本答案仅供参考。
第1章绪论
1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？通过具体示例说明。
答：它是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执行装置构成，以实现生产过程闭环控制的系统，它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。例
如温度控制系统。
1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型？
答：计算机控制工业生产过程一般有五种类型：
操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制系统；集散控制系统；
现场总线控制系统。
1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大主要组成部分？各部分是怎样互相联系
的？其中过程通道有几种基本类型？它们在系统中起什么作用？
答：计算机控制系统的硬件一般包括：主机、外部设备、过程输入输出设备。
两个过程通道，一个是输入通道，另一个为输出过程通道。
输入过程通道包括：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入；
DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。
输出过程通道包括：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出；
DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。
1.4 直接数字控制系统的硬件由哪几部分组成？
答：直接数字控制系统的硬件主要有计算机（主机）、过程输入输出通道、操作台和计算机辅助设备组成。如下图所示。
1.5 数字PID 控制算法有几种形式？各有什么特点？
答：数字PID 控制算法有位置式、增量式、速度式三种形式。PID 位置式根
据偏差计算阀门的位置，PID 增量式根据偏差计算阀门的变化；PID 速
度式根据偏差变化程度计算阀门的变化。
1.6 试推导计算机控制系统PI 控制算法的位置式、增量式和速度式。
答：模拟PI 控制算法为
])(1)([)(0?+=t
I p dt t e T t e k t u 其中，p k ----比例增益
I T ----积分时间常数
在采样周期相当短暂时，用矩形法近似代替积分项∑?=≈k
i t
i Te dt t e 00)()(，其中T 为采样周期，k 为采样序号。
PI 位置式算法为：
x k i I p u
i e k k e k k u ++=∑=0)()()(
PI 增量式算法为：
)()()(k e k k e k k u I p +=??
PI 速度式算法为：
T
k e k T k e k T k u k v I p )()()()(+==?? 其中，x u -----偏差（它是初始阀门位置）
)(k u ?---第k 次输出的偏差校正值
)(k e ?---第k 次采样值的偏差校正值
1.7 试推导计算机控制系统PD 控制算法的位置式、增量式和速度式。
答：模拟PD 控制算法为
])()([)(dt
t de T t e k t u D p += 其中，p k ----比例增益
D T ----微分时间常数
在采样周期相当短暂时，用后向差分法近似代替微分项
T k e k e dt t de )
1()()
(--≈，其中T 为采样周期，k 为采样序号。
PD 位置式算法为：
x D p u k e k e k k e k k u +--+=))1()(()()(
PD 增量式算法为：
))1()(()()(--+=k e k e k k e k k u D p ???
PD 速度式算法为：
T
k e k e k T k e k T k u k v D p ))1()(()()()(--+==???? 其中，x u -----偏差（它是初始阀门位置）
)(k u ?---第k 次输出的偏差校正值
)(k e ?---第k 次采样值的偏差校正值
1.8 集散型控制系统产生的原因是什么？为什么集散型控制系统能得到广泛应用？
答：随着生产规模的扩大，生产过程的复杂程度的提高，使像DDC 这样集
中控制系统无法满足诸如控制回路增多、实现集中显示和操作、实现多
变量相关联对象的控制要求，导致集散控制系统的产生。DCS 吸取了操
作指导控制系统和直接数字控制系统的优点，实现功能分散化，危险分
散化，而管理和显示集中，灵活的应用使DCS 得到广泛应哟功能和发展。
1.9 与直接数字控制系统相比较，集散型控制系统的优点是什么？
答：与直接数字控制系统相比，集散控制系统具有控制功能分散、危险分散，
而参数显示和操作高度集中的优点。
1.10 集散型控制系统的发展方向是什么？
答：集散控制系统的发展方向表现在两个方向上：一个方向是向上发展，即
向CIMS 计算机集成制造系统、CIPS 计算机集成过程系统方向发展；另
一个方向是向下发展，即向FCS 现场总线控制系统方向发展。
1.11 写出下列缩略词的中、英文名称。
SCC DDC DCS CIMS FCS
答：SCC：Supervisory Computer Control 计算机监督控制
DDC：Direct Digital Control 直接数字控制
DCS：Distributed Control System 集散控制系统
CIMS：Computer Integrated Manufactured System
计算机集成制造系统
FCS：Fieldbus Control System 现场总线控制系统
CIPS：Computer Integrated Process System 计算机集成过程系统
第2章集散型控制系统（DCS）的导论
2.1 什么是集散型控制系统？它的主要特点是什么？
答：集散控制系统又称为分布式控制系统，是计算机技术(computer)、通信技术(communication)、图形显示技术(CRT)、控制技术(control)（简称4C
技术）的发展产物，它是一个通过通信网络将现场控制站、操作员站、工
程师站联系起来，共同完成分级控制、集中管理的综合控制系统。
它的主要特点是：①可靠性高②灵活的扩展性③完善的自主控制性④完
善的通信网络。
2.2 集散型控制系统的设计思想是什么？
答：集散控制系统的设计思想是：危险分散、控制功能分散，而操作和管理集
中。
2.3 集散型控制系统一般由哪几部分组成？各自主要功能是什么？
答：集散控制系统一般由过程控制单元、数据采集器、CRT显示操作站、管理计算机以及高速数据通路五部分组成。
过程控制单元：实现对DCS的一个或多个回路的较复杂闭环控制。
数据采集器：针对生产过程中非控制变量而言，实现数据采集、预处理以
