自动调节系统的静态和动态
自动控制系统基本概念
阶跃输入时微分调节器特性
33
微分时间对过渡过程的影响
34
（五）比例积分微分（PID）控制系统 1. 控制器的输出为三部分输出之和。 2. 当偏差刚出现时，微分作用立即变化
（因变化快），比例也同时起作用，使 输出信号发生突然的大幅度变化，然后 慢慢下降，随着时间累积，积分作用逐 渐起主导作用。
式中
e / X max X min p / pmax pmin
100
%
e —— 控制器输入变化量(即偏差)
△P ——
Xmax－Xmin—— Pmax－Pmin——控制器输出的工作范围
28
3. 控制器比例度δ的大小与输入输出的关系
比例度与输入和输出的关系
29
4、特点 反应快、无滞后，偏差大，输出也变化 大，但存在余差，只适于有差调节系统。 存在余差的原因：负荷变化前，浮球在 一个位置，进口阀门在某一个开度，出 量增大后，液位降低，浮球下降，进口 阀门开度增大，进、出水量一相等，液 位在新的位置平衡。
给定值的作用 6. 偏差：给定值与被调参数测量值之差
7
五、自动控制分类 1. 自动检测系统：P、Q、T、H检测 2. 自动保护系统：对参数的保护控制 3. 定值控制系统：将参数稳定在一定范围，
又称自动调节系统 4. 自动操纵系统：程序控制 5. 随动控制系统：自动跟踪系统
8
六、自动控制系统的方框图 1、方框图：反映系统各组成部分之间的相
35
PID控制器输出特性
36
(六)比例、积分、微分控制规律小结
它根据“偏差的大小”来动作。它的输出与输入偏差
的大小成比例，控制及时、有力，但是有余差。用比例度δ来表 示其作用的强弱。δ越小，控制作用越强。比例作用太强时会引
什么是汽轮机调节系统的静态特性和动态特性
1.什么是汽轮机调节系统的静态特性和动态特性?答：调节系统的工作特性有两种，即动态特性和静态特性。
在稳定工况下，汽轮机的功率和转速之间的关系即为调节系统的静态特性。
从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况的过渡过程的特性叫做调节系统的动态特性，是指在过渡过程中机组的功率、转速、调节汽门的开度等参数随时间的变化规律。
2.汽封的作用是什么?轴封的作用是什么?答：为了避免动、静部件之间的碰撞，必须留有适当的间隙，这些间隙的存在势必导致漏汽，为此必须加装密封装置----汽封。
根据汽封在汽轮机中所处位置可分为：轴端汽封(简称轴封)、隔板汽封和围带汽封(通流部分汽封)三类。
轴封是汽封的一种。
汽轮机轴封的作用是阻止汽缸内的蒸汽向外漏泄，低压缸排汽侧轴封是防止外界空气漏入汽缸。
3.低油压保护装置的作用是什么?答：润滑油油压过低，将导致润滑油膜破坏，不但要损坏轴瓦。
而且能造成动静之间摩擦等恶性事故，因此，在汽轮机的油系统中都装有润滑油低油压保护装置。
低油压保护装置一般具备以下作用：⑴润滑油压低于正常要求数值时，首先发出信号，提醒运行人员注意并及时采取措施。
⑵油压继续下降至某数值时，自动投入辅助油泵(交流、直流油泵)，以提高油压。
⑶辅助油泵起动后，油压仍继续下跌到某一数值应掉闸停机，再低时并停止盘车。
当汽轮机主油泵出口油压过低时，将危及调节及保护系统的工作，一般当该油压低至某一数值时，高压辅助油泵(调速油泵)自起动投入运行，以维持汽轮机的正常运行。
4.直流锅炉有何优缺点?答：直流锅炉与自然循环锅炉相比主要优点是：(1)原则上它可适用于任何压力，但从水动力稳定性考虑，一般在高压以上(更多是超高压以上)才采用。
(2)节省钢材。
它没有汽包、并可采用小直径蒸发管，使钢材消耗量明显下降。
(3)锅炉启、停时间短。
它没有厚壁的汽包，在启、停时，需要加热、冷却的时间短．从而缩短了启、停时间。
(4)制造、运输、安装方便。
(5)受热面布置灵活。
自动化仪表试题附答案大全
自动化仪表试题大全【附答案】一、填空1、数字电路中三种最基本得逻辑关系为（与）、（或）、（非）。
2、自动调节系统主要由(调节器)、(调节阀)、（调节对象）与（变送器）四大部分组成.3、自动调节系统按调节器具有得调节规律来分,通常有（比例）、(比例积分）、（比例微分)、（比例积分微分)等调节系统。
4、在测量过程中,由仪表读得得被测值与真实值之间存在一定得差距称为(测量误差）。
5、系统输出得被调量与输入端之间存在着反馈回路得系统为(闭环)系统。
6、调节阀所能控制得最大流量Qmax与最小流量Qｍｉｎ之比,称为调节阀得（可调比),以R表示7、仪表测量中得五大参数就是（温度）、（压力)、（物位）、（流量)、(在线分析)8、锅炉汽包液位一般用（给水流量）、(蒸汽流量）、(汽包液位）组成三冲量液位控制系统。
9、反馈分为(正)反馈与(负)反馈.10、为了实现微机对生产对象得控制，必须把计算结果送给相应得（执行机构)。
１１、执行器所要求得信号分为（连续得控制电压、控制电流信号)与(数字量或开关量信号)。
１２、执行机构所要求得连续得控制电压、控制电流信号作用于各种（调节阀）、(显示记录仪）、(伺服机构)等。
13、在自控系统中,仪表位号首位为F代表（流量),Ｄ代表(密度）.14、数字电路中得基本逻辑关系有（与）（或)（非)三种。
