2023年过程控制系统 复习总结

千里之行，始于足下让知识带有温度。第2页/共2页精品文档推荐过程控制系统复习总结!过程控制系统学问点总结

）

一、概论

1、过程控制概念：五大参数。

过程控制的定义：工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。

2、容易控制系统框图。

控制仪表的定义：接收检测仪表的测量信号，控制生产过程正常举行的仪表。主要包括：控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表及装置。

控制仪表的作用：对检测仪表的信号举行运算、处理，发出控制信号，对生产过程举行控制。

3、能将控制流程图（工程图、工程设计图册）转化成控制系统框图。

4、DDZ-Ⅲ型仪表的电压信号制，电流信号制。QDZ-Ⅲ型仪表的信号制。它们之间联用要采纳电气转换器。

5、电信号的传输方式，各自特点。电压传输特点：

1).某台仪表故障时基本不影响其它仪表；

2).有公共接地点；

3).传输过程有电压损耗，故电压信号不相宜远传。电流信号的特点：

1).某台仪表出故障时，影响其他仪表；

2).无公共地点。若要实现仪表各自的接地点,则应在仪表输入、输出端实行直流隔离措施。6、变送器有四线制和二线制之分。区分。

1、四线制：电源与信号分离传送，对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求。

2、两线制：节约

第一个字母：参数类型T——

温

度

（Temperature）

P——压力（Pressure）L——物位（Level）

F——流量（Flow）W——分量（Weight）其次个字母：功能符号T——

变

送

器

（transmitter）

C——

控

制

器

（Controller）

I——指示器（Indicator）R——记录仪（Recorder）A——报警器（Alarm）

加热

制燃料

电缆及安装费用，有利于防爆。活零点，两条线既是信号线又是电源线。

7、本安防爆系统的2个条件。

1、在危急场所使用本质平安型防爆仪表。

2、在控制室仪表与危急场所仪表之间设置平安栅，以限

制流入危急场所的能量。

8、平安栅的作用、种类。

平安栅的作用：

1、平安栅作为本安仪表的关联设备，可用于传输信号。

2、控制流入危急场所的能量在爆炸性气体或混合物的点火能量以下，

以确保系统的本安防爆性能。

平安栅的种类：齐纳式平安栅、隔离式平安栅

二、基型调整器

1、基型调整器组成：控制单元和指示单元。基型调整器控制单元构成。

基型控制器又称基型调整器，对来自变送器的1-5V直流电压信号与给定值相比较所产生的偏差举行PID运算，输出4-20mA（DC）直流控制信号。

控制单元：输入电路(偏差差动和电平移动电路)、PID运算电路(由PD与PI运算电路串联)、输出电路(电压、电流转换电路)以及硬、软手操电路；

指示单元：测量信号指示电路、设定信号指示电路。

2、测量信号、内给定信号范围；外给定信号范围。

测量和内给定信号：1~5V(DC)；

外给定信号：4～20mA直流电流。（它经过250Ω精密电阻转换成1～5V直流电压）

3、输入电路、输出电路的作用。

输入电路作用：

1).信号综合。将（Ui-Us）后放大两倍反相以Uo1输出，即Uo1=-2(Ui-Us)。

2).电平转换。将以0V为基准的输入信号转换为以UB（10V）为基准的输出信号Uo1。

电平转换的目的：使运算放大器工作在允许的共模输入电压范围内。

输出电路作用：把PID输出ΔUo3（以UB为基准）转换成4-20mA.DC输出。实现电压—电流转换。

4、放大系数和比例度。

。

愈大，比例作用就越强愈小，成反比，与即可表示为：。此时比例度在单元组合仪表中，输出信号变化范围。

—偏差变化范围；

—式中：

输出的相对变化

输入的相对变化比例度的普通表达式：

比例度

PPP

KKKyyyyyyy

δδδεεεεεεε

δ%1001

%100minmaxminmaxminmaxminmaxmin

maxmin

max?=

-==

?-?-=

5、基型调整器PD电路的阶跃响应曲线外形；比例重量；t=TD/KD时的微分重量；微分时光。

作用：对

Uo1举行PD运算，可设置TD、KP（或比例度）。TD为微分时光；KP为比例系数。

微分作用：迅速的调整作用，超前作用。

6、基型调整器PI电路的阶跃响应曲线外形；比例重量：Kc=CI/CM；t=TI时的积分重量；积分时光。

比例系数：D

Kα

微分时光：TD=nRDCD调节Rp（

）和RD

可转变比例度和微分时

7、积分饱和。

解决积分饱和方法：1)对控制器的输出加以限幅，使其不超过额定的最大值或最小值；2)限制积分电容两端的充电电压；3)切除积分作用。

8、微分时光对微分作用的影响，积分时光对积分作用的影响。微分时光越小，微分作用越强；积分时光越大，积分作用越强。9、软手操电路和硬手操电路。