及实时数据的进一步加工，供CRT操作站显示和打印，实现
开环监视。
CRT显示操作站：它是DCS与外界联系的人机接口，具有显示控制过程中
各种信息、监视操作、输出报表，还对DCS的PCU和PIU
进行组态，实现系统的操作和管理。
高速数据通路：它将过程控制单元、操作站、管理计算机等设备连接成一
个完整的DCS，以一定速率在各单元之间完成数据、指令及
其它信息的传输，一般设置成冗余结构。
管理计算机：综合监视DCS的单元，管理DCS的所有信息，具有进行大
型复杂运算的能力以及多输入、多输出控制功能，以实现系
统的最优控制和全厂的优化管理。
2.4 什么是计算机网络？集散型控制系统的通信网络常采用什么类型的网络形
式？
答：凡是将地理位置不同而且具有独立功能的各个计算机系统通过通信设备和
一、概念题 1、现场总线 现场总线是指安装在制造或过程区域的现场设备与控制室内的自控制装置 之间数字式、串行、多点通信的数据总线。 2、模拟数据编码 用模拟信号的不同幅度、频率、相位来表达数据的0、1状态。 3、数字数据编码 用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态。 4、单极性码 信号电平是单极性的。 5、双极性编码 信号电平为正、负两种极性的。 6、归零码（RZ） 归零码在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的编码。可以很方便地确定每个码元的界限和信号电平。 7、非归零码（NRZ） 非归零码在整个码元时间内维持有效电平。如果两个码元数据相同（例如都是1），则电平保持不变。而这种情况下要求区分每个码元的 电平就必须对每个码元的占用时间做精确确定。否则，就会带来不同步 的问题。 8、差分码 差分码用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”。变化为“1”，不变化为“0”。 9、基带传输 人们把数字数据信号固有的频带称为基带，相应的矩形脉冲信号称为基带信号。 10、载波传输 把数字基带信号记载到连续的高频载波上进行传输的系统叫载波传输或调制传输。 11、单工通信
数据单向传输（无线电广播） 12、半双工通信 数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机） 13、全双工通信 数据可同时双向传输（电话） 两个方向的信号共享链路带宽： 1）链路具有两条物理上独立的传输线路，或 2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输 14、广播式网络 在广播式网络中，所有连网计算机都共享一条公共通信信道。当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其他的计算机都会“收听”到这个分组。 15、点到点网络 与广播式网络相反，在点到点网络中，每条物理线路连接一对计算机。 假如两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间结点的接收、存储与转发，直至目的结点。 采用分组存储转发与路由选择机制是点到点式网络与广播式网络的重要区别之一。 16、广播风暴 网络上的一个错误数据包的广播，它会引起多个主机立刻响应，一般说来，这种平等的错误数据包会引起风暴严重地成指数增长。 17、本质安全 18、总线供电 19、CSMA/CD 20、CTDMA 21、总线仲裁 二、填空题
1.集散控制系统是以微型计算机为基础的分散性综合控制系统。集散控制系统 的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的 一种新型控制技术。它是计算机技术、通信技术、控制技术和CRT显示技术（简称4c技术）相互渗透发展的产物。采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，以分层、分级和合作自治的结构形式，适应现代工业的生产和管理要求。 2.集散控制系统由集中管理部分、分散啊控制检测部分和通信部分组成。集 中管理部分可分为运行员操作站、工程师工作站和管理计算机；分散控制监测部分按功能可分为控制站、监测站；通信部分用于完成控制指令及各种信息的传递和数据资源的共享。集散控制系统按照自下而上的功能可分为四层：现场控制级、过程装置控制级、车间操作管理级和调度管理级。 3.集散控制系统组态功能包括硬件组态和软件组态。 4.CRT操作方式的特点：信息量大、显示方式多样化、操作方便容易、透明度 提高。 5.组态操作包括系统组态、控制组态、画面组态和操作组态。 6.过程画面组态主要由静态画面、动态画面及画面合成等内容组成。 7.集散控制系统的显示画面可分为四层：区域显示、单元显示、组显示、细目 显示。 8.集散控制系统的显示画面分为：概貌显示画面、过程显示画面、仪表面板显 示画面、趋势显示画面、报警显示画面、系统显示画面。 9.数据信息：具有一定编码、格式和字长的数字信息。 10.传输速率：指信道在单位时间内传输的信息量。 11.传输方式：①单工方式：信息只能沿单方向传输的通信方式②半双工方 式：信息可沿着两个方向上传输，但在某一时刻只能沿一个方向传输的通信方式③全双工方式：信息可以同时沿着两个方向传输的通信方式。有基带传输、载带传输和宽带传输。 12.异步传输：信息以字符为单位进行传输，每个信息字符都具有自己的起始位 和停止位，一个字符中的各个位是同步的，但字符与字符之间的时间间隔是不确定的；同步传输：信息不是以字符而是以数据块为单位进行传输的。 13.串行传输：把构成数据的各个二进制位依次在信道上传输；并行传输：把构 成数据的各个二进制位同时在信道上传输。 14.载带传输有三种调制方式：调幅方式、调频方式和调相方式。 15.数据交换方式：线路交换方式、报文交换方式、报文分组交换方式（又分 为虚电路和数据报两种交换方式）。 16.OSI模型的层次：物理、数据链路、网络、传送、会话、表示、应用。 17.开放系统互联的参考模型各层共有的功能：封装过程、分段存储、连接建 立、流量控制、差错控制和多路复用。 18.IEE802委员会分别对带有冲突检测的载波侦听多路存取、令牌总线、令牌 环三种媒体存取方式规定了相关协议，即IEE802.3、IEE802.4、IEE802.5。19．现场总线广义上是指控制系统与现场检测仪表、执行装置进行双向数字通信的串行总线系统。 20.一般认为现场总线时用于现场仪表与控制室主机系统之间的一种开放的、 全数字化、双向、多站的通信系统。 21.现场总线的特点：封闭的物理过程、更大的覆盖范围、设备的数量、价 格、实时性操作、传输的完整性、有效性、用户选择的服务、集成开放结构、严酷的环境条件。 22.通用现场通信系统和各领域的特殊要求：发电和输变电、化工系统特殊要 求、制造应用、电子机构应用、现场总线需求的综合考虑。 23.现场总线控制系统在制造在领域、物业领域和过程领域得到全面的发展。 