过程控制工程——复习课.

1、l5月21日实验l9:45 01-25l10:45 26-49过程控制工程过程控制工程复习课复习课32个知识点全面掌握个知识点全面掌握余南南知识点知识点1：单回路控制系统四个环节：单回路控制系统四个环节l1 被控对象l2 测量变送装置l3 控制器l4 控制阀l例题：简单控制系统由（ ）、（）、（）和（）四个环节组成。知识点知识点2：被控变量选择原则：被控变量选择原则l1应尽量选择质量指标参数作为被控变量；l2当不能选择质量指标参数作被控变量时，应当选择一个与产品质量指标有单值对应关系的间接指标参数作为被控变量；l3所选择的间接指标参数应具有足够大的灵敏度，以便反映产品质量的变化；l4选择被控制

2、变量时需考虑到工艺的合理性和在国内外仪表生产的现状。l例题：苯、甲苯二元系统的精馏控制系统。易挥发组分的浓度为质量指标，温度和压力与浓度有函数关系，l则应选择选择什么变量为被控变量？l如果浓度不宜测量，应选择选择什么变量为被控变量？同时需要满足什么条件？(,)f浓度温度 压力知识点知识点3：干扰通道与控制通道特性：干扰通道与控制通道特性对控制质量的影响对控制质量的影响例题例题300010f0f0f( )( )1(1)(1)KfssfPDPCfK eK eGsGsT sT sT sTTK增大、增大，增大、增大,增大、增大,对控制质量有什么影响？知识点知识点4：阀门的气开、气闭的选择：阀门的气开、

3、气闭的选择知识点知识点5：控制器参数对系统控制质：控制器参数对系统控制质量的影响量的影响iKTC增大，余差变小，振荡幅度变大，系统趋向不稳定增大，消除余差能力变强，振荡幅度变大，系统趋向不稳定微分时间常数情况比较复杂减小知识点知识点6：控制器的正反作用：控制器的正反作用l例题：控制系统中控制器正、反作用的确定依据是：（ ）。例题：请判定图所示温度控制系统中，调节阀例题：请判定图所示温度控制系统中，调节阀和调节器的作用型式。和调节器的作用型式。TC物料物料1.1.当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时；当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时； （ ）2

4、.2.当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时；当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时； （ ）3.3.当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为待加热的软化当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为待加热的软化水时；水时； （ ） 4.4.当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为待加热的软化水当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为待加热的软化水时；时； （ ） A.A.气关调节阀，正作用调节器；气关调节阀，正作用调节器；B.B.气开调节阀，反作用调节器；气开调节阀，反作用调节器；C.C.气开气开调节阀，正作用调节器；调节

5、阀，正作用调节器；D.D.气关调节阀，反作用调节器气关调节阀，反作用调节器. .知识点知识点6:串级控制系统的组成串级控制系统的组成例题：画出串级控制系统的结构框图，并说明主副回路的组成部件。知识点知识点7：与单回路系统相比，串级：与单回路系统相比，串级控制系统的特点控制系统的特点l改善被控过程的动态特性，提高了系统的工作改善被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率，为什么？频率，为什么？l具有很强的抗干扰能力，为什么？具有很强的抗干扰能力，为什么？l具有一定的自适应能力，为什么？具有一定的自适应能力，为什么？知识点知识点8：串级控制系统串级与主控直接串级控制系统串级与主控直接切换条件切换条件

6、l当副控制器为反作用时：假设副变量不变，当当副控制器为反作用时：假设副变量不变，当主主控制器输出增大，控制器输出增大，相当于副变量测量值减小，相当于副变量测量值减小，副副控制器输出增大控制器输出增大；当；当主控制器输出减小主控制器输出减小，相当于，相当于副变量测量值增大，副变量测量值增大，副控制器输出减小。主、副副控制器输出减小。主、副控制器输出信号方向一致，可以直接切换。控制器输出信号方向一致，可以直接切换。l例题：副控制为正作用，是否可以进行直接切换，例题：副控制为正作用，是否可以进行直接切换，为什么？为什么？知识点知识点9：串级控制系统中主、副控制器串级控制系统中主、副控制器正、反作用的

