1.自动控制系统主要有哪些环节组成各环节的作用是什么
a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。b控制器：接收变送器送来的信号，与希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。
c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
d被控对象：控制装备所控制的生产设备。
2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置；
被控变量：工艺上希望保持稳定的变量；
操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值；
干扰变量：造成被控变量波动的变量。
3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~
4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化）
5.自动控制系统的基本要求：
稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件
快速性：反应系统在控制过程中的性能
准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。
6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。
7.自动系统的控过渡过程及其形式
控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~
形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程，
等幅振荡过程，发散振荡过程
8.衰减振荡过渡过程的性能指标
衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。（以新稳态值为标准计算）
最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值
余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值与设定值之差。
调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间
振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间
9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~
动态数学模型：表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述
10.描述对象特性的参数
放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。意义:若有一定的输入变化量Q1通过对象就被放大了K倍变为输出变量h。K越大，输入变量有一定变化时，对输出量的影响越大。描述了静态性质
时间常数T：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的%所需的时间，就是T，意义：被控变量受到阶跃作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。
T越大，表对象受干扰后，被控变量变化的越慢，到达新的稳态值所需的时间越长。动态特性
滞后时间：对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速的变化，要经过一段纯滞后时间以后，才开始等量地反应原无滞后时的输出量的变化~ 动态特性
11.测量范围：指仪表按规定的精度进行测量的被测量值得范围。
绝对误差=X-X0=测量-标准
引用误差=（绝对误差/量程）*100%
最大引用误差=（最大绝对误差/量程）*100%=+-A%
允许误差（允许最大引用误差）
灵敏度S：表示仪表对被测变量变化的灵敏程度=输出的变化量/输入
的变化量S↑,越灵敏
分辨率：（灵敏限和分辨的最小输入变化量）仪表输出能响应
引用误差：（绝对误差/量程）*100%
最大引用误差=（最大绝对误差/量程）*100%
允许误差：允许的最大绝大误差
精度：指测量结果和实际值一致的程度，是用仪表误差的大小来说明其指示值与被测量真值之间的符合程度。数值越大，精度越低。
回差（变差）：（|正行程测量值-反行程测量值|max/量程）*100%
仪表的回差不能超出仪表的允许误差。
12.可靠性：反映仪表在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力的一种综合性质量指标。
13.可靠度：R(t)指仪表在规定的工作时间内无故障的概率。
14.平均无故障时间（MTBF）：仪表在相邻两次故障间隔内有效工作时的平均值。
15.平均故障修复时间（MTTR）:仪表故障修复所用的平均时间。
16.有效度：=(MTBF/(MTBF+MTTR))*100% 数值越大，越可靠。
17.热电偶测温原理：
热电效应（赛贝克效应）：将两种不同的导体或半导体（A,B）连接在一起构成一个闭合回路，当两接点处的温度不同时（T>T0），回路中将产生电动势，这种现象叫~ 回路称为热电偶；导体或半导体称作热电极。电势从高温指向低温。
工作的基本条件：两电极材料不同；两接点温度不同。
应用定则：a均质导体定则两种均质导体构成的热电偶，其热点势大小与热电极材料的几何形状，直径，长度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与电极材料和两端温度差有关。B中间导体定则：在热电偶测温回路中接入中间导体，只要中间导体两端温度相同，则它的接入对回路的总热电势没有影响。即回路中的总的热电势与引入第三种导体无关。C中间温度定则：在使用热电偶测温时，如果热电偶各部分所受到的温度不同，则热电偶所产生的热电势只与工作端和参考端温度有关，其他部分温度变化（中间温度变化）并不影响回路热电势
