过程控制工程——复习课
过程控制复习
第一章概述1、过程控制系统的组成；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。
2、过程控制系统基本结构图;3、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）第二章被控过程的数学模型1、被控过程的特点；5点2、被控对象的数学模型表达形式3、了解机理法建模中三种水箱的模型的数学表示；4、了解两种测试法建模的方法（作图法、两点法）；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。
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曲线。
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K、T、τ）第三章执行器1.气动调节阀的结构组成;2.调节阀的正装、反装，气开、气关是如何规定的？3.根据工艺条件，选择调节阀的气开、气关形式；4.调节阀的结构特性（四种）P58、流量特性（理想、工作—串联、并联）P615.习题。
P83---3-4、3-5、3-6。
第四章PID控制原理1. PID的特点2. 比例带的定义。
P86（会计算）3. PID调节规律、参数对调节过程的影响。
4. 数字PID的位置型、增量型算式5. 三种改进的数字PID算法的思路（出发点）、基本原理；6.习题：4-1 ~ 4-10。
7、参考题（7-1）有一台PI调节器，δ=100%，Ti=1分，若将P改为200%时：（1）调节系统稳定程度提高还是降低？为什么？（2）动差增大还是减小？为什么？（3）静差能不能消除？为什么？（4）调节时间加长还是缩短？为什么？答案：∵ΔU=Kp*e+Kp/Ti∫edt其中：ΔU—输出变化量，e—输入变化量，Kp—比例常数，Kp=1/δ;当δ从100%变为200%、Ti不变时，偏差e不变，输出信号ΔU变小。
所以：（1）稳定程度提高（因为δ增大后，ΔU变小，不易振荡）。
（2）动差增大（由于ΔU变小后，调节幅度小即调节作用弱，造成动差增大）。
过程控制工程——复习课共72页文档
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
过程控制工程——复习课
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
过程控制工程复习指南
过程控制工程复习指南《过程控制工程》一、填空题1.过程控制系统是由控制器、执行器、被控对象和检测器组成。
2.过程控制系统按设定的不同可分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
3.评价工业过程控制系统的主要指标有：稳定性、准确性和__快速性___。
4.调节阀的选择主要从结构形式、开关形式、流量特性和流通能力四个方面考虑。
5.比值控制系统的类型有开环比值、单闭环比值、双闭环比值和变比值。
6.调节器参数的工程整定法有响应曲线法、临界比例法、衰减曲线法和经验整定法。
7.串级控制系统的主副过程的时间常数之比一般控制在3·10 的范围。
8.比值控制系统中副流量应整定在震荡与非震荡的边界。
9.DDZ-Ш 仪表输出信号为 4~20 mA DC 或 1~5 V DC。
10.在 PID 控制器中，调节器的K c越大，表示调节作用越强，T i 值越大，表示积分作用减弱， T d值越大表示微分作用越强11.串级控制系统能迅速克服进入副回路改善主控制器的广义对象特性，容许一定的自适应能力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。
12.加热炉的燃料油系统应选用气开调节阀；锅炉液位控制的冷水阀应采用气关调节阀。
13.控制系统引入积分作用是为了消除余差,但积分的引入会使系统产生震荡现象,引入微分作用是为了克服容量滞后。
14.执行器按其能源型式可分为电动，气动，液压三大类。
15.控制器的作用方式有执行机构和调节机构。
16.比例控制规律的优点是控制及时响应快、积分控制规律的优点是减小稳态误差，快速反应、微分控制规律的特点是超前性。
17.自动控制系统中LT表示液体变送器，PC表示压力控制器。
18.气动调节阀开关形式有执行机构和调节机构。
19.气动执行器由气动执行机构和调节机构两个部分组成。
20.串级调节系统，一般情况下主回路选择PID或PI调节规律调节器，副回路选用P调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用什么装置开方器补偿。
