过程控制工程复习摘要

1、Process variable过程变量 trial and error 试差 Safety 安全性Regulatory control调节控制Quality质量Error误差servo control伺服控制Profit收益Conventional Control常规控制Actuator 执行器Advanced Process Control先进控制Disturbance variable 扰动变量Controlled variable 控制变量Setpoint value 设定值Measurement 测量值Multi Input Multi Output 多输入多输出Manipulate

2、d variable 操作变量Feedforward Control前馈控制feedback Controlled 反馈控制 Switch Control 开关控制Process variable 过程变量Controlled variable 被控变量Direct Digital Control 直接数字控制Distributed control system 集散控制系统Local Area network 局域网Distributed control system分布式控制系统Proportional Integral Derivative PID 测量信号 - Measurement定

3、值控制（Regulatory Control）连续量控制（Continuous Control）连续时间控制（Continuous-Time Control）离散时间控制（Discrete-Time Control自衡过程（Self-Regulating Processes）非自衡过程（Non-Self-Regulating Processes）FB41中FB：function blockFC105中FC：function callOB：Organization Block DB：Data Block偏差积分IE(Integral of error) 平方偏差积分ISE（Integral of

4、 squared error）绝对偏差积分IAE(Integral of absolute value of error) 时间与偏差绝对值乘积的积分ITAE(Integral of time multiplied by the absolute value of error) 你所在设计组使用的电加热丝功率是 2.5KW(4.5KW) ，采用铜（铂）热电阻测温，它的分度号是 Cu50(Pt100)，AI-818仪表中分度号设置数据是 20(21)，CtrL设置数据是 0 ，变送输出的信号范围是 4-20(0-20) mA。自动控制系统主要由哪些环节组成？各环节各起什么作用？ 答：1,被控对象

5、（也称被控过程） 指在控制系统中被控制的生产设备或装置。2、测量变送器 用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号作为输出。3、执行器 常用的是控制阀，它接受来自控制器的命令信号u，用于自动改变控制阀的开度。4、控制器（也称调节器） 它将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号e（t），并按一定的规律给出控制信号u（t）PID的控制周期，P，I，D参数是如何设置的？ 控制周期应该按比滞后时间、对象的时间常数小1-2个数量级来考虑。对于我们的控制过程来说，可以将对象全功率加热10分钟，然后计算温度每升高0.1度需要的时间作为控制周期设置的依据P,I,D参数设置按临界比例度的方法设置

6、。见下。数字PID的组成： 传感变送，采样保持A/D转换，信号处理与滤波，PID算法，输出处理，D/A转换。Shannon（香农）定理： 采样频率必须大于等于信号最高频率的两倍。数字滤波： 程序判断滤波，中值滤波，递推平均滤波，加权递推平均滤波，一阶滞后滤波。位置式和增量式的比较： （1）位置式需由外部引入初始阀位值，增量式不需要位置式需防积分饱和，增量式不会产生积分饱和。（2）只有存在偏差时，增量式才会有输出。（3）增量式容易实现从手动到自动的切换。过程控制系统的目标： 在扰动存在的情况下，通过调节操纵变量使被控变量保持在其设定值控制目标： 安全性。环保。设备保护。稳定性。产品质量。利润。直

7、接数字控制系统（DDC）：试述直接数字控制系统的系统结构与特点。答：直接数字控制系统（Direct Digital Control,DDC）它使用一台计算机代替工程控制中的模拟控制器，并不改变原有的生产过程，计算机首先通过AI和DI接口采集数据，把检测仪表送来的反应各种工艺参数和过程状态的标准模拟信号、开关信号转换为数字信号及时送往计算机主机；主机按照一定的控制规律进行计算，发出数字化的控制信息；最后通过AO和DO接口把主机输出的数字信号转换为适应各种执行器的控制信号直接控制生产过程。特点：计算灵活，不仅能实现典型的PID控制规律，还可以分时处理多个控制回路，能方便的对传统的PID算法进行改进