24.Profibus产品系列：Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS。 25.Profibus的主要特性：总线存取协议、灵活的配置、本征安全、功能强大 的FMS。 26.集散控制系统的设计分为4个阶段：方案论证、方案设计、工程设计和系 统文件设计。 27.CAN总线：控制器局域网。主要特性如下：通信介质可以是双绞线、同轴电 缆或光纤，直接通信最远可达10km，最高速率可达1Mbit/s；用数据块编码方式的代替传统的站地址编码方式；网络上任意一个节点可以主动向其他节点发送数据；网络上的节点可以定义成不同的优先级；数据帧中的数据字段长度最多为8个字节；CAN中的每一个帧中都有CRC校验及其他检错措施，降低数据的错误率；网络上的节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能。 28.集散控制系统的安全性：功能安全、人身安全、信息安全。 29.现场总线与IT计算机网络技术的的区别：现场总线数据传输的“及时性” 和系统响应的“实时性”，响应时间要求为001~0.5s或者0.5~2s，而在IT中实时性可以忽略；在工厂自动化系统中通信方式使用广播和多组方式；在IT 中某个自主系统与另一个自主系统只建立暂时的一对一方式；现场总线强调在恶劣环境下数据传送的完整性；现场总线需要面向连接的服务和无连接服务两种LLC服务形式；现场总线需要解决多家公司产品和系统在一个网络上相互兼容的问题；IT计算机网络通信与现场总线的现场装置之间的网络通信，要求有所不同，前者通信量大，而后者量不大；现场总线控制系统的数据通信要求严格，采用的网络技术不仅是先进的，更重要的是成熟的、实用的。 30.离散PID控制算法：位置算法、增量算法、速度算法。 31.前馈控制：实质是一种扰动进行调节的开环控制系统。 32.通信就是信息从一处传输到另一处的进程。任何通信系统都是由发送装置、接收装置、信道和信息组成。 33.集中式控制的优点：可实现高质量控制；控制功能集中在中心控制站；避 免通信站之间互相协调的麻烦；缺点：中心控制站结构复杂；中心控制站成为整个网络系统的潜在瓶颈。 34.多功能智能化现场装置产品的功能：与自动控制装置之间的双向数字通 信功能；多变量输出；信息差错检测功能；提供诊断信息；控制器功能。35.Lonworks的特点：开放性和互操作性；通信介质；网络结构、应用高级语 言进行开发、开发周期短、易于商品化、支持完全分布式网络系统；提供与上层决策系统的互联接口。 36.可靠度：系统在规定的条件下(指设备所处的温度、湿度、气压、振动等环境条件和使用方法及维护措施等),在规定的时间内(指明确规定的工作期限)，无故障地发挥规定功能(应具备的技术指标)的概率。名词解释： 1、数据采集系统：计算机只承担数据的采集和处理，而不直接参与控制。 2、直接数字控制系统：计算机既采集数据，又对数据进行处理，并按照一定的控制 规律进行运算，其结果经输出通道作用到控制对象，使被控变量符合要求。 3、现场总线控制系统：利用现场总线将分布在工业现场的各种智能设备和I/O单元 方便的连接在一起构成的系统。 4、实时控制：计算机在规定的时间内完成数据的采集、、计算和输出。 5、传输速率：单位时间内通信系统所传输的信息量，一般以每秒种能够传输的比特 数来表示，其单位是bps。 6、计算机控制系统：利用计算机来实现工艺过程自动控制的系统。 7、集散控制系统：是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层结构形式、 局部网络通信的计算机综合控制系统。 8、现场总线：连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的 通信网络。 9、组态：利用软件工具将计算机的软硬件及各种资源进行配置，使其按预定的功能 实现特定的目的。 10、串行传输：把数据逐位依次在信道上进行传输的方式。 11、通信协议：通信双方共同遵守的规则，包括语法、语义、时序。 12、监督计算机控制系统：简称SCC系统，是一种两级微型计算机控制系统，其中 DDC级计算机完成生产过程的直接数字控制；SCC级计算机则根据生产过程的工况和已定的数学模型，进行优化分析计算，产生最优化设定值，送给DDC级计算机执行。 13、分级控制系统：由多台计算机完成不同的控制功能和对多个设备的控制，其特点 是控制分散、危险分散。 14、模拟通信：通信系统中所传输的是模拟信号，通常采用0-10m A DC或4-20m A DC电流信号传输信息。 15、数字通信：通信系统中所传输的是数字信号。 16、并行传输：把数据多位同时在信道上进行传输的方式。 17、开放系统互连参考模型：信息处理领域内最重要的标准之一，是一种框架模型， 它将开发系统的通信功能分为七层，描述了各层的意义及各层的命名和功能。18、解释名词：SCC，DDC，DCS，FCS，CIPS，CIMS 答：①SCC：计算机监督控制②DDC：直接数字控制③DCS：集散控制系统④FCS：现场总线控制系统⑤CIPS：计算机集成过程系统⑥CIMS：计算机集成制造系统 问答题： 1、简述DCS的操作员站、工程师站、监控计算机站的主要功能？ 答：①操作站的主要功能：为过程显示和控制、系统生成与诊断、现场数据的采集和恢复显示等。 ②工程师站的主要功能：控制系统组态的修改、控制参数的调试 ③监控计算机的主要功能：在车间管理级与过程优化级之间起到信息传递的作 用，同时可对信息进行优化计算，为系统决策提供参考。 2、组态设计的一般步骤如下： 答：①组态软件的安装按照要求正确安装组态软件，并将外围设备的驱动程序、通信协议等安装就绪。 ②工程项目系统分析首先要了解控制系统的构成和工艺流程，弄清被控对象的 特征，明确技术要求，然后再进行工程的整体规划，包括系统应实现哪些功 能、需要怎样的用户界面窗口和哪些动态数据显示、数据库中如何定义及定义哪些数据变量等。 ③设计用户操作菜单为便于控制和监视系统的运行，通常应根据实际需要建立 用户自己的菜单以方便操作，例如设立一按钮来控制电动机的起/停。 ④画面设计与编辑画面设计分为画面建立、画面编辑和动画编辑与链接几个步 骤。画面由用户根据实际工艺流程编辑制作，然后需要将画面与已定义的变量关联起来，以便使画面上的内容随生产过程的运行而实时变化。 ⑤编写程序进行调试程序由用户编写好之后需进行调试，调试前一般要借助于 一些模拟手段进行初调，检查工艺流程、动态数据、动画效果等是否正确。 ⑥综合调试对系统进行全面的调试后，经验收方可投入试运行，在运行过程中 及时完善系统的设计。 3、什么是PROFIBUS总线？PROFIBUS总线有什么特点？ 答：①PROFIBUS是一种国际性的开放式现场总线标准，是唯一的全集成H1（过程）和H2（工厂自动化）现场总线解决方案[12]，它不依赖于产品制造商，不同厂商生产的设备无须对其接口进行特别调整就可通信，因此它广泛应用于制造加 工、楼宇和过程自动化等自动控制领域。 ②PROFIBUS现场总线系统的技术特点：⑴容易安装，节省成本。