过程控制工程复习
原则：先副后主 ①由于副回路要求不高;可参照经验法一次设置； ②主控制器参数整定与单回路类似
下图是一聚合釜温度控制系统：
1 这是一个什么类型的控 制系统 试画出其方块图
2 如果聚合釜温度不允 许过高;否则易发生事故; 试确定控制阀的气开/气关型式 3确定主 副控制器的正/反作用方向
4如果冷却水的温度是经常波动的;上述系统应如何改进
要 求 ：蒸汽量应适合负荷变化的需要;或保持给定的负荷 蒸汽压力保持一定的范围 蒸汽温度保持一定的范围 汽包水位保持一定的范围 炉膛负压保持一定的范围 保持燃烧的经济性和安全运行
6 主要控制系统 1 汽包水位控制
受控变量：汽包水位保证安全运行的重要指标之一 操纵变量：给水流量
使给水适应锅炉的蒸发量;保持水位在一定范围内
为了保证温度平稳;满足工艺生产的要求;必须对传热量进行 调节 途径有：
① 调节载热体的流量 实质是改变传
热速率方程中的传热系数K载热体在传热 过程中不起相变和平均温差Tm载热体
在传热过程中起相变——最常用
② 调节传热平均温差Tm
滞后小 反应迅速——较广泛
③ 调节传热面积F
滞后较大;只在必要场合采用
泵与管路联接在一起;它的排量与压头的关 系既与泵的特性有关;也与管路特性有关 管路特性：指的是管路系统中的流体流量与管路 系统阻力之间的关系
如图所示管路系统阻力包括：
①管路两端静压差引起的压头
hp(p2p1) (rg)
②流体提升一定高度所需压头 h L ③克服管路摩擦损失所需压头hf
n1 n4n 3n2
2 1 串级控制系统
2 1 1 基本原理和结构 1 什么是串级控制系统 加热炉温度控制
分析
过程控制工程复习资料
第一章过程控制系统的概况1.2过程控制系统的基本概念a：自动控制是指在没有直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称为过程控制仪表或装置）使被控对象的工作状态或参数（压力，物位，流量，温度，ph值等）自动的按照预定的规律运行。
b：过程控制概念：采用模拟或数字控制方法对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。
1.开环控制与反馈控制的比较开环优点:结构简单，成本低廉，工作稳定，当输入信号和扰动能预先知道时，控制效果较好。
缺点：不能自动修正被控制量的偏离，系统的元件参数变化以及外来的未知扰动对控制精度影响较大。
闭环优点：具有自动修正被控制量出现偏离的能力，可以修正元件参数变化以及外界扰动引起的误差，控制精度高。
缺点：被控量可能出现振荡，甚至发散。
1.3过程控制系统的类别a：定值控制系统b：随动控制系统c：程序控制系统1.4过程控制系统的特点(1)被控对象的多样性(2)对象存在滞后（3）控制系统比较复杂（4）系统有众多过程检测仪表，控制仪表（5）控制方案丰富第二章单回路控制系统设计1.单回路控制系统定义：指由一个被控对象、一个测量变送器、一个调节器和一个执行器组成的单闭环负反馈控制系统。
2、单回路控制系统的设计前提：充分了解具体的生产工艺、生产过程和控制要求。
⏹正确选择被控变量；⏹正确选择控制变量；⏹正确选择测量变送装置；⏹正确选择调节阀的开闭型式及其流量特性；⏹正确选择控制器的类型及其正反作用，控制规律；3.被控变量的选择的一般原则-y(t)a．对控制目标具有决定性作用的工艺变量作为被控参数；b．要有足够大的灵敏度；c．能满足工艺要求；d．仪表能够实现4.被控变量的选择方法1、直接指标：对于以温度、压力、流量、液位为控制指标的生产过程，就选择温度、压力、流量、液位为被控变量。
2、间接指标：若存在仪表无法测量产品成分或物性参数（密度、粘度等）作为被控变量时，可选择一种间接的指标作为被控变量。
过程控制复习知识点
第一章1.过程控制系统的组成调节器、调节阀、被控过程、检测变送2.过程控制系统的分类1）按系统的结构特点分类反馈控制系统、前馈控制系统、前馈—反馈控制系统2)按给定值信号的特点分类定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统3.过程控制系统的质量指标系统是衰减震荡的过程、衰减比和衰减率、余差、调节时间，峰值时间第二章1.数学模型的建立方法解析法：根据过程的内在机理，通过静态与动态物料平衡关系，建立数学模型的方法自衡过程和无自衡过程。
2.实验法a.阶跃响应法，试验时需要注意的问题1)试验测定前，被控过程应处于相对稳定的工作状态2)输入阶跃信号的幅值不能过大，也不能过小3)分别输入正负阶跃信号，并测取其响应曲线作对比4)在相同的条件下重复测试几次b.矩形响应法3.混合法第三章1.变送器的类型和特点差压变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器温度变送器的分类是直流毫伏变送器、热电隅温度变送器（热电效应）、热电阻温度变送器温度变送器的特点：（1）采用低漂移，高增益的运算放大器作为主要放大器，具有线路简单和良好的可靠性，稳定性及各项技术性能。