8、或实现其他的复杂控制算法，但价格昂贵，而且计算机速度难以满足快速过程实时控制的要求。集散控制系统（DCS）： 集散控制系统一方面将控制负荷分散化 ,另一方面又将数据显示、实时监督等功能集中化 。现场总线控制系统（FCS）。前馈控制系统： 是按照干扰量的变化来补偿其对被控变量的影响，从而达到被控量完全不受干扰影响的控制方式称为前馈控制。特点 ： 基于扰动来消除扰动对被控量的影响；动作“及时” ；但由于前馈控制是一种开环控制,对于补偿的效果没有检验的手段。这样在前馈作用的控制结果并没有最后消除被控变量偏差时，系统无法得到这一信息而做进一步的校正，所以在实际生产过程中是不能单独应用的。反馈控制系统：

9、 是根据被控量与给定值的偏差工作的,最后达到消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据.又称闭环控制系统。是过控系统中最基本的一种。特点 ： 对各种扰动均有校正作用。但存在时滞问题，即从发现偏差到采取更正措施之间有时间延迟现象，在进行更正的时候，实际情况可能已经有了很大的变化，而且往往是损失已经造成了。单回路反馈控制系统： 结构上只有一个反馈回路（环路），所以称之为单回路控制系统，简称单回路控制系统。温度对象： 为一阶积分环节加纯滞后环节，此对象特点为大惯性、大时滞。控制过程中容易出现超调。针对这个特点，可以选择比例作用加微分作用，此控制作用响应快，偏差小能增加系统稳定性，有超前控制作用，可以克

10、服对象的惯性，控制结果有余差。液位对象： 有大惯性、时变、非线性的特点，针对液位对象的这个特点，要用到比例积分微分控制作用，可以使系统的响应达到快速、准确、稳定的最佳状态。由于液位对象的惯性很大，所以积分作用和微分作用要很强才能快速消除偏差，相应的比例作用适当就能够满足控制需要，如果比例作用太大，系统会产生振荡，这样不利于形成稳态。流量对象： 具有小惯性、强时变、参数变化较大的特点，针对流量对象的这个特点，要用到比例积分微分控制作用，其中微分作用更加突出，因为流量变化较快，而且变化量较大，所以需要很强的预测功能，来保证系统的稳定。其次比例作用不能太大，因为针对流量这样的小惯性环节，如果比例作用

11、过大，会产生很大的振荡，不利于系统的稳定。积分作用适当减小，否则会使系统振荡。压力对象： 具有小惯性、参数变化速度较快、参数变化量较大的特点，针对压力对象的这个特点，要用到比例积分微分控制作用，其中比例作用主要用来减小偏差，微分作用提高了系统的响应速度也减小了系统的超调，积分作用则使系统的偏差减小到最小。被控对象动态建模方法：机理建模和测试建模调节阀流量特性： 线性阀：在理想情况下，调节阀的放大增益Kv与阀门开度无关；而随着管路系统阀阻比的减少，当开度到达50 70%时，流量已接近其全开时的数值，即Kv随着开度的增大而显著下降。 对数阀：在理想情况下，调节阀的放大增益Kv随着阀门开度的增大而增

12、加；而随着管路系统阀阻比的减少， Kv 渐近于常数。调节阀流量特性的选择原则： 仅当对象特性近似线性而且阀阻比大于 0. 60 以上（即调节阀两端的压差基本不变），才选择线性阀，如液位控制系统；其他情况大都应选择对数阀。工业过程控制对象的特点： 除液位对象外的大多数被控对象本身是稳定自衡对象；对象动态特性存在不同程度的纯迟延；对象的阶跃响应通常为单调曲线，除流量对象外的被调量的变化相对缓慢；被控对象往往具有非线性、不确定性与时变等特性。控制性能指标： 衰减比。超调量。调节时间。余差。比例增益对控制性能影响： 增益 Kc 增大，系统的调节作用增强，但稳定性下降（当系统稳定时，调节频率提高、余差下

