过程控制理论

过程控制理论填空题按系统结构特点来分，过程控制系统包括反馈控制系统、前馈控制系统和复合控制系统单回路控制系统的基本结构包括调节器、调节阀、被控过程和测量变送装置等。

求取过程数学模型的方法有三种，即机理演绎法、实验辨识法、和机理演绎和实验辨识相结合的混合法。

可控性指标：是指临界放大倍数Kmax与临界振荡角频率Wc的乘积KmaxWc，Kmax越大越好，使余差减小，Wc越大工作频率越大，过渡过程越快。

控制方案设计的基本原则包括合理选择控制结构和控制规律。

在串级控制系统中，当主、副过程的时间常数相差不大，则系统整定可以采用逐步逼近整定。

对于大多数过程控制系统来说，系统过度过程曲线达到状态时，则为最佳的过程曲线，其对应的衰减率为75%。

纯滞后的存在将造成控制系统品质恶化，主要表现在动态偏差增大和超调量增加两个方面。

实现前馈的必要条件是扰动量可测而不可控。

用于扩大调节阀的可调范围，分程控制应当采取同向开关方式。

微分先行控制方案本质上仍属于大迟延控制。

从系统的结构考虑，变比值控制系统是以两个物料比值为副变量的串级控制控制系统。

均匀控制是靠降低控制回路的灵敏度而不是靠结构的变化来实现的，其中调节器的比例度应该整定的较大一些。

分程控制主要包括调节阀同向动作和异向积分饱和两种。

控制通道的纯滞后，会使系统的超调量增大，稳定性降低，最终导致控制质量下降。

反馈控制是基于偏差来消除偏差，而前馈控制是基于扰动来消除扰动的。

串级控制系统中，副调节器往往选择比例控制规律。

在保持稳定性不变的情况下，在比例控制中引入积分作用后，比例度应该适当的增加选择题已知系统阶跃响应曲线是衰减震荡的，第一个周期的峰值为B1，第二个周期的峰值为B2,过渡过程结束后的稳定值为C，则系统的衰减率为（B1-B2）/（B1-C）关于控制参数的选择，不正确的是扰动通道的纯滞后时间要尽可能小。

正确的是控制通道的纯滞后时间应尽可能小、控制通道的时间常数不能太小、扰动通道的时间常数要尽可能大。

管道压力和流量控制系统中，当工艺要求无静差时，应选用PI规律对同一个控制系统，在比例控制基础上增加适当的微分作用，系统的最大动态偏差减小。

关于前馈控制，说法不正确的是对任何扰动均可实现前馈控制。

正确的是前馈控制是一种”及时”控制、前馈控制器的数学模型与过程特性有关、前馈控制属于开环控制。

过程控制系统设计中，首要的工作，也是最复杂的工作是过程建模。

关于过程控制控制的特点，下列说的法不正确的是随动控制是过程控制的主要形式关于选择控制变量的一般原则，下列说法正确的是控制通道的放大系数Ko要适当大些扰动进入系统的位置对于被控参数的影响是离被控参数越近，对扰动的影响越大。

根据τo/To比值选择调节器的控制规律时，当0.2<τo/To<1.0时，应选用PD规律关于串级回路的设计，下列说法正确的是副回路应包括尽可能多的扰动下列说法不正确的是串级系统稳定，前馈-串级控制系统未必稳定多变量控制系统解耦的条件是系统开环传递函数矩阵为对角矩阵、广义被控过程的传递函数矩阵为对角矩阵、系统闭环传递函数矩阵为对角矩阵。

简答题简述Smith预估补偿的基本原理和实现基本原理：预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，然后预估计其进行补偿，力图使被滞后的控制变量超前反映到控制器，使控制器提前动作，从而明显的减小了超调量和加速调节过程实现：只要用一个与广义被控对象除去纯延迟环节后的传递函数Gp（s）相同的环节和一个时延时间等于τ的纯迟延环节就可以组成Smith预估模型。

