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 a

8.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。即估计出来的参数能使方程组误差平方和最小：

9.两点法建模步骤

第一，求过程的静态放大系数K 0；

第二，T 1、T 2可根据阶跃响应曲线上的两个点的位置来确定

1）作y(t)稳态值的渐近线y(∞)

2）读取曲线上y(t1)所对应的时间t1值

3）读取曲线上y(t2)所对应的时间t2值 4）运用如下公式计算T1、T2，即16.22121t t T T +≈

+、 55.02174.1)(22121-≈+t t T T T T （46.02

132.0 t t ） 第三章

1.过程控制系统设计步骤：①建立被控过程的数学模型②选择控制方案③控制设备选型④实验和仿真

2.热电偶工作原理：利用导体或半导体的热电效应，将温度的变化转换成电动势的变化。即：当两种不同材料的导体或半导体A 、B 连接成一个闭合回路时，只要两连接点温度不同，回路中就会产生热电动势，并产生电流。

3.执行器热电偶保持冷端温度的方法：补偿导线法、冰浴法、补偿电桥法、计算法

4.执行器的分类：电动执行器、气动执行器、液动执行器

5.常用压力检测器有哪些：弹性式压力表和电气式压力表液柱式压力表、活塞式压力表

6.常用压力检测器分类方法：根据弹性元件受力变形原理、根据流体学原理、根据液压机传递原理、将压力转化为电势等电量的原理

7.调节阀的理想流量特性及其方程：

8.力平衡式压力传感器的工作原理：差压变送器式根据力平衡原理工作的。被测压差经膜片转换成作用于主杠杆下端的一个向左的推力F ，使主杠杆以密封膜片为支点作顺时针方向偏转，以力F1沿水平方向推动矢量机构。矢量机构是一个角度可变的力分解器，将F1分解成F2和F3。F3消耗在支点上，F2使矢量机构的推板向上移动，带动副杠杆以M 为作支点逆时针方向偏转，这样使固定在副杠杆上的检测片向检测变压器靠近，从而减小磁路气隙，使检测变压器输出增加，并通过放大器放大为4~20mA 的直流电输出。同时此电流通过反馈圈，产生电磁反馈力，此力的方向与测量力F 相反，故称为反馈力。当反馈力矩与测量力矩平衡时，则变送器的输出电流与被测压差成正比，从而实现压差与电流间的转换。

9.温度变送器的工作原理：

)()()2()1()()2()1()(2121k e n k u b k u b k u b n k y a k y a k y a k y n n +-++-+-=-++-+-+ 1221()min n n T k n J e k e e ++=+==?→∑

1.PID 理想传递函数

2.P 、PI 、PD 、PID 具体物理意义：

比例控制规律P:采用P 控制规律能较快地克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差。

比例积分控制规律PI:在工程上应用最广泛，积分能消除余差，适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。

比例微分控制规律PD ：微分具有超前作用，对于具有容量滞后的控制通道，能有效改善系统的动态性能指标。对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合，如温度或成分控制，选用比例微分控制规律可以提高系统的稳定性，减小动态偏差。

比例积分微分控制规律PID: PID 控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除误差，再加入微分作用，提高系统的稳定性。适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制场合。

3.模拟位置型PID 算式与增量型PID 算式的推导及优缺点：

在模拟过程控制中，PID 控制算式为])()(1)([)(1dt

t de T dt t e T t e Kc t u D ?++= 将积分与微分项分别改写成差分方程：∑?=≈k

j j Te dt t e 0)()(

T

k e k e dt t de )1()()(--≈ T ：采样周期 K ：采用序号，K=0,1,2,.........

e(k-1)、e(k)-第(k-1)和第k 次采样所得的偏差信号

可得数字PID 算式：})]1()([)()({)(0∑=--++=K J D I C k e k e T

T j e T T k e K k u ① u(k):第k 时刻的控制输出

位置型PID 算式：})]1()([)()({)(0∑=--++=K J D I C k e k e T

T j e T T k e K k u 增量型PID 算式：})]2()1([)()1({)1(101∑-=---++-=-k j D C k e k e T

T j e T T k e K k u ②

①-②得：)]2()1(2)([)()]1()([)(1-+--++--=?k e k e k e K k e K k e k e K k u D C K C ：比例增益 K I ：积分增益 K D ：微分增益

位置型PID 算式的优点：数字PID 控制器的输出u(k)通常都送给D/A 转换器；缺点：算式不够方便，因为要累加偏差e(j)，不仅要占用较多的存储单元，而且不便于编程序。 增量型PID 算式的优点：编程序简单，占用存储单元少，运算速度快；缺点：