13、降）。属于有差调节。积分时间影响： 积分作用可以消除稳态余差，但控制系统的稳定性下降。当积分作用过强时（即Ti 过小），可能使控制系统不稳定。特点：无差调节，滞后作用。微分调节： 也是有差调节，超前作用。抑制偏差变化，使被控变量平缓。微分时间Td 对系统性能的影响： 微分作用的增强（即Td 增大），从理论上讲使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但对高频噪声起放大作用。对于测量噪声较大的对象，需要引入测量信号的平滑滤波；而微分作用主要适合于一阶滞后较大的广义对象，如温度、成份等。积分饱和： 当存在大的外部扰动时，很有可能出现控制阀调节能力不够的情况，即使控制阀全开或全关，仍不能消除被控输出y(

14、t)与设定值ysp(t)之间的误差。此时，由于积分作用的存在，使调节器输出u(t)无限制地增大或减少，直至达到极限值。而当扰动恢复正常时，由于u(t)在可调范围以外，不能马上起调节作用；等待一定时间后，系统才能恢复正常。怎样防止积分饱和： 抗积分饱和： (1)当控制器输出达到额定的上、下限值后，切除积分作用(1)，保留比例作用(P)，构成PI-P控制器。这样在偏差减小时，控制器输出能更快脱离上限或下限值； (2)在数字PID控制算法中，采用增量型或速度型算法，每次计算出应调整的增量值u或变化速度u/t，当控制作用量将超过额定上下限值时，则保持在上限值或下限值。这样，一当偏差减小或改变正、负极性

15、时，控制器输出能更快脱离上限值或下限值。PID参数对控制性能的影响： 控制器增益： Kc或比例度PB：增益增大(即Kc 增大或比例度PB下降)，调节作用增强，但稳定性下降； 积分时间Ti： 积分作用增强（即Ti 下降），使系统消除余差的能力加强，但控制系统的稳定性下降； 微分时间Td：微分作用增强（即Td 增大），可使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但对高频噪声起放大作用，主要适合于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。正反作用: 当被控变量的测量值增大时，控制器的输出也增大，则该控制器为“正作用”；否则，当测量值增大时，控制器输出反而减少，则该控制器为“反作用”。临界比例度法： 1、先切

16、除PID控制器中的积分与微分作用（即将积分时间设为无穷大，微分时间取为0），并令比例增益KC为一个较小值，并投入闭环运行； 2、将设定值作小幅度的阶跃变化，观察测量值的响应变化情况； 3、逐步增大KC的取值，对于每个KC值重复步骤2中的过程，直至产生等幅振荡； 4、设等幅振荡的振荡周期为Pu、产生等幅振荡的控制器增益为Kcmax 。 5.根据所选择的控制规律查表得到控制器参数。临界比例度法的局限性： 生产过程有时不允许出现等幅振荡，或者无法产生正常操作范围内的等幅振荡。李林阳，陈国安流量临界比例度整定实验：PID调节初始段有小的负向过冲，这是为什么？ PID调节初始段有小的负向过冲，这是因为微

17、分作用的影响。调节初始阶段，随着流量的增加，当前值增大，偏差e变小，所以偏差变化率为负值，即Kp*Td*de/dt=负值。这时P分量、I分量都为正值，唯有D分量为负值，使PID运算结果变小，输出使阀门开度变小，所以出现小的负向过冲现象。李林阳液位临界比例度整定中： PI调节 P=7.65 I=62.25，消除了余差，曲线有毛刺：水流冲击、变送电路纹波对象惯性越小越容易振荡，惯性越大越不易振荡。对象惯性越小振荡幅值越大，惯性越大振荡幅越小。对象惯性越小振荡周期越小，惯性越大振荡周期越长。响应曲线法PID参数整定步骤：（1）在手动状态下，改变控制器输出（通常采用阶跃 变化），记录被控变量的响应曲线

