TPS系统中的复杂控制

T PS 系统中的复杂控制

陈金星,刘家胜

(安徽淮化集团有限公司,安徽淮南　232038)

　[摘　要]介绍废热锅炉液位和气化炉氧煤比的控制方案及其在T PS 系统中的实施过程。　[关键词]废锅液位;氧煤比;控制模式

　[中图分类号]T Q 056.8　[文献标识码]B [文章编号]1004-9932(2002)01-0047-03

The complex control in TPS system

CHEN Jin-xing ,LIU Jia-sheng

(A nhui H uainan Chemical Gr oup Co .L td ,H uainan 232038,China )

Abstract :The paper introduces the config uration for the control of the level in w aste heat boiler and the volume r atio of ox yg en to coal slur ry in g asifier,w ith presentation of its ex ecution in T PS sy stem.Key words :w aste heat boiler;ratio of o xy gen to coal slurry ;contro l m ode [收稿日期]2001-05-28

[作者简介]陈金星(1968-),男,安徽宿州人,工程师。

我公司于2000年10月投产的18万t /a 合成氨和30万t/a 尿素新建工程中采用了三套美国Honeyw ell 公司新近推出的T PS (T otal Plant Solutio n)系统,该系统控制功能相当丰富。下面将在T PS 系统中实现的复杂控制作一介绍。1　废热锅炉液位的自动控制1.1　液位测量

废热锅炉(E2601)的液位控制极为重要,因此在管道设备上设置以下仪表:LT 4001(仅用于指示)液位测量采用的仪表是1151系列智能型差压罐安装方式的差压变送器,LT 4002(用于控制)液位测量采用的仪表是1151系列智能型平衡容器安装方式的差压变送器。另设有LAL 4003、LAH 4004浮球式液位开关,分别用来进行液位高低报警。为确保E2601的安全,设有LSLL4005浮球式液位开关检测液位的低低限,此信号进入紧停系统(ESD FSC101R/102)中参与整个合成部分的联锁过程,一旦液位达到低低限,则整个合成装置停车,以防止废锅干锅,避免人身和设备事故的发生。

1.2　液位控制

稳定控制运行中废锅液位是非常重要的。液位过高将导致蒸汽带液,损坏下游设备,液位过低易造成干锅,甚至发生严重事故。正常情况下液位控制是通过调节锅炉进水量实现的,但当蒸汽用量大幅度增加时,锅炉内蒸汽压力瞬间急剧下降,水沸腾加剧,汽泡量迅速增加,汽泡不仅出现在锅炉内水的表面,而且出现在水面以下,汽泡把水面抬高,造成虚假液位,经过一定时间,压力重新建立,假液位消失,液位下降,再加上锅炉给水量的变化,所以在废锅液位的调节中,采用了液位、蒸汽量、进水量的三冲量调节。这样当出现假液位时,因蒸汽用量增加,蒸汽作为前馈量直接作用到副调流量调节器上,不等液位降低,就会给锅炉补充更多的软水,当给水压力波动引起流量变化时,直接通过流量副调进行控制,不会造成液位的较大波动。信号流向见图1。在T PS 中,PV 点可对输入信号进行各种处理,如高低选择、计算、流量信号的温度压力补偿等;PID 点可实现PID 各种组合方式的控制运算;逻辑点可实现各种逻辑运算、计时、计数及单纯的马达控制等。

由于蒸汽流量FT 4001受蒸汽压力变化影响很大,因此建了一个PV 点FI4001,作为蒸汽压力PT4006对流量FT 4001进行压力补偿后的流

第1期2002年1月

中　氮　肥

M -Sized Nitrog enous Fertilizer Pr ogress No.1Jan.2002

图1　废锅液位控制信号流程图

量值,根据需要,再建一个LXY4002.PV点用于计算,将计算值送给流量调节器FICA4002作为设定值(SP值),其计算公式为:

LXY4002.PV=C1*P1+C2*(P2-C3)(1)

C1=1,C2=1,C3=50

P1=FI4001.PVP;压力补偿后的蒸汽流量(百分数)

P2=LICA4002.OP;液位调节器的输出值

将LXY4002.PV设定为FICA4002的给定值,即实现了三冲量控制。

1.3　无扰动切换

Honey w ell的TPS系统控制软件具有初始化功能和PV跟踪功能,分别用于实现串级控制与人工手动控制或自动控制间的无扰动切换以及手动控制与自动控制之间无扰动切换。

PV跟踪功能是指调节器处于手动控制时,给定值SP自动跟踪测量值PV(即SP=PV),这样当调节器由手动控制向自动控制转换时,SP和PV的偏差为零,实现了操作方式的无扰动切换。初始化功能的含义是串级控制中副调节器的控制方式投向串级(CAS)前,主调节器的输出不能送给副调节器作为给定值,主调节器的输出(OP)随副调节器的设定值(SP)而变化,同时利用主调节器自身具有的PV跟踪功能,这样,当副调节器返回串级控制时,主调节器的输出等于副调节器的给定值,实现了手动控制和串级控制的无扰动切换。

