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文档简介

1、第一章自动控制的基本概念1简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动(干扰)量、设定(给定)值和偏差的含义?被控对象:在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象。被控变量:就是对象的输出,用 y表示。操纵变量:具体实现控制作用的变量。干扰量:弓I起被控变量波动的外来因素,用 f表示。给定值:在工艺上希望保持的被控变量数值,用 x表示。偏差:给定值与测量值的差值,用 e表示。2自动控制系统按给定值的变化可分为几种?以及各种的控制系统的特点。参数保持跟随给定时间程序 给足控制系统:“定值”是恒定给定值的简称。工艺生产中,若要求控制系统的作用是使被控制的工艺在一个生产指标上不变,

2、或者说要求被控变量的给足值不变,就需要采用定值控制系统。 随动控制系统(自动跟踪系统):给定值随机变化,该系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地 值的变化而变化。 程序控制系统(顺序控制系统):给定值变化,但它是 -个已知的时间函数,即生产技术指标需按一定的 变化。这类系统在间歇生产过程中应用比较普通。3控制系统的各类品质指标及其计算? 最大偏差或超调量:是指在过渡过程中,被控变量偏离给足值的最大数值。 衰减比:是衰减程度的指标,它是前后相邻两个峰值的比。习惯表示为一般取为4? 10之间为宜。 余差:当过渡过程终了时,被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差。 过渡时间:从干扰作用发

3、生的时刻起,直到系统重新建立新的平衡时止,过渡过程所经历的时间。振荡频率。余差、衰 振荡周期或频率:过渡过程同向两波峰 (或波谷)之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期,其倒数称为 例题:某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、 减比、振荡周期和过渡时间(给足值为 200°C)。2KJ r/min解 最大偏差 A = 230-200 = 3 (TC 余差 C = 205-200= 5由图上可以看出,第一个波峰值 B = 230-205 = 25'C,第二个波峰值B' =210 205 = 5 C,故衰减比应为B:B'

4、 =25:5=5:1.振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔,故周期 T = 20-5 = 15( min)过渡时间与规定的被控变量限制范围大小有关,假定被控变量进入额定值的土2%,就可以认为过渡过程已 经结束,那么限制范围为200X (±2%) = ±°C,这时,可在新稳态值(205° C)两侧以宽度为土 4 C画一区域,上图中以画有 阴影线的区域表示,只要被控变量进入这一区域且不再越出,过滤过程就可以认为已经结束。因此,从图上可以看出,过渡时间为22min4什么是控制系统的静态和动态?静态一被控变量不随时间而变化的平衡状态(变化率为0,不是静止)。动态一

5、一被控变量随H寸间变化的不平衡状态。5控制系统过渡过程的四种过渡过程及其特点。 非周期衰减过程:被控变量在给定值的某一侧作缓慢变化,没有来回波动,最后稳定在某-数值上。如(a) 衰减振荡过程:被控变量上下波动,但幅度逐渐减少,最后稳定在某一数值上。(b) 等幅振荡过程:被控变量在给定值附近来回波动,旦波动幅度保持不变。(c) 发散振荡过程:被控变量来回波动,且波动幅度逐渐变大,即偏离给足值越来越远。(d)la6自动控制系统的组成及方块图自动化装置:测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象。于扰作用控制阀测嚴元件变送器第二章被控对象的数学模型1什么是被控对象特性?什么是被控对象的数学模型?