⑵集中组态，建 立系统简单。⑶提高可靠性，工厂生产更安全、有效。⑷减少维护，节省成 本。⑸符合国际标准，工厂投资安全。 4、DCS的层次结构一般分为几层，并说明每层的功能？ 答：集散控制系统分为四个层次，每个层次由多个计算机组成，分别行使不同的功能，自下而上分别是：现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。与这四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络、控制网络、监控网络和管理网络。 ①现场控制级的功能：一是完成过程数据采集与处理。二是直接输出操作命令、 实现分散控制。三是完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。四是完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。 ②过程控制级功能：一是采集过程数据，进行数据转换与处理；二是对生产过程 进行监测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能；三是现场设备及 I/O卡件的自诊断；四是与过程操作管理级进行数据通信。 ③过程管理级功能：一是监视和控制生产过程；二是控制方式的无扰动切换，修 改设定值，调整控制信号，操控现场设备，以实现对生产过程的干预；三是打印各种报表，复制屏幕上的画面和曲线等。
昆明理工大学试卷（）B5-1 考试科目：集散控制系统考试日期：命题教师： 学院：信自专业班级：自动化07、测控07 学生姓名：学号： 任课教师：课序号：考试座位号： 一、填空题(共32 分，每空1分) 1、DCS 设计思想是分散________、集中________，设计原则是分而 ________、综合________。 2、一个典型的DCS应该包括四大部分组成：至少一台___________站，至少一台___________站，一台___________站（也可以兼做）和一条通信系统。 3、在DCS操作站的画面体系中有___________、____________及______________这三种类型的显示画面。 4、DCS 控制层软件的基本功能可以概括为__________________、____________、____________、及I/O 数据的输出。 5、现场总线是自动化领域的通信、网络技术, 也被称之为工厂的____________。 6、集散控制系统是___________、___________、___________、___________技术（简称四C技术）发展的产物。
B5-2 7、发送装置和接收装置之间的信息传输通路称为___________，它包括 ___________和有关的中间设备。 8、DCS中报警优先级由高到底依次是：___________、___________、___________、___________和___________。 9、集散控制系统中，各种在组态中定义的回路控制算法、顺序控制算法、计算功能均在____________中实现。 10请列出主要DCS 生产厂家及产品①厂家:____________产品:____________ ②厂家:____________产品:____________③厂家:____________产 品:____________。 二、名词解释(12分,每题3分) 1、实时 2、在线 3、集散控制系统
现场总线控制系统的现状和发展前景 序言 随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。 现场总线(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术，是能应用于各种计算机控制领域的工业总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司都投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究[1]。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS 发展至今的FCS(Fieldbus Control System)系统，已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C(Computer计算机、Control控制、Commcenication通信)技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。由于现场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础，这一技术正在从根本上改变控制系统的理念和方法，将极大地推动整个工业领域的技术进步，对工业自动化系统的影响将是积极和深远的。 现场总线技术是当代工业数字通信的前沿技术，是计算机技术、通信技术和自动化控制技术的集成，也是信息技术、测量技术在信息时代的体现。现场总线技术经过10年的研发、试验和局部应用阶段，现已开始大量地在中小系统中应用，并开始在超大规模的自动化系统工程中应用。现场总线技术是工业数字通信时代的先驱，它的出现正在引起工业控领域的一次前所未有的技术革命。现场总线不仅仅是分散于最底层的控制系统，而且是建立于整个工业体系的通信系统，它的通信协议建立在控制策略之上，标准的编程语言(DDL)和强大的通信功能，使现场总线控制系统成为贯彻操作者意志的最得力的工具，由于其巨大的技术优势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的控制方法。 进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的高速发展，我国现场总线控制系统行业保持了多年高速增长，并随着我国加入WTO, 近年来，现场总线控制系统行业的出口也形势喜人，2008年，全球金融危机爆发，我国现场总线控制系统行业发展也遇到了一些困难，如国内需求下降，出口减少等，现场总线控制系统行业普遍出现了经营不景气和利润下降的局面，2009年，随着我国经济刺激计划出台和全球经济走出低谷，我国现场总线控制系统行业也逐渐从金融危机的打击中恢复，重新进入良性发展轨道。