（2）在配热电隅和热电阻的变送器中采用线性化电路，使其输出电流I与被测温度呈线性关系，测量精度高（3）线路中采用了安全火花防暴技术措施，可用于易燃易爆场合（4）采用DC24V集中供电，实现了二线制接线方式液位变送器迁移的原因：差压变送器安装位置与容器液相取压点不在同一个平面上。
2.仪表的选择1)量程的选择2）仪表等级的选择3.仪表的应用1）零点的调整：将变压器的测量起始点由零点迁移到某一点正值或负值2)量程的调整的目的：使变压器输出的信号的上限值Ymax与输入测量信号上限值Ymax相对应。
意义：工程应用中变送器进行零点迁移与量程调整可以提高其灵敏度。
第四章1.理解调节器在控制系统的工作原理2.调节器的分类1）按使用的能源：气动调节器和电动调节器2）按结构形式来分：基地式调节器、单元组合调节器、组装式调节器3）按信号类型：模拟调节器和数字式调节器3.调节器作用方式的选择4.调节规律对控制系统的影响PID调节器参数对系统的影响1）比例度是反映比例控制作用强弱的一个参数。
过程控制复习重点
过控复习重点第一章1.过控的定义：过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动化。
2.过程控制的特点：①连续生产过程的自动化②过程控制系统由过程检测、控制仪表组成③被控过程是多种多样的、非电量的④过程控制的控制工程多属慢过程、而且多半为参量控制⑤过程控制方案十分丰富⑥定值控制是过程控制的一种常用形式3.过程控制系统的组成：测量元件、变送器、调节器、调节阀（过程检测控制仪表）和被控对象4.过程控制的分类：按过程控制系统的结构特点分①反馈控制系统②前馈控制系统③前馈—反馈控制系统 按给定值信号的特点分①定值控制系统②程序控制系统③随动控制系统5.过程控制的任务在了解、熟悉、掌握生产工艺流程与生产过程静态和动态特性的基础上，根据工艺要求，应用控制理论、现代控制技术，分析、设计、整定过程控制系统。
第二章1.过程的数学建模:是设计过程控制系统，确定方控制案、分析质量指标、整定调节器参数等等的重要依据。
2.建模的目的：①设计过程控制系统和整定调节器参数②指导设计生产工艺设备③进行仿真实验研究④培训运行操作人员3.被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道4.控制作用与被控量之间的信号联系称为控制通道5.建模的方法：①机理分析法建模②实验法建模③最小二乘法建模6.自衡建模（1）单容过程：单容过程是指只有一个贮蓄容量的又具有自平衡能力的过程。
传递函数：1)(000+=s T K s W（2）多容过程：在工业生产过程中，被控过程往往由多个容积和阻力构成的过程称为多容过程传递函数：)1)(1()(2100++=s T s T K s W 7.非自衡过程建模（1）单容过程：传递函数：s T s W a 1)(0=(2) 多容过程：传递函数：)1(1)(0+=Ts S T S W a8.最小二乘法的基本原理：出发点是在获得过程或系统的输入、输出数据后，希望求得最佳的参数值，以使系统方程在最小方差意义上与输入、输出数据相拟合，采用实际观察值替代模型的输出从上式所示的一类模型中找出过程参数向量的估计值，能使模型误差尽可能小的模型。
过程控制系统总复习ppt课件
• 纯延迟产生的原因
• 自平衡和非自平衡的定义：无自平衡能力的单容对象的响 应曲线是一个积分环节。
• 测试法建模：时域法。 • 选择模型结构：一阶惯性加纯延迟/二阶惯性加纯延迟；
并掌握作图法确定一阶惯性加纯延迟结构的数学模型。除 作图法外，还有两点法求数学模型的参数。
第七章 补偿控制
• 内容及范围
• 补偿控制系统的分类：4种，基本结构。
• 前馈控制：前馈控制与反馈控制的比较（区别、有缺点）； 根据不变性原理，实现完全补偿的前馈控制器传递函数的 求导。4种前馈控制系统结构，以及前馈控制七的传递函 数如何求得。
• Smith预估器：掌握Smith预估器的结构，能根据被控过程 传递函数，构造Smtih预估器。各种改进型Smith预估器实 现完全抗干扰的传递函数求解。
第四章 PID调节原理
• 内容及范围： 1. P、I、D的调节原理，各自特点；P（有差）；I（无差
但会积分饱和，能抗积分饱和电路的工作过程）； 2. PID控制器的正反作用（PPT），结合第三章内容一起复
习 3. PID控制规律选择的原则 4. PID工程调整的方法：