6、研究对象的特性,就是用数学的方法来描述出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就称为对象的数学模型。2建立对象数学模型的三种方法。建模目的、机理建模、实验建模3描述简单对象特性的参数有哪些?一、放大系数K : X在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。X越大,就表示对象 的输入量有定变化时,对输出量的影响越大,即被控变量对这个量的变化越灵敏。二、时间常数T:当对象受到阶跃输入后,被控变量达到新的稳态值的 63.2%所需的时间,就是时间常数T,实际工作中,常用这种方法求取时间常数。显然,时间常数越大,被控变量的变化也越慢,达到新的稳定值所需的时间也越大。三、滞后时间

7、T :对象在受到输入作用后,被控变量却不能立即而迅速地变化,这种现象称为滞后现象。在容量滞后与纯滞后同时存在H寸,常常把两者合起来统称滞后时间 t,即t= rO+ rh,自动控制系统中, 滞后的存在是不利于 控制的。所以,在设计和安装控制系统时,都应当尽量把滞后时间减到最小。4实验测取对象特性常用的方法有哪些?阶跃反应曲线法、矩形脉冲法5何为系统辨识、参数估计?通过这种应用对象的输入输出的实测数据来决定其模型的结构和参数,称为系统辨识。在已知模型结构的基础上,通过实测数据来确定其中的某些参数,称为参数估计。第三章检测仪表与传感器1仪表的性能指标及精度的计算。性能指标:(1)精确度、(2)变差、

8、(3)灵敏度与灵敏限、(4)分辨率、(5)线性度、(6)反应时间精度计算:相对百分误差6 =误差中最大值/ (测量范围上限值-测量范围下限值)X100%允许误差=±【仪表允许最大绝对误差值/ (测量范围上限值-测量范围F限值)X100%将仪表的允许相对百分误差去掉“土”号及“”号,便可以用来确定精度等级 例1某台测温仪表的测温范围为 20070 ( TC,校验该表时得到的最大绝对误差为 +4°C,试确定该仪表的 精度等级。解该仪表的相对百分误差为5 = X100%-+0.8%700-200如果将该仪表的6去掉号与“”号,其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有 0.8级

9、仪表,同时,该仪表的误差超过了 0.5级仪表所允许的最大误差,所以,这台测温仪表的精度等级为1.0级。2弹簧管压力表的工作原理。1 一弹簧管;2 一拉杆;3 一扇形齿轮:4 一中心齿轮:5 指针;6 面板;7 游丝;8 调整螺丝;9 一接头单圈弹簧管是一根弯成270。圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端 B封闭,另一端固定在 接头9上。 当通入被测的压力p后,由于椭圆形截面在压力p的作用下,将趋于圆形,而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时,使弹簧管的自由端 B产生位移。输入压力p越大,产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端 B的位移成正比,所以只要测得 B点的位移量,就能反

10、映压力 p的大小。3压差式流量计的工作原理、标准的节流体的种类和转子式流量计的工作原理。压差式流量计原理:差压式流量计是基于流体流动的节流原理,利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。标准的节流体的种类:国内最常用的节流装置,孔板、喷嘴、文丘里管等标准化,并称为“标准节流装置”。(唔肯定)转子流量计原理:以压降不变,利用节流面积的变化来测量流量的大小,即转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。4压差式液位变送器工作原理、零点迁移问题和电容式物位传感器的工作原理?压差式液位变送器,是利用容器内的液位改变时,由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的零点迁移问题见书里P67通

11、过测量电电容式物位传感器的工作原理:在电容器的极板之间充以不同介质时,电容量的大小也有所不同。因此, 容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。5热电偶测温原理、热电阻测温原理及温度计算。热电偶原理:热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来,构成一个闭合回路。由于两种不同金属所携带的电子数不同,当两个导体的二个执着点之间存在温差时,就会发生高电位向低电位放电现象,因而在回路中形成电流,温度差越大,电流越大,这种现象称为热电效应,也叫塞贝克效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。热电阻原理:热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。温度

12、计算:R = 7?,。1 + ?( Z-Zo)AT?, = R- R. = aR t x Arrl l if)0式中,R'是温度为t °H寸的电阻值;是温度为to (通常为0。)时的电阻值;a是电阻温度系数;At是温度的变化值;是电阻值的变化量。例用镣铭-铜镣热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势 E ( t,=66982u V,而自由端的温度八=30 °C,求被测的实际温度。解 由附录二可以查得E( 30,0)= 1801/V则 E(t,0)= E( ?,30)+ E( 30,0)= 66982 + 1801 = 68783/V再查附录三可以查得68783 n V