的大小。
18.在常用的热电偶温度计中，精度最高的是S热电偶；线性最好的是K热电偶；灵敏度较高的是E热电阻。
19.为什么使用补偿导线
由E AB(t1，t0)=e AB(t)-e AB(t0) 可知只有当冷端温度t0恒定已知时，热电势才是被测温度的单值函数，测量才有可能。否则会带来误差。但因冷端在设备外，是不恒定的，故要用廉价金属热电偶将原冷端延伸到远离被测对象，且环境温度有比较稳定的地方，即使用补偿导线。补偿导线时应注意：a补偿导线与热电偶型号相匹配；b补偿导线的正负极与热电偶的正负极要相对应，不能接反。C原冷端和新冷端温度在0~100℃范围内d 当新冷端温度T0不等于0时，需进行其他补偿和修正。
20.为什么要进行冷端温度补偿
E AB(t1，t0)=e AB(t)-e AB(t0) 需保证t0恒定，才可测。采用补偿导线可保证t0恒定，但不是0℃.工业上常用的各种热电偶的分度表或温度-热电势关系曲线都是在冷端温度保持为0℃进行刻度的。因此，在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为0℃，或者是进行一定的修正才能得到准确的测量结果，即冷端温度补偿。
种类：冷端温度保持0℃法，冷端温度计算校正法。校正仪表零点法，补偿电桥法，补偿热电偶法
21.热电阻温度计热电阻效应：物质的电阻率随温度的变化而变化的特性称为~ 金属热电阻称为热电阻，半导体热电阻称为热敏电阻22.常用工业热电阻
铂电阻：Pt10 相应的0℃时的电阻值为R0=10 Pt100
铜电阻：Cu50 和Cu100
23.表压=绝压-大气压
a)测压弹性原件：弹性膜片（位移小，灵敏度低精度低）；波纹
管（灵敏度高，特别是低区,时滞较大，精度一般不高）；弹簧
管（适用于不同压力测量范围和测量介质。）
24.应变式压力传感器（压力→电阻）基于导体和半导体的应变效应，
即有金属导体或半导体材料制成的电阻体。由他到外力作用产生形变时，应变片的阻值也将发生相应的变化。
25.压阻式压力传感器（压力→阻值）（体积小。弹性原件，感压原件分开）根据压阻效应原理制造，其压力敏感元件就是在半导体材料的基片上利用集成电路工艺制成的扩散电阻当他受到外力作用时，扩散电阻的阻值由于电阻率的变化而改变，扩散电阻一般也要依附于弹性元件才能正常工作。
26.电容式差压变送器（压力→电容，高精度，高稳定性和高可靠性，结构坚实）
27.压力仪表的选择：测稳定压力：P max<=2/3P上限
测脉动，P max <=上限;测高压，P max<3/5P上限，P min>1/3P上限
量程系列：1；；；；；
28.完整的压力检测系统：取压口；引压管路；压力检测仪表。
29.流量计
体积流量计a容积式流量计：椭圆齿轮流量计（适于高粘度介质，如沥青）b差压式流量计：节流式流量计（结构简单，便宜，精度不够高，不能用计量仪表），浮子流量计（恒压降，变节流面积适于小流量，仪器垂直安装，流体必须自下而上流过流量计）c速度式：涡轮流量计（测量精度高，适于油表，水表），涡街流量计（漩涡产生频率）；电磁流量计（测量导电流体，不能测量气体，蒸汽，和电导率低的石油流量。垂直安装时流体自下而上流过仪表；水平安装时两个电极在同一平面）；超声波流量计（不接触测量）质量流量计30.科里奥利质量流量计：直接式流量计，利用流体在振动管中流动时，将产生于质量流量成正比的科里奥利的测量原理。
31.安装三阀组作用：防止差压计或差压变送器单侧受压过载损坏仪表。启用时先开平衡阀3，，开切断阀1，2关3，；停用时，开平衡阀3关12，开3.
32.液体取压点在管路下方，气体取压点在管路上方。
33.物位检测(液位，料位，界位)
电容式物位计：不受真空，压力，温度等环境条件的影响；安装方便，
结构牢固，易维修，价格低；超声式物位计，核辐射式物位计，称重式液罐计量仪（测储罐中真实的质量储量。精度高）
34.控制仪表
安能源形式分：气动，电动，液动。
35.气动控制仪表：气源压力标准传输信号：~
III型控制器：电动4~20mA DC为现场传输信号，联络信号1~5V DC 采用24V DC集中供电
28.DZZ-II型：0~10mA DC
37.执行器：作用接收控制器的输出信号，并根据其送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定范围内。
38.执行器组成：执行机构：是执行器的推动装置，它根据输入控制信号的大小，产生相应的输出力F（或输出力矩M）和位移（直线位移l或转角θ，推动调节机构动作）
调节机构：执行器的调节部分，（调节阀）受执行机构的操纵，可以改变调节阀芯与阀座得流通面积，进而改变流量
39.气动执行器：气开式，气关式
40.调节阀的流量系数K:(流通能力)当调节阀全开，阀两端压差为，流体密度为1g/cm3(即5~40℃的水)时，每小时流过调节阀的流体流量，通常以m3/h或t/h计。
41.调节阀的可调比R:指调节阀所能控制的最大流量和最小流量之比。理想可调比：调节阀前后压差一定时的可调比
42.调节阀的流量特性：指被控介质流过阀门的相对流量和阀门相对开度之间的关系Q/Q max=f（l/L）取决于阀芯的形状理想流量特性前后压差一定时。
工作流量特性：直线流量特性，等百分比~，抛物线~，快开~
43.简单控制系统:指由一个测量变送元件，一个控制器，一个执行机构和一个被控对象所构成的单闭环控制系统。
44.选择被控变量的原则:
a被控变量时工艺中比较重要的变量，应能够进行较频繁的调节。b
尽可能选择直接指标，若和直接指标难于测量可选择间接指标作为被控变量c 被控变量要求有足够的灵敏度，易于测量，以保证控制精度。d 被控变量必须独立可控。
45.操纵变量的选择：
a 选择对被控变量有较大影响的输入最为操纵变量
b 选择能够快速影响被控变量的输入作为操纵变量
c 选择具有相当大调整范围的输入作为操纵变量。
d 使控制通道的纯滞后时间/控制通道的时间常数尽量小。 46.