7、选择。正、反作用的选择。l主副控制器的正反作用的确定顺序应遵循先副后主的原则。例题：对于图示的加热器串级控例题：对于图示的加热器串级控制系统。制系统。 l（1）画出该控制系统的方框图，并说明主变量、副变量分别）画出该控制系统的方框图，并说明主变量、副变量分别是什么？主控制器、副控制器分别是哪个？是什么？主控制器、副控制器分别是哪个？l（2）若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，试）若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开气关型式；确定控制阀的气开气关型式；l（3）确定主、副控制器的正反）确定主、副控制器的正反 作用；作用；l（4）当蒸汽压力突然增加时，简述该控制

8、系统的控制过程；）当蒸汽压力突然增加时，简述该控制系统的控制过程；l（5）当冷物料流量突然加大时，简述该控制系统的控制过程；）当冷物料流量突然加大时，简述该控制系统的控制过程；l（1）该控制系统的方框图温度温度控制器控制器控制阀控制阀流量对流量对象象象象流量测量变流量测量变送送主设主设定值定值扰动扰动1出口出口温度温度操纵操纵变量变量流量流量控制器控制器温度对象温度对象蒸汽蒸汽流量流量温度测量变温度测量变送送副设副设定值定值主测量值主测量值副测量值副测量值扰动扰动2知识点知识点10：副回路设计原则副回路设计原则l（1）使系统中的主要干扰包含在副环内）使系统中的主要干扰包含在副环内l（2）在可能

9、情况下，应使副环包含更多一些干）在可能情况下，应使副环包含更多一些干 扰扰 l（3）当对象具有非线性环节时，在设计时应使非线）当对象具有非线性环节时，在设计时应使非线性环节处于副环之中。性环节处于副环之中。l（4）当对象具有较大滞后时，使设计的副回路尽量）当对象具有较大滞后时，使设计的副回路尽量少包括或不包括纯滞后少包括或不包括纯滞后l（5）副回路设计应考虑到主、副对象时间常数的匹）副回路设计应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防配，以防“共振共振”发生。发生。例题例题例题例题（防止物料凝结）例题例题知识点知识点11：几种比值控制系统的：几种比值控制系统的区分区分FCF1F2KF1F2FCKF

10、1KF1F2F2CF1CF1F2FfCXCRXF1CLCF1CkF1F2LT例题：例题：l某化学反应过程要求参与反应的两物料A，B保持1:2的比例，通过观察发现物料A的流量因管线压力波动经常变化，设计较合适的控制系统？l若物料A,B的流量均因管线压力波动经常变化，设计较合适的控制系统？l若物料A,B的流量均因管线压力波动经常变化，且要保持反应器内液位恒定，设计较合适的控制系统？知识点知识点12：比值与比值系数的计：比值与比值系数的计算算212202max201101max101max2max221max2maxFKFIIIIKIIIIFKKFFKKF 从动流量流量比主动流量从动流量的测量信号比

11、值系数主动流量的测量信号线性关系平方关系（）例题：例题：若增加开方器，则比值系数为多少？知识点知识点13:用乘法器组成的方案的设计控制器控制器控制阀控制阀流量对象流量对象测量变送器测量变送器1测量变送器测量变送器2F2F1I1I0乘法器乘法器K1I1101100001max101max100max00-I II II IIIIIII 例题：比值用例题：比值用DDZ-3型乘法器实现，已知型乘法器实现，已知F1max=7000kg/h， F2max=4000kg/hF1F2F2CF1CI01I I1l（1）画出方块图)(1sGC)(1sGV)(01sG)(1sGmK)(2sGC)(2sGV)(02