15、自动调节系统常用得参数整定方法有(经验法)、（衰减曲线法)、（临界比例度法)、（反应曲线法）.16测量一个电路得电流，电流表必须与这个电路（串联）。
为了使电流表得接入不影响电路得原始状态，电流表本身得（内阻抗）要尽量小1７、屏蔽分为(磁场屏蔽）与(电场屏蔽)两种。
18、控制方式一般分为（手动)与(自动)两大类,如果纠正系统得偏差就是由人直接操作,这种回路称为(手动控制系统）；如果系统具有反馈通道组成得闭环回路并能自动纠正偏差,这种系统称为(自动控制系统)。
１９、单位时间内流过管道截面得流体数量，称为(流量）;流量分为（瞬时流量)与(累积流量）又可分为（体积流量）与（质量流量)。
第一章 调节系统的基本原理与调节
2．自动调节系统的 任务：以预定的精 度，确保被控量等 于给定值，或与给 定值保持确定的函 数关系。
3．自动调节系统的组成
自动调节系统由调节对象、发信器、调节 器和执行器组成的闭环系统。 发信器、调节器和执行器的总和又可以称 为自动调节设备。 自动调节系统是由调节对象和自动调节设 备组成。
定义：调节系统在阶跃干扰作用下，系统的平 衡状态遭到破坏，从一个稳态过渡到另一个稳 态的过程，也就是被调参数随时间而变化的过 程，称为过渡过程。
静态(稳态)——动平衡。对于定值调节系统， 当对象的流入量与流出量相等时被调参数处于 相对平衡状态，此时被调参数不随时间而变化。
流入 调节对象
流出
例：冷藏箱——调节对象，被调参数——箱内 的温度，给定值θ 0 。当干扰加入后，箱内温度 会偏离θ 0 ，原来的平衡被破坏。由于调节作用， 克服了干扰的影响，是被调参数逐渐趋近于给定 值。这一过程，被调参数是随时间t变化的。
+-
自动调节系统是个闭合回路，故为闭环系统。 另外，系统的输出是被调参数，但它经过发信器 后又返回到调节器的输入端。这种把系统的输出 信号又引到系统输入端的作法叫做反馈。
如果反馈信号使被调参数的变化减小，称为负 反馈，反之，称为正反馈。 负反馈信号(即被调参数的测量值z)进入比较元 件时取负值，而给定值r取正值，所以比较元件输 出的偏差信号为 e=r-z。 在自动调节系统中一般都采用负反馈。它是按 偏差进行控制的，所以，产生偏差是自动调节的 必要条件。
空调系统中采用的开环控制系统方框图如下
按干扰补偿的控制系统方框图
这种控制方式的原理是需要控制受控对象 （调节对象），而测量的是破坏系统正常工作 的干扰。利用干扰信号产生控制作用，以补偿 干扰对被调参数的影响，所以称干扰补偿。 信号源干扰经测量、计算、执行诸元件至 对象的被控量，是单向传递的，所以是开式控 制。 由于测量的是干扰，所以只能对可测干扰 进行补偿。不可测干扰以及对象各功能部件参 数变化给被控量造成的影响，系统自身无法控 制。因此，控制精度受到原理上的限制。
发电机和配电系统自动控制原理
发电机和配电系统自动控制原理一、引言发电机和配电系统在现代工业生产和日常生活中扮演着非常重要的角色。
为了保障电力系统的安全稳定运行和有效利用电能，发电机和配电系统必须具备自动控制功能。
本文将重点讨论发电机和配电系统的自动控制原理，探讨其设计与实现。
二、发电机自动控制原理1.发电机自动调压系统发电机自动调压系统是指根据负荷需求自动调节发电机的输出电压。
其原理是通过调节励磁电流来控制发电机的电压，使发电机输出的电压始终保持在额定值范围内。
常见的发电机自动调压系统有静态调压系统和动态调压系统两种。
静态调压系统通过调节励磁电流来实现稳态调压，而动态调压系统则能够根据负荷变化实时调节发电机的励磁电流，以确保输出电压的稳定性。
2.发电机自动同步系统发电机自动同步系统是指在并联运行多台发电机时，自动调节各发电机的相位和频率，使它们能够实现同步运行。
其原理是通过同步器和相位比较器来检测各发电机的输出电压波形，然后根据比较结果调节机组的励磁系统，以实现发电机的同步运行。
自动同步系统能够有效地提高并联运行发电机的稳定性，并减少人工操作的工作量。
3.发电机过载保护系统发电机过载保护系统是指通过监测发电机的电流和温度等参数，实时判断发电机的运行状态，并在发电机超载时自动切断负荷或提醒运维人员进行处理。
其原理是通过感应式或电流互感器等传感器实时监测发电机的负载情况，一旦发现发电机超载，自动向控制系统发出信号，控制系统根据预设的保护逻辑进行相应操作，保护发电机不受损坏。
三、配电系统自动控制原理1.配电系统自动切换系统配电系统自动切换系统是指在电源故障时自动切换到备用电源，以保障重要负荷正常供电。
其原理是通过主电源和备用电源的监测和比较，一旦发现主电源故障，自动切换系统能够快速地将负荷切换到备用电源上，并保持稳定的供电状态。
自动切换系统通常采用双电源自动切换开关和逻辑控制器等设备，能够在很短的时间内实现切换，保证负荷的连续供电。
第一章 调节系统的基本原理与调节对象特性11
把此输出信号引回调节系统输入端的比较元件,这
种方式称为 反馈
反馈
负反馈：反馈信号使被调参数变化减小 正反馈：反馈信号使被调参数变化增大
在自动调节系统中都采用负反馈。 偏差信号为：e=r－z
其中 r——给定值信号； z——负反馈信号。
三、调节系统的基本概念
（一）调节系统分类 反馈调节系统按给定值的变化规律不同， 分为： 定值调节系统 程序控制系统