需要说明的是,当主调节器和副调节器之间通过副调节器的输入以拉入方式实现连接时,主调节器的输出不具有初始化功能。

根据上面分析,图中列出的两个调节器LICA4002和FICA4002之间不能直接连接,无法直接应用初始化功能,仅能用到PV的跟踪功能,这样副调节器FICA4002从手动控制或自动控制向串级控制切换时,无法直接应用TPS的控制软件功能实现无扰动切换。为了实现无扰动切换,必须满足副调节器FICA4002投向CAS时, LXY4002的值等于FICA4002的SP值,由于(1)式中C1、C2、C3、P1在T PS正常运行时均不可任意改变,只能改变P2。

第一步,根据FICA4002.SP值反算LICA4002.OP

(1)式计算出的值为FICA4002在串级控制时的SP值,应有:

LICA4002.OP=(P2-C1*P1)/C2+C3(2)

C1=1,C2=1,C3=50

P1=FI4001.PVP;压力补偿后的蒸汽流量(百分数)

P2=FICA4002.SP;液位调节器的输出值

为实现切换到CAS控制时的无扰动切换,我们建了一个FXY4002.PV点进行上式的计算,即:FXY4002.PV=(P2-C1*P1)/C2+C3　(3)若LICA4002.OP等于FXY4002.PV,即可达到目的。

第二步,给LICA4002.OP赋值

如给PID点LICA4002的OP点赋值, LICA4002的控制方式必须置为手动,因此我们在组态PID点LICA4002时,将其组态为可通过外部开关进行控制的模式,然后利用LICA4002点的外部控制开关先将其置于手动控制模式,再给其赋值,因而我们建了一个逻辑点LICA4002.LG,实现外部开关的控制功能。

FICA4002工作在手动或自动控制模式时,使LICA4002.ESWENBST=ON,使其外部控制开关打开,而LICA4002.ESWM AN=ON,使其控制模式置于手动状态,然后将计算值FXY4002的PV值赋给LICA4002.OP,这样,无论FICA4002工作在自动模式还是手动模式,投向串级时都能实现无扰动切换。而且在FICA4002投向串级时,使LICA4002.ESWENBST=OFF,即LICA4002的外部控制开关关闭,此时LICA4002可以根据PV跟踪功能无扰动的从手动向自动控制切换。在LT4002、FT4001、PT4002、FT4002运行正常后,经过反复调试有关参数,E2601废锅液位的三冲量调节符合控制要求,效果非常理想。

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?中氮肥 第1期

2　氧煤比的自动控制

2.1　煤浆流量和氧气流量的测量以及氧气流量的补偿和校正

氧煤比是气化炉运行的重要工艺参数,氧煤比是氧气和煤浆的体积比。煤浆流量的控制是采用变频调速电机VVVF调节煤浆泵的转速来实现的,为了增加煤浆流量测量的可靠性,设置了中值选择回路,将煤浆流量计FI1301、FI1302以及根据煤浆泵转速ST1301计算得出的流量值输入DCS中进行计算,取中间值作为煤浆流量的最终值,但在DCS上可以由操作员选择ST1301、FI1301、FI1302或中间值作为输入值,经PID调节来控制煤浆泵的转速,这种设计方法可靠性高,操作灵活。

入炉纯氧量是影响气化炉运行的关键因素,氧气流量测量的准确性尤为重要。因此,需要对测得的氧气流量进行压力和温度的补偿。测量氧气的压力变送器PT1302,测量温度的热电阻TIA1302,流量变送器FT1307输入到DCS中,经FY1307进行温度和压力补偿运算,然后根据HK1333手动输入的氧气纯度值进行校正,得到用来最终控制氧气流量的纯氧气量FX1307。计算公式如下:

PVCALC=C*C1/C2*F*COM PERM

PVCALC为计算结果,在PVSOURCE为自动时这个数值为PV;

C为比例系数,缺省值为1;

C1、C2是针对假定设计条件的修正系数,缺省值为1,F为未经补偿的流量输入,等于差压输入的平方根;

COPTERM=ROOT(P+P0)/RP*RT/(T +T0),为温度压力的补偿系数,RP为设计压力, RT为设计温度,P为实际测量压力,T为实际测量温度。P0为压力转换基准值,T0为温度转换基准值。

氧气纯度换算的公式如下:

PVCALC=FX1307.PV*HK1333.PV*0.01

HK1333=氧气纯度*100

2.2　氧煤比的控制

氧煤比的自动控制是采用标准化比例功能和内部仪表的比例计算函数来保证氧煤比的稳定,通过变量HK1338设定氧煤比,乘法器(煤浆流量乘以氧煤比)计算出氧气流量OSP,作为氧气流量单参数控制回路的远程设定值;取变量HK1338的倒数,经乘法器FY1307A1(补偿后的氧气流量乘以氧煤比)算出煤浆流量CSSP,作为煤浆流量参数控制回路的远程设定值,从而实现双闭环的交叉控制,这种组态方法是控制的关键所在。

如果煤浆流量发生变化,通过氧煤比自动控制,并根据实测的煤浆流量计算出氧气流量OSP 远程设定值,经PID调节器的输出值控制氧气调节阀FV1307动作。如果氧气流量发生变化,通过氧煤比自动控制,并根据实测的氧气流量计算出煤浆流量CSSP远程设定值,经PID调节器的输出值控制变频调速器VV VF来改变电机转速,使煤浆量按氧煤比变化。