18、；（2）根据单位阶跃响应曲线求取“广义对象”的近似模型与模型参数；（3）根据控制器类型与对象模型，选择PID参数并投 入闭环运行。在运行过程中，可对增益作调整。响应曲线法特点： 适合于存在明显纯滞后的自衡对象，而且广义对象的阶跃响应曲线可用“一阶+纯滞后”来近似。液位流量串级控制： 串级控制是一种可以克服干扰的方法。它通过选择第二个测量点来构成第二个反馈回路来克服干扰的影响。第二个测量点应该比被控变量更快感知到干扰的影响，这样能在干扰对被控变量产生很大影响之前通过第二个反馈回路迅速克服干扰的影响。液位流量串级实验中构成两个控制回路，可以实现对液位的更加准确的控制。（配图）串级控制系统定义: 由

19、两个测量变送器、两个控制器其中一个控制器的输出是另一个控制器的给定、一个控制阀组成的双闭环定值系统. 主被控变量（Yl)： 是工艺控制指标或与工艺控制指标有直接关系，在串级控制系统中起主导作用的被控变量。副被控变量（Y2）： 大多为影响主被控变量的重要参数。 主控制器： 在系统中起主导作用，按主被控变量和其设定值之差进行控制运算，并将其输出作为副控制器给定值。副控制器： 在系统中起辅助作用，按所测得的副被控变量和主控输出之差来进行控制运算，其输出直接作用于控制阀的控制器，简称为“副控”。主变送器：测量并转换主被控变量的变送器。副变送器：测量并转换副被控变量的变送器。主对象：大多为工业过程中所要

20、控制的、由主被控 变量表征其主要特性的生产设备或过程。副对象：大多为工业过程中影响主被控变量的、由副被控变量表征其特性的辅助生产设备或辅助过程。副回路:由副变送器、副控制器、控制阀和副对象所构成的闭环回路 , 又称为“ 副环” 或“内环”。主回路：由主变送器、主控制器、副回路等效环节、主对象所构成的闭环回路，又称为“主环”或“外环”。串级控制系统的特点： 副回路（有时称内环）具有快速调节作用，它能有效地克服二次扰动的影响。 能自动地克服副对象增益或调节阀特性的非线性对控制性能的影响（系统的“鲁棒性”增强） 。 改善了对象的动态特性，提高了系统的工作频率。在相同的衰减比下，主调节器的增益可显著加

21、大。串级控制系统的设计原则： 单回路控制不能满足性能要求；有反映系统主要干扰的可测副参数；调节阀与副参数之间具有因果关系；副参数的选择应使副对象的时间常数比主对象的时间常数小，调节通道短，反应灵敏；尽可能将带有非线性或时变特性的环节包含于副回路中。为什么要采用串级控制？ 串级控制需要：单回路控制不能满足要求；可测量的副变量。副变量需要满足： 快速反应主要干扰的影响；干扰对副、主变量的影响具有因果关系；调节阀对副、主变量的影响具有因果关系串级系统主副调节器选型： 副调节器常选择PI控制律原因：副回路为随动系统，其设定值变化频繁，一般不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快速克服内环中的各种扰动

22、，为加大副回路的调节能力，理想上不用加积分作用。但实际运行中，串级系统有时会断开主回路，因而，通常需要加入积分作用。但积分作用要求较弱以保证副回路较强的抗干扰能力。主调节器常选择PI或PID控制律 原因：主回路的任务是满足主参数的定值控制要求。因而对于主参数为温度的串级系统，主调节器必须加入较强的积分作用（除主参数为液位的串级均匀控制系统以外）。当主对象的调节滞后较大，而主参数变化较平缓时，可加入通常大小的微分作用。前馈思想： 在扰动还未影响输出以前，直接改变操作变量，以使输出不受或少受外部扰动的影响。调节阀是执行器中最广泛使用的形式，常用的还有交流变频器、晶闸管控制器等。气动调节阀-依靠压缩

