过程控制系统复习题库

--#-/393．根据实验所得响应曲线，把广义对象当作有纯滞后的一阶惯性环节：Go（s）二3．根据实验所得响应曲线，把广义对象当作有纯滞后的一阶惯性环节：Go（s）二t^71oKe-Tos另有版本写成：G（s）=oe_T0T-s+1o1/P—e-tsT-s+1o找出广义对象的特性参数K、TTTOC\o"1-5"\h\zAy/（y—y）K—maxminoAx/（x一x）maxmin_1_~K~o参数调节p（%）pPI冋3.3Topm0.85—^―2ro0.3t0响应曲线法整定参数的公式4．

调节规律Oc(s)5P%PI%%3.3rPID（町+笃/0.85rP^02t0.5r5．4-5．几种整定方法的比较整定方法优点缺点反应曲线法方法简单系统开环，被调量变化较大，影响生产稳定边界法系统闭环会出现被调量等啪振荡衰减曲线法系统闭环，安全实验费时经验法系统闭环，不需计算需要经验综合习题、实用题1．简单控制系统由哪几部分组成？答：简单过程控制系统的结构与组成：指由一个测量变送器、一个控制器、一个执行器（控制阀）和一个对象（四个基本环节）所构成的单闭环控制系统。为什么希望控制通道放大系数K要大、时间常数T小、纯滞后时间T越小越好？而干扰通道的放大系数K尽000f可能小、时间常数T尽可能大？f答：控制通道放大系数K大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大、控制作用对扰动的补偿力强、余差也小；0但K太大，会使系统的稳定性下降。0在相同的控制作用下，时间常数T小,被控变量变化快；但时间常数T过大或太小，在控制上都存在一定困难。00滞后时间T的存在，使得控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大、控制质量下降。0干扰通道：放大系数K大，对控制作用不利，因此尽可能小；时间常数T大，扰动作用比较平缓，被控变量变化平稳。ff3.对某过程控制系统的对象采用衰减曲线法试验时测得P二30%,T二5s。试用衰减曲线法按衰减比Srn二10:1确定PID调节器的参数。解：查表6-3:计算PID参数P=0.8P/=0.8x30%=24%；ST=1.2T=1.2x5=6s；IrT=0.4T=0.4x5=2sDr对某过程控制系统的对象采用衰减曲线法试验时测得P=50%,T=10s。试用衰减曲线法按衰减比SSn=4:1确定PID调节器的参数。解：查表6-3:计算PID参数P=0.8P=0.8x50%=40%；ST=0.3T=0.3x10=3s；IST=0.1T=0.1x10=1sDS某控制系统用n=4:1衰减曲线法确定调节器的参数，测得§=50%,T=5说口。试确定采用PI作用和SSPID作用时的控制器参数。解：查表：计算PI参数§=1.2§=1.2x50%=60%；ST=0.5T=0.5x5=2.5minIS计算PID参数§=0.8§=0.8x50%=40%；ST=0.3T=0.3x5=1.5min；IST=0.1T=0.1x5=0.5minDS某控制系统采用DDZIII型控制器，用临界比例度法确定调节器的参数；测得：5=30%,T=3min。试确定采用pi作用和PID作用时的控制器参数。KK解：查表：计算Pi参数5=2.25=2.2x30%=66%；KT=0.85T=0.85x3=2.55minIK计算PID参数5=1.75=1.7x30%=51%；KT=0.5T=0.5x3=1.5min；IKT=0.125T=0.125x3=0.375minDK某控制系统用临界比例度法确定调节器的参数，测得5=20%,T=4min。试确定采用P作用、PI作用和KKPID作用时的控制器参数。解：查表：P作用时的参数5=28=40%K计算PI参数8二2.28二2.2x20%二44%；KT二0.85T二0.85x4二3.4minIK计算PID参数8=1.78=1.7x20%=34%；KT=0.5T=0.5x4=2min；IKT=0.125T=0.125x4=0.5minDK某控制系统用n=4:1衰减曲线法确定调节器的参数，测得8=40%,T=6min。