最新过程控制知识点总结

气动控制：仪表信号的传输标准：0.02-0.1Mpa

电动控制：DDZ-2信号的传输标准：0-10mADC

DDZ-3信号的传输标准：4-20mADC

计算机控制:DCS、PLC（模拟量4-20mA、1-5V）

FCS（标准协议）

稳定性指标：衰减比（衰减率）

准确性指标：残余偏差，最大动态偏差，超调量

快速性指标：调节时间（振荡频率）

第一章

1、被控对象：即被控制的生产设备或装置

被控变量－被控对象需控制的变量

2、执行器：直接用于控制操纵变量变化。执行器接收到控制器的输出信号，通过改变执行器节流件的流通面积来改变操纵变量。常用的是控制阀。

3、控制器（调节器）：按一定控制规律进行运算，将结果输出至执行器。

4、测量变送器：用于检测被控量，并将检测到的信号转换为标准信号输出。

稳态：系统不受外来干扰，同时设定值保持不变，因而被调量也不会随时间变化，整个系统处于稳定平衡的工况

动态：系统受外来干扰或设定值改变后，被控量随时间变化，系统处于未平衡状态。

过度过程：从一个稳态到达另一个稳态的过程。

过渡过程的形式：非周期过程（单调发散和单调衰减）；振荡过程（发散、等幅振荡、衰减振荡）

评价控制系统的性能指标：稳定性、准确性、快速性

稳定性：稳定性是指系统受到外来作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力。

准确性：理想情况下，当过渡过程结束后，被控变量达到的稳态值（即平衡状态）应与设定值一致。

快速性：快速性是通过动态过程持续时间的长短来表征的。

多数工业过程的特性可分为下列四种类型：自衡的非振荡过程；无自衡的非振荡过程；有自衡的振荡过程具有反向特性的过程

放大系数K对系统的影响：控制通道（放大系数越大，控制作用对扰动的补偿能力强，有利于克服扰动的影响，余差就越小）。扰动通道（当扰动频繁出现且幅度较大时，放大系数大，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；）

滞后时间τ对系统的影响：控制通道（滞后时间越大，控制质量越差）扰动通道（扰动通道中存在容量滞后，可使阶跃扰动的影响趋于缓和，对控制系统是有利的）

工业过程动态特性的特点

（1）对象的动态特性是不振荡的

（2）对象动态特性有迟延。迟延包括容积迟延、传输迟延。

（3）被控对象本身是稳定的或中性稳定的

（4）被控对象往往具有非线性特性

控制规律：控制器的输出信号随偏差信号的变化而变化的规律。

正作用控制器：y↑，u↑，故Kc为负；反作用控制器：y↑，u↓，故Kc为正

气开阀的增益为正，气关阀的增益为负

比例调节（P调节）动作规律：反应及时，超调量小，有差调节

比例度δ的物理意义：如果输出u直接代表调节阀开度的变化量,那么δ就代表使调节阀开度改变100%，即从全关到全开时所需的被调量的变化范围

δ越大：过渡过程越平稳，残差大，稳定性↑，调节时间↑。δ减小：振荡加剧，稳定性↓，残差小。δ减到某一数值时，出现等幅振荡，此时称为临界比例度

积分调节（I调节）的特点：滞后性、无差调节、稳定性差。

增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散的振荡过程．Ti愈小，积分部分所占比重愈大。

比例积分调节的动作规律：利用P调节快速抵消干扰，同时利用I调节消除残差

积分饱和现象：如果调节器能够随着输出的变化而变化，那么偏差e也就会逐渐变化，最后为0,但是如果由于某种原因(如阀门关闭，泵故障)被调量偏差无法消除，而调节器还是试图要校正这个偏差，因此积分项不停增大(绝对值增大)，经过一段时间后，调节器输出将进入深度饱和状态，这种现象称为积分饱和现象

微分调节总是力图抑制被调量的振荡，它有提高控制系统稳定性的作用．适度引入微分动作可以允许稍微减小比例带，同时保持衰减率不变．微分调节具有超前作用。

使用微分作用时，要注意以下几点：

（1）微分作用的强弱要适当：TD太小，调节作用不明显，控制质量必改善不大。TD太大，调节作用过强，引起被调量大幅度振荡，稳定性下降。

（2）微分调节动作对于纯迟延过程是无效的。

（3）PD调节器的抗干扰能力很差，这只能应用于被调量的变化非常平稳的过程，一般不用于流量和液位控制系统。

δ越小（KC越大），比例作用越强；TI越小，积分作用越强；TD越大，微分作用越强；TD ＝0，则为PI控制；TI＝∞，则为PD控制；

τ/T<0.2：选择比例或比例积分动作。0.2<τ/T≤1.0：选择比例微分或比例积分微分动作。τ/T>1.0：采用简单控制系统不能满足控制要求，应选用复杂控制系统，如串级，前馈控制等．