13、对应的温度为900° C。6用热电偶测温时,为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿的方法有哪几种?答:在应用热电偶测温H寸,只有将冷端温度保持为0。,或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做,就称为热电偶的冷端温度补偿。在实际生产中,冷端温度往往不是 0?,而是某一温度tl,这就引起测量误差。因此,在应用热电偶测温时,只有将冷端温度保持为0笆,或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果,所以要进行冷端温度补偿。补偿方法:(1)冷端温度保持为0 °的方法、(2)冷端温度修正方法第五章自动控制仪表1什么是位式、比例、积分、微分控制规律?它们各自的特点?位式(其中以双

14、位控制比较常用):双位控制的动作规律是当测量值大于给定值时,控制器输出最大(小),而当测量值小于给定值时,则输出最小(大),即控制器只有两个输出值。特点是结构简单、成本较低、易于实现,因而应用很普遍。比例控制(P):比例控制器的控制规律是在一足界限内控制器作用的变化量与输入偏差成比例。特点是对偏差反应快,但控制结果存在静差(余差)。积分控制(I):规律是积分时间越短,积分速度越大,积分作用越强,反之,积分时间越长,积分作用越弱。特点是,当比例控制有偏差存在时,输出信号将随时间增长(或减小)。当偏差为零时,输出才停止变化而稳定在某一值上微分,因而用积分控制器组成的系统可以达到无余差。微分控制(D

15、):在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。特点是具有超前控制功能,但它的输出不能反映偏差的大小。2能够根据选定的控制规律计算控制器的参数。位式控制参数:偏差额e7=/ 扁,£0 (或£<)PPn?,e<OyO)比例控制参数:放大倍数Kpp = Kpe积分控制参数:积分速度 微分控制参数:微分时间 比例微分控制规律:比例积分控制规律:第六章执行器KiTdp = KJedt de P = Tf f dt de'=K"+T 侦de'dt1气动执行器的组成部分和分类。气动执行器由执行结构和控制机构组成。执行

16、机构分类:薄膜式,活塞式,长行程控制机构分类:(1)直通单座控制阀(2)直通双座控制阀(3)角形控制阀(4)三通控制阀(5)隔膜控制阀(6)蝶阀(7)球阀(8)凸轮挠曲阀(9)笼式阀2何为控制阀的理想流量特性和工作流量特性?在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。它取决于阀芯的形状在实际生产中,控制阀前后压差总是变化的,这时的流量特性称为工作流量特性。3气开阀、气关阀、执行器。有压力信号时阀关、无信号压力时阀开的为气关式。反之,为气开式接收控制器送来的控制信号,改变被控介质的流量,从而将被控变量维持在所要求的数值上或?定的范围 内的叫执行器。4气开阀和气关阀选择的原则。气开

17、阀和气关阀选择的原则:主要从工艺生产上安全要求出发。信号压力中断时,应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害性小,则应选用气美式,以使气源系统发生故障,气源中断时,阀门能自动打开,保证安全。反之阀处于关闭时危害性小,则应选用气开阀。组合方式图表6-1组合方式表序号执行机构控制阀气动执行器(a)正正气关(正)(b)正反气开(反)(c)反正气开(反)(d)反反气关(正)第七章简单控制系统1何为简单控制系统及简单控制系统的典型方块图。简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统简单控制系统的典型方块图2被控变量和操纵变量的选择原则。选

18、择被控变量的原则(2)被控变量在(1) 被控变量应能代表?定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态,?般是工艺过程中较重要的变量工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响而变化。为维持其恒足,需要较频繁的调节。(3) 尽量采用百接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号,或其测量和变送信号滞后很大时,可选择与直接 指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。(4) 被控变量应能被测量出来,并具有足够大的灵敏度。(5) 选择被控变量时,必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。C6)被控变量应是独立可控的操纵变量的选择原则:C1)操纵变量应是可控的,即工艺上允许调节的变量。(2) 操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。C3)在选择操

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