七、调节过程时间ts
调节系统受到干扰作用，被调参数开始波 动到进入新稳态值上下±5％（或±2％）范围 内所需时间。通常期望ts＝3 Tp。
八、峰值时间tp
过渡过程达到第一峰值所需的时间，即 达到最大偏差值所经历的时间。
第三节 调节对象特性
静态特性 对象特性 动态特性
输入一个单位阶跃干扰，然后分析下列两点： 1、从新稳态数值求取对象的静态特性，如放大系 数。 2、从过渡过程曲线求取对象动态特性参数，如时 间常数T和延迟τ等。
一、冷藏箱空气温度数学模型 （一）冷藏箱内空气温度动态 方程 假定箱内壁与箱内空气温 度相同，均匀分布，可视为集 中参数，箱壁不蓄热。
（一）冷藏箱内空气温度动态方程
冷藏箱空气温度动态方程为：
C d dt k1 A1 k 2 A2 k1 A1 s k 2 A2 2
方程左边为被调参数，是对象的输出信号； 而方程右边两项为输入信号，其中θs箱外温度 为干扰作用参数，k1A1θs为干扰作用项，θ2为 调节作用参数，k2A2θ2为调节作用项。
△Φ1≈6△d1
空调室空气湿度动态方程式的解可写成
Φ1≈6d1
t T 1 e d
思考题
1.某热交换器如右图所 示，用蒸汽将送入的冷 水加热至一定温度，生 产工艺要求热水温度保 持在θ℃，试设计一个 单回路反馈调节系统， 说明系统的自动调节过 程。
热工控制系统及设备综合练习题附答案1
一、选择填空题1．恒值调节系统、程序调节系统、随动调节系统是（ C ）来划分的。
A 按自动调节系统的结构B 按自动调节系统的特性C 按给定值变化的规律D 按自动调节系统的类型2．要采用前馈控制克服某种扰动，该扰动应该是（ C ）。
A 定时发生的B随机发生的 C 可以测量的 D 不能测量的3．在控制系统中，被调量的给定值随某已知时间函数变化的调节系统称为（ B ）。
A 恒值调节系统B 程序调节系统C 随动调节系统D 前馈系统4．在分散控制系统中，计算机的输入和输出信号是（ B ）。
A 模拟信号B 数字信号C 4-20mA的标准信号D 开关信号5．在协调控制系统的运行方式中，对负荷给定反应最快的方式是（ D ）。
A 机炉独立控制方式B 协调控制方式C 汽轮机跟随锅炉方式D 锅炉跟随汽轮机方式6．锅炉吹扫必须满足的基本条件是（ A ）。
A 切断进入炉膛的燃料，炉膛内没有火焰，吹扫空气量达到30%额定风量B 电除尘退出运行，风道通畅，各挡板在正确位置C 送、吸风机启动，二次风门保证15%的开度D MFT动作7．在链路层中，信息传递的基本单元为( B )。
(A)包；(B)帧；(C)字节；(D)以上都是8．调节系统的整定就是根据要求的系统性能指标确定（ D ）的参数。
A 变送器B 传感器C 执行器D 调节器9．工业现场压力表的示值表示被测点的（A）。
A 表压力B 全压力C 静压力D 绝对压力10．自动调节系统中，静态与动态的关系（ B ）。
A 是线性关系B 静态是动态的一种特例C 为非线性关系D 无任何关系11．在分散控制系统中，接如AI通道的信号是（B ）。
A 数字信号B 模拟信号C 4-20mA的标准信号D 开关信号12．计算机控制系统中控制器接收现场信号后，经过运算、判断等处理，做出各种控制决策，这些决策以（C）形式输出。
A -5v～+5vB 0～10mAC 二进制编码D 4～20mA13．汽轮机运行时采用( B )，能达到减少节流损失的目的。
第2章 自动控制系统的性能指标及要求
3. 等幅振荡过程 被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度保持不变， 这种情况称为等幅振荡过程，如图2-4（c）所示。 4. 发散振荡过程 被控变量来回波动，且波动幅度逐渐变大，即偏离给定值 越来越远，这种情况称为发散振荡过程，如图2-4（d）所示。
图2-4 过渡过程的几种基本形式
2.4 自动控制系统的性能指标
在随动控制系统中，通常用超调量来描述被控变量偏 离给定值最大程度。在图2-5中超调量用B来表示。从图中 可以看出，超调量B是第一个峰值A与新稳定值C之差，即 B=A－C。
如果系统的新稳定值等于给定值，那么最大偏差A也 就与超调量B相等了。一般超调量以百分数表示，即
B 100% C
(2-2)
指标采用偏差积分性能指标的形式。 下列公式中，式中，J为目标函数值；e为动态偏差。
J f (e, t )dt
0
(2-5)
通常采用4种表达形式：
（1）偏差积分（IE）
f (e, t ) e, J edt
0
(2-6) (2-7)
（2）平方偏差积分（ISE）
f (e, t ) e 2 , J e 2 dt
图2-1 控制系统动态过程曲线
图2-2 控制系统动态过程
由于被控对象的具体情况不同，各系统对稳、快、准 的要求应有所侧重。而且同一个系统，稳、快、准的要求 是相互制约的。提高动态过程的快速性，可能会引起系统 的剧烈振荡，改善系统的平稳性，控制过程又可能很迟缓 ，甚至会使系统的稳态精度很差。分析和解决这些矛盾， 将是自动控制理论学科讨论的重要内容。
