过程控制工程作业

1.什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？

过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和PH 等这样一些过程变量的系统。

按过程控制系统的结构特点来分类：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统

按给定值信号的特点来分：定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统

2.何为集散控制系统？试述其基本组成部分与各部分工作原理。

集散控制系统由过程输入-输出接口、过程控制单元、数据高速通路、CRT 操作站、管理计算机等无五部分组成。

①过程输入-输出接口 它是带有微处理器的智能装置，主要用于采集过程信息。

②过程控制单元：它相当于若干个常规调节器，能完成常规调节器的全部运算和控制功能，通过软件组态能灵活的构成满足各种不同控制要求的复杂控制过程。

③数据高速通路：它是一条同轴电缆或光导纤维，高速率传送基本控制单元、过程输入-输出接口单元与现实操作站之间的数据。

④CRT 操作站 它是集散控制系统的人机接口装置，主要用于操纵工艺生产过程，并监视工厂的运行状态及回路组态，调整回路参数，现实动态流程画面以及进行部分生产管理。 ⑤管理计算机 它通过数据通信总线和系统中的各智能单元，采集各种数据信息，并综合下达高级指令。

1.写出自衡、非自衡，有无滞后8种传递函数，画出阶跃响应曲线。

自衡一阶无滞后W 0（s ）=1

00+S T K 自衡二阶无滞后W 0（s ） =)1)(1(210++s T s T K

自衡多阶无滞后W 0（s ）=n

s t k )1(00+ 自衡多阶滞后W 0（s ）=s e n

S T K 0)10(0τ-+ 非自衡一阶无滞后W 0（s ）=s

T a 1 非自衡二阶无滞后W 0（s ）=)

1(1+Ts s T a 非自衡多阶无滞后W 0（s ）=

n Ts s T a )1(1+ 非自衡多阶滞后W 0（s ）=s n

Ts s T e a 0)1(1τ-+

2.推导双容过程数学模型。

Δq1-Δq2=C1dt h d 1

∆ ①

Δq2=2

1R h ∆ ② Δq1-Δq3 = C2 dt

h d 2∆ ③ Δq3=3

2R h ∆ ④ 根据上述方程的拉式变换式

双容过程的数学模型

W 0（s ）=)()

(12s Q s H =

)1)(1(210++s T s T K

第三章作业 1.请简单归纳一下过程控制系统设计的主要内容。

过程控制系统设计包括系统方案设计、工程设计、工程安装和仪表调课、调节器参数整定等四大主要内容。

2.如何选择控制参数？

①控制通道的放大系数K0要适当大一些；时间常数T0要适当小一些；纯滞后ζ0的情况系，ζ0和T0之比应小一些，若其比值太大，则不利于控制。

②扰动通道的放大系数Kf 应尽可能小一些；时间常数Tf 要大；扰动引入系统的位置要靠近调节阀。 ③当过程本身存在多个时间常数，要选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中的一个时间常数比其他时间常数大的多，董事注意减小第二、第三个时间常数。这一原则同样适用于控制器、调节阀和测量变送器时间常数的选择，控制器、调节阀、和测量变送器的时间常数应远小于被控过程中最大的时间常数。

3.选择被控参数应遵循哪些基本原则？

①尽可能选择测量误差小的测量元件

②尽可能选择快速响应的测量元件与变送设备

③正确采用微分超前补偿

④合理选择测量点位置并正确安装

⑤对测量信号作必要处理

⑥工艺合理，经济性好

4.什么是直接参数与间接参数？这两者有何关系？

直接反应生产过程中产品质量和质量又易于测量的参数作为被控参数，称直接参数。

当选择直接参数有困难时，可以选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数有单值对应关系、易于测量的参数作为被控参数，称间接法测量

当选取间接量参数作为座位被控参数时，间接量必须与直接参数有单值函数关系，而且间接参数要有足够的灵敏度，同时还要考虑工艺合理性

5.在过程控制系统设计中，测量变送中常遇到的有哪些主要问题？怎样克服或尽量减小纯滞后、测量滞后及信号传送延时问题？

①纯滞后、容量滞后

②采用PID控制器

6.选择调节阀时口径过大或过小会产生什么问题？正常情况下调节阀的开度应以多大范围为宜？

①调节阀口径选的过小，当系统受到较大扰动时调节阀可能运行在全开或接近全开的非线性饱和工作状态，使系统暂时失控；调节阀口径选的过大，系统运行中阀门会经常处于小开度的工作状态，不但调节不灵敏，而且易造成流体对阀芯、发作的严重冲蚀，在不平衡力作用下产生振荡现象，甚至引起调节阀失灵。

②15%~85%

7.一个自动控制系统，在比例控制的基础上分别增加：适当的积分作用；适当的微分作用。试问：（1）这两种情况对系统的稳定性，最打动态偏差、余差分别有何影响？（2）为了得到相同的系统稳定性，应如何调整调节器的比例度δ，并说明理由。

①积分作用能消除余差。微分控制规律对改善系统性能指标有显著效果

②正作用调节器，即当系统测量值增加时，调节器的输出亦增加，其输出亦增加，其静态放大系数Kc取负；反作用调节器，既当系统的测量值增加时，调节器输出减小，其静态放大系数Kv取负。

8.位置型PID算式和增量型PID算式有什么区别？他们各有什么优缺点？

①增量型PID仅仅是计算方法上的改进，并没有改变位置PID算式的本质

②

位置型PID控制的优缺点

优点：DA转换器具有零阶保持器的功能

缺点：计算机实现位置型计算不够方便

增量PID控制的优缺点

优点：程序简单，占用存储单元少，，运算速度快

缺点：积分阶段效应大，有静态误差；溢出的影响大