双位控制规律 48.比例控制规律P: P=K c e+uo Kc 比例系数↑，比例作用大 比例度δ=100%/Kc
δ过小：比例作用太强 发散振荡 易爆炸
临界比例度δk ：比例度减小到系统出现等幅振荡时；
特点：控制器的输出与偏差成比例，即控制阀门位置与偏差之间具有一一对应关系。纯比例控制系统终了存在余差，反应快 控制及时。适于控制通道滞后较小，负荷变化不大，工艺上没有提出无余差要求。
49.比例积分控制PI P=K c （e+t
t i d e T ?01） T i 积分时间 T i 越大，积分作用越弱 T i 无限大，无积分作用 比例粗调，积分细调 引入积分作用后，Kc 应适当减小。
特点：能够消除余差，有滞后，不可单独使用。适于控制通道滞后较小，负荷变化不大，工艺上不允许有余差。
50.比例微分控制PD P=Kc （e+T D dt
de ） TD 微分时间 越大，微分作用越强
特点：超前控制，对不变的偏差不具有控制作用，不可单独使用
可改善控制质量，减小最大偏差，节省控制时间有抑制振荡的效果 。 比例积分微分控制规律
P=Kc （e+t t i d e T ?01+T D dt
de ）既可快速进行控制，又能消除余差，具有较好的控制性能。适用于容量滞后较大，负荷变化大，控制质量要求较高的控制系统。
>0 反作用控制器
53.控制系统的整定：经验整定法，临界比例度法，衰减曲线法 xiangyingquxianfa
任务：对于一个已经设计并安装就绪的系统，对控制器的参数（δ，Ti ，T D ）进行调整，使得系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。
54.串级控制系统：由两个控制器串接工作，其中一个控制器的输出是另一个控制器的给定值，共同控制一个执行器的控制系统。
55.特点：a 有两个闭合回路，两个控制器，两个测量变送器，主回路定值控制系统，副回路是随动控制系统b 主变量：反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺变量。副变量：中间变量，服务于主变量。C 由于引入了副回路，改善了对象特性，使控制过程加快，具有超前控制的作用，从而有效地克服滞后，提高了控制质量。D 增加了副回路，具有一定的自适应能力，可用于负荷和操作条件有较大变化的场合。综上，当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强而频繁，负荷变化大，简单控制系统满足不了控制质量要求时，采用串级控制系统最适宜。
56.主回路是定值系统，副回路是随动控制系统
在串级控制系统中，两个控制器是串联工作的，主控制器的输出作为副控制器的给定值，系统通过副控制器的输出去控制执行器动作，实现对主变量的定值控制。
57.主变量的选择：与生产过程密切相关并可直接测量的工艺参数，选质量指标或与产品质量有单值函数关系的变量
副变量的选择：a 主副变量之间有一定的内在联系b 系统的主要干扰包含在副回路中，使副对象试讲常数尽量小。C 应使副回路包含更多
的干扰d考虑主副对象时间常数的匹配，防止共振e副回路不应包括大滞后或纯滞后。
58.主控制器选择PI或PID规律，副控制器选择P规律
主变量是生产工艺的主要控制指标，允许他的波动范围很大，一般要求无余差，所以选PI或PID.