稳定是控制系统能够运行的首要条件，因此只有当 动态过程收敛时，研究系统的动态性能才有意义。控制 系统的过渡过程是衡量控制性能的依据。由于在多数情 况下，都希望得到衰减振荡过程，所以取衰减振荡的过 渡过程形式来讨论控制系统的性能指标。通常在阶跃函 数作用下，测定或计算系统的动态性能。一般认为，阶 跃输入对系统来说是最严峻的工作状态。如果系统在阶 跃函数作用下的动态性能满足要求，那么系统在其它形 式的函数作用下，其动态性能也是令人满意的。
PID控制系统的静、动态特性
ess
lim e(t) t
为计算稳态误差，应用Laplace终值定理，即
lim e(t) lim sE(s) lim s R(s)
t
s0
s0 1 kG(s)
当输入信号为以下三种典型信号之一时，稳态误差为
单位阶跃函数：r(t) 1, R(s) 1 , s
e ss
lim
s0
1
1 k G( s)
PID控制器各项的作用
• 增大比例增益KP一般将加快系统的响应，并有利于减小 稳态误差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，
并产生振荡，使稳定性变坏。
• 增大积分增益KI有利于减小超调，减小稳态误差，但是系 统稳态误差消除时间变长。
• 增大微分增益KD有利于加快系统的响应速度，使系统超 调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。
由于这些性能指标常常彼此矛盾，因此必须加以折衷处理。
PID控制器设计的一般原则
• 观察系统开环响应，确定待改进之处； • 加入比例环节缩短系统响应时间；（动态性能） • 加入积分控制减小系统的稳态误差；（静态性能） • 加入微分环节改善系统的超调量； （动态性能） • 调节 KP，KI，KD ，使系统的响应达到最优。
单位斜坡函数：r(t)
t,
R(s)
1 s2
,
1
e ss
lim
s0
ksG(s)
单位加速度函数：r(t)
1 2
t2,
R(s)
1 s3
,
1
e ss
lim
s0
k s2G ( s)
开环系统的误差为
E(s) R(s) Y (s) (1 G(s))R(s)
对单位阶跃输入，开环系统的稳态误差为
热工仪表及自动控制系统的基本知识
一个实例： 要求水温控制为40℃， 调节手段为冷、热水 门。 调节对象、被调量、 给定值、内扰、外扰？
另一个实例：
用术语描述的自动调节过程： 自动调节系统受到外扰的作用， 使被调量偏离了给定值，测 量部件检测到两者的偏差， 通过调节器的调节作用，产 生一个相应的内扰，用来平 衡外扰，并使被调量恢复到 给定值，达到新的动态平衡， 调节过程结束。
二、传递函数 传递函数是在用拉氏变换求解常系数线性微分 方程的过程中引申出来的概念。 传递函数的定义：在零初始条件下，输出信号 的像函数y(S)与输入信号的像函数X(S)之比称 为该环节或系统的传递函数。即 对上述两个微分方程求解其 传递函数为：
三、阶跃响应曲线
阶跃响应曲线比微分方程和传递函数更能够对
根据各类仪表的设计、制造质量不同，国家 对每种仪表均规定了基本误差的最大允许值， 即允许误差。它可用绝对误差来表示，也可 以用引用误差来表示。
3、准确度等级： 仪表的准确度等级在数值上等于允许误差 去掉百分号后的绝对值。国家规定的准确 度等级系列有0.005，0.01，0.04，0.05， 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0，5.0 等级别。数值越小，准确度越高。通常准
2、随机误差 随机误差是指在相同条件下多次测量同一 被测量时产生的绝对值和符号不可预知的 随机变化着的误差，又称偶然误差。 大多数随机误差服从正态分布规律，因此 可用求取算术平均值的方法予以消除随机 误差。
3、粗大误差 粗大误差是指由于操作人员的操作错误、 粗心大意及仪表的误动作等原因而造成的 误差，也称为疏失误差。即明显歪曲事实 的误差，称为粗大误差。 粗大误差通常表现为数值较大且无任何规 律，含粗大误差的测量值称为坏值，应当 剔除。为避免测量结果出现粗大误差，要 求操作人员在测量过程中避免失误。
自动控制基础知识.详解
例2：“是”函数的真值 表
例3：“与”函数的真值 表
例4：“或”函数的真值 表
三、卡诺图
卡诺图：就是按一定规则画出的方块图。
图中一个方块就代表变量的一种取值情况，和真值表类似， 有n个逻辑变量，在卡诺图中就有2n 个格。
0 a1
aa
图1.19 单变量 卡诺图
3 复合控制
计算
给定值
计算
执行
测量
干扰
受控对象
被控量
测量
图1.7 复合控制框图
§1.2 传递函数与环节特性
一、比例环节
其传递函数为：
特点：当输人信号变化时，输出信号会同时以一定的比例 复现输入信号的变化。
x(t)
y(t)
A A
KA A
图1.8 比例环节动态特性
二、一阶环节
其传递函数为： 特点：当输入信号x(t)作阶跃变化后，输出信号y(t)立刻以
“非”函数可用常闭开关符号代表：
“非”函数的基本性质如下：
(2) 双变量(多变量)运算
设变量“a、b、c、d…”，函数S，有如下运算： a．“与”函数
又称“逻辑乘”，表示“同时”、“共同 ” 等价表于达两式个为常：开开关串联：
基本性质： 置换律： 结合律： 几个特殊关系：
当有n个变量时，“与”函数可表示为： 上述性质均成立