用标准的比率模块和内部仪表的计算功能就可维持相对恒定的氧煤比,计算公式如下:

OSP=SSS*OSP2*K1

CSSP=OM P/(OSP2*K1)

OSP为O2的远程设定值;OSP2为氧煤比的设定值;CSSP为基于氧气流量计算的煤浆需要量;SSS为煤浆流量;OMP为补偿后的氧气流量; K1为工程单位变换系数,缺省值为1。

3　气化炉负荷变化的控制

气化炉负荷通过变量HK1337由操作员给出,为防止负荷大幅度波动,设置了一个速度变化量限幅器HK13371,将负荷每分钟的变化量限制在一定的范围内。为防止氧过量,设置了高低选择器,在煤浆回路上设置了高选器,将计算出来的煤浆量CSSP与负荷给定的煤浆量值进行比较,取较大值作为煤浆回路的最终设定值SP(最终远程给定值)控制煤浆泵的转速;在氧气回路上设置了低选器,将计算出来的煤浆量CSSP与负荷给定的煤浆量值进行比较,取较小值作为氧气回路的最终设定值SP(最终远程给定值)控制给氧量。提负荷时,负荷设定值大于操作员选定的煤浆流量测量值,被高选器选中,先提高煤浆流量,经氧煤比控制,氧气流量随之增加;降负荷时,负荷给定值低于操作员选定的煤浆流量测量值,被低选器选中,先降氧气流量,经氧煤比控制,调节煤浆流量,使之下降。

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第1期陈金星等:TPS系统中的复杂控制　

先进过程控制系统软件

先进过程控制系统软件 1、先进过程控制系统简述 现代工业生产过程的大型化、复杂化，对产品质量、产率、安全及对环境影响的要求越来越严格，许多复杂、多变量、时变得关键变量的控制，常规PID控制已经不能胜任。 先进过程控制（Advanced Process Control，简称APC）不同于常规PID控制，是具有比常规PID控制更好控制效果的控制策略的统称，是指动态环境中基于模型、充分借助于计算机能力，为工厂获得最大利润而实施的运行和技术策略。APC的投用将会使系统运行在最佳工况，实现所谓的“卡边”控制。 目前常见的APC类型包括：状态反馈控制、预测控制、解耦控制、推断控制（软测量技术）、自适应控制、鲁棒控制、时滞补偿控制、智能控制（专家系统、模糊控制、神经网络控制等）等。 2、上德先进过程控制系统软件平台 上德公司于2000年开始研究先进控制技术，成功推出集先进过程控制系统软件平台、智能软测量软件、多变量鲁棒预测控制软件，并成功应用于多套石化生产装置的控制中，已成为国内领先的先进控制软件和服务供应商。 先进过程控制系统软件平台由核心实时数据库、应用组件、组态组件等模块组成，是实现先进控制、软测量、工艺计算和过程模拟优化的基础数据平台，可提供以下功能：

●统一、完整的实时数据采集； ●强大的数据处理和整合功能； ●有效的数据分析和数据管理功能； ●可靠的二次开发工具，支持自定义控制器的实施。 2.1智能软测量软件 智能软测量软件以神经网络、工艺机理建模等技术方法为核心，集数据预处理、辅助变量选择、离线建模与仿真、在线运行等功能为一体，是生产操作和先进控制的重要辅助软件，可提供以下功能： ●提供生产过程关键工艺参数及时、可靠和准确的计算值； ●提供炼油、化工过程特定工艺对象的机理计算模型； ●采用独特的在线模型滚动校正和化验室数据偏差校正的双重 校正技术，提高在线预测精度。 该软件成功应用于燕山石化炼油生产质量预警系统中。 2.2多变量鲁棒预测控制软件 多变量鲁棒预测控制软件包括建模、控制器设计、仿真、组态和在线应用等多个组件，可提供以下功能： ●实现定值控制和区域控制：既可以对被控变量（CV）指定为 设定值控制，也可以指定为区域控制，具有很好的平稳性和很 强的鲁棒性； ●有效抑制可测扰动：对可测扰动同时建模、预测扰动变量（DV） 对过程的影响，有效地对其补偿； ●提供多目标动态优化：对操纵变量（MV）、被控变量以及各变

自动控制系统组成

自动控制系统的组成及功能实现 自动控制系统作为目前工业领域控制的核心，已经为大家所熟悉。自动控制系统是指在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段，其组建了整个系统的大脑及神经网络。自动控制系统的组成一般包括控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。 一、自动控制系统的分类 自动控制系统按控制原理主要分为开环控制系统和闭环控制系统。 （一）开环控制系统 在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。 （二）闭环控制系统 闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。 自动控制系统按给定信号分类，可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。（三）恒值控制系统 给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。 （四）随动控制系统 给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。（五）程序控制系统 给定值按一定时间函数变化。如程控机床。 在我们的工业领域中，因控制的工艺流程复杂、生产数多、对产品质量控制严格，所以一般控制系统均为闭环控制系统。 二、控制系统各部分的功能 （一）控制器 目前控制系统的控制器主要包括PLC、DCS、FCS等主控制系统。在底层应用最多的就是PLC控制系统，一般大中型控制系统中要求分散控制、集中管理的场合就会采用DCS 控制系统，FCS系统主要应用在大型系统中,它也是21世纪最具发展潜力的现场总线控制系