第三章

控制系统的控制质量的决定因素:被控对象的动态特性

整定的实质: 通过选择控制器参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，实现最佳的控制效果

整定的前提条件：设计方案合理，仪表选择得当，安装正确

IE（误差积分）简单，也称为线性积分准则，但是不能抑制响应等幅波动

IAE（绝对误差积分）：抑制响应等幅波动

ISE（平方误差积分）抑制响应等幅波动和大误差，但是不能反映微小误差对系统的影响ITAE（时间与绝对误差乘积积分）：着重惩罚过度时间过长

常用的工程整定法有以下几种：动态特性参数法；稳定边界法；衰减曲线法；经验法

动态特性参数法（响应曲线法）整定步骤：

（1）在手动状态下，改变控制器输出（通常采用阶跃变化），记录下测量变送环节Gm（s）的输出响应曲线y（t）。

（2）由开环响应曲线获得单位阶跃响应曲线，并求取“广义对象”的近似模型与模型参数；（3）根据控制器类型与对象模型，根据经验公式选择PID参数并投入闭环运行。在运行过程中，可对增益作调整

稳定边界法（临界比例度法）整定步骤：

1) 使调节器仅为比例控制，比例带δ设为较大值，TI=∞,TD=0,让系统投入闭环运行.

2) 待系统运行稳定后，逐渐减小比例带，直到系统出现等幅振荡，即临界振荡过程．此时的比例带为δcr，振荡周期为Tcr

3) 利用δcr和Tcr值，按稳定边界法参数整定计算公式表，求调节器各整定参数δ,TI, TD 衰减曲线法整定步骤：

1) 使调节器仅为比例控制,比例带δ设为较大值,TI=∞,TD=0,让系统投入运行.

2) 待系统稳定后，作设定值阶跃扰动，并观察系统的响应．若系统响应衰减太快，则减小比例带；反之，若系统响应衰减过慢，应增大比例带. 如此反复, 直到系统出现4:1衰减振荡过程或者如图b所示的衰减比为10：1的振荡过程时 .记录下此时的δ值（设为δs ），以及Ts值（如图a中所示），或者Tr值（如图b中所示）。

经验法：简单可靠，能够应用于各种控制系统，特别适合扰动频繁、记录曲线不太规则的控制系统；缺点是需反复凑试，花费时间长。

临界比例度法：简便而易于判断，整定质量较好，适用于一般的温度、压力、流量和液位控制系统；但对于临界比例度很小

衰减曲线法：优点是较为准确可靠，而且安全，整定质量较高

第四章

1、启动调节阀的执行机构的正反作用形式是如何定义的？在结构上有何不同？

正作用:信号压力增加时，推杆向下移动 (ZMA)；反作用:信号压力增大时，推杆向上移动 (ZMB)。正作用的执行机构：控制器输出增加，阀杆下移。反作用执行机构：控制器输出增加，阀杆上移。

2、调节阀的流量系数C是什么含义？如何根据C选择调节阀的口径？

流量系数C:在给定行程下, 阀两端压差为0.1Mpa, 水密度为1g/cm3时, 流经调节阀的水的流量, 以m3/h表示(体积流量)。流量系数是表示调节阀通流能力的参数。它根据流量、阀两端的差压和流体的密度等确定。是选择阀门口径的参数。调节阀口径选定的具体步骤：确定主要计算数据：正常流量Qn，正常阀压降△pn，正常阀阻比Sn，运行中可能出现的最大稳定流量Qmax

3、什么事调节阀的结构特性、理想流量特性和工作流量特性？如何选择调节阀的流量特性？

调节阀的结构特性：阀芯与阀座间节流面积与阀门开度之间的关系。理想流量特性：在调节阀前后压差固定(△p=常数)情况下得到的流量特性。工作流量特性：调节阀在实际使用条件下，其流量q与开度l之间的关系．此时阀压降不是常数.选择调节阀的流量特性是：1. 从改善控制系统控制质量考虑。2. 从配管状况(S100)考虑。

调节阀的作用:接受调节器送来的控制信号,调节管道中介质的流量(即改变调节量),从而实现生产过程的自动化．

调节阀的分类：气动, 电动和液动三类．

气动执行机构有薄膜式和活塞式两种．常见的气动执行机构均为薄膜式

阀(或称阀体组件)它由阀体、上阀盖组件、下阀盖组件和阀内件组成

气开阀：信号压力增加，流量增加；气关阀：信号压力增加，流量减小