1.计算机控制系统的发展经历了哪几个阶段？各有何特点？ 一、数据采集与处理：计算机并不直接参与控制，对生产过程不会产生直接影响，能对整 个生产过程进行集中监视，可进行越限报警，可以得到大量统计数据。 二、直接数字控制系统（DDC）：由计算机参与闭环控制过程，无需模拟控制器，控制系统 有一个功能较齐全的运行操作台，设定、显示、报警等集中在这个控制台上，操作方便，由于计算机与过程装置之前的双向信号流动的是通过硬性物连接装置来实现的，其中流动的信号都是电气信号，因此计算机不可能与现场装置离得太远，所以每台计算机所控制和管理的过程装置数量很少，多数情况下应用为单回路控制。 三、监督计算机控制系统（SCC）：一般由两级计算机组成，第一级计算机与生产过程连接， 并承担测量和控制任务，即完成DDC控制，第一级计算机和第二级计算机之间的数据通信，通常采用串行数据链路规程，传送效率一般较低。 四、集散控制系统（DCS）：采用网络技术实现数据的高速远距离传送；采用分布的、相对 独立的控制站在一定程度上避免了多回路集中控制的风险；通过控制站得冗余设计提高了控制系统的可靠性。 五、现场总线控制系统（FCS）：采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协 议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，是各种适应实际需要的控制系统。 2.什么是现场总线？简述现场总线出现的背景？ 1.在生产现场的测量控制设备之间实现双向、串行、多点数字通信的系统称为现场总线； 2.出现的背景是：一是技术基础：现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟 信号及普通开关量信号的传输；二是技术开发和标准制定的战争：不同的国际标准化组织对现场总线的优缺点存在激烈争论。 3.什么是现场总线控制系统？简述现场总线系统技术特点？ 1.现场总线控制系统采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位 于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，各种适应实际需要的控制系统； 2.现场总线系统技术特点：（1）开放性（2）互可操作性与互换性（3）设备智能化（4） 彻底分散（5）现场环境适应性（6）系统可靠性（7）信息一致性（8）经济性（9）易于安装和维护。 4.简述FCS与DCS的区别？FCS有何优点？ 区别是FCS是放弃常规的4~20mA模拟信号传输标准，采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，是各种适应实际需要的控制系统； 5.主流现场总线有哪些？其特点如何？ 1.主流现场总线有DDC，DCS，FCS； 2.DDC：由计算机参与闭环控制过程，无需模拟控制器，控制系统有一个功能较齐全的运行 操作台，设定、显示、报警等集中在这个控制台上，操作方便，由于计算机与过程装置之前的双向信号流动的是通过硬性物连接装置来实现的，其中流动的信号都是电气信号，因此计算机不可能与现场装置离得太远，所以每台计算机所控制和管理的过程装置数量很少，多数情况下应用为单回路控制。 DCS：采用网络技术实现数据的高速远距离传送；采用分布的、相对独立的控制站在一定程度上避免了多回路集中控制的风险；通过控制站得冗余设计提高了控制系统的可靠性。 FCS：采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，是各种适应实
# 重庆科技学院 课程设计报告 院（系）:_电气与信息工程学院专业班级: 测控普2007-01 学生姓名: 黄亮学号: 99 设计地点（单位）__ I502________ __ ______ 设计题目:__基于WinCC和S7-300的温度测控系统__ * 完成日期：2010年 12 月 10 日 指导教师评语: _______________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ ________________________________ __________ _ 成绩（五级记分制）:______ __________ 指导教师（签字）:________ ________ <
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1课程设计任务书 设计题目：基于WinCC和S7-300的温度测控系统 教研室主任：指导教师：胡文金、刘显荣 2010 年 11月 26 日
2温度控制对象概述 温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温控系统的控制技术得到了迅速发展，能否成功地将温度控制在所需范围内，关系到整个活动的成败，由于控制对象的多样性和复杂性，导致采用的温控手段的多样性，且控制对象普遍具有时间常数大、纯滞后时间长、时变性较明显等特点，给控制带来一定难度。 在本次设计中采用的是TKPLC-2型温度加热器。 功能特点与技术参数 TKPLC-2型温度加热器是包括三个模块，电压驱动模块、电阻丝加热模块以及电流输出模块，温度加热器功率为50W。电压输入为0-5V，电流采用标准的DDZⅢ型4-20mA输出信号，温度传感器采用Pt100，测温范围0-200℃，Pt100采用电桥连接。电阻丝温度变化大概为0-100℃，因此满足实验的要求。 控制手段 温度控制对象由于存在比较大的滞后，控制快速性以及控制精度较难权衡，因此控制比较复杂。针对各种温度控制对象，已经有了各种不同的温度控制方法，包括最经典的PID控制算法，模糊控制算法，神经网络控制，最优控制等等，这些控制算法各有各自的特点及优势。 由于实验的条件以及自身的知识水平，采用最经典的PID控制算法作为本次课程设计的核心温度控制算法。整个控制流程为：由温度加热器的自带的温度传感器Pt100实时测量温度，再由温度加热器内部调理电路，将温度信号转换为4-20mA的电流信号，电流信号通过电缆传送到S7300型号PLC的模拟量输入端，通过PLC内部自带的FB58温度控制PID模块控制，然后通过PLC的模拟量输出口采用0-10V（实际程序控制只需输出0-5V）方式电压输出控制温度加热器的加热电压，达到控制温度的目的。此外实验中还通过WinCC组态软件来实时监控温度控制过程，包括实时温度，PID三个参数（Kp、Ti、Td），以及输出控制流量，绘制实时曲线，棒图等。PLC通过DP总线与PC连接，WinCC组态软件通过配置PG接口与PLC连接，达到数据传输的目的。 以此，一个PID温度控制以及实施监控的控制的系统叙述完毕。
集散控制系统期末考试试题库及答案解析 一、填空 4. TDC3000系统中，一条LCN网最多可连40 个模块，通过扩大器可连64 个模块。 5. CS3000系统主要由操作站、现场控制站、工程师站、通信总线、通信网关等部分组成。 7.现场总线是一种数字式、双向传输、多分支结构、计算机局部网络的底层控制网络。 9.现场总线的基本设备有现场总线变送器、温度变送器、电流-现场总线转换器、现场总线-电流变换器等。 10. PROFIBUS现场总线的组态软件是STEP7。 11.计算机控制系统由:工业控制机生产过程组成。 12.计算机控制系统按参与控制的计算机不同，可分为工业控制机控制系统、PLC控制、单片机控制 20. CS3000集散控制系统的FCS有标准型、扩展型、紧凑型三种。 22.计算机控制系统按其结构不同可分为集中结构、分散结构大类。 23.集散控制系统由:工业控制机、通信网络、现场检测控制设备大部分组成。 25.集散控制系统又称为分散控制系统，英文简称DCS ，现场总线控制系统简称为FCS 。