自动控制系统分类

1-3自动控制系统的分类 本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统。为了更好的了解自动控制系统的特点，介绍一下自动控制系统的分类。分类方法很多，这里主要介绍其中比较重要的几种： 一、按描述系统的微分方程分类 在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性。按描述系统运动的微分方程可将系统分成两类： 1．线性自动控制系统描述系统运动的微分方程是线性微分方程。如方程的系数为常数，则称为定常线性自动控制系统；相反，如系数不是常数而是时间t的函数，则称为变系数线性自动控制系统。线性系统的特点是可以应用叠加原理，因此数学上较容易处理。 2．非线性自动控制系统描述系统的微分方程是非线性微分方程。非线性系统一般不能应用叠加原理，因此数学上处理比较困难，至今尚没有通用的处理方法。 严格地说，在实践中，理想的线性系统是不存在的，但是如果对于所研究的问题，非线性的影响不很严重时，则可近似地看成线性系统。同样，实际上理想的定常系统也是不存在的，但如果系数变化比较缓慢，也可以近似地看成线性定常系统。 二、按系统中传递信号的性质分类 1．连续系统系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。 2．采样系统系统中至少有一处，传递的信号是时间的离散信号，则称为采样系统，或离散系统。 三、按控制信号r(t)的变化规律分类 1．镇定系统() r t为恒值的系统称为镇定系统(图1-2所示系统就是一例)。 2．程序控制系统() r t为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统(图1-11所示系统就是一例)。 3．随动系统() r t为事先未知的时间函数的系统称为随动系统，或跟踪系统，如图1-7所示的位置随动系统及函数记录仪系统。

过程控制系统试题一

一：填空题 28分 1．过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程、测量变送等环节组成。 2．过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3．过程控制仪表的测量变送环节由传感器和变送器两部分组成。 4．过程检测仪表的接线方式有两种：电流二线制四线制、电阻三线制 5．工程中，常用引用误差作为判断进度等级的尺度。 6．压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测 7．调节阀按能源不同分为三类：气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀 8．电动执行机构本质上是一个位置伺服系统。 9．气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 10. 理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。 11. 过程数学模型的求取方法有三种，分别是机理建模、试验建模、混合建模。 12．PID调节器分为模拟式和数字式两种。 13．造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。 14．自动控制系统稳定运行的必要条件是：闭环回路形成负反馈。 15． DCS的基本组成结构形式是“三点一线”。 二：名词解释 20分 1.过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2．积分饱和: 在积分控制范围内，积分控制输出与偏差的时间积分成正比，当控制输出达到一定限制后就不在继续上升或下降，这就是积分饱和现象。 3.串级控制系统：值采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 4.比例控制系统：凡是两个或多个参数自动维持一定比例关系的过程控制系统，称为比例控制系统。 5均匀控制系统：控制量和被控量在一定范围内都缓慢而均匀的变化的系统，称为均匀控制系统。 6.超驰控制系统：指在一个控制系统中，设有两个控制器，通过高低值选择器选出能适应安全生产状态的控制信号，实现对生产过程的自动化控制。 7.分程控制系统：一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上调节阀动作的系统称为分程控制系统。 8.阀位控制系统：是综合考虑快速性、有效性、经济性和合理性的一种控制系统。 9.集散控制系统：是把控制技术、计算机技术、图像显示技术及通信技术结合起来，实现对生产过程的监视控制和管理的系统。 10.现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。 三：简答题 32分 1.什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？ 答： PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为： （1）比例参数KC，作用是加快调节，减小稳态误差。 （2）积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度 （3）微分参数Kd，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。2．正反方向判断气开气关,如何选择？ P84 答：所谓起开式，是指当气体的压力信号增大时，阀门开大；气关式则相反，压力增大时，阀门关小。气动调节阀气开气关形式的选择，主要从工艺生产的安全来考虑的。详见例题3-5 气开气关调节阀的选择主要是从生产安全角度和工艺要求考虑的，当信号压力中断时应避免损坏设备和伤害操作人员。如阀门处于开的位置时危害性小，则应选气关式反之选用气开式。 3.控制器正反方向判断 P133

过程控制系统与仪表习题答案汇总 (1)

第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统 解：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解：稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。