23、空气作为动力，输入信号为0.020.1MPa的压力信号。 不仅能与气动调节仪表配套使用，还可通过电/气转换器或电/气阀门定位器与电动调节仪表或工业控制计算机配套使用阀门定位器的作用1.将输入标准电信号线性地转换为气压信号（20-100kPa）2.改善阀的定位精度（静态特性）3.改善阀的动态特性4. 用于分程控制：用一个调节器控制两个以上的调节阀。使它们分别在信号的某一个区段内完成全行程移动。5. 用于阀门的反向动作：采用反作用式定位器可使气开阀变为气关阀，气关阀变为气开阀。3，孝悌忠信礼仪廉耻缇萦闵损4，恒压供水：设定30KP-50KP(单回路PID调节)孝（AI808）悌（AI818）,执行

24、器：变频器（0-20MA）输入+磁力驱动泵 调节孝M 5Pt悌PID ,Ctrl设置为25，水箱液位单回路PID控制：孝AI808，M 5Pt反作用内给定输入0-600，输出0-100，悌ADAM,PID反作用外给定6，管道单回路PID控制：孝AI808，M 5Pt反作用内给定，dIL=0，dIH=1200悌ADAM4017+,ADAM-4024,ADAM-4520,力控PID输入0-1200，输出0-100，反作用外给定,7，锅炉温度单回路PID控制：孝铜电阻测温（CU50）范围（-50°-150°C）传感器外形：直径8mm,长度30cm,A/D转换分辨率：12bit简单

25、控制系统的工程整定法有经验方法，简单、方便，工程实际中广泛采用的特点。一般有经验凑试法、衰减曲线法、临界比例度法、响应曲线法等。什么事线性化？为什么在过程控制中经常采用近似线性化模型答：对于非线性系统的过程控制模型，需要进行像兴华处理，在系统输入和输出的工作范围内，把非线性关系近似成线性关系。 应用于过程控制的数学模型往往采用增量的形式表达，增量形式不仅便于把原来的非线性系统线性化，而且通过坐标变换，把稳态工作点定为原点，可使输入输出关系更加简单，便于运算。线性化处理的常用数学工具是泰勒级数展开。34-2单回路系统中其他参数不变仅加速PI控制器的积分作用，是回答如下问题。1.在相同的外界干扰作

26、用阶跃变化情况下，最大的偏差是否增大？振荡是否加剧？2.为了获得与以前相同的系统稳定性，可适当调整Kc.问Kc应调大还是调小？Kc调整后环路静态增益是否改变，是变大还是变小？答 （1）有上图系统在Ti减小的情况下，阶跃响应曲线有图中当Ti减小时即加速PI控制器的积分作用，最大的偏差变小，但是振荡加剧，（2）为了获得与以前相同的系统稳定性Kc应调小，Kc调整后环路稳态增益Kc,Kp也变小在一个串级控制系统中，原来选用口径为20mm的气开阀，后来改用口径32mm的气关阀。（1）主副控制器正反作用要否改变？为什么？（2）福控制器的比例度和积分时间要否改变，是变大还是小？（3）主控制器的比例度和积分时

27、间要否改变，变大还是变小？答1：主副控制器的正反作用要改变，因为调节器由气开阀调为气关阀，Gvs的极性由+变为-，为了保证负回路构成负反馈，必须将副控制器的控制正反改变。 主控制器不变，因为副回路正反作用设置正确后，对主回路只相当于一个+极性环节，主调节器的正反作用取决于主对象的放大倍数的符号，而与其他环节无关。1.液位过程的输入量为，流出量为，。液位H为被控变量，A为截面积，并设，均为线性液阻。（1）列写过程的微分方程组；（2）画出过程的方框图；（3）求过程的传递函数（1）（2）（3） 求过程的传递函数。经拉氏变换： 某水槽的阶跃响应实验数据如下，其中阶跃扰动量。 （1）画出水位的阶跃响应曲

