过程控制(潘炼)期末考试知识点

过程控制及其MATLAB实现

一、填空题

1.过程控制有那几个参数（常用的）？P4~5

○1衰减比η和衰减率ψ

○2最大动态偏差和超调量σ

○3余差

○4调节时间t s和振荡频率β

物性、成分、温度、压力、流量、液位、物位

2.流量特性有那几种？理想的，实际的。P50~52

a)理想流量特性

○1直线流量特性

○2对数流量特性

○3抛物线流量特性

○4快开流量特性

○5蝶阀流量特性

b)工作流量特性

○1串联管道的工作流量特性

○2并联管道的工作流量特性

3.过程建模方法分别是什么？P9

○1机理建模法

○2测试建模法

4.PID控制P、I、D是什么？作用。P75

P（比例调节）对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后

I（积分调节）消除静差

D（微分调节）偏差变化越剧烈，D调节器给出的控制作用越大，从而及时地抑制偏差的增长，提高系统的稳定性，相当于赋予了调节器以某种程度上的预见性

5.衰减比是什么？常用有哪几种？P4

衰减比是衡量振荡过程衰减程度的指标，等于两个相邻同向波峰之比（4:1、10:1）

6.典型过程控制系统的组成有那几个部分？P2

○1被控对象

○2检测与变送仪表

○3控制器

○4执行机构

○5报警、保护和连锁等其它部件

7.典型一阶惯性环节模型是什么？那几个参数决定K、T、τ。P10、P83

单容水槽，G(s)=K

Ts+1

e−τs 广义被控对象的阶跃响应可用一阶惯性环节加纯延迟来近似：G(s)=K

Ts+1 K（惯性环节的增益或放大系数）

T（惯性环节的时间常数）

τ（纯延迟时间）

8.什么是流量系数？什么是分程控制？P47、P131

流量系数是指在单位时间内，测试条件中，管道保持恒定的压力，管道介质流经阀门的体积流量，或是质量流量，即阀门的流通能力。流量系数值越大说明流体流过阀门时的压力损失越小，阀门C V的值须通过测试和计算确定。

按照我国法定计量单位，流量系数的定义是：温度为5~10℃的水，在105Pa的压降下，每小时流过调节阀水量的立方数，以符号K V表示。国际上也通用这一定义。

有些国家使用英制单位，流量系数的定义是：温度为60℉的水，在1psi（磅/平方英寸）的压降下，每分钟流过调节阀的加仑数，以符号C V表示。

K V=0.8569C V或C V=1.167K V

分程控制是将控制器的输出信号全程分割成若干个信号段，每个信号段控制一个控制阀，每个控制阀仅在控制器输出信号整个范围的某段内工作。

9.什么是反馈控制、前馈控制？如何实施？P39、P146

反馈控制：利用被控变量的直接测量值调节控制变量，使被控变量保持在预期值。

前馈控制：利用扰动量的直接测量值，调节控制变量，使被控变量保持在预期值。

反馈控制原理：将被控量的偏差信号反馈到控制器，由控制器去修正控制量，以减小偏差量。

前馈控制原理：当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小来改变控制量以抵消或减小扰动对被控量的影响。

10.什么是数字PID，计算公式是什么？什么是积分饱和以及产生的原因。P77、P72、

P140

由于计算机只能处理数字信号，所以要用计算机实现PID控制，首先要将PID控制算法离散化，也即设计数字PID算法。

位置式数字PID控制算法：u(k)=K P{e(k)+T

T I ∑e(j)

k

j=0

+T D

T

[e(k)−e(k−1)]}

增量式数字PID控制算法：∆u(k)=u(k)−u(k−1)

∆u(k)=K P{[e(k)−e(k−1)]+T

T I e(k)+T D

T

[e(k)−2e(k−1)+e(k−2)]}

∆u(k)=K P[e(k)−e(k−1)]+K I e(k)+K D[e(k)−2e(k−1)+e(k−2)]

( K I=K P T

T I K D=K P T D

T

)