二、名词解释 数据采集系统：计算机只承担数据的采集和处理，而不直接参与控制。 直接数字控制系统：计算机既采集数据，又对数据进行处理，并按照一定的控制规律进行运算，其结果经输出通道作用到控制对象，使被控变量符合要求。 现场总线控制系统：利用现场总线将分布在工业现场的各种智能设备和I/O单元方便的连接在一起构成的系统。 实时控制：计算机在规定的时间内完成数据的采集、、计算和输出。 传输速率：单位时间内通信系统所传输的信息量，一般以每秒种能够传输的比特数来表示，其单位是bps。 计算机控制系统：利用计算机来实现工艺过程自动控制的系统。 集散控制系统：是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层结构形式、局部网络通信的计算机综合控制系统。 现场总线：连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。组态：利用软件工具将计算机的软硬件及各种资源进行配置，使其按预定的功能实现特定的目的。 串行传输：把数据逐位依次在信道上进行传输的方式。 通信协议：通信双方共同遵守的规则，包括语法、语义、时序。 监督计算机控制系统：简称SCC系统，是一种两级微型计算机控制系统，其中DDC级计算机完成生产过程的直接数字控制。 分级控制系统：由多台计算机完成不同的控制功能和对多个设备的控制，其特点是控制分散、危险分散。 模拟通信：通信系统中所传输的是模拟信号，通常采用0-10m A DC或4-20m A DC电流信号传输信息。 数字通信：通信系统中所传输的是数字信号。 并行传输：把数据多位同时在信道上进行传输的方式。 开放系统互连参考模型：信息处理领域内最重要的标准之一，是一种框架模型，它将开发系统的通信功能分为七层，描述了各层的意义及各层的命名和功能。 六、问答题 1.操作站的主要功能：为过程显示和控制、系统生成与诊断、现场数据的采集和恢复显示等。工程师站的主要功能：控制系统组态的修改、控制参数的调试 监控计算机的主要功能：在车间管理级与过程优化级之间起到信息传递的作用，同时可对信息进行优化计算，为系统决策提供参考。 2.组态设计的一般步骤如下： （1）组态软件的安装按照要求正确安装组态软件，并将外围设备的驱动程序、通信协议等安装就绪。 （2）工程项目系统分析首先要了解控制系统的构成和工艺流程，弄清被控对象的特征，明确技术要求，然后再进行工程的整体规划，包括系统应实现哪些功能、需要怎样的用户界面窗口和哪些动态数据显示、数据库中如何定义及定义哪些数据变量等。
一、单选题 1.若两台主机在同一子网中，则两台主机的IP地址分别与它们的子网掩码相“与”的结果一定（）C A．为全0 B ．为全1 C ．相同 D ．不同 2. 采用海明码纠正一位差错，若信息位为7位，则冗余位至少应为（）C A． 5位 B ．3位 C ．4位D． 2位 3. 采用曼彻斯特编码的数字信道，其数据传输速率为波特率的（）C A ．2倍 B ．4倍 C ．1/2倍D． 1倍 4.一个快速以太网交换机的端口速率为100Mbit/s，若该端口可以支持全双工传输数据，那么该端口实际的传输带宽为（）C A．100Mbit/s B． 150Mbit/s C．200Mbit/s D．1000Mbit/s 5.在常用的传输介质中，（）的带宽最宽，信号传输衰减最小，抗干扰能力最强。C A．双绞线B．同轴电缆 C．光纤 D．微波 6．集线器和路由器分别运行于OSI模型的（）D A．数据链路层和物理层B．网络层和传输层 C．传输层和数据链路层D．物理层和网络层 7. 在 TCP/IP 参考模型中TCP协议工作在（）B A．应用层B．传输层C．互连层D．主机-网络层 8．在不同的网络之间实现分组的存贮和转发，并在网络层提供协议转换的网络互连器称为（）。B A．转接器 B．路由器 C．网桥 D．中继器 9. 下面描述的内容属于配置管理的是（）。A A．监控网络和系统的配置信息 B．测量所有重要网络资源的利用率 C．收集网络管理员指定的性能变量数据 D．防止非授权用户访问机密信息 10. 路由器是____________的设备 C A．物理层 B．数据链路层 C．网络层 D．传输层 11.路由器是一种常用的网络互连设备，它工作在OSI／RM的（1）上，在网络中它能够根据网络通信的情况（2），并识别（3） ,相互分离的网络经路由器互连后（4）。(1)C (2)A (3)B (4)D
填空1.1975年，世界上第一套集散控制系统由Honeywell公司首先向市场推出，其型号是TDC2000。2. 操作站的基本功能包括显示、操作、报警、系统组态、系统维护和报告生成。 3. OSI参考模型的七层分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。 4.TDC3000系统中，一条LCN网最多可连40个模块，通过扩大器可连645个模块。 5. CS3000系统主要由操作站、现场控制站、工程师站、通信总线和通信网关等部分组成。 6.MACS现场控制站由控制机笼、主控制器、电源模块、智能I/O模块、端子模块、通信网络、控制机柜等部分组成。 7. 现场总线是一种数字式、双向传输、多分支结构和计算机局部网络的底层控制网络。 8. 典型的现场总线有Profibus、CAN、FF等。 9. 现场总线的基本设备有现场总线变送器、温度变送器、电流-现场总线转换器和现场总线-电流变换器等。10. PROFIBUS现场总线的组态软件是STEP711。11. 计算机控制系统由工业控制机和生成过程两大部分组成。12. 计算机控制系统按参与控制的计算机不同，可分为工业控制机控制系统、PLC控制和单片机控制。13. 集散控制系统是计算机技术、控制技术、显示技术和通信技术相结合的产物。14. 计算机网络的拓扑结构主要有总线型、星型、环型、树型和网状型。 15. JX-300X集散控制系统控制站卡件有主控制卡、数据转发卡和I/O卡。16. JX-300X DCS 的基本组态软件是sckey，实时监控软件是Advantrol/Advantrol-Pro17. 现场控制站的基本功能包括反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理和数据通信。18. TPS集散控制系统的网络类型主要有工厂信息网路PIN、TPS过程控制网络TPN和万能控制网络UCN。19. TDC3000集散控制系统的万能控制网UCN上挂接着过程管理站PM、先进过程管理站APM、万能控制网络UCN等。20. CS3000集散控制系统的FCS有标准型、扩展型和紧凑型三种。21. MACS通信网络主要分系统网络SNET、监控网络MNET和企业管理网ENET层次。22. 计算机控制系统按其结构不同可分为集中结构和分散结构两大类。23. 