自动控制系统的组成

1.1 自动控制系统的组成 自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的。为对自动控制有一个更加清晰的了解，下面对人工操作与自动控制作一个对比与分析。 图1-1所示是一个液体贮槽，在生产中常 用来作为一般的中间容器或成品罐。从前一个 工序出来的物料连续不断地流入槽中，而槽中 的液体又送至下一工序进行加工或包装。当流 入量Q i(或流出量Q0) 波动，严重时会溢出或抽空。解决这个问题的 最简单办法，是以贮槽液位为操作指标，以改 变出口阀门开度为控制手段，如图1-1所示。 当液位上升时，将出口阀门开度开大，液位上 则关小出口阀门，液位下降越多，阀门关得越 小。为了使液位上升和下降都有足够的余地，选择玻璃管液位计指示值中间的某一点为正常工作时的液位高度，通过改变出口阀门开度而使液位保持在这一高度上，这样就不会出贮槽中液位过高而溢出槽外，或使贮槽内液位抽空而发生事故的现象。归纳起来，操作人员所进行的工作有以下三个方面。 ①检测用眼睛观察玻璃管液位计（测量元件）中液位的高低。 ②运算、命令大脑根据眼睛所看到的液位高度，与要求的液位值进行比较，得出偏差的大小和正负，然后根据操作经验，经思考、决策后发出命令。 ③执行根据大脑发出的命令，通过手去改变阀门开度，以改变出口流量Q0，从而使液位保持在所需要高度上。 眼、脑、手三个器官，分别担负了检测、运算/决策和执行三个任务，来完成测量偏差、操纵阀门以纠正偏差的全过程。 若采用一套自动控制装置来取代上述人工操作，就称为液位自动控制。自动 下面结合图1-2的例子介绍几个常 用术语。 ①被控对象需要实现控制的 简称对象，如图1-2中的液体贮槽。 ②被控变量对象内要求保

复杂过程控制系统设计与Simulink仿真

银河航空航天大学 课程设计 （论文） 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师

目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)

复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。

自动控制系统主要有哪些环节组成

自动控制系统主要有哪些环节组 成 1?自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？ a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。b 控制器：接收变送器送来的信号，与希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。 c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。 d被控对象：控制装备所控制的生产设备。 2?被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置； 被控变量：工艺上希望保持稳定的变量； 操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。 给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值； 干扰变量：造成被控变量波动的变量。 3?自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~ （控制系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不 发生影响的系统），复合~ 4?按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化） 5.自动控制系统的基本要求： 稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件

快速性：反应系统在控制过程中的性能 准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。 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，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。 6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。 7?自动系统的控过渡过程及其形式 控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间 变化的过程称为~ 形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程， 等幅振荡过程，发散振荡过程 8.衰减振荡过渡过程的性能指标 衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。（以新稳态值为标准计算） 最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值 余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值与设定值之差。 调节时间：从过渡过程开始到结束所需的时间 振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间 9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~ 动态数学模型：表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述 10.描述对象特性的参数 放大系数K :数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。意义：若有一定的输入变化量Q i通过对象就被放大了K倍变为输出变量h。K越大，输入变量有一定变化时，对输出量的影响越大。描述了静态性质 时间常数T:当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间，就是T，意义：被控变量受到阶跃作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。 T越大，表对象受干扰后，被控变量变化的越慢，到达新的稳态值所需

自动控制系统的基本组成与分类

自动控制系统的基本组成与分类 自动控制系统的基本组成 如前所述，自动控制系统(即反馈控制系统)由被控对象和控制装置两大部分组成， 根 据其功能，后者又是由具有不同职能的基本元部件组成的。图1．12是一个典型的自 动控制 系统的基本组成示意图，图中组成系统的各基本环节及其功能如下。 1．被控对象 如前所述，被控对象是指对其莱个特定物理量进行控制的设备或过程 出即为系统的输出员，即被控量，通常以c(r)(或y(f))表示。 2．阁量元件 测量元件用于对输出量进行测量，并将其反馈至输入端。如果输出量与输入量的物 理 单位不同，有时还要进行相应的量纲转换*例如，温度测量装置(热电偶)用于团量湿度并 转换为电压(见固1．2)，测速发电机用于测量电动机轴转速井转换为电压(见田1．9)。 3．给定元件 根据控制日的，给定元件将给定量转换为与期望输出相对应的系统治入量(通常以 r(‘)表示)，作为系统的控制依据。例如，图1．9中，给定电压M2的电位器即为给 定元件。 4．比较元件 比较元件对输入量与测量元件测得的输出量进行比较，并产生偏差信号

中的电压比较电路。通常，比较元件输出的偏差信号以‘(2)表示。 5．放大元件 放大元件是特比较元件结出的(檄弱的)偏差信号进行放大(必要时还要进行物理量的转换)。例如，图1．9中的ATMEL代理放大器和晶闸管整流装置等。 6．执行元件 执行元件的功能是，根据放大元件放大后的偏差信号，推动执行元件去控制被控对 象，使其被控量按照设定的要求变化。通常，电动机、液压马达等都可作为执行元件。7．校正元件 校正元件又称补偿元件，用于改善系统的性能，通常以串联或反馈的方式连接在系 统中。 在图1．12中，作用信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称为前向通路；系 统治出量经测旦元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路；前向通路和主反馈通 路构 成的回路称为主反馈回路，简称主回路。除此之外，还有局部反馈通路以及局部反馈 回路 等*将只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统，将包含两个或两个以上反馈通路的 系统称为多回路系统。 1．4．2 自动控制系统的分类 如前所述，自动控制系统的组成千差万别，所完成的控制任务也不尽相同，但可以 按 不同的分类方法，将其分为各种不同的类别。例如，按控制方式可分为开环控制系统、闭 环控制系统和复合控制系TI代理统；按元件类型可分为机械系统、电气系统、机电系统、液压系