（2）过渡过程的5个品质指标
y
图1.13 定值系统的过渡过程
最大偏差A 过渡时间ts 余差C 衰减比ψ 振荡周期Tp
§1.4 自动控制的基本方式
f 被控对象
uห้องสมุดไป่ตู้
控制器
c
c
e
r0
图1.14 控制系统方框图
《初级工》第七章 自动调节系统的基本知识及应用
当t=３Ｔ时，
h(3T ) KA(1 e ) 0.95KA 0.95h()
从加入输入作用以后，经过3T时间，h已经变化了全部变 化范围的95%，这时，可近似认为动态过程基本结束。
3
c、时间常数τ对控制系统的影响
对控制通道的影响： 在相同的控制作用下，时间常数大，被控变量的变化 比较缓慢，则过程比较平稳，容易进行控制，但过渡 过程时间较长；若时间常数小，被控变量的变化速度 快，则控制过程比较灵敏，不易控制。时间常数太大 或太小，对控制都不利。
Kp ——比例调节器的放大倍数
只需改变支点o的位置就可以改变放大倍数Kp 的大小。工业中所用的调节器都用比例度来表 示比例调节的强弱。
其中（xmax-xmin）为仪表量程，（ymax-ymin）为调 节器输出量的范围 但比例调节不能使被调量恢 复到给定值而存在余差，因而调 节准确度不高。当调节质量要求 较高时，需要加上积分调节来消 除余差。
mD—扰动作用；μ—执行机构位移；D—软化水流量； W—生水流量；h—软化水箱水位；h0—水位给定值； i1—水位偏差信号；i2—调节信号
三、自动调节系统的特征分类
1、按给定值信号的特征分类
①定值调节系统
②随动调节系统
③程序调节系统
2、按工作原理分类 ①反馈调节系统 ②前馈调节系统
③前馈-反馈调节系统
对上式求导：
当t=0时，
h
dh KA t T e dt T dh KA h() dt T T
当对象受到阶跃输入作用 后，被控变量如果保持初 始速度变化，达到新的稳 态值所需要的时间就是时 间常数。
h(∞)
0.632h(∞)
0
T
自动控制系统的动态特性及控制方式特点
自动控制系统的动态特性及控制方式特点计信学院2011级自动化 XX 2011XXXX摘要：在自动系统中，外界坏境总在不停地变化着，控制量不可能回复到给定值，自动控制系统不得不不断检测，调节系统。
为了消除被控对象由于外界扰动而引起误差，常采取反馈控制和扰动补偿关键词：自动控制系统的动态、稳定性、不稳定性、反馈控制、扰动补偿引言：自动控制不会只是一个静态过程，总存在着被控对象的惯性、传感器信号滞后或外界情况变化等原因导致自动控制的动态性质。
因此，我们可引用反馈控制和扰动补偿等方式来解决此误差。
一、自动控制系统的动态行为描述所谓自动化，是指机器或是装置在无人干预的情况下按规定的程序或是指令自动地进行操作或是运行。
在自动控制系统进行着：不断地检测被控制量，并反馈、比较，不断地得到误差信号的过程；而且进行着：借助于此误差信号，不断地进行地通过变换、放大使执行机构动作，力图使被控制量回复到给定值并消除误差的过程，这是一个动态过程。
就像工业锅炉系统（如图一）。
系统温度、喷水器、鼓风器都有惯性。
这就是说：假如燃料量突然降为0，系统温度也不会突然降为零：送风机的电压降为零时，该电动机还是要由原速逐步降为零。
只不过系统温度下降的更加慢。
图一由此可知，电炉、电动机等惯性的存在是自动系统产生动态调节过程的根本原因。
特别是当系统各元件的参数配合不当，特别像是燃料量不足以迅速控制气压，喷水量不足以控制气温时，使得执行环节不能很好的控制被控对象，冲过头无法避免。
还有就是传感器的滞后性，通常我们无法准时得到所需的信号，我们必须通过微分方程来求解。
二、不稳定性及其原因稳定性就是指系统当扰动消失后，由初始偏差状态恢复平衡状态的性能。
具体的说，如果系统受到扰动，偏离了原来的平衡转台；而当扰动消失后，系统又能逐渐恢复到原来的平衡状态，则称为系统的稳定性，或具有稳定性。
否则，系统就是不稳定的或是具有不稳定性。
稳定性是系统去掉扰动后，自身的一种恢复能力所以是系统的一种固有特性，这种固有的稳定性只取决于系统的结构参数而与初始条件以及外作用无关。
仪表试题4
仪表试题（4）一、填空1、数字电路中三种最基本的逻辑关系为（与）、（或）、（非）。
2、自动调节系统主要由（调节器）、（调节阀）、（调节对象）和（变送器）四大部分组成。
3、自动调节系统按调节器具有的调节规律来分，通常有（比例）、（比例积分）、（比例微分）、（比例积分微分）等调节系统。
4、在测量过程中，由仪表读得的被测值与真实值之间存在一定的差距称为（测量误差）。
5、系统输出的被调量和输入端之间存在着反馈回路的系统为（闭环）系统。
6、调节阀所能控制的最大流量Qmax与最小流量Qmin之比，称为调节阀的（可调比），以R表示7、仪表测量中的五大参数是（温度）、（压力）、（物位）、（流量）、（在线分析）8、锅炉汽包液位一般用（给水流量）、（蒸汽流量）、（汽包液位）组成三冲量液位控制系统。
9、反馈分为（正）反馈和（负）反馈。
10、为了实现微机对生产对象的控制，必须把计算结果送给相应的（执行机构）。
11、执行器所要求的信号分为（连续的控制电压、控制电流信号）和（数字量或开关量信号）。
12、执行机构所要求的连续的控制电压、控制电流信号作用于各种（调节阀）、（显示记录仪）、（伺服机构）等。