软手动操作电路是积分电路。硬手动操作电路是比例电路。

作业

2-4某P控制器的输入信号是4mA~20mA，输出信号为1V~5V，当比例度δ=60%时，输入变化0.6mA所引起的输出变化是多少？

解：按照比例度的公式：

%100min

maxmin

max?-?-?=yyyxxxδ

得

Vyyxxxy25.0)15(60

1

4206.0)(1

minmaxminmax=-?-=--?=?δ

2-7某PID控制器（正作用）输入、输出信号均为4mA~20mA，控制器的初始值Ii=Io=4mA，δ=200%，TI=TD=2min，KD=10。在t=0时输入⊿Ii=2mA的阶跃信号，分离求取t=12s时：①PI工况下的输出值；②PD工况下的输出值。

解：①PI工况下

P重量=mAIIKiiP12%

2022

1

=?=

?=?δ

Ti时：P重量=I重量；则Ti时，PI重量=2mATi=2×60=120s

重量

PI直线过（0，1）和（120，2）两点则t=12s时的输出变化量为：mAIo1.10

1201

2121=--?

+=?

t=12s时的输出为Io=初值+oI?=4+1.1=5.1mA①PD工况下P重量=mAIIKiiP12%

2022

1

=?=

?=?δ

P重量=

mAIKiD

1=?α

解得5=α

sKTDD1210

60

2=?=

i

I?

则t=12s时的输出变化量为：重量PIKKIiD

Do+?-=?α1

368

.0t=12s时的输出为：Io=初值+oI?=mA312.812510

1

10368.04=+??-+三、变送器

1、变送器的结构。变送器的作用。

构成原理：变送器是基于负反馈原理工作的，其构成原理如图所示，它包括测量部分（既输入转换部分）、放大器和反馈部分。

变送器和转换器的作用是分离将各种工艺变量(如温度、压力、流量、液位)和电信号（如电压、电流、频率、气压信号等）转换成相应的统一标准信号，以供显示、记录和控制之用。

2、变送器的输入输出关系。

)()(00FyzCxKzzzKyfi-+=-+=

3、量程调节的目的；零点调节/迁移。

使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin=0时，称为零点调节，在

xmin≠0时，称为零点迁移。零点调节使变送器的测量起始点为零。零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值。

4、差压变送器的作用；差动变压器的作用。

差压变送器是将液体、气体或蒸汽的压力、流量、液位等工艺变量转换成统一的标准信号，作为指示记录仪、调整器或计算机装置的输入信号，以实现对上述变量的显示、记录或自动控制。

差动变压器是由检测片（衔铁）、上、下罐形磁芯和四组线圈构成。其作用是将检测片的位移s转换成相应的电压信号uCD。

5、温度变送器的品种、结构（量程单元和放大单元）；四线制温度变送器的特点。

各类变送器分为三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器和热电阻温度变送器。

四线制温度变送器有如下特点：

（1）主放大器为低漂移、高增益的运算放大器，使仪表具有良好的牢靠性和稳定性。

（2）在热电偶和热电阻温度变送器中采纳了线性化电路，从而使变送器的输出信号和被测温度呈线性关系，便于指示和记录。

（3）变送器的输入、输出之间具有隔离变压器，采纳了平安隔离变压器，并采纳了平安火花防爆措施，故具有良好的抗干扰性能，且能测量来自危急场所的直流毫伏或温度信号。

6、热电偶温度变送器以及热电阻温度变送器的量程单元。

7、气动仪表的基本元件。

由气阻、气容、弹性元件、喷嘴-挡板机构和功率放大器等基本元件组成。

8、弹性元件、喷嘴挡板机构、电气转换器。

弹性元件作用：将压差转换成位移，在仪器的衔接处产生一定的操作力。

喷嘴挡板机构作用：将极小的位移转换成相应的压力信号。

电/气转换器工作原理是基于力矩平衡原理工作的。

四、运算器和执行器

1、开方器应用场合、作用。

开方器主要应用在流量测量与控制系统中，开方器对差压变送器的输出信号举行开方运算，从而得到与被测流量成比例关系的电压或电流信号。

2、执行器的结构、分类。

执行器分为两部分：执行机构和调整机构。

气动执行器

Pλ→L→Q

按能源分：

电动执行器Ii→L→Q

直行程（直线位移）

角行程（角位移）（两者减速器不同）液动执行器3、角行程电动执行机构的结构。

4、标准气压信号范围(20kPa-100kPa)，气源信号(140kPa)。

5、气动执行机构的种类。

气动执行机构有薄膜式和活塞式两种，常见的气动执行机构均属薄膜式。薄膜式特点为：结构容易、动作牢靠、修理便利、价格低，但输出行程较小，只能直接带动阀杆。6、调整阀的正反作用、正装阀/反装阀、气开/气关。