28、线； （2）若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。解：（1）水位的阶跃响应曲线如右图(2)增益K=22、冷凝器温度前馈-反馈控制系统方框图如下图所示。已知扰动通道特性，控制通道特性，温度调节器使用PI规律。试求该前馈-反控制系统中前馈控制器的数学模型。解：由右图所示的前馈-反馈控制系统的传递函数为将不变性条件 时，要求Y（S）=0。有时前馈-反馈控制系统从其结构上看与串级控制系统十分相似。试问如何来区分它们？试分析判断下图所示的控制系统属于什么系统？说明其理由。答：前馈反馈控制系统对主变量的扰动检测并进行补偿控制，而串级控制没有对主变量的扰动提前检测和补偿，上图为前馈反馈

29、控制系统，因为原油变量扰动是直接影响主变量的扰动，将其检测后由燃料油的燃料油的流量补偿实现前馈控制，所以为前馈-反馈控制系统。 画出史密斯预估补偿控制方框图。史密斯预估补偿传递函数在本次的过程控制课程设计中，使用AI-818仪表进行温度信号变送。说明为什么使用三线制，画出三线制测温的原理电路。答：为了进行引线电阻补偿。已知两只水箱串联工作（如题图2-2所示），其输入量为，流出量为，。，分别为两只水箱的水位，为被控变量，分别为两个水箱的截面积，假设，为线性液阻。（1）列写过程的微分方程组；（2）画出过程的方框图；（3）求液位过程的传递函数有一流量对象，当调节阀气压改变0.01MPa时，流量的变化

30、如表。若该对象用一阶惯性环节近似，试确定其传递函数。解：方法一：作图得，T1=5.2S;方法二：我们用两种方法求平均： 传递函数：单回路系统中其他参数不变，仅加速PI控制器的积分作用，试回答如下问题。（1）在相同的外界干扰作阶跃变化情况下，最大偏差是否增大？振荡是否加剧？（2）为了获得与以前相同的系统稳定性，可适当调整。问应调大还是调小？调整后环路静态增益是否改变，是变大还是变小？答：（1）最大偏差不增大，振荡加剧。（2）调小，调整后环路静态增益变小。在某生产过程中，需求参与反应的甲，乙两种物料保持一定比例。若已知正常操作时，甲流量，乙流量，两个流量均采用孔板测量并配用开方器，甲流量的测量范围

31、为010,乙流量的测量范围为0300。根据要求设计保持比值的控制系统，试采用DDZ-型仪表组成系统时的比值系数K。解：因为两个流量均采用孔板测量并配用开方器，所以流量与测量信号成线性关系。采用DDZ型仪表组成系统时的比值系数K=1.2已知对象控制通道阶跃响应曲线数据如下表所表示，调节量阶跃变化为u=50。用一阶惯性环节加纯迟延近似对象，求出K、T和值。应用动态特性参数法选择PID调节器参数。答：1.由实验数据画出对象的阶跃响应曲线为： 解法一：由图可得： 所以，PID调节器参数为：解法二：有作图法可以求出所以，PID调节器参数为：3控制对象是散热比较少的加热水箱，可以把它看作什么环节？为什么？

32、（1）水箱静态水，散热比较少，可以看做带滞后的积分对象写出加热水箱的数学模型表达式G(s)=？（2）这样的温度对象是自衡对象还是非自衡对象？它的阶跃响应将是什么样的曲线？（3）非自衡对象，它的阶跃响应将是带滞后的有斜率的上升斜线下图为调节阀的流量特性曲线图，请分别指出1、2、3、4号曲线分别是什么流量特性曲线？1号曲线为直线流量特性2号曲线为等百分比流量特性3号曲线为快开流量特性4号曲线为抛物线流量特性曲线临界振荡曲线图P调节曲线图PI调节曲线图PID调节曲线图临界振荡时的比例度P=51.5，计算临界比例增益Kcmax= ？Kcmax=1/51.5=0.0194临界振荡周期Pu=19s，请按临