13、在自控系统中，仪表位号首位为F代表（流量），D代表（密度）。
14、数字电路中的基本逻辑关系有（与）（或）（非）三种。
15、自动调节系统常用的参数整定方法有（经验法）、（衰减曲线法）、（临界比例度法）、（反应曲线法）。
16测量一个电路的电流，电流表必须和这个电路（串联）。
为了使电流表的接入不影响电路的原始状态，电流表本身的（内阻抗）要尽量小17、屏蔽分为（磁场屏蔽）和（电场屏蔽）两种。
18、控制方式一般分为（手动）和（自动）两大类，如果纠正系统的偏差是由人直接操作，这种回路称为（手动控制系统）；如果系统具有反馈通道组成的闭环回路并能自动纠正偏差，这种系统称为（自动控制系统）。
19、单位时间内流过管道截面的流体数量，称为（流量）；流量分为（瞬时流量）和（累积流量）又可分为（体积流量）和（质量流量）。
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仪表维修工考试题库仪表维修工考试题库一、基础知识（25%）(一）电子电工基础（6%）1.对于一个电源来说，它既有电动势又有电压。
（√ )2.二极管具有开关特性,二极管正向导通时相当于闭合的开关。
（√ )3。
正弦交流电是指交流电的角频率按照正弦规律变化.( ╳）正弦交流电是指交流电的瞬时值按照正弦规律变化。
4.磁通可以用垂直于磁场方向上某面积的磁力线数量来表示。
（√）5.标准电桥用来精确测量电阻。
（√）6。
标准电位差计用来精确测量电压。
（√）7。
基尔霍夫第一定律表明电流具有连续性,在电路的任一节点上，不可能发生电荷的累积,即流入节点的总电量等于同一时间内从这个节点流出去的总电量。
（√ )8。
线圈中产生的自感电流的方向总是和自感电动势方向相同。
（√）9。
单相交流电的纯电阻电路中，电流与电压的频率相同，相位不同。
( ╳）单相交流电的纯电阻电路中,电流与电压的频率相同，相位也相同。
10.电容器在储存和释放电荷（即充放电）的过程中，电荷在电路中移动所引起的电流叫做充放电电流.( √）11。
我国规定市电为220V、50HZ，那么此种交流电的最大值为311V。
( √ )12。
楞次定律的内容可表述为：线圈中感生电流产生的磁场总是（ C ）原磁通的变化.A.增加B.减少C.阻碍D.保持13.由于流过线圈本身的（ D ）发生变化，而引起的电磁感应叫自感现象。
A.磁力线 B。
磁场 C.电压 D。
电流14.单相交流电路的纯电容电路中，有功功率等于（ D ）A.瞬时功率的最大值B. 瞬时功率的最大值的一半C. 瞬时功率的最大值D.零15。
凡是遇到有人触电，必须用最快的方法，首先要做的事情是（ A ）A。
使触电者脱离电源 B。
拨打急救电话120 C。
进行人工呼吸 D.心脏胸外挤压16。
发生电火警时，最重要的是必须首先做的事是( D ）A。
赶紧救火 B. 赶紧报警，拨打消防电话119C. 赶紧抢救人员和物资 D。
赶紧切断电源17。
调速系统的静态特性
并行机组负荷自动变化的特点: 并行机组负荷自动变化的特点:
图中： 图中：△abc与△ABC相似 与 相似
P PH 1 1 = n nmax nmin
H n p1 ∴p1 = × n0 δ1
同理 特点： 特点：
H n p2 p2 = × n0 δ2
每台机组承担的功率变化与机组额定功率成正比； 每台机组承担的功率变化与机组额定功率成正比； 每台机组承担的功率变化与机组速度变动率δ成反比； 每台机组承担的功率变化与机组速度变动率δ成反比； 这些特点适用于并列运行电网中的所有机组。 这些特点适用于并列运行电网中的所有机组。
4、迟缓现象在四方图上的表示ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有对应关系； （i）如无迟缓现象，n－z－m－P有对应关系； ）如无迟缓现象， － － － 有对应关系 点运行， （ ii）开始汽轮发电机组稳定在 点运行 ， 转速 ） 开始汽轮发电机组稳定在1点运行 为n1，z1， m1，P1； （ iii） 如外界负荷降低 ， 转速升高 ， 由于迟缓 ） 如外界负荷降低， 转速升高， 存在转速刚上升时， ＝ ， 不变。 存在转速刚上升时，z＝0，m，P不变。当 ， 不变 转速达到n 离心力克服迟缓后， 转速达到 2时，离心力克服迟缓后，滑块位 的升高而升高， 不变。 移z随n的升高而升高，此时m2P2不变。第 随 的升高而升高 此时 二象限内，静态特性线为两根，在这范围内， 二象限内， 静态特性线为两根， 在这范围内， 转速的变化不引起z变化 变化， 转速的变化不引起 变化 ， 称调速器的不灵 敏区； 敏区；
二、速度变动率
1、定义：在不考虑同步器作用的前提下，当外界负荷发生变化，即使 、定义：在不考虑同步器作用的前提下，当外界负荷发生变化， 调速系统动作，稳定工况下的转速要发生微小变化。功率P↑则转速 则转速n↓。 调速系统动作，稳定工况下的转速要发生微小变化。功率 则转速 。 速度变动率定义
第一章控制系统的状态空间表达式
K1
(S
1)3
1 S(S 1)3
S1
1
K2
d
ds
(S
1)3
1 S(S 1)3
S 1
1
K3
1 d2
2!