复杂控制系统

二、复杂控制系统 1. 串级控制系统有哪些主要特点？为什么说串级控制系统能迅速克服进入副回路的扰动？ 2. 串级控制系统中的副被控变量如何选择？ 3. 串级控制系统中的主、副控制器的正、反作用如何选择？它们与阀门的开关形式有无关系？ 4. 如图串级控制系统。该系统在扰动F 1和F 2作用下，要求输出Y 无余差。问主、副控制器是否应全部采用具有积分作用的控制器，为什么？(设过程均具有自衡特性) 5. 的气关阀。问：主、副控制器的正、反作用需要改变吗？为什么？如果需要，如何改变？主、副控制器的比例度和积分时间是否需要改变？ 6. 在一个串级控制系统中，主被控变量是温度，原用0-200℃温度变送器，后改用80-200℃温度变送器。问：主、副控制器的比例度和积分时间是否需要改变？如果需要，如何改变？ 7. 有附图所示反应器，反应器温度是用冷 却水控制的。 (1)如果主要扰动是冷却水阀前压力有波 动，应组成怎样的串级控制系统回路？画出控制 方案。 (2)画出采用串级控制系统时的流程图。并设控制阀是气开式，那么，两个控制器分别应选 正作用还是反作用，为什么？ (3)如果控制阀为气关式，两个控制器的正 反作用是否需要改变？ 8. 当串级控制系统采用流量控制回路时， 如果用孔板作为测量元件，且不采用开方器，有 时会出现负荷小时反而不稳定的现象，为什么？ 为了避免这种情况，改变阀的流量特性行不行，为什么？如果不行，用什么办法可以解决？ （题4图）

9. 在串级控制系统中，当主、副控制器都有积分作用时，在主控制器达到饱和之后，副控制器也将积分饱和， 情况更严重。采用如图方案，试说明为什么能防止积分饱 和，并写出主控制器控制规律式来说明。这样的系统能使主被控变量没有余差吗？ 10. 简单均匀控制系统与简单控制系统有何异同点？如何识别简单均匀控制系统？ 11. 简述简单均匀、双冲量均匀、串级均匀的应用场 合。串级均匀与串级控制系统有何异同点？ 12. 画出图示 双冲量均匀系统的方框图，若控制器 采用比例积分作 用， 输出(液位)是否有 余差？ 13. 试比较比值，双闭环比值和串级比值控制系统的特点，并画出各自的方块图。 14. 在比值控制系统中，用相乘方案较之相除方案有什么优点？ 15. 在比值控制系统中，流体F 1的流量是不可调的，仪表量程为0~50M 3/h 。流体F 2的流量是可调的，仪表量程为0~80M 3/h 。现决定采用除法器(I 0=10×I 1/I 2) 组成单闭环比值控制系统，画出控制方案，并确定比值系数。 16. 甲烷转化反应中，为了保证甲烷的转化率，就必须保持天然气、蒸汽和空气之间成一定比值（1：3：1.4）且当蒸汽和天然气的比值低于2.9，空气和天然气的比值高于1.5时报警。设计如图所示的控制及报警系统。由电动III 型比值器构成比值控制系统，用差压法测流量，未经开方运算。蒸汽流量的最大值G SMAX =31100M 3/h ；天然气流量的最大值G NMAX =11000M 3/h ；空气流量的最大值G AMAX =14000M 3/h 。试求比值器的比值系数K 1和K 2，以及高限信号和低限信号器的 设定值。 17. 工艺要求F 1/F 2=1/1.2 F 1的流量是不可控的，仪表量 程为0~36000NM 3/h 。F 2的流量是可控的，仪表量程为0~2400NM 3/h 。采用气动乘法器（00.08 0.02)0.02)(P (P P B A 0+--=）组成单闭环比值控制系统。 画出控制方案，并确定比值系 数。 18. 如图所示比值控制系统中，采用除法确定比值，并用孔板测量流量。问：该控制 系统的非线性特性来自何处，对控制质量有什么影响，用什么办（题12图） （题18图）

自动控制原理

《自动控制原理》综合复习资料 、简答题 1常见的建立数学模型的方法有哪几种？各有什么特点？ 2、 自动控制原理中，对线性控制系统进行分析的方法有哪些？ 3、 给出梅逊公式，及其中各参数意义。 4、 举例说明什么是闭环系统？它具有什么特点？ 5、 系统的性能指标有哪些？ 6、 幅值裕度，相位裕度各是如何定义的？ 7、 画出自动控制系统基本组成方框结构图？ &减小稳态误差的措施主要有？ 9、 闭环控制系统由哪几个基本单元组成？ 10、 增加开环零、极点对根轨迹有什么影响？ 二、计算题 1已知系统输入为U i ，输出为U o ，求出传递函数 G(s) U °(s)/U i (s)。 o ------- ------------------- ------ o R L U i c 丄 U o 2、试简化下图所示系统方框图求其传递函数: 3、已知某二阶系统的单位阶跃响应为 ct 1 0.2e 60t 1.2e 10t ， (2)确定系统阻尼比 、无阻尼振荡频率 试求：(1)系统传递函数 c -s R s （5 分）