副变量的设置是为了保证主变量的控制质量，并不为维持其稳定。因此在控制过程中，副变量可以在一定范围内变化，故用P规律。未能够快速控制，不引入积分控制；因副回路具有先调，粗调，快调特点，若再引用微分作用会使控制阀的动作过大，反而对控制不利。
一、]t b 填空题 1.工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两个组成部分。 2.计算机控制系统中常用的控制器有可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器等。 3.在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。 4.ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器。 5.模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。 6.信号接地方式应采用一点接地方式，而不采用多点接地方式。 7.按极点配置设计的控制器通常有两部分组成，一部分是状态观测器，另一部分是控制规律。 8.模块化程序设计一般包括自顶向下和自底向上两种设计方法。 9.线性表、数组、堆栈和队列的共同特点是要求连续的存储单元来顺序存放数据元素。 10.计算机控制系统的输入变送器和输出执行机构的信号统一为0~10mA DC或4~20mA DC。 二、名词解释 1.采样过程按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，变成在时刻0、T、2T、…kT的一连串脉冲输出信号的过程 2.地线”是信号电流流回信号源的地阻抗路径 3.数字程序控制就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械(如各种加工机床)按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制 4.数据是描述客观事物的数、字符，以及所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的集合 5.积分饱和如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作 三、选择题（合计15分，每题3分） 1.下列不属于数字控制方式的是（C ） A、点位控制 B、直线控制 C、网格控制 D、轮廓控制 2.8位的A/D转换器分辨率为（ C ） A、0.01587 B、0.007874 C、0.003922 D、0.0009775 3.专家控制系统大致可以分为（D ） ①专家自整定控制②专家自适应控制③专家监督控制④混合型专家控制⑤仿人智能控制 A、①②③⑤ B、②④⑤ C、②③④⑤ D、①③④⑤ 4.一个8位的A/D转换器(量化精度0.1%)，孔径时间3.18μm，如果要求转换误差在转换精度内，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为（B ） A、5Hz B、50Hz C、100Hz D、500Hz 5.某热处理炉温度变化范围为0~1350℃，经温度变送器变换为1~5V的电压送至ADC0809，ADC0809的输入范围为0~5V，当t=KT时，ADC0809的转换结果为6A，此时炉温为（C ） A、588.98℃ B、288.98℃ C、361.23℃ D、698.73℃ 四、简答题（合计20分，每题5分） 1.什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施。 答：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。外部干扰和内部干扰。硬件措施，软件措施，软硬结合的措施 2.逐点比较法插补原理。 答：所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这
什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电 桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。
计算机控制系统习题 及答案
一、填空题（本题共 20 个空，每空 1.5 分，共 30 分） 1.采样频率越高，采样数据描绘的曲线实际曲线。为了提高控制精度，应 尽可能。 2.在三相步进电机系统中，为了提高控制力矩，常常采用方法来实现。 3.在PID调节器中，比例系数KP的确定比微分和积分系数更重要，因为它关系 到______。 4.采样/保持器有两种工作方式。在采样方式中，采样-保持器的输出__________ 在保持状态 时，采样-保持器的输出______。 5.在PID控制系统中， I的作用主要是______，它一般不单独使用的原因是__ _。 6.线性插值法最根本的问题是____________________。 7.CD4051是________路________向多路开关，当其INH端接_____伏时，芯片 被选通。 8.在计算机控制系统中，采样周期T的确定很重要，因为它关系到_______,T太 大_______。 9.步进电机的步距角指 ________,齿距角指______，拍是指________。 10.3相（A、B、C）步进电机有3种通电方式， 是，和。 二、判断题（正确，在括号内划∨，错误，在括号内划╳，并改正（只对错误 部分进行改正即可）（本题共 5 小题，共10分）