ds
2
( S
1)3
1 S( S 1)3
S 1
1
K4
S
S(
1 S 1)3
S 0
1
因此，
F(s)
(S
1 1)3
(S
1 1)2
1 S 1
1 S
查拉普拉斯关系对照表，得：
比例环节的传递函数为： G(s) C(s) K
R(s)
作比例环节的阶跃响应曲线图
R(t)
X0
0
C(t)
t
KX0
0
t
图2-10 比例环节的阶跃响应曲线
2、积分(Integral)环节
积分环节的微分方程为： c(t) 1
t
r(t)dt
Ti 0
式中，Ti—积分时间。
积分环节的传递函数为
G(s) C(s) 1 R(s) TiS
fr
式中fr—阀门局部阻力系数。
动态数学模型
▪ 动态
----运动中的自动调节系统（或环节），当输入 信号和输出信号随时间变化时，称系统（或 环节）处于不平衡状态或动态。
▪ 动态数学模型（动态特性）---在不平衡状态时，输出信 号和引起它变化的输入信号之间的关 系，称为系统（或环节）的动态特性。
1.数学模型的建立
例2 求的反变换
※解：
F(s)
S2
S
3 2S
2
F(s)
S 3
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在自动化领域内，把被调参数不随时间变化的平衡状态称为系统的静态，而把被调参数随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。
当一个自动调节系统的输人(给定和干扰)和输出恒定不变时，整个系统处于一种相对的平衡状态，系统的调节器、变送器、调节阀等环节都不故变原先的状态，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态就是静态。
假若一个系统原来处于相对平衡状态即静态，由于干扰的作用而破坏了这种平衡时，被调参数就会跟着变化，从而使调节器等自动化装置也就会改变调节参数以克服干扰作用的影响，并力图使系统恢复平衡。
从干扰发生开始，经过调节，直到系统重新平衡为止，在这段时间内，整个系统的各个环节和参数都处于变动状态之中，这种状态叫做动态。
应该指出，研究一个系统，了解它的静态是必要的，但是了解它的动态更为重要。
因为平衡(静态)是暂时的、相对的、有条件的，而不平衡(动态)才是普遍的、绝对的、力条件的。
一个自动调节系统在正常工作时，总是处于一波末平、一波又起、波动不止、往复不息的动态过程中。
显然，研究的重点应是系统的动态。
管道雷诺数ReD体的密度有关，采用力检测方式的涡街流量计，检测元件所受到交变作用的大小也与密度成正比。
由此可见，涡街流量计的下限雷诺数和仪表检测元件的灵敏度均与被测流体的密度有关。
所以，选型时，对仪表的下限流量和下限雷诺数的确定应考虑密度的因素。
有的生产厂给出了计算最小流量。
对于气体和蒸汽的工作状态密度小于式中限定的密度，但大于0.6kg/m3时，气体、蒸汽可查图13-3的曲线，确定可测最低流速。
例如一台通径为150mm的涡街流量计，用于测量饱和蒸汽，工作压力为0.5MPa（绝压），通过手册查到饱和蒸汽密度为2.68kg/m3根据图13-3曲线，可确定最低流速约4.5m/s。
需要注意的是图13-2和13-3曲线及经验公式都是仪表制造厂根据生产的涡街流量计的特性，经试验确定的。
不可盲目套用，以防造成错误选型。
电磁流量计是基于电磁感应定律而工作的流量测量仪表。
当导电的被测介质垂直于磁力线方向流动时，在与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生一个感应电动势EX，它与被测介质在磁场中运动的速度成正比，其关系式（2-3-10）如下：; t! r! {& h- aEX= B Dv （2-3-10）6 [8 r9 y8 V0 Z[式中B磁感应强度，T；1 a4 D" v" w, Z8 d`# Z D导管直径，即导体垂直磁力线的长度，m；, J- n6 y2 s, ]3 qν被测介质在磁场中运动的速度，m/s；9 l; d& a4 L% p9 k3 z" ]: h4 E& O流体流速ν与管道截面积A相乘，即可得体积流量Q。
因此，它是一种速度式流量计。
它由检测和转换两个单元组成。
被测介质流经检测单元变换成感应电势，然后再由转换单元将感应电势放大，转换成４～２０ｍＡDC的直流标准信号输出，或转换成脉冲信号输出。
; n" K’ M- j’ t6 |$ F1 M12、电磁流量计的安装要求! H6 I3 ve8 y+ H答. 1) 为保证满管条件，变送器最好垂直安装，如果不能垂直安装，水平安装也可以，但要使两电极在同一水平面上；* r) o3 o; f; Y! o/ D# j2) 电磁流量计信号较弱，满量程时仅2.5～8mA，流量很小时，仅几微伏，外界略有干扰就会影响精度。
因此，变送器外壳、屏蔽线、测量导管以及变送器两端的管道都要接地，并要单独设置接地点，转换器已通过电缆线接地，故勿再行接地。
5 Z9 [6 F- l- [% G/ P3) 变送器安装位置要远离一切磁源，不能有振动；2 M’ m- }* j: C: q4) 信号电缆要用说明书中规定的屏蔽电缆；信号线和励磁线要分开敷设；信号电缆两端接头的外露部分要保持最短，屏蔽层剥除到只要能与接线端子相连就够了；信号线越短越好，转换器要尽量接近变送器；; |9 n. y2 K: C/ r# Iv0 s6 ]5) 转换器和变送器必须使用同一电源& F{) z+ ]; F, ~6) 变送器上游侧应有不小于5D的直管段，当有阀门、扩大管时应加长到10D。
& s& |* t4 P6 pJ/ D通常电磁流量传感器外壳防护等极为IP65（GB 4208规定的防尘防**级），对安装场所有以下要求。