7、已知系统的结构图如所示: 当K f 0、K a 10时，试确定系统的阻尼比 、固有频率 n 和单位斜坡输 入时系统的稳态误差； 8、已知系统如下图所示，求系统的单位阶跃响应，并判断系统的稳定性。 9、RC 无源网络电路图如下图所示，试列写该系统的微分方程，并求传递函数Uc(s)/Uc(s) 4、设某系统的特征方程式为 s 6 2s 5 8s 4 12s 3 20 s 2 16s 16 判断闭环系统的稳定性，若不稳定求其不稳定特征根个数。 (利用劳斯判据) 5、RC 无源网络电路图如下图所示 ，试列写该系统的微分方程 ，并求传递函数Uc(s)/Ui(s) O U i o R i o U c 6、试简化下图所示系统方框图求其传递函数 : X r

复杂控制系统

复杂控制系统

第六章复杂控制系统 教学要求：掌握串级控制系统的基本概念、特点 了解串级控制系统的设计方法、应用场合 掌握比值控制系统的基本概念、特点和设计 掌握前馈控制的基本概念，几种结构形式、应用场合掌握均匀控制的基本概念和控制方案 掌握分程控制的基本概念和应用中的几个问题 掌握选择性控制的基本概念，选择性控制的应用，了解积分饱和及其防止 重点：串级控制系统的结构特点及应用场合， 比值控制系统的三种形式的特点 前馈控制的基本概念 分程控制的基本概念 选择性控制的应用 难点：串级控制系统的结构特点， 主、副控制器正反作用的选择 动态前馈控制 控制阀分程动作关系 本章着重介绍各种复杂控制系统的组成、特点、工作过程与工程设计原则。

§6.1 串级控制系统 6.1.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统的采用了两个控制器，我们将温度控制器称为主控制器，把流量控制器称为副控制器。主控制器的输出作为副控制器的设定，然后由副控制器的输出去操纵控制阀。在串级控制系统中出现了两个被控对象，即主对象（温度对象）和副对象（流量对象），因此有两个被控参数，主被控参数（温度）和副被控参数（流量）。主被控参数的信号送往主控制器，而副被控参数的信号被送往副控制器作为测量，这样就构成了两个闭合回路，即主回路（外环）和副回路（内环）。 二、串级控制系统的特点 1. 改进了对象特征，起了超前控制的作用 2. 改进了对象动态特性，提高了工作频率 3. 提高了控制器总放大倍数，增强了抗干扰能力 4. 具有一定的自适应能力，适应负荷和操作条件的变化

6.1.3 串级控制系统的设计 设计原则。 1. 在选择副参数时，必须把主要干扰包含在副回路中，并力求把更多的干扰包含在副回路中。 2. 选择副参数，进行副回路的设计时，应使主、副对象的时间常数适当匹配。 3. 方案应考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。 6.1.4 串级控制系统的应用场合 1. 被控对象的控制通道纯滞后时间较长，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。 2对象容量滞后比较大，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。 3.控制系统内存在变化激烈且幅值很大的干扰。 4. 被控对象具有较大的非线性，而负荷变化又较大。 6.1.5 串级控制系统应用中的问题 1. 主、副控制器控制规律的选择 串级控制系统中主、副控制器的控制规律选择都应按照工艺要求来进行。 主控制器一般选用PID控制规律，副控制器一般可选P控制规律。 2. 主、副控制器正、反作用方式的确定。

第六章复杂控制系统

第六章复杂控制系统 教学要求：掌握串级控制系统的基本概念、特点 了解串级控制系统的设计方法、应用场合 掌握比值控制系统的基本概念、特点和设计 掌握前馈控制的基本概念，几种结构形式、应用场合 掌握均匀控制的基本概念和控制方案 掌握分程控制的基本概念和应用中的几个问题 掌握选择性控制的基本概念，选择性控制的应用，了解积分饱和及其防止 重点：串级控制系统的结构特点及应用场合， 比值控制系统的三种形式的特点 前馈控制的基本概念 分程控制的基本概念 选择性控制的应用 难点：串级控制系统的结构特点， 主、副控制器正反作用的选择 动态前馈控制 控制阀分程动作关系 本章着重介绍各种复杂控制系统的组成、特点、工作过程与工程设计原则。 §6.1 串级控制系统 6.1.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统的采用了两个控制器，我们将温度控制器称为主控制器，把流量控制器称为副控制器。主控制器的输出作为副控制器的设定，然后由副控制器的输出去操纵控制阀。在串级控制系统中出现了两个被控对象，即主对象（温度对象）和副对象（流量对象），所以有两个被控参数，主被控参数（温度）和副被控参数（流量）。主被控参数的信号送往主控制器，而副被控参数的信号被送往副控制器作为测量，这样就构成了两个闭合回路，即主回路（外环）和副回路（内环）。