第五章 串级控制
• 内容及范围 • 串级控制组成、特点（两个控制器，一个执行器）以及基
• 大林算法：设计思想；振铃现象的判断。
史密斯补偿 原理分析
• Y(s)与U(s)之间的传递函数 Gp (s)e s
• 采用Smith预估器，反馈信号Y’(s)与U(s)的传函
Gp (s)es Gp '(s) Gp (s)
• 所以Gp’(s)传函为： Gp’(s)= Gp(s)（1-e-ts)
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例题
例题
（防止物料凝结）
例题
知识点11：几种比值控制系统的 区分
F1
FC
F1
K
KF1 F2
FC
F2
F1
F1C
K F2C
R
XC
F1
X
F2 F2
FfC
F1
F1C
LC
LT
k
F1C
F2
例题：
某化学反应过程要求参与反应的两物料A，B 保持1:2的比例，通过观察发现物料A的流量因 管线压力波动经常变化，设计较合适的控制系 统？ 若物料A,B的流量均因管线压力波动经常变化， 设计较合适的控制系统？ 若物料A,B的流量均因管线压力波动经常变化， 且要保持反应器内液位恒定，设计较合适的控 制系统？
D(s ) G f (s )
R (s )
Gd (s )
Gc 2 ( s ) G p 2 (s) G p1 ( s )
Y (s )
Gc1 ( s )
H (s )
（2）计算前馈控制器的数学模型。
Y ( s) D( s ) Gd ( s) Gc 2 ( s)G p 2 ( s) 1 H ( s)Gc1 ( s)G p1 ( s) 1 Gc 2 ( s )G p 2 ( s) Gc 2 ( s)G p 2 ( s) G p1 ( s)
正、反作用的选择。
主副控制器的正反作用的确定顺序应遵循先副后 主的原则。
例题：对于图示的加热器串级控 制系统。
（1）画出该控制系统的方框图，并说明主变量、副变量分别 是什么？主控制器、副控制器分别是哪个？ （2）若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，试 确定控制阀的气开气关型式； （3）确定主、副控制器的正反 作用； （4）当蒸汽压力突然增加时，简述该控制系统的控制过程； （5）当冷物料流量突然加大时，简述该控制系统的控制过程；
过程控制工程——复习课 32个知识点全面掌握
知识点1：单回路控制系统四个环节
1 被控对象 2 测量变送装置 3 控制器 4 控制阀 例题：简单控制系统由（ （）四个环节组成。 ）、（）、（）和
知识点2：被控变量选择原则
1应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选择被控制变量时需考虑到工艺的合理性和在国 内外仪表生产的现状。
2
例题：
若增加开方器，则比值系数为多少？
知识点13:用乘法器组成的方案的设计
I0 乘法器 I1 测量变送器2 测量变送器1 F1
I 1
K
F2
控制器 控制阀 流量对象
I1-I10 I1 -I10 I 0 -I 00 I1max -I10 I1max -I10 I 0 max -I 00
例题：比值用DDZ-3型乘法器实现，已知 F1max=7000kg/h， F2max=4000kg/h
I1
F1
F1C ×
I1
I0
F2C
F2
（1）画出方块图
R(s)
I1 I0 I 1
GC1 (s)
GV 1 (s) Gm1 (s)
G01 ( s )
F1
K
F2
I2
GC 2 (s)
GV 2 (s) Gm2 (s)
切换条件
当副控制器为反作用时：假设副变量不变，当主 控制器输出增大，相当于副变量测量值减小，副 控制器输出增大；当主控制器输出减小，相当于 副变量测量值增大，副控制器输出减小。主、副 控制器输出信号方向一致，可以直接切换。 例题：副控制为正作用，是否可以进行直接切换， 为什么？
知识点9：串级控制系统中主、副控制器
知识点12：比值与比值系数的计 算
从动流量 F2 流量比K 主动流量 F1 I 2 I 20 从动流量的测量信号 I 2 max I 20 比值系数K I1 I10 主动流量的测量信号 I1max I10 F1max 线性关系K K F2 max F1max 2 平方关系K K（ ） F2 max
G02 (s)
（2）已知I0=18mA，求该比值系数的比值K=？比值系 数K’？
( I1 4)( I 0 4) 乘法器输出I1 4 16 I1 4 由定义：K I1 4 K ( I 1 4) I1 4 ( I1 4)( I 0 4) 所以：K ( I1 4) 16 I0 4 K 0.875 16 F1max F2 max 7 4000 K K K K 1: 2 F2 max F1 max 8 7000
