上海工程技术大学分布式控制技术与应用复习重点总结

1、第一章1.从历史沿革来谈为何采纳DCS?由惯例模拟仪表构成的控制系统在工业过程控制中曾长久占有统治地位，但跟着生产规模和复杂程度的不停增添，其限制性愈来愈显然。而最先的计算机控制（直接计算机控制DDC)系统固然战胜了惯例模拟仪表的限制性，但因为一台计算机控制着几十甚至几百个回路,同时对几百、上千个变量进行监督、操控、报警，危险高度集中。散布式控制系统（DCS)是跟着现代大型工业生产自动化的不停盛行和制造过程的日趋复杂应运而生的综合控制系统，其实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监督、操作、管理和分别控制。它采纳分别递阶构造，表现了集中管理、分别控制的思想，实现了系统的功能分别、危险分别,拥有

2、控制功能强、操作简易和靠谱性高等特色。它既不一样于分别的仪表控制系统，又不一样于集中式计算机控制系统，而是汲取了二者的长处，在它们的基础上发展起来的一门系统工程技术。2.散布式控制的构成，每部分的功能DCS主要包含:控制站（达成过系统的运算办理控制，是DCS的核心部分，系统主要的控制由他达成）、操作站（达成人机界面功能、供操作员操作监督）、工程师站（对DCS进行应用组态和编程用于离线组态、在线改正和操作系统开发)、通信系统(包含系统网络和现场总线）、高层管理网络。散布式控制的主要特色:集中管理、分别控制。4。散布式控制的系统构造现场仪表和履行机构层、装置控制层、工厂监控与管理层、公司经营管理层

3、为何采纳递阶控制构造1）网络构造，将各个子系统经过总线连结起来2）分层构造，由工程师站、操作站、控制站和操作系统构成3）主从构造，集中操作、分别控制OSI模型共7层，自上而下:应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。原则：每一层都一定有一个完好的功能，每层的通信协议都应当以国际标准化的目光来看，所选的层界限应尽量将经过接口的信息流减至最低,层次的数目不要多的使构造大而不妥、也不要少的让不一样功能归并在同一阶层中。7、开放系统的基本特色可移植性、可操作性、可适合性、可获得性.第二章1.数字/模拟PID构造图数字PID闭环系统构造图：1比率调理的功能/缺点长处：反响快弊端：不可

4、以完好除去静差.3.积分器/微分器的作用积分器:积分器的输出值大小取决于对偏差的积累结果,固然偏差不变，但积分器的输出还在增添，直至使偏差e=0。积分器的加入相当于能自动调理控制常量u0，除去静差，使系统趋于稳固.微分器:减小超调，战胜振荡，提升稳固性，改良系统动向特征。4.数字PID调理器的长处/原理图长处：技术成熟，构造灵巧，不单能够用惯例的PID调理，还能够依据系统的要求，采纳各样PID的变种，如PI、PD控制、不完好微分控制、积分分别式PID控制、带死区的PID控制、变速积分PID控制、比率PID控制等；易被人们熟习和掌握；不需要求出数学模型;控制成效好.原理:依据输入的偏差信号，按比

5、率、积分、微分的函数关系进行计算，其运算结果用于输出控制.地点式/增量式的PID控制算法地点式算法：tkde(t)ekek1kTDet()dtTSejukKPekTSej(ekek1)u0odtTSTIj0TSj0增量式算法:ukTskejTD(ekek1)u0KPekTIj0k1Tsuk1KPek1TsTD(ek1ek2)u0TIejTsj0TsekTD(ekukukuk1KPekek12ek1ek2)TITsKpe(k)KIe(k)KDe(k)2e(k1)e(k2)增量式控制算法供给履行机构的增量uk，只要要保持现时从前3个时刻的偏差值即可。为何采纳增量式的PID控制算法地点算法易产生积分

6、饱和现象，同时难以手/自动切换.增量算法和速度算法可除去积分饱和现象,易实现手/自动切换。27。积分饱和是怎样产生的假如因为负载突变等原由,惹起偏差的阶跃,若依据PID算法公式计算出的控制量u高出了控制范围，比如，uumax,那么实质上控制变量u就只好取上界值umax,而不是计算值，此时系统变量Y输出值虽在不停上涨，但因为控制量遇到限制，其增添要比没有受限制时慢，偏差e将比正常状况下连续更长的时间保持在正当,而使公式中的积分项有较大的积累值,当过程变量输出值Y高出给定值后，开始出现负差，但因为积分项的积累值很大,还要经过一段时间t后，控制变量u才离开饱和区，这样就使系统出现显然的超调，这类饱和