简述利用临界比例度法整定调节器参数的步骤1把调节器设计成比例作用（T1=无穷，Td=0），调解比例度由大到小变化得到等幅振荡，记录∫k，Tk。

2由∫k，Tk计算PID调节参数。

3按照先P，后I，在D的顺序进行参数整定，如若不合适再对参数进行适当调整什么是自衡过程和非自衡过程？自平衡：被控对象受到扰动作用致使原来的物料平衡关系遭到破坏后，无须外加任何作用，依靠对象本身，自动随着被控变量的变化，使其不平衡量会越来越小，最后能够自动的稳定在新的平衡点上。

非自衡：被控对象受到扰动作用致使物质或能量平衡关系遭到破坏后，不平衡量因被控变量的变化而改变，因而被控变量以固定的速度一直变化下去不会自动的在新的水平上恢复平衡。

什么是容量滞后和纯滞后？纯滞后是由于调节机构的位置距被调参数所在的容积有一段距离，能量的传输需要一定的时间而产生。

被调参数开始变化的时刻落后于扰动出现的时刻，这个落后的时间称为纯滞后。

出纯滞后之外，由于调节对象存在一个前置容积，当一个个扰动出现后，由于这个前置容积首先要吸收能量来改变自身状态，然后才能使被调参数逐渐变化，这样被调参数开始变化后的时刻就会落后于干扰出现的时刻，这种滞后是由于对象具有前置容积造成的惯性而产生的，故称为容量滞后。

简述前馈控制系统的特点？1本质是基于扰动来消除扰动的控制方式2有扰动作用，前馈控制器就作用使得控制及时3由于前馈控制属于开环控制，所以不存在稳定性问题，只要系统各环节稳定，则系统就稳定。

4只能克服可测而不可控的扰动就是前馈控制的局限性为什么串级控制系统副调节器只选用P控制规律，而不用积分、微分控制规律？福被控参数的设置是为了克服主要干扰对主参数的影响，因而可以允许在一定范围内变化，并允许有静差。

为此，副调节器只需选择P 调节规律，一般不引入积分调节规律，这是因为积分调节规律会延长调节过程，消弱副回路的快速作用。

但需要注意的是，当选择流量为副参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选的大，即比例调节作用较弱，在这种情况下，可以引入积分调节，即采用PI调节规律，以增强控制作用。

副调节器一般不引入微分调节规律，否则会使调节阀作用过大或过于频繁，对控制不利。

过程控制的特点1系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成2被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计3控制方案丰富多样，控制要求越来越高4控制过程大多属于慢变过程与参量控制5定值控制是过程控制的主要形式过程控制的功能1测量变送与执行功能2操作安全与环境保护功能3常规控制或高级控制功能4实时优化功能5决策管理与计划调度功能电动模拟式变送器一般采用四线制或二线制方式传输电源和输出信号；而数字式变送器则是采用双向全数字二线制传输方式，即现场总线通信方式。

智能式温度变送器的特点1通用性强2使用灵活3多种补偿正功能4控制功能5通信功能6自诊断功能PID调节器的主要优点1PID调节模拟了人脑的部分思维，原理简单、容易理解与实现，使用方便。

2应用范围广3鲁棒性强DDZ-Ⅲ型调节器的自动、软、硬手动的切换过程1自动切换到软手动，无需平衡即可做到无扰动切换2软手动切换到硬手动，需平衡后切换才能做到无扰动切换3硬手动切换到软手动，无需平衡即可做到无扰动切换4软手动切换到自动，无需平衡即可做到无扰动切换模拟式调节器的局限性1功能单一，灵活性差。