二、串级控制系统的特点 1. 改善了对象特征，起了超前控制的作用 2. 改善了对象动态特性，提高了工作频率 3. 提高了控制器总放大倍数，增强了抗干扰能力 4. 具有一定的自适应能力，适应负荷和操作条件的变化 6.1.3 串级控制系统的设计 设计原则。 1. 在选择副参数时，必须把主要干扰包含在副回路中，并力求把更多的干扰包含在副回路中。 2. 选择副参数，进行副回路的设计时，应使主、副对象的时间常数适当匹配。 3. 方案应考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。 6.1.4 串级控制系统的应用场合 1. 被控对象的控制通道纯滞后时间较长，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。 2对象容量滞后比较大，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。 3.控制系统内存在变化激烈且幅值很大的干扰。 4. 被控对象具有较大的非线性，而负荷变化又较大。 6.1.5 串级控制系统应用中的问题 1. 主、副控制器控制规律的选择 串级控制系统中主、副控制器的控制规律选择都应按照工艺要求来进行。 主控制器一般选用PID控制规律，副控制器一般可选P控制规律。 2. 主、副控制器正、反作用方式的确定。 副控制器作用方式的确定，与简单控制系统相同。 主控制器的作用方向只与工艺条件有关。 3. 串级控制系统控制器参数整定 ⑴在主回路闭合的情况下，主、副控制器都为纯比例作用，并将主控制器的比例度置于100%，用4：1衰减曲线法整定副控制器，求取副回路4：1衰减过程的副控制器比例度(δ2p)以及操作周期(T2P)。 ⑵将副控制器的比例度置于所求的数值δ2p上，把副回路作为主回路的一个环节，用同样的方法整定主控制器，求取主回路4：1衰减过程的δ1p和T1P。 ⑶根据求得的(δ1p)和(T1P)、(δ2p)和(T2P)数值，按经验公式求出主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。 ⑷按先副后主、先比例后积分再微分的程序，设置主、副控制器的参数，再观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整，直到系统质量达到最佳为止。 6.2 比值控制系统 6.2.1 概述 在生产过程中经常需要两种或两种以上的物料以一定的比例进行混合或参加化学反应。在需要保持比例关系的两种物料中，往往其中一种物料处于主导地位，称为主物料或主动量F1，而另一种物料随主物料的变化呈比例的变化，称为从物料或从动量F2。例如在稀硝酸生产

《过程控制系统》习地训练题目解答

《过程控制系统》习题解答 1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？ 过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。 一、连续生产过程的自动控制 连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。 二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成 过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。 三、被控过程是多种多样的、非电量的 现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。 四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制 因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。 五、过程控制方案十分丰富 过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。 过程特性：多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等。 单变量控制系统、多变量控制系统；仪表过程控制系统、计算机集散控制系统；复杂控制系统，满足特定要求的控制系统。 六、定值控制是过程控制的一种常用方式 过程控制的目的：消除或减小外界干扰对被控量的影响，使被控量能稳定控制在给定值上，使工业生产能实现优质、高产和低耗能的目标。 1-3 什么是过程控制系统，其基本分类方法有哪些？ 过程控制系统：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。 1、按过程控制系统的结构特点分 1）反馈控制系统：是根据系统被控量的偏差进行工作，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差的目的。 2）前馈控制系统：直接根据扰动量的大小进行工作，扰动是控制的依据。 3、前馈—反馈控制系统（复合控制系统）：充分结合两者的有点，大大提高控制质量。 2、按给定值信号的特点来分类 定值控制系统：是指系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在小范围附近不变。 2、程序控制系统：是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作，目的是使系统被控量按工艺要求规定的程序自动变化。加热升温或逐次降温等。 3、随动控制系统：是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统，主要作用是克服一切扰动，使控量快速跟随给定值而变化。空气量与燃料量的关系。

自动控制系统主要有哪些环节组成

1.自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？ a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。b控制器：接收变送器送来的信号，和希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。 c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。 d被控对象：控制装备所控制的生产设备。 2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置； 被控变量：工艺上希望保持稳定的变量； 操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值； 干扰变量：造成被控变量波动的变量。 3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端和输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~ 4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化） 5.自动控制系统的基本要求： 稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件 快速性：反应系统在控制过程中的性能 准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。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，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。 6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。 7.自动系统的控过渡过程及其形式 控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~ 形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程， 等幅振荡过程，发散振荡过程 8.衰减振荡过渡过程的性能指标

衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。（以新稳态值为标准计算） 最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值 余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值和设定值之差。 调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间 振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间 9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量和输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~ 动态数学模型：表示输出变量和输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述 10.描述对象特性的参数 放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量和输入变化量之比。意义:若有一定的输入变化量Q1通过对象就被放大了K倍变为输出变量h。K越大，输入变量有一定变化时，对输出量的影响越大。描述了静态性质 时间常数T：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间，就是T，意义：被控变量受到阶跃作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。 T越大，表对象受干扰后，被控变量变化的越慢，到达新的稳态值所需的时间越长。动态特性 滞后时间：对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速的变化，要经过一段纯滞后时间以后，才开始等量地反应原无滞后时的输出量的变化~ 动态特性 11.测量范围：指仪表按规定的精度进行测量的被测量值得范围。 绝对误差=X-X0=测量-标准 引用误差=（绝对误差/量程）*100% 最大引用误差=（最大绝对误差/量程）*100%=+-A% 允许误差（允许最大引用误差） 灵敏度S：表示仪表对被测变量变化的灵敏程度=输出的变化量/输入

过程控制系统与仪表_习题答案_王再英

过程控制系统与仪表 第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统

（2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。