7、作用是由积分项惹起的，故称为积分饱和。8.积分分别的方法一种方法是只在UI与UP同方向时，才把积分引入；而在UI与UP反方向时，把UI切除，这在计算机上是很简单办到的。是只在小于某一界线（比如|e|为某一常数)时，即被控变量相当靠近设定值时,才把UI引入，而在其余状况下（e），把UI切除带有逻辑运算规律的选择性控制系统锅炉蒸汽系统图10.前馈控制所谓前馈控制，实质上是一种按扰动进行调理的开环控制系统.特色：当扰动产生后，被控变量还未显示出变化从前，依据扰动作用大小进行调理，以赔偿扰动作用对被控变量的影响。11.散布式控制系统怎样实现前馈控制与反应控制相联合控制模式?前馈控制实质是一种按扰动进行

8、调理的开环控制系统，其作用是使被控制变量不受主要扰动作用而产生偏差，其特色是当扰动产生后，被控制变量还未显示出变化从前，依据扰动大小进行调理，以赔偿扰动对被控对象的影响。而反应控制是偏差控制,其作用是战胜其余扰动以及前馈赔偿不完好的部分。要实现完好赔偿并不是易事，因为要获得工业过程的精准数学模型是十分困难的；同时扰动也不是特定的一种。为保证系统有更大的适应性，工业过程的很多场合把前馈控制和反应控制联合起来，实现前馈控制与反应控制相联合的控制模式.反应、前馈扬长避短,形成前馈反应控制方案（FFC-FBC）对主要扰乱进行前馈控制-校订实时对其余扰乱进行反应控制-反应校订，多扰乱控制312。解耦控制

9、串连解耦控制的原理14。议论时滞赔偿控制在三个通道上对控制质量的影响（课上讲的要点）45史密斯赔偿控制的赔偿方案FFGfGfRsYRGpesYGcGpeGc_GksGp_e推测控制构造图（要点）系统程序-反应推测用途：推测控制是利用数学模型，由可测信息将不行测的输出变量或不行测扰动计算出来实现反应控制。特色：第三章1。PLC的用途和特色用途:次序控制、运动控制、闭环过程控制、数据办理、通信和联网。特色：抗扰乱能力强、靠谱性高；控制系统构造简单、通用性强、应用灵巧；编程方便、易于使用；功能完美、扩展能力强；PLC控制系统设计、安装、调试方便;维修方便、维修工作量小;体积小、重量轻、易于实现机电一

10、体化。PLC的构造形式整体式构造、组合式构造PLC的工作原理PLC工作工程实质上循环往复地履行读输入扫描过程执6行程序与网络通信的扫描过程自诊疗扫描过程写输出扫描4.PLC的构成5.PLC的硬件/软件构造（PPT15页图）硬件:中央办理器（CPU)，储存器（包含系统储存器和用户储存器），输入、输出接口，电源，扩展接口,通信接口，智能I/O接口，智能单元，其余零件.软件：系统软件（系统管理程序、用户指令解说程序、标准程序模块及系统调用程序）、用户程序（它是PLC的使用者针对详细控制对象编制的应用程序。）.广义上的PLC程序构成：用户程序、数据块、参数块。6.系统程序（PPT117页）7。PLC的

11、编程语言三种语言：梯形图、指令表、次序功能流程图.8.I/O设施单元I/O设施单元保证CPU与现场设施互相联系的通道,可实现电平变换、电气隔绝、串/并变换、A/D与D/A变换。开关量输出单元：继电器输出单元、晶体管输出单元、晶闸管输出单元710。梯形图的设计和编程规则Ladder编程规则自上而下、从左到右,每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一个逻辑行起于左母线，而后是触点的连结，最后停止于继电器线圈或右母线。一般状况下，在梯形图中某个编号继电器线圈只好出现一次，而继电器触点（常开/常闭）可重复出现。在一个逻辑行上，串连触点多的支路应放在上方,假如将串连触点多的支路放在下方，则语句增加，

12、程序变长在每一个逻辑行上，并联触点多的支路应放在左边。假如将并联触点多的电路放在右侧，则语句增加，程序变长.不一样意一个触点上有双向“电流”经过多个逻辑行都拥有同样条件时，为了节俭语句数目，常将这些逻辑行归并。设计梯形图时，输入继电器的触点状态所有按相应的输入设施为常开状态进行设计更加适合，不易犯错。所以,也建议尽可能用输入设施的常开触点与PLC输入端连结。11。典型的梯形图起保停起动保持和停止电路电动机正反转控制电路延时接通/断开电路准时范围的扩展闪耀电路报警电路8912。延时接通/断开T37、T38为通电型延时继电器，分辨率为100ms,PT为设定值，其延不时间为：分辨率*设定值。所以T3

13、7延不时间=90100=9sT38延不时间=60100=6s。当输入端为1时，开始计数，到延不时间,输出为高电平。典型电路10故障信号I0。0接通时Q0.0(蜂鸣器)响;同时特别储存器SM0。5（1s时钟脉冲）周期性通/断,使Q0.1也跟着周期性的通/断,使与之相连的报警指示灯发光闪耀。待工作人员发现后，按下蜂鸣器复位按钮I0。1，使位储存器M0.1接通，其常开触点闭合自锁，另一常开触点闭合，使Q0。1连续接通，报警指示灯停止闪耀连续发光。待故障清除后去掉故障信号使I0。0断开,报警指示灯熄灭.第四章1.CPU程序的块构造操作系统DBDB循环FCFBSFC准时OB组织块过程FBFCSFB故障图