具有积分作用的调节器，只要被调量与设定值之间有偏差，其输出就会不停地变化。

当偏差始终保持一个方向时，调节器的输出u将因积分作用的不断累加而增大，从而使执行机构达到极限位置X max（如阀门开度达到最大），之后尽管u还在增大，但执行机构已不再动作。这种现象称为积分饱和。

11.什么是积分调节作用？

积分调节作用能自动消除余差。

12.什么是串级控制？主、副控制器选取以及设计。P97、P106

串级控制系统是由两个控制器串联起来工作的，其中一个控制器的输出作为另一个控制器的给定值的系统。

对于主控制器，主回路的任务是满足主变量的定值控制要求，主控制器必须加入较强的积分作用，当主变量的滞后较大且主变量变化较为平缓时，可加入微分作用。

一般情况下，选用P或PI控制，若被控对象滞后较大，可采用PID控制器。

对于副控制器，由于副回路是随动系统，其设定值变化频繁，要求控制的快速性，一般不宜加D控制，这是因为D作用会使调节阀的动作过大，不利于整个系统的控

制，另外，副回路的主要目的是快速克服副回路的扰动，为了加大副回路的调节能

力，理论上不采用I控制，因为若加入I作用，会使得副对象响应速度缓慢，延长

了控制过程。在实际运行中，串级系统有时会断开主回路，因此，有时需要加入I

作用，但是I作用要求较弱以保证副回路较强的抗干扰能力。副回路可采用P控制

或者PI控制器。

13.常用抗积分饱和的措施。P141、P72

○1限幅法

○2外反馈法

○3积分切除法

14.什么叫均匀控制？均匀控制不加微分的原因。P127、P129

均匀控制是针对“流程”工业中协调前后工序的物料流量而提出来的。

均匀控制是在连续生产过程中，各种设备前后紧密联系的情况提出来的一种特殊的

控制。

微分作用因对控制过程的影响与均匀控制的要求背道而驰而不采用，有时还可能需

要选择反微分作用。

15.减小耦合程度的方法，什么是相对增益？第一放大、第二放大系数的定义。P170、

P165

○1加大调节器的增益

○2选用适当的变量配对关系

○3采用多变量系统的解耦设计

相对增益λij的定义：p ij与q ij之比定义为相对增益或相对放大系数λij。

第一放大系数p ij的定义：p ij是指耦合系统中，除所观察的那个调节量U j改变了一个

∆U j以外，其他调节量U k(k≠j)均不变的情况下U j与Y i之间通道的开环增益。

第二放大系数q ij的定义：q ij是指除所观察的U j到Y i通道之外，其他通道均闭合且保

持Y k(k≠i)不变时，U j到Y i通道之间的静态增益。

16.DCS是什么？结构形式是什么样？P282

集散控制系统

直接控制层、操作监控层、生产管理层、决策管理层

二、简答题

1.P、I、D的作用，PID对控制性能指标的影响。P75

P（比例调节）比例调节成比例的反应控制偏差，偏差一旦产生，比例调节就立即发

挥作用，以减小偏差。

I（积分调节）积分调节主要用于消除余差。

D（微分调节）微分调节反映偏差的变化趋势，并能在偏差信号变得太大前，在系统

中引入一个有效的早期修正，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。

比例调节的余差随着比例带的加大而加大，减小比例带相当于加大调节系统的开环

增益，导致系统激烈振荡甚至不稳定。

控制系统的开环增益与积分时间成反比，积分时间越长，系统越稳定。

微分调节作用总是力图抑制被调量的振荡，偏差变化越剧烈，由D调节器给出的控

制作用越大，从而及时地抑制偏差的增长，提高系统的稳定性。

2.过程控制的作用和组成部分，各部分的作用，过程控制与运动控制的区别。P2、P3

过程控制的任务是在充分了解生产过程的工艺流程和动静态特性的基础上，应用理

论对系统进行分析和综合，以生产过程中物流变化信息量作为被控量，选用适宜的

技术手段，实现生产过程的控制目标。