7、气开阀/气关阀的挑选原则。

调整阀气开、气关阀挑选，主要按照工艺生产的需要和平安要求来打算的；原则是当信号压力中断时，应能确保工艺设备和生产的平安。假如阀门处于全开位置平安性高，则应选用气关阀，反之，则应选用气开阀。

8、阀门定位器的作用。

阀门定位器可以增强执行器的输出功率，减小信号传递滞后，加快阀杆的位移速度，提高线性度，克服摩擦力影响，保证阀位正确到位。

9、控制阀的工作原理；流量特性；抱负流量特性、工作流量特性。

控制阀体就是依据执行机构输出的推杆位移量来转变阀门的开启程度，从而转变流通阻力以达到控制流体介质流量的目的。控制阀的流量特性，是指控制介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度（即推杆的相对位移）之间的函数关系。抱负流量特性：阀前后差压不变时的流量特性（固有流量特性）。工作流量特性：阀装在管道中，前后差压变时的流量特性，也叫实际流量特性。

10、控制阀的流量特性类型、各自特点。

抱负流量特性，通常有四种典型形式：

（1）直线特性-流量与阀芯位移成直线关系；

（2）对数特性-流量与阀芯位移成对数关系，引起的流量变化的百分比相等；

（3）快开特性-开度较小时流量变化较大，随开度增大很快达到最大值。

（4）抛物线特性-介于直线流量特性与对数流量特性之间，从而弥补了直线流量特性小开度时控制性能差的特点。

11、控制阀的可调比（可控比）。

R=min

max

QQ，可调比（可控比），即阀所能控制的流量上限与流量下限之比。Qmin为流量下限，不是泄漏。

12、控制阀串联管道工作流量特性的特点。

S=1，抱负流量特性。全关系统全开PPP?=?=?阀前后压差始终不变。S

阀

P?，特性曲线下移，流量特性畸变。

S太小，流量变化范围减小，对控制不利。S普通不小于0.3。

13、控制阀出厂时标注的为抱负流量特性。五、过程控制系统绪论1、控制通道、干扰通道。

控制通道：被控量与输入控制作用之间的联系被称为“控制通道”。干扰通道：被控量与扰动之间的联系被称为“干扰通道”。2、过程控制系统的组成。

控制器

执行器

被控对象

测量元件、变送器

设定值r

被控量操纵量

-偏差e

u

扰动d

y

测量值z

3、控制器正反作用确实定依据：（控制器±）×（对象±）=（—）。

4、过程控制系统按设定值的形式分类。定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统

5、过程控制系统的品质指标。

递减比n（衰减比）、动态偏差B1（最大偏差、最大过调量、超调量）、调节时光Tc(控制时光、过渡过程时光、恢复时光）、静态偏差C（余差、残余偏差）。

六、过程建模1、自平衡能力。

{

对数变为直

直线变为快

自平衡能力：凡受到干扰后，不依赖外加控制作用就能重新达到平衡状态的对象，是具有自平衡能力的对象。否则，是无自平衡能力的对象。

2、过程控制系统被控对象特性三个参数：放大系数、时光常数、滞后时光的求取。

3、阻力和容量的影响。

容量只影响反应速度，不影响放大系数，属于动态参数。T=RC容量增大，响应过程相对增长。见

图2-8。C↑→T↑。

4、多容过程等效为单容过程。

静态。

阻力既影响动态又影响控制效果。

响应快，以获得较好的，T较小，普通希翼对象阻力小些6。-见图2影响响应速度，动态：静态：影响放大倍数

数有关。

准时间常因此，阻力与放大系数RkRC，K以水箱为例：T：阻力R与T、K的关系15）-（2dQ

dy

R即

时，对流量的影响。就是被控量y发生变化具有的阻力，综上所述，不同过程所x===

图2-6阻力对响应特性的影响

t0t0

Q2Q1

Q3

Qi

Q

t

tT1T2

T3h0h

123i

Q?iQQ?+)

(2∞h1h()

∞)(3∞h

??