14、例：最大嵌套深度：OB-组织块S7-300：8FB-功能块16（CPU318）FC-功能FBS7-400：24SFB-系统功能块2至4个附带级给故障OBSFC-系统功能FB带背景数据块2。程序循环履行113.数据储存有哪几种种类数据以用户程序变量的形式储存，且拥有独一性。数据能够储存在输入过程映像储存器（PII)、输出过程映像储存器（PIQ）、位储存器（M）、局部数据货仓（L货仓)及数据块（DB）中.能够采纳基本数据种类、复杂数据种类或参数种类。数据块分类1）共享数据块（2）背景数据块（3)用户定义数据块存放器CPU有两个数据块存放器：DB和DI存放器.这样，能够同时翻开两个数据块。构造化/怎

15、样定义所谓构造化程序，就是办理复杂自动化控制任务的过程中,为了使任务更易于控制，常把过程要求近似或有关的功能进行分类，切割为可用于几个任务的通用解决方案的小任务，这些小任务以相应的程序段表示，称为块（FC或FB）。OB1经过调用这些程序块来达成整个自动化控制任务。构造化程序的特色是每个块（FC或FB）在OB1中可能会被多次调用，以达成拥有相同过程工艺要求的不一样控制对象.这类构造可简化程序设计过程、减小代码长度、提升编程效率，比较适合于较复杂自动化控制任务的设计.7。编程12第五章最小拍控制特色：(1）若参数不变,可实现时间最优控制(2）实质是开环控制3）加反应环节可实现闭环最优控制定义(最小

16、拍控制)要求闭环系统关于某种特定的输入下在最少个采样周期内达到无静差的稳态，且其闭环脉冲传达函数式此中，N是可能状况下的最小正整数，即闭环脉冲响应（z)在N个周期后变成0。3.零阶保持器的作用-恒值外推零阶保持器的作用是保持失散信号各采样时刻的值不变直到下一个采样时刻止，进而形成由高度为各采样时刻值的矩形波构成的脉动序列,如上图再将各矩形波顶边的中点用一条圆滑的曲线连结成上图中绿色虚线此绿色虚线就能较正确地复现由红色虚线表示的原连续信号，且采样周期越小，复现精度越高。一阶保持器(线性外推）4.Z变换（计算题)5。脉冲传达函数的观点C(z)输出脉冲序列的Z变换G(z)R(z)输入脉冲序列的Z变换

17、6。(z)、D（z)公式PPT56C(z)D(z)G(z)(z)1D(z)G(z)R(z)(z)1e(z)D(z)D(z)e(z)G(z)1(z)G(z)7.典型信号输入的响应（1）单位阶跃输入信号（2）单位斜坡输入信号13（3）单位抛物线输入信号PPT59-60图同上题PPT63页：响应的特色/差异在哪儿14输入为斜坡时加快度输入时10。最小拍控制器的适应性特色（结论）PPT66最少拍控制器的适应性特色：对应同阶输入能够实现最小拍追踪。关于低阶输入，稳态偏差为0，但动向特征较差,有100超调，且不可以最小拍追踪。关于高阶输入动向响应慢、且有稳态偏差。结论：15一种典型的最少拍（z)只合用于该

18、种类的输入。11。D(z)怎样求，PPT6712.零阶保持器的办理方法PPT70采样周期足够小时，可忽视保持器双线性变换法14。15。最小拍控制系统的限制性（1)系统的适应性差(2）对参数变化过于敏捷3）控制作用易超出限制范围4）在采样点之间存在纹波为何存在纹波1617。纹波产生的原由PPT9318.17第八章1。DCS操作方式仪表盘的操作方式,指过程控制站的操作在仪表盘长进行，它往常包含盘装的单回路、多回路控制器、可编程逻辑控制器、模拟仪表和简略型操作终端的操作。主要用于采纳单回路控制器、可编写逻辑控制器等模拟仪表盘的场合。CRT操作方式,它经过生产过程的集中监督和操作实现对生产过程的介入，经过操作站的CRT、触摸屏幕、鼠标或球标、键盘等设施或许语音等输入设施对生产过程的操作以及对系统进行控制和保护等操控。2。组态的内容散布式控制系统的组态包含系统组态、画面组态和控制组态。系统组态达成构成系统的各设施间的连结.画面组态达成操作站的各样画面、画面间连结.控制组态达成各控制器、过程控制装置的控制构造连结、参数设置等。趋向显示、历史数据压缩、数据报表打印及画面拷贝等组态常作