4.PID 的改进：（1）积分项的改进①积分分离②抗积分饱和③消除积分不灵敏区（2）微分项的改进①偏差平均②测量值微分先行

1.过程控制系统的性能指标：（1）系统阶跃响应性能指标①余差（静态偏差）②衰减率③最大偏差A （或超调量σ）④过渡过程时间ts （2）偏差积分性能指标①偏差绝对值积分min |)(|0→=?∞dt t e J ②偏差绝对值与时间乘积德积分min |)(|t 0→=?∞

dt t e J ③偏差平方值积分min )(02→=?∞

dt t e J ④时间乘偏差平方积分min )(02→=?∞

dt t te J 2.偏差积分性能指标的定义及物理意义

3.控参数选测的一般原则：答：①控制通道放大系数K0要适当大一些，时间常数T0要适当小一些，纯滞后τ0 越小越好②扰动通道放大系数Kf 要尽可能小，时间常数Tf 要大一些,扰动作用点位置要远离被控量的检测点 ③过程本身存在多个时间常数时，应尽量设法使他们越错开越好 ④控制量应具有可控性，工艺操作合理性，经济性。

4.控制器参数整定方法①动态特性参数法②稳定边界法③阻尼振荡法④现场经验整定法⑤极限环自整定法

第六章

1.串级控制系统的工作原理：（以加热炉控制为例）当处在稳定工况时，被加热物料的流量和温度不变，燃料的流量与热值不变，烟囱抽力也不变，炉出口温度和炉膛温度均处于相对平衡状态，调节阀保持一定开度，此时炉出口温度稳定在给定值上，当扰动破坏了平衡工况时，串级控制系统变开始了其控制过程。

2.串级控制系统的框图

3.串级控制系统的特点：①改善被控对象过程的动态特性②大大增强了对二次扰动的克服能力③对一次扰动有较好的克服能力

4.主副回路的工作特点及作用：主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。因此，在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，大大提高了控制质量。

5.怎样避免主副回路控制效应

6.大滞后预估补偿的工作原理，理论推导和框图

Smith预估补偿控制是克服纯滞后的一个有效的控制方法。其基本原理是与控制器Wc(s)并联接一个补偿环节，用来补偿被控对象中的纯滞后部分。这个补偿环节称为预估器。

其传递函数为

)

1

)(

(

)

(s

o

e

s

W

s

Wττ

-

-

=

单回路系统闭环传递函数为：

s

c

s

c

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s

W

s

W

e

s

W

s

W

S

X

s

Y

τ

τ

-

-

+

=

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

)

(

（1）Smith预估器原理图：

输出给定值的闭环传递函数：

)(

)()1(1)()(1)()()

1(1)()()()(0000s W s W e e s W s W s W s W e e s W s W S X s Y c s s c c s s

c ττττ-----++-+=

s

s c c e s W e s W s W s W s W ττ--=+=)()()(1)()(100由此可见，经预估补偿，其特征方程已消去e s Γ-，及消除了纯滞后对系统控制品质的不利影响。

2）Smith 预估补偿环节：

（3）Smith 等效图：

4、分程与选择的特点？ 答：分程控制特点：将两个调节阀当作一个调节阀使用，可扩大其调节范围，改善其特性，提高控制质量。

选择性控制系统的特点：采用了选择器，可适应不同生产过程的需要。

5、前馈工作的特点，对于复杂的被控系统，要求会写前馈控制器？

答：特点①前馈控制器是基于扰动来消除对被控量的影响 ②对抑制量由于扰动引起的动、静态偏差比较有效 ③前馈控制属于开环控制 ④只适用于克服可测不可控的扰动，而对系统中的其它扰动无抑制作用 ⑤前馈控制器的控制规律，取决于被控对象的特性。

Wm(s):前馈控制器 Wf(s):扰动通道传递函数

Wo(s):控制通道传递函数 F(s):扰动

由图可得：Y(s)=Wf(s)F(s)+Wm(s)Wo(s)F(s)

故Y(s) / F(s)=Wf(s)+Wm(s)Wo(s)

要使Y(s) / F(s)=0，则

前馈控制器模型： Wm(s)= –Wf(s) / Wo(s)

第七章

1、智能控制特点

答：①同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的混合过程，也往往是那些含有复杂性，不完全性，模糊性或不确定性以及不存在已知算法的非数学过程，并以知识进行推理，以启发引导求解过程②智能控制的核心在高层控制，即组织级③智能控制器具有非线性特性④智能控制具有变结构特点⑤智能控制器具有总体自寻优特性⑥智能控制系统应能满足多样性目标的高性能要求⑦智能控制是一门边缘交叉学科⑧智能控制是一个新兴的研究领域