例题：图示的热交换器中，物料与蒸汽换热， 要求出口温度达到规定的要求。试分析下述情 况下应采取何种控制方案为好。画出系统的结 构图与方块图。
（1）物料流量F比较稳定，而蒸汽压力 波动较大。 物料流量F比较稳定，而蒸汽压力波动较大。可设 计出口温度为主变量，蒸汽压力为副变量的的串 级控制系统。
f s
GPD ( s)
Kfe
1 Tf s
K 0 e 0 s GPC ( s) (1 T0 s)(1 T1s)
T0增大、Tf 增大，K 0 增大、Kf 增大, 0 增大、 f 增大, 对控制质量有什么影响？
知识点4：阀门的气开、气闭的选择
知识点5：控制器参数对系统控制质 量的影响
例题：苯、甲苯二元系统的精馏控制系统。易 挥发组分的浓度为质量指标，温度和压力与浓 度有函数关系，
浓度 f (温度, 压力)
则应选择选择什么变量为被控变量？ 如果浓度不宜测量，应选择选择什么变量为被 控变量？同时需要满足什么条件？
知识点3：干扰通道与控制通道特性 对控制质量的影响
例题3
Σ
IF FT
例题：画出系统的结构图，控制 器正反作用
IS
LT IL
I0=IL-IF+IS
I0 FC
Σ
IF FT
Ir
控制器
-
控制阀
流量对象
F
液位对象
L
IF
I0
变送器
加法器
IS
IL
变送器
知识点18：与反馈控制比较，前馈控制的
特点
1 前馈控制克服反馈控制及时 2 前馈控制属于“开环”控制系统
3 前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用” 控制器
1 Gc 2 ( s)G p 2 ( s) Gc 2 ( s)G p 2 ( s) 1 H ( s)Gc1 ( s)G p1 ( s) 1 Gc 2 ( s)G p 2 ( s) D( S ) 0, Y ( S ) 0 G ff ( s) ?
G ff ( s)
3）假定控制阀为气开式，试确定各控制器的 正/反作用。 主为正作用，副为反作用。
T 2C T 1C Gff
Σ
T 1C
燃料 原油
燃料 原油
例题：试判断图示两系统各属于何种控制系 统？说明其理由，并画出相应的系统方框图。
知识点20：前馈控制系统的传递 函数
GPD ( S ) GPD ( S ) G ff ( S ) ' GP 2 ( S )GPC ( S ) GPC ( S )
F1
pr
p0
FC
p2
GV 2 (s)
G02 (s) Gm 2 (s)
F氨
F氧
FC
p1
Gm1 (s)
F2
QDZ型仪表：信号为20～100Kpa p2 20 K p1 20 F1max 1 12000 K K 1.2 F2max 2 5000 p2 20 所以：p0 80 20 116Kpa p1 20 超出了QDZ型系列仪表范围
K C 增大，余差变小，振荡幅度变大， 系统趋向不稳定 Ti 增大，消除余差能力变强，振荡幅度变大， 系统趋向不稳定 微分时间常数情况比较复杂
知识点6：控制器的正反作用
例题：控制系统中控制器正、反作用的确定依 据是：（ ）。
例题：请判定图所示温度控制系统中，调节阀 和调节器的作用型式。
T C
物料
1.当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时； （ ） 2.当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时； （ ） 3.当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为待加热的软 化水时； （ ） 4.当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为待加热的软化 水时； （ ） A.气关调节阀，正作用调节器；B.气开调节阀，反作用调节器；C.气开 调节阀，正作用调节器；D.气关调节阀，反作用调节器.
（3） 系统稳定时，测I1 10mA，计算I ?
' 1
系统稳定时： ( I1 4)( I 0 4) I1 4 16 (10 4)(18 4) 4 9.25(mA) 16
知识点14:用除法器组成的方案的设计
IR F2 比值控制器 I2 控制阀 流量对象
I0
测量变送器2
pr
p0
FC
GV 2 (s)
G02 (s) Gm2 (s)
F氨
F氧
p1
0.5
p2
Gm1 (s)
在副回路中串入一个系 数为0.5的比值器 p0 20 p 2 20 p1 20 p 2 20 / 80 80 80 p1 20 0.5( p 2 20) 0.5 K p1 20 p0 0.5 K 80 20 68Kpa