2信息分散，所用仪表多，且监视操作不方便。

3接线过多，系统维护难度大。

数字式控制器1采用了模拟仪表与计算机一体化的设计方法，可以很方便地与DDZ-Ⅲ型模拟仪表相连。

2与模拟调节器相比具有更丰富的运算控制功能。

3具有数据通信功能，便于系统扩展。

4可靠性高且具有自诊断功能，维护方便。

理想流量特性：直线流量特性，对数流量特性，快开流量特性。

智能电动执行器的特点1具有智能化和高精度的控制功能。

2一体化的结构设计思想。

3具有智能化的通信功能。

4具有智能化的自诊断与保护功能。

5具有灵活的组态功能，“一机多用”，提高了经济效益。

安全火花防爆系统必须具备两个条件：一是现场仪表必须设计成安全火花型；二是现场仪表与非危险场所之间必须经过安全栅以便对送往现场的电压、电流进行严格的限制，从而保证进入现场的电功率在安全范围之内。

被控过程的数学模型一般可分为有自衡性与无自衡性、单容性与多容性、振荡与非振荡性等。

当采用比例控制后，则加快了过程的响应，并减小了稳态误差，当加入积分控制后，则消除了稳态误差，但却容易使过程产生振荡；再加入微分作用以后则可减小振荡的程度和响应时间。

调节器参数的整定方法主要有工程整定法、最佳整定法和经验法。

工程整定法又有临界比例度法、衰减曲线法和反应曲线法。

调整的经验准则是“看曲线，调参数”1比力度越大，放大系数Kc越小，过渡过程越平缓，稳态误差越大；反之，过程振荡越激烈，稳态误差越小；若比例度越小，则可能导致发散振荡。

2积分时间T1越大，积分作用越弱，过渡过程越缓慢，消除稳态误差越慢；反之，过程振荡越激烈，消除稳态误差越快。

3微分时间Td越大，积分作用越强，过渡过程趋于稳定，最大偏差越小；但Td过大，则会增加过渡过程的波动程度。

串级控制系统与简单控制系统的主要区别是：串级控制系统在结构上增加了一个测量变送器和一个调节器，形成两个闭合回路，其中一个称为副回路一个称为主回路由于副回路的存在使控制效果得到了显著改善。

串级控制系统的主要特点：1对进入副回路的干扰有很强的抑制能力。

2能改善控制通道的动态特性、提高系统的快速反应能力。

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。

串级控制系统调节器的参数整定1逐步逼近整定法2两步整定法3一步整定法前馈控制的特点1前馈控制是一种开环控制2前馈控制比反馈控制及时3反馈补偿器为专用调节器比值控制系统：使一种物料随另一种物料按一定比例变化的控制系统1、开环比值控制系统2、单闭环比值控制系统3、双闭环比值控制系统4、变比值控制系统均匀控制的设计思想是将液位控制和变量控制统一在一个控制系统中，从系统内部解决两种工艺参数供求之前矛盾，其控制目的是使前后设备的工艺参数互相协调、统筹兼顾，以确保生产的正常运行。

均匀控制的特点1、系统结构无特殊性2.参数均应缓慢变化3、参数变化应限制在允许范围内简单均匀控制系统调节器参数整定是，比例作用和积分作用均不能太强，同行需设置比较大的比例度和较长的积分时间，以较弱的控制作用达到均匀控制的目的。

其优点是：界都简单、投运方便、成本低。

不足之处是只适用于干扰较小、对控制要求较低的场合。

当调节阀两端的压差较大时，流量大小不仅取决于调节阀开度的大小，还将受压差波动的影响。

为此设计了一液位为主参数、一流量为副参数的串级均匀控制系统。

分程控制系统：将调节器的输出信号分段，区分别控制两个或两个以上的调节阀，使每个调节阀在调节器输出的某段型号范围内全程动作。

根据调节阀的气开、起关形式和分程信号区段不同，分程控制分为调节阀同向动作和调节阀异向动作。

应用：1.用于节能2、用于扩大调节阀的可调范围3、用于两个不同控制介质的生产过程。

在一个多变量被控过程中，如果每一个被控变量只受一个控制变量的影响，则称为无偶合作用。

将开环增益与闭环增益之比，定义为相对增益。