33、界比例度Ziegler-Nichols公式分别计算三种控制规律的控制参数。为什么压力对象不宜用微分调节？如果测量值含有很大的噪声，由于微分作用对高频噪声起到放大作用，因此存在高频噪声的地方不宜用微分。压力对象的波动和测量噪声比较多，所以压力控制不宜用微分。串级控制实验的主副变量是什么？主副调节器是什么？执行器是什么？副调节器采用什么给定方式？副调的给定是什么？主副调节器是如何配合的？为什么？一二次扰动是什么？（1）主变量为液位。副变量为流量。主调节器为AI-808。副调节器为AI-808。执行器为调节阀。（2）外给定方式。副调的给定是主调的输出。（3）主调的输出作为副调的给定，必须和副变量的工

34、作量程相匹配。副变量流量的工作量程大约是500L/h，所以主调的输出要限幅为40%左右。主调的输出为4-20mA电流信号，经过250欧姆标准电阻送给副调节器作为给定信号。设定值阶跃变化是一次扰动，供水压力变化为二次扰动。在温度过程控制系统设计中（1）温度传感器的分度号是什么？采用什么方式安装？。（2）温度变送器是什么？温度传感器采用几线制连接到变送器？变送出来的是什么信号？。（3）温度控制PAC的硬件配置是怎样的？（1）pt100 螺纹安装方式（2）AI-701仪表 三线制 变送出0-20ma电流信号3）CPU模块： CPU 315 （1分）A/D模块：IC695ALG600 。D/A模块：I

35、C695ALG704 。DO模块：IC694MDL754 。（4）下图是模拟量输入模块的输入信号类型选择，请选择正确的信号类型。选择 Voltage/Current 类型。（5）填写出温度信号在PAC中进行标度变换的设置数据？。 依次填写100、0、20、0。 （6） GEPAC的PID指令运算数据都是什么类型？采集来的温度数据类型需要做怎样的处理？PID指令的设定值和输入值的数据范围是多少？。PID指令运算的数据都是整形数据。采集来的温度数据需要乘以10把它变换为整形数据。PID指令的设定值和输入值的数据范围是0-1000。1在Qi处标注：扰动变量DV (Disturbance Variab

36、le) 2在h处标注：被控变量 CV ( Controlled Variable) 3在LC输出标注：控制变量 Control Variable4在Qo处标注：操纵变量MV (Manipulated Variable) 5在液位变送器处标注：测量信号Measurement6在hsp处标注：设定值SP (Setpoint) 下图是过程对象的开环阶跃响应曲线（1）写出它的传递函数表达式（3分）（2）写出对象增益的计算公式（4分）ymin, ymax为CV的测量范围；umin, umax为MV的变化范围，对于阀位开度通常用0100%表示。3 某对数特性调节阀的流量变化如下表：（8分） 在开度10%、

37、50%、80%、90%三点如果开度变化10%，请分别计算（1）直线流量特性流量的相对变化量。(2) 对数流量特性流量的相对变化量。(1) 直线流量特性流量的相对变化量。（算式正确，结果错误0.5分）10%点：（22.7-13.0）/13.0=74.6% 50%点：（61.3-51.7）/51.7=18.6% 80%点：（90.3-80.6）/80.6=12.0% 90%点：（100-90.3）/90.3=10.7% (2) 对数流量特性流量的相对变化量。（算式正确，结果错误0.5分）10%点：（6.58-4.67）/4.67=40.9% 50%点：（25.6-18.3）/18.3=39.9%

38、80%点：（71.2-50.8）/50.8=40.2% 90%点：（100-71.2）/71.2=40.4% 临界振荡曲线图 P调节曲线图： PI调节曲线图 PID调节曲线图根据上图分析PID调节特点P调节有余差（2分）（P）I调节消除了余差，调节时间约125秒，没有超调（2分）（PI）D调节有超前作用，调节时间62.5秒，和PI调节相比调节时间短（2分）说出前馈控制系统的特点？前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制及时。前馈控制是针对干扰作用进行控制的，当干扰一出现，前馈控制器就根据检测到的干扰，按一定规律进行控制。（2分）前馈控制属于开环控制系统。反馈控制是一个闭环控制系统，而前馈控制是一个开

