联系十分密切，当一个参数发生振荡时，会使另一个参数也发生振荡，这就是所谓的“共振”。

2.主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用。

主调节器应选PI或PID调节规律，副参数选P调节规律。

3.主、副回路调节器正、反作用方式的确定：首先根据工艺要求决定调节阀的气开、气关形式，并决定副调节器的正、反作用；然后再根据主、副过程的正、反形式最终确定主调节器的正、反作用方式。

第八章

1.耦合：在一个多变量被控过程中，其中任意一个回路的控制作用发生变化，将会影响到其他回路中被控量的变化，甚至可以导致各控制回路无法工作。

2.相对增益：开环增益与闭环增益之比。

3.解耦设计方法：前馈补偿法，对角矩阵法，单位矩阵法。

第九章

1.集散控制系统是以微型计算机为基础、将分散型控制装置、通信系统、集中操作与信息管理系统综合在一起的新型过程控制系统。

2.集散控制系统的基本结构由分散控制装置、集中操作与管理系统和通信系统三部分组成。3．硬件结构：集散控制系统采用分层结构模式，自下而上一般分为过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级四级典型功能层次。

过程控制级——过程数据采集、直接数字控制，设备监测与系统诊断，冗余化措施；

过程管理级——过程操作监视，优化过程控制，数据存档等；

生产管理级——规划产品结构与规模，产品报告，工厂生产监视；

经营管理级——市场分析；订货、销售统计，生产协调；合同等。

软件结构：DCS 软件采用模块化结构设计，由实时多任务操作系统、数据库管理系统、数据通信软件、组态软件和各种应用软件组成。