/ [* V8 x; l# d1）测量混合相流体时，选择不会引起相分离的场所；测量双组分液体时，避免装在混合尚未均匀的下游；测量化学反应管道时，要装在反应充分完成段的下游；3 y) g$ CG) F2）尽可能避免测量管内变成负压；‘ Ui* a/ Z) v& w4 ~3）选择震动小的场所，特别对一体型仪表；2 l+ F6 g. n2 S: U& ~6 u4）避免附近有大电机、大变压器等，以免引起电磁场干扰；- Y7 D$ k9 J1 z: g, _5）易于实现传感器单独接地的场所；4 h! W, Q7 `& X4 E. q$ t: u6）尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体；5 d* z9 f* R’ Y- p, ?6 s" A7）环境温度在－25/－10～50/600℃范围内，一体形结构温度还受制于电子元器件，范围要窄些；; @" T3 I3 }3 @3 n4 ）环境相对湿度在10%～90%范围内；7 K, _5 |3 C; A’ L- Y9）尽可能避免受阳光直照；# L& f. H9 J0 J. Y. G4 ~7 `10）避免雨水浸淋，不会被水浸没。
8 q1 _2 i0 o. U如果防护等级是IP67（防尘防浸水级）或IP68 （防尘防潜水级），则无需上述8）、10）两项要求。
) l9 c. a, J7 \" Z" z. o* l3 }5 O$ S（2）直管段长度要求7 f4 xm9 ?! o1 i: p 为获得正常测量精确度，电磁流量传感器上游也要有一定长度直管段，但其长度与大部分其它流量仪表相比要求较低。
90º弯头、T形管、同心异径管、全开闸阀后通常认为只要离电极中心线（不是传感器进口端连接面）5倍直径（5D）长度的直管段，不同开度的阀则需10D；下游直管段为（2～3）D或无要求；但要防止蝶阀阀片伸入到传感器测量管内。
各标准或检定规程所提出上下游直管段长度亦不一致，汇集如表2所示，要求比通常要求高。
这是由于为保证达到当前0.5级精度仪表的要求。
’ +* n- F9 [7 D7 W: K2 x0 B扰流件名称标准或检定规程号9 f; Y0 n" I# S5 J3 N2 B ISO 6817 ISO 9104 JIS B7554 ZBN 12007 JJG 1989 p- V0 {% U9 NE上游弯管、形管、全开闸阀、渐扩管10D 或制造厂规定10D 5D 5D 10D6 k! M3 j, w+ k3 c; A* y9 Z# f渐缩管可视作直管- R: m( c- e. [$ q* Z其他各种阀10D ( H# J. F4 l/ P下游各类未提要求5D 未提要求2D 流动。
这样能避免水平安装时衬里下半部局部磨损严重，低流速时固相沉淀等缺点。
: ]* s+ @; u9 K 水平安装时要使电极轴线平行于地平线，不要处于垂直于地平线，因为处于地步的电极易被沉积物覆盖，顶部电极易被液体中偶存气泡擦过遮住电极表面，使输出信号波动。
图5所示管系中，c、d为适宜位置；a、b 、e为不宜位置，b处可能液体不充满，a、e处易积聚气体，且e处传感器后管段短也有可能不充满，排放口最好如f形状所示。
对于固液两相流c处亦是不宜位置。
0 E9 a( dZ4 w7 P（4）旁路管、便于清洗连接和预置入孔* {. p, ]: G# F4 Z% p1 S5 L& e8 ]2 N" j+ C" e& s为便于在工艺管道继续流动和传感器停止流动时检查和调整零点，应装旁路管。
但大管径管系因投资和位置空间限制，往往不易办到。
根据电极污染程度来校正测量值，或确定一个不影响测量值的污染程度判断基准是困难的。
除前文所述，采用非接触电极或带刮刀清除装置电极的仪表，可解决一些问题外，有时还需要清除内壁附着物，则可按图6所示，不卸下传感器就地清除。
4 F. g/ k5 P$ k; l7 B对于管径大于1.5～1.6m的管系在EMF 附近管道上，预置入孔，以便管系停止运行时清洗传感器测量管内壁。
& T% ?! U’ P2 S: h& o, N* T" G9 g6 A6 e& A0 B（5）负压管系的安装0 K" N+ d% Q+ c8 _- a. |5 Y% D1 f! E 氟塑料衬里传感器须谨慎地应用于负压管系；正压管系应防止产生负压，例如液体温度高于室温的管系，关闭传感器上下游截止阀停止运行后，流体冷却收缩会形成负压，应在传感器附近装负压防止阀，如图7所示。
有制造厂规定PTFE 和PFA 塑料衬里应用于负压管系的压力可在200C、1000C、1300C时使用的绝对压力必须分别大于27、40、50KPa.’ B; ** s6 L0 S6 h% l: x+ i2 E& Z0 C* g; a- m4 k! r（6）接地# ~- G0 q1 Ey`! D$ O7 q( _* ?4 Z- s’ X3 G传感器必须单独接地（接地电阻100Ω以下）。
分离型原则上接地应在传感器一侧，转换器接地应在同一接地点。
如传感器装在有阴极腐蚀保护管道上，除了传感器和接地环一起接地外，还要用较粗铜导线（16mm2）饶过传感器跨接管道两连接法兰上，使阴极保护电流于传感器之间隔离。
9 y2 D. J# D; E* n$ H" @有时后杂散电流过大，如电解槽沿着电解液的泄漏电流影响EMF 正常测量，则可采取流量传感器与其连接的工艺之间电气隔离的办法。
同样有阴极保护的管线上，阴极保护电流影响EMF 测量时，也可以采取本方法。
$ t! v/ J) *) m0 t6 N 6 Z’ i. ~# l2 I’ vs4 h3 X7.3转换器安装和连接电缆- t- I8 D’ ?’ j( ~一体型EMF 无单独安装转换器；分离型转换器安装在传感器附近或仪表室，场所选择余地较大，环境条件比传感器好些，其防护等级是IP65 或IP64 （防尘防溅级）。