39、环控制系统。前馈控制器根据干扰产生控制作用对被控变量进行影响，而被控变量并不会反过来影响前馈控制器的输入信号（扰动量）。（3分）前馈控制采用的是由对象特性确定的“专用”控制器。一般的反馈控制系统均采用通用的PID控制器，而前馈控制器是专用控制器，对于不同的对象特性，前馈控制器的形式将是不同的。（3分）下面是完全微分PID运算公式和阶跃响应图（1）写出不完全微分的PID算式（2分）（2）画出不完全微分的阶跃响应图（2分）答案：写出位置式数字PID控制算式写出增量式数字PID控制算式说出增量式PID控制算式的优点。增量式具有防积分饱和的优点，因为在计算积分作用时，不用对偏差进行累积。（1分）增量式

40、输出是执行机构位置的改变量，只有偏差出现时，才产生输出增量值。（1分）增量式算式很容易从手动位置切换到自动位置，无需进行控制器输出的初始化。（1分）下图中的4个串级储罐，水的出口温度为被控变量，加热量Q是操纵变量， 和为干扰。（15分）（1）在设计串级控制时，最合适的副变量应选择在何处？试与选择向前和向后一个罐的情况相比较。（2）在工艺图上表示该串级系统，并画出相应的方块图。（3）确定控制器的正反作用。(1) 应选择在储罐2出口处温度即q2（1分），向前一个罐则副回路不能包含干扰F1，Q12（1分）;向后一个罐则副回路对象的滞后太大影响副回路的快速调节能力。（1分）(2)(3) 主副调节器均为

41、反作用（2分） 2 为了测试加热锅炉的数学模型，对它做开环加热测试：当加热功率为40%时，阶跃响应曲线斜率为1/60（/s）；当加热功率为60%时，阶跃响应曲线斜率为1/42（/s）；当加热功率为80%时，阶跃响应曲线斜率为1/30（/s）；锅炉温度延迟时间的平均值为172s（1）根据以上数据写出温度对象的数学模型G(s)=？（7分）把温度对象确定为一阶积分加纯滞后环节，其数学模型为（1分），故开环阶跃响应为C（S）=（1分），拉氏反变换为时域函数C（t）=（1分），其中为脉冲函数，会使阶跃响应延迟一段时间，对响应曲线的斜率没有影响。K/Ti就是实验截取的响应曲线的斜率，具体求法如下：当加热功

42、率为40%时，阶跃响应曲线斜率为1/60（/s），K=40/100=0.4，0.4/Ti=1/60，Ti=24(s)； （1分）当加热功率为60%时，阶跃响应曲线斜率为1/42（/s），K=60/100=0.6，0.6/Ti=1/42，Ti=25.2s； （1分）当加热功率为80%时，阶跃响应曲线斜率为1/30（/s），K=80/100=0.8，0.8/Ti=1/30，Ti=24s； （1分）所以Ti平均值为24.4s，又延迟时间的平均值为172s。此次实验的数学模型为（1分）。 （2）加热锅炉的主回路采用可控硅控制，PID的控制周期设置为多少？（1分） 可控硅的开关速度比较快，所以可把PID的控制周期设置为1秒。（1分） （3）如果加热锅炉主回路采用继电器/接触器控制，这种情况PID控制程序需要什么程序配合？（1分） 需要PWM程序配合（1分） （4）这种控制方式叫做什么方式？（2分） 时间比例输出（2分） （5）PID的控制周期又应该设置为多少？（1分） 继电器接触器动作频率不能太高，所以控制周期应设为25秒（1分） （6）画出温度控制系统的管道仪表流程图（4分）主要画出：传感变送、调节、执行部分 2 （1）如果控制对象是保温性比较好的锅炉，可以把锅炉看作什么环节？为什么？（2分）(1)锅炉静态水，保温性好，