12、sG)(2sGm)(sR1F2F0I1I1I2Il（2）已知I0=18mA，求该比值系数的比值K=？比值系数K？2:17000400087875. 016416)4)(4()4()4(444416)4)(4(max1max2max2max100111111011FFKKFFKKIKIIIKIKIIIKIII所以：由定义：乘法器输出11I10?mAI（3） 系统稳定时，测，计算101(4)(4)416(104)(184)49.25(mA)16III 系统稳定时：知识点知识点14:用除法器组成的方案的设计比值控制器比值控制器控制阀控制阀流量对象流量对象测量变送器测量变送器1测量变送器测量变送器2除

13、法器除法器F2F1I1I2I0IR0002201100max002max201max10/IIIIIIIIIIIIF1F2FC330/ ,/ ,?2,?hh KQDZp例题：将氨氧生成一氧化氮，要求F1:F2=2:1，F1max=12000N.mF2max=5000N.m比值系数的设定值FC)(2sGV)(02sG)(2sGm)(1sGmrp氧F氨F0p2p1p型系列仪表范围超出了所以：型仪表：信号为QDZKpppFFKKppKKQDZpa161208020202 . 1500012000212020pa100201202max1max12FC)(2sGV)(02sG)(2sGm)(1sGmr

14、p氧F氨F0p2p1p5 .0pa6820805 . 05 . 020)20(5 . 020208020/802080205 . 001212120KKpKppppppp的比值器数为在副回路中串入一个系知识点知识点15：均匀控制系统的目的：均匀控制系统的目的l均匀控制系统目的：使前后设备在物料供求上相互均匀、协调，统筹兼顾。l知识点16：均匀控制系统的控制器的特点宽比例度，大积分，决不能加微分。知识点知识点17：双冲量均匀控制l用一控制器，以两个测量信号之差为被控变量的系统。FCI0=IL-IF+IS ILIFISI0FTLT例题：画出系统的结构图，控制例题：画出系统的结构图，控制器正反作用器

15、正反作用F变送器L变送器控制器控制阀流量对象加法器 ILIFI0I r液位对象IS-FCI0=IL-IF+IS ILIFISI0FTLT知识点知识点18：与反馈控制比较，前馈控制的：与反馈控制比较，前馈控制的特点特点l1 前馈控制克服反馈控制及时l2 前馈控制属于“开环”控制系统l3 前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器l4 一种前馈控制只能控制一种干扰知识点知识点19：前馈控制系统结构：前馈控制系统结构GffFFSMff1 2 Sp.GffFMff1 2 TC1iGffFMff1 2 TCFCFSl例题： 有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似. 请问如何区分

16、它们? 试分析所示的两个系统各属于什么系统? 说明其理由。T1CT2C燃料原油T1C燃料原油Gff 例题：试判断图示两系统各属于何种控制系例题：试判断图示两系统各属于何种控制系统？说明其理由，并画出相应的系统方框图。统？说明其理由，并画出相应的系统方框图。知识点知识点20：前馈控制系统的传递：前馈控制系统的传递函数函数)()()()()()(2SGSGSGSGSGSGPCPDPCPPDff知识点知识点21：前馈反馈控制系统优点 （1）由于增加了反馈回路，大大简化了原有前馈控制系统，只需对主要的干扰进行前馈补偿，其它干扰可由反馈控制予以校正； （2）反馈回路的存在，降低了前馈控制模型的精度要求，

17、为工程上实现比较简单的通用模型创造了条件； （3）负荷变化时，模型特性也要变化，可由反馈控制加以补偿，因此具有一定自适应能力。例题：某前馈例题：某前馈-串级控制系统如图所示。串级控制系统如图所示。121201023( )( )9;( )2;( )( ) 1;( );2130.5( );( );21211CCVmmfGSGSG SGsGsG ssGsG sss要求：（）绘出该系统方框图。)(sGf)(1sGc)(sH)(sR)(2sGp)(2sGc)(sGd)(1sGp)(sY)(sDl（2）计算前馈控制器的数学模型。 22112222122221122( )( )( )( )( )1( )(