试确定采用P作用、PISS作用和PID作用时的控制器参数。解：查表：计算P作用参数8=8=40%S计算PI参数8=1.28=1.2x40%=48%；ST=0.5T=0.5x6=3minIS计算PID参数8=0.88=0.8x40%=32%；ST=0.3T=0.3x6=1.8min；IST=0.1T=0.1x6=0.6minDS某控制系统用n=10:1衰减曲线法确定调节器的参数，测得8'=50%,T=2min。试确定采用PI作用和SrPID作用时的控制器参数。解：查表：计算PI参数8=1.28'=1.2x50%=60%；ST=2T=2x2=4minIr计算PID参数8=0.88'=0.8x50%=40%；ST=1.2T=1.2x2=2.4min；IrT=0.4T=0.4x2=0.8minDr每六章常用高性能过程控制系统6.0.前言当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，采用简单控制系统往往控制质量较差，满足不了工艺上的要求，这时，可考虑采用串级控制系统。2．前馈控制的原理是：当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小改变控制变量，以抵消扰动对被控参数的影响。6．1．串级控制系统6．1-1．串级控制系统基本结构及工作过程1．结构特点：(1)系统有两个闭合回路，形成内外环。主变量是工艺要求控制的变量，副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量。⑵主、副调节器是串联工作的，主调节器的输出作为副调节器的给定值。6．1-2．串级控制系统特点1．主环控制通道时间常数缩短，改善了系统的动态性能。2．副回路的引入，提高了系统的工作频率，也改善了系统的动态性能。串级系统特点总结：1对进入副回路的干扰有很强的克服能力；⑵改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；对进入主回路的干扰控制效果也有改善；⑶对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力。3.串级控制系统的设计与参数整定4.串级控制系统的适用范围适用于容量滞后较大的过程：选容量滞后较小的辅助变量，减小时常，提高频率适用于纯滞后较大的过程：(图6—9,)工艺要求：过滤前的压力稳定在250Pa;特点：距离长，纯滞后时间长。仿丝胶液压力与压力串级控制适用于干扰变化剧烈、幅度大的过程：适用于参数互相关联的过程：适用于非线性过程5.串级控制系统的主要特点有：对进入副回路的干扰有很强的抑制能力；能改善控制通道的动态特性，提高系统的快速反应能力；对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。5.主、副调节器调节规律的选择主调调节器调节规律：定值控制；副调调节器调节规律：随动控制主被控参数要无静差一调节器调节规律为PI,PID调节；副被控参数允许有静差一调节器调节规律：P,不引入PI；为保稳定，P选大时，可引入积分；不引入微分。6．1-6．串级控制系统的参数整定1．逐步逼近整定法主开环、副闭环，整定副调的参数副回路等效成一个环节，闭合主回路，整定主调节器参数观察过渡过程曲线，满足要求，所求调节器参数即为否则，再整定副调节器参数，（此时副回路、主回路都已闭合！）记为反复进行，满意为止该方法适用于主、副过程时间常数相差不大，主、副回路动态联系密切，需反复进行，费时较多2．两步整定法主、副闭合，主调为比例,比例度为百分之一百，先用4比1衰减曲线法整定副调节器的参数，求得比例度和操作周期；等效副回路，整定主调参数，求得主回路在4比1衰减比下的比例度和操作周期；根据两种情况下的比例度和操作周期，按经验公式求出主、副调节器的积分时间和微分时间，然后再按先副后主、先比例后积分再微分的次序投入运行，观察曲线，适当调整，满意为止。