集散控制系统由工业控制机、通信网络和现场检测控制设备三大部分组成。24. 常用的通信介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。25. 集散控制系统又称为分散控制系统英文简称DCS，现场总线控制系统简称为FCS。26. 集散控制系统的设计思想为集中管理、分散控制。27. JX-300X DCS的通信网络主要有SBUS总线、过程控制网SC netII和信息管理网EYHERNET三个层次。 28.TDC3000系统的三种通信网络主要是局部控制网LCN、万能控制网UCN和数据高速通道DHW。29. TPS集散控制系统中，一个HPMM最多能安装40块IOP和40块后备IOP。30. CS3000系统RIO标准型FCS中，一个FCU最多连1031个节点。31. MACS系统主要由网络、工程师站、操作员站、高级计算站、管理网网关、系统服务器、现场控制站、通信控制站等部分组成。31.集散控制系统的设计一般分为方案论证、方案设计、工程设计和系统文件设计四个
现场总线控制系统学习心得 班级：电技131 姓名：杨秋 学号：20XX301030103 六个星期的现场总线控制系统课程已经结束，通过这段时间的学习和老师的耐心讲解，我初步了解到了这门课程的基本内容。 目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。我们已经在以往的学习中了解到了PLC和DCS这两大系统的基本知识，而FCS就是我们这段时间学习的现场总线控制系统。老师分别从以下几个方面详细地向我们讲解了这门课程。 1现场总线和现场总线控制系统的概念 根据国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是指应用在制造过程区域现场装置和控制室内自动控制装置之间的包括数字式、多点、串行通信的数据总线，即工业数据总线。是开放式、数字化、多点通信的底层通信网络。以现场总线为技术核心的工业控制系统，称为现场总线控制系统FCS，它是自20世纪80年代末发展起来的新型网络集成式全分布控制系统。 其中，现场总线系统一般被称为第五代控制系统。第一代控制系统为50年代前的气动信号控制系统PCS，第二代为
4~20mA等电动模拟信号控制系统，第三代为数字计算机集中式控制系统，第四代为70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS。 2 现场总线技术现场总线技术将专用的微处理器置入了传统的测量控制仪表，使其各自都具有了多多少少的数字计算和数字通信能力，成为能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。它们通过普通双绞线、光纤、同轴电缆等多种途径进行信息传输，这样就能够形成以多个测量控制仪表、计算机等作为节点连接成的网络系统。该网络系统按照规范和公开的通信协议，在位于生产现场的多个微机化自控设备之间，以及现场仪表与用作管理、监控的远程计算机之间，实现数据传输与信息共享，进一步构成了各种适应实际需要的自动控制系统 3 现场总线的分类 老师重点讲述了现场总线的几种类别，典型的现场总线技术包括了基金会现场总线FF，LonWork现场总线，Profibu 现场总线，CAN现场总线以及HART现场总线。其中FF总线尤为重要，按照基金会总线组织的定义，FF总线是一种全数字、串行、双向传输的通信系统，是一种能连接现场各种现场仪表的信号传输系统，其最根本的特点是专门针对工业过程自动化而开发的，在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、总线供电等方面都有完善的措施。为此，有人称FF总线为
现场总线试题
1. 现在各种总线及标准不下二百种，其中 PROFIBUS现场总线、 FF现场总 线、 LONWORKS总线、 __ WorldFip现场总线、P-NET现场总线_ 等是具有一定影响和己占有一定市场份额的总线。 2．PROFIBUS 协议结构是以开放式系统互联网络为参考模型，该模型共有七层，PROFIBUS—DP定义了其中的_第一、二层和用户接口____。 3．利用OLM模块进行网络拓朴可分为三种方式_总线型、_星型 __、冗余环型 _ 。 4．有多种电源模块可以为S7-300 PLC和需要24V直流的传感器/执行器供电,如:PS305电源模块是直流供电, PS307电源模块是交流供电。 5．每个数字量模块的地址寄存器自动按__4 个字节分配,不管实际的I/O点数是否与之相同。 6．工厂自动化网络的分层结构为_现场设备层、车间监控层和_工厂管理层__三个层次。 7．OPT只适合连接__1__个无光纤接口的PROFIBUS站点到集成光纤接口的光纤网上,OBT是一个_有源的网络元件, 在网段里也是一个站点。8．PROFIBUS-DP系统行为有停止、清除、运行三种状态。 9.STEP7块的类型有组织块 ,功能 , 功能块 , 背景数据块、共享数据块 以及系统功能和系统功能块 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
10.PROFINET支持下列三种通信方式 TCP/IP标准通讯 , 实时（RT）通讯 , 同步实时（IRT）通讯。 11.STEP7中的数据类型分为三类基本数据类型 , 复杂数据类型和参数数据 类型。 12.PROFIBUS-DP系统可包括第一类DP主站设备 , 第二类DP主站设备 , DP从站设备三种不同设备 13.PROFIBUS-DP是一种现场级主从循环的通信, 用于自动控制系统和分 散的现场设备的通信, 可取代 24V DC 或 4—20mA 信号传输 14.PROFINET由PROFIBUS国际组织推出, 是新一代基于工业以太网的自 动化总线标准. PROFINET主要有两种应用方式 CBA 适合模块化分布式的应用; I/O 适合分布式智能站点之间通信的应用 15.一个S7-300站最多可以有一个主机架和三个扩展机架 16.RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术, 常称为H2, 采用的电缆 是屏蔽双绞线 17. RS485 , IEC1158-2 ,和光纤是PROFIBUS提供的三种数据传输类型 18.西门子PLC有三种类型的启动模式暖启动 , 冷启动和热启动 19.FC和FB的临时变量储存在系统的本地数据堆栈中, 当FC或FB调用完 毕后, 这些变量空间就会被释放126 , 因此临时变量仅在FC或FB调用期 间有效 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