18、)( )1( )( )( )( )( )( )1( )( )( )( )1( )( )( )1( )( )( )0, ( )0( )?dcpcpcpcpffpcpcpcpcpffGsY sGs GsD sH s Gs GsGs GsGs GsGsGsGs GsGs GsH s Gs GsGs GsD SY SGsl3）假定控制阀为气开式，试确定各控制器的正/反作用。l主为正作用，副为反作用。 l例题：图示的热交换器中，物料与蒸汽换热，例题：图示的热交换器中，物料与蒸汽换热，要求出口温度达到规定的要求。试分析下述情要求出口温度达到规定的要求。试分析下述情况下应采取何种控制方案为好。画出系统的结况

19、下应采取何种控制方案为好。画出系统的结构图与方块图。构图与方块图。（1）物料流量）物料流量F比较稳定，而蒸汽压力比较稳定，而蒸汽压力波动较大。波动较大。物料流量物料流量F比较稳定，而蒸汽压力波动较大。可设比较稳定，而蒸汽压力波动较大。可设计出口温度为主变量，蒸汽压力为副变量的的串计出口温度为主变量，蒸汽压力为副变量的的串级控制系统。级控制系统。l（2）蒸汽压力比较稳定，而物料流量）蒸汽压力比较稳定，而物料流量F波动较大。波动较大。 l蒸汽压力比较稳定，而物料流量F波动较大。可设计出口温度为被控变量，物料流量为前馈量的前馈反馈控制系统。l（3）物料流量）物料流量F比较稳定，而物料入口温度比较稳定

20、，而物料入口温度及蒸汽压力波动都较大。及蒸汽压力波动都较大。l物料流量物料流量F比较稳定，而物料入口温度及蒸汽比较稳定，而物料入口温度及蒸汽压力波动都较大。可设计物料入口温度为前馈压力波动都较大。可设计物料入口温度为前馈量、出口温度为主变量，蒸汽压力为副变量的量、出口温度为主变量，蒸汽压力为副变量的前馈串级控制系统。前馈串级控制系统。知识点知识点22：选择型控制系统类型：选择型控制系统类型分析分析TC裂解气气丙烯液丙烯88 15 LSPC2PC1LSPBPYPA供水燃料气蒸汽PC2PC1LSPBPYPA供水燃料气蒸汽PC3知识点知识点23：选择器类型确定：选择器类型确定l选择器的类型可以根据生

21、产处于非正常情况下控制器的输出信号高、低来确定。如果在这种情况下它的输出为高信号，则应选高选器；如果在这种情况下它的输出为低信号，则应选低选器。 知识点知识点24：积分饱和的三个条件：积分饱和的三个条件l一个具有积分作用的控制器l处于开环工作状态l偏差输入信号一直存在，知识点知识点25：选择性控制系统的设计选择性控制系统的设计选择性控制系统的设计步骤1、根椐生产安全要求选择控制阀的开、闭形式2、根椐对象的特性和控制要求，选择控制器的控制规律及正 、反作用。3、最后根椐控制器的正、反作用和选择性控制系统设置的目的，确定选择器的类型。l例题：例题：下图所示的热交换器用来冷却裂解气，冷剂为脱甲烷塔的

22、釜液。正常工况下要求釜液流量恒定，以保持脱甲烷塔工况稳定。但裂解气冷却后的出口温度不能低于15，否则裂解气中的水分会产生水合物堵塞管道。为此要设计一选择性控制系统，要求：l（1）画出系统流程图和框图；l（2）确定调节阀的气开、气关形式，调节器的正、反作用及选择器的类型。知识点知识点26：分程控制目的：分程控制目的（1）扩大控制阀的可调范围，以改善控制品质。 两个控制阀同向动作（2）为了满足工艺操作的特殊需要。 两个控制阀异向动作例题例题l在分程控制系统中，什么情况下需选用同向动作控制阀，什么情况下需选用反向动作的控制阀? l答：当分程控制系统用于扩大控制阀的可调范围，改善系统品质时，需选用同向动作控制阀。当分程控制系统用于满足某些工艺操作的特殊需要时，需选用同反动作控