3．一步整定法思路：先根据副过程特性或经验确定副调节器的参数，然后一步完成主调节器的参数的整定。理论依据：主、副调节器的放大系数在0〈K-K〈0.5的条件下，主、副过程特性一定时，K-K为一常数c1c2c1c2⑴主、副调节器均置比例控制，根据约束条件或经验确定Kc2⑵等效副回路，按衰减曲线法整定主调节器参数；⑶观察曲线，在约束条件下，适当调整主、副调节器的参数，满意为止。7．1-6*．串级控制系统的参数整定串级控制系统的参数整定有逐步逼近法、两步整定法和一步整定法2．逐步逼近法：⑴断开主回路，整定副回路、取得参数⑵整定好的副回路作为主回路的一个环节，整定主回路、取得参数⑶主回路、副回路闭环，再次整定副回路、取得参数⑷重新整定主回路、取得参数⑸依次整定副回路、主回路。并循环进行，逐步接近主、副回路最佳控制状态。3．两步整定法：系统处于串级工作状态，第一步按单回路方法整定副调节器参数；第二步把已经整定好的副回路视为一个环节，仍按单回路对主调节器进行参数整定。4．一步整定法：所谓一步整定法，就是根据经验，先将副调节器参数一次调好，不再变动，然后按一般单回路控制系统的整定方法直接整定主调节器参数。副参数类型副调节器比例度眄(%)副调节器比例增益屉温度20〜605.0〜1・7压力30〜703.0—1.4流量40—802.5—1.25液位20—805.0—1.256．1-7．串级控制系统的方案设计1．副回路设计中，最重要的是选择副回路的被控参数(串级系统的副参数)。副参数的选择一般应遵循下面几个原则：⑴主、副变量有对应关系⑵副参数的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰，并尽可能多包含一些干扰⑶副参数的选择应考虑主、副回路中控制过程的时间常数的匹配，以防“共振”的发生⑷应注意工艺上的合理性和经济性主、副调节器调节规律的选择：主调节器通常选用P!调节，或EID调节。控制副参数是为了提高主参数的控制质量，对副参数的要求一般不严格，允许有静差。因此，副调节器一般选P调节就可以了。3．主、副调节器正、反作用方式的确定对串级控制系统来说，主、副调节器正、反作用方式的选择原则依然是使系统构成负反馈。选择时的顺序是：⑴根据工艺安全或节能要求确定调节阀的正、反作用：⑵按照副回路构成负反馈的原则确定副调节器的正、反作用；⑶依据主回路构成负反馈的原则，确定主调节器的正、反作用。8．某串级控制系统采用两步法整定控制器参数，测得4：1衰减法的过程参数：5二8%,T二100s；8二40%,T二10s；若已知主控制器选用pid控制规律，畐惟制器选用P控制规律。TOC\o"1-5"\h\z1S1S2S2S试求主、副控制器的参数。解：8=0.88=0.8x8%=6.4%1sT=0.3T=0.3x100=30s1I1ST=0.1T=0.1x100=10s1D1S8=8=40%2S6．2．前馈控制系统6．2-1．前馈控制的工作原理及其特点1．反馈控制的特点与不足：不论是什么干扰，只要引起被调参数的变化，调节器均可根据偏差进行调节。但必须被调参数变化后才讲行调节，调节速度难以讲一步提高。

2．前馈控制的特点：(1)前馈控制器是按是按照干扰的大小进行控制的，称为“扰动补偿”。如果补偿精确，被调变量不会变化，能实现“不变性”控制。⑵前馈控制是开坯控制，控制作用几乎与干扰同步产生，是事先调节，速度快。⑶前馈控制器的控制规律不是PID控制，是由对象特性决定的。⑷前馈控制只对特定的干扰有控制作用，对其它干扰无效。6．2-2．前馈控制系统的结构1•静态前馈控制系统：所谓静态前馈控制，是前馈控制器的补偿控制规律，只考虑静态增益补偿，不考虑速度补偿。Y(S)=G(s)+G(s)-G(s)n0F(s)FBoG()G(s)G(s)=-—FBG(s)o静态前馈系统结构简单、易于实现，前馈控制器就是一个比例放大器。但控制过程中，动态偏差依然存在。3．动态前馈控制系