r t 1 y 3 y ) (∞y s t y 图1.3 过程控制系统阶跃响应曲线 1-1过程控制系统中有哪些类型的被控量 温度、压力、流量、液位、物位、物性、成分 1-2过控系统有哪些基本单元构成，与运动控制系统有无区别 被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他部件 过程控制，是一种大系统控制，控制对象比较多，可以想象为过程控制是对一条生1-4衰减比和衰减率 衰减比等于两个相邻同向波峰值之比。 衡量振荡过程衰减程度的指标。 衰减率是经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数。 衡量振荡过程衰减程度的另一种指标。 一般希望过程控制系统的衰减比η=4:1～10:1,相当于衰减率Ψ=0.75到0.9。 若衰减率Ψ =0.75,大约振荡两个波系统进入稳态。 1-5最大动态偏差和超调量有何异同 最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量， 表现在过渡 过程开始的第一个波峰（y1）。 最大动态偏差是衡量过程控制系统动态准确性的指标。 超调量为最大动态偏差占被控量稳态值的百分比。 余差是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值与设定值的差值。余差是过程控制系统稳态准确性的衡量指标。 调节时间ts 是从过渡过程开始到结束的时间。 理论上应该为无限长。一般认为当被控量进入其稳态值的5%范围内所需时间 就是调节时间.调节时间是过程控制系统快速性的指标。 振荡频率β是振荡周期的倒数。 在同样的振荡频率下，衰减比越大则调节时间越短；当衰减比相同时，则振荡 频率越高，调节时间越短。振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控 制系统快速性的指标。 过程控制的目标 安全性 稳定性 经济性 过程工业的特点 强调实时性和整体性/全局优化的重要性/安全性要求 过程控制系统的特点 / 被控过程的多样性 / 控制方案的多样性/被控过程属慢过程、多参数控制/定值控制/过程控制多种分类方法 过程控制系统的性能指标/稳定性、准确性/快速性 2-1什么是对象的动态特性，为什么要研究它 研究对象特性通常以某种形式的扰动输入对象，引起对象输出发生相应的变化，这种变化在时域或者频域上用微分方程或者传递函数进行描述，称为对象的动态特性。 动态特性：被控参数随时间变化的特性y(t) 研究被控对象动态特性的目的是据以配合合适的控制系统，以满足生产过程的需求。 2-2描述对象动态特性的方法有哪些 参数描述法 /传递函数描述/差分方程描述/状态空间描述 非参数描述法---响应曲线/阶跃响应/脉冲响应/频率响应/噪声响应:白噪声、M 序列 2-3过控中被控对象动态特性有哪些特点 1)对象的动态特性是不振荡的 2）对象动态特性有延迟 3）被控对象本身是稳定的或中性稳定的 2-4单容对象放大系数K 和时间常数T 各与哪些因素有关，K 、T 大小对动态特性的 影响 T 反映对象响应速度的快慢 K 是系统的稳态指标/K 大，系统的灵敏度高 2-5对象的纯滞后时间产生的原因是什么 纯延迟现象产生的原因是由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一定距离。 具有自平衡能力的双容对象的传递函数1 )()()()(21221+++= ??= s T T s T T K s U s H s G 有纯延迟时 s e s T T s T T K s U s H s G 01 )()()()(21221τ-+++=??= 具有自平衡能力的多容对象 若还有纯延迟 4 PID 调节原理 4-1，P 、I 、D 控制规律各有何特点，那些是有差、无差调节，为了提高控制系统的稳定性，消除控制系统的误差，应该选择那些调节规律 P 调节中，调节器的输出信号u 与偏差信号e 成比例 u = Kp e P 调节对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后 有差调节,(放大系数越小，即比例带越大，余差就越大) 比例带δ大,调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间也很长 比例调节的特点： （1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u = K e （2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。 （3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。 若对象较稳定,则比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反应速度加快 积分调节（I 调节) 调节器的输出信号的变化速度du/dt 与偏差信号e 成正比，或者说调节器的输出与偏差信号的积分成正比， 只要偏差存在，调节器的输出就会不断变化 积分调节作用能自动消除余差./无差调节 稳定作用比P 调节差 滞后特性使其难以对干扰进行及时控制 增大积分速度，调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低 微分调节（D 调节） 调节器的输出u 与被调量或其偏差e 对于时间的导数成正比 微分调节只与偏差的变化成比例，变化越剧烈，由微分调节器给出的控制作用越大 微分调节主要用于克服调节对象有较大的传递滞后和容量滞后 012345678 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8Step Response Time (sec) A m p l i t u d e K=0.2K=1K=10K=100 调节作用用以减少偏差。 比例作用大，可以加快调节，减少误差 但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 Time (sec) A m p l i t u d e Ti=1Ti=5Ti=10Ti=inf 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。 积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti ，Ti 越小，积分作用就越强。反之Ti 大则积分作用弱。 加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。 积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI 调节器或PID 调节器。 Time (sec) A m p l i t u d e Td=0.5Td=1Td=10Td=0 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作 % 100) (1 ?∞=y y σ)()(∞-=∞y r e 31y y =η1 3 1 y y y -=ψp π β2=