?

???

???????

?=??=??=??=?-??=?-?xkQRh

QRhQdthdAQQdthdAQQx122311

222

321121拉氏变换得：???

??

?

?????====-=-X(s)k(s)QR(s)

H(s)QR(s)H(s)Q(s)

sHA(s)Q(s)Q(s)

sHA(s)Q(s)Qx12

231

122232

1121

)1)(1()1)(1()1

11(1

)111(1

1)()(21221122

22111

12++=

++=++=sTsTKsARsARRkRsAs

ARsARsAksXsHxx

2222111RkKARTARTx===

5、时域法过程建模，单容水箱以及双容水箱的过程传递函数。

S

n

n

S

nnS

s

eTSK

SWTSK

SWeSTSTSTK

SWSTSTSTK

SWeSTSTK

SWSTSTK

SWSTTSTTK

SWe

TsKSWTsK

SXSH00001)(.81)(.71(1(1)(.61(1(1)(.51(1)(.41(1)(1()(.31

)(.21

)()(SW.12121212121221ττττ+=+=+??????++=+??????++=

++=++=

+++=

+=+=

=

）

（传递函数：带有纯滞后等容对象的）

（等容对象的传递函数：）））（传递函数：带有纯滞后多容对象的）

））（多容对象的传递函数：））（递函数：有纯滞后双容对象的传）

）（或）双容对象的传递函数：递函数：有纯滞后单容对象的传）（单容对象的传递函数：

作业

1、如图所示单容水箱，负载阀的流阻为

R2。现以Q1为输入，Q2为输出，求Q2(s)/Q1(s)。

?

?

?

??

?

?

?

=

?

?

=

?

-

?

2

2

2

1

R

h

Q

dt

h

d

C

Q

Q

??

?

?

?

=

=

-

2

2

2

1

)

(

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R

s

H

s

Q

s

CsH

s

Q

s

Q

)

(

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(

2

2

2

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s

Q

CsR

s

Q

s

Q=

-

1

1

1

1

)

(

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(

2

1

2

+

=

+

=

Ts

s

CR

s

Q

s

Q

C

R

T

2

=

2、如图所示，已知一单容水箱其底面积为C，输入为Qi，输出为h。Qo1和Qo2对应的流阻分离为R1和R2，求H(s)/Qi(s)。

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

=

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=

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?

=

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-

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2

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2

1

R

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R

h

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dt

h

d

C

Q

Q

Q

o

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o

o

i

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-

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s

H

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CsH

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s

Q

s

Q

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o

o

o

i

)()

()()(2

1sCsHRsHRsHsQi=--

1

1111)()(2

12

12

12

121+=

+++=++=TsKRRCsRRRRRRRRCssQsHi2121RRRRK+=

CRRR

RT2

121+=

七、单回路控制系统

1、放大系数（干扰通道/控制通道）、干扰通道时光常数、纯滞后时光、控制通道时光常数、纯滞后时光对控制质量的影响。

极点的影响：

1）Td增大，过程变慢，过渡过程时光加长。

2）使过渡过程动态重量减小了Td倍，即超调量减小，控制质量提高。结论：

干扰通道的时光常数大，或者惯性环节数增强时，控制质量将提高。（对干扰起滤波作用。）2、挑选操纵量的普通原则。

直接参数：能表征产品产量、质量、平安性能等方面的参数。间接参数：与直接参数具有单值关系（P、T等），并有足够敏捷度。

3、控制阀的流量特性的挑选。

确定工作流量特性的原则：使广义对象具有线性特性。即：K=KvKo=常数。4、控制阀的口径计算步骤。

1、按照现有的生产能力、设备负荷及介质的情况，打算计算的最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin。

2、按照系统特点挑选S值，然后计算控制阀全开时的压差。

3、按照控制介质类型和工况，选用合适的C值计算公式，求取最大最小流量时的流通能力Cmax、Cmin。

4、按照Cmax值，在所选用的产品形式的标准系列中，选取大于Cmax并临近的一档C值，获得口径值。见表3-6。

5、开度验算。

6、实际可控比验算。

7、上述各项合格，则所选控制阀口径合格，否则，需重定C值和口径，再验算至合格。

5、控制器的选型。PID的作用。

P控制器的选型：

特点：快，输出与偏差成比例，阀门开度与偏差有对应关系，有余差。抗负荷干扰能力强，调整时光短。

适用场合：适用于控制通道滞后小，负荷变化不大，允许被控量在一定范围内变化的系统。如：压缩机储压罐的