1. 在显示系统中，若为动态显示，需将待显示数变成显示码才能输出到显示 器进行显示。若在显示电路中增加一级锁存器，则可直接将待显示数输出到显示器进行显示。（） 2. DAC0832是常用的8位D/A转换器，内部设有两级缓冲器，目的是使转换数椐得到充分缓冲，确保转换精度。（） 3. 由于各种传感器提供的电压信号范围很宽，需要通过可编程增益放大器，对信号进行调整，使A/D转换器满量程信号达到均一化。（） 4. 某系统采用程序判断滤波方式进行数据处理，发现总有一些杂波无法滤掉，原因是采样时间间隔太大（）。 5. 在工业过程控制系统中，由于被控对象所处环境复杂，常使采样值偏离实际值。所以一般要加入滤波环节，且常常将模拟滤波和数字滤波同时使用。 （） 三、简答题（本题共 6 小题，共 35 分） 1.（本题 6 分）简要说明多路开关的主要特点。 2.（本题 6分）PID调节系统中，微分调节起何作用？为什麽在有些系统中采用不完全微分算式，它与常规算式有哪些区别？ 3.（本题 6分）写出数字PID控制算法的位置式和增量式两种标准算法 4.（本题 6分）平均滤波有几种？并说明各自的特点。 5.（本题 6分）根据转换结束信号EOC的不同接法，能构成哪几种A/D工作方式？具体怎样接线？ 6.（本题 5分）手动后援是控制系统中的一个环节，在系统运行时它有何作用？在手动与自动之间进行切换时要求什麽？
计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书实验一、单容水箱液位PID整定实验 一、实验目的 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。 3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。 二、实验设备 AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。 三、实验原理 图2-15为单回路水箱液位控制系统 单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用SUPCON JX-300X DCS控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-16中的曲线①、②、③所示。 图2-16 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线
自动控制系统的组成及功能实现 自动控制系统作为目前工业领域控制的核心，已经为大家所熟悉。自动控制系统是指在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段，其组建了整个系统的大脑及神经网络。自动控制系统的组成一般包括控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。 一、自动控制系统的分类 自动控制系统按控制原理主要分为开环控制系统和闭环控制系统。 （一）开环控制系统 在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。 （二）闭环控制系统 闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。 自动控制系统按给定信号分类，可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。（三）恒值控制系统 给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。 （四）随动控制系统 给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。（五）程序控制系统 给定值按一定时间函数变化。如程控机床。 在我们的工业领域中，因控制的工艺流程复杂、生产数多、对产品质量控制严格，所以一般控制系统均为闭环控制系统。 二、控制系统各部分的功能 （一）控制器 目前控制系统的控制器主要包括PLC、DCS、FCS等主控制系统。在底层应用最多的就是PLC控制系统，一般大中型控制系统中要求分散控制、集中管理的场合就会采用DCS 控制系统，FCS系统主要应用在大型系统中,它也是21世纪最具发展潜力的现场总线控制系
1-3自动控制系统的分类 本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统。为了更好的了解自动控制系统的特点，介绍一下自动控制系统的分类。分类方法很多，这里主要介绍其中比较重要的几种： 一、按描述系统的微分方程分类 在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性。按描述系统运动的微分方程可将系统分成两类： 1．线性自动控制系统描述系统运动的微分方程是线性微分方程。如方程的系数为常数，则称为定常线性自动控制系统；相反，如系数不是常数而是时间t的函数，则称为变系数线性自动控制系统。线性系统的特点是可以应用叠加原理，因此数学上较容易处理。 2．非线性自动控制系统描述系统的微分方程是非线性微分方程。非线性系统一般不能应用叠加原理，因此数学上处理比较困难，至今尚没有通用的处理方法。 严格地说，在实践中，理想的线性系统是不存在的，但是如果对于所研究的问题，非线性的影响不很严重时，则可近似地看成线性系统。同样，实际上理想的定常系统也是不存在的，但如果系数变化比较缓慢，也可以近似地看成线性定常系统。 二、按系统中传递信号的性质分类 1．连续系统系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。 2．采样系统系统中至少有一处，传递的信号是时间的离散信号，则称为采样系统，或离散系统。 三、按控制信号r(t)的变化规律分类 1．镇定系统() r t为恒值的系统称为镇定系统(图1-2所示系统就是一例)。 2．程序控制系统() r t为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统(图1-11所示系统就是一例)。 3．随动系统() r t为事先未知的时间函数的系统称为随动系统，或跟踪系统，如图1-7所示的位置随动系统及函数记录仪系统。
浅谈计算机控制系统的发展 摘要：论述了计算机控制系统的发展历史及发展趋势，分析了计算机控制系统的组成部分及其特点。并且对当前计算机系统的发展情况做出评价。 关键词：计算机控制系统发展 1 引言 计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机）来实现工业过程自动控制的系统，并且是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起而应运产生的综合控制系统，它紧密依赖于最新发展的计算机技术、网络通信技术和控制技术,在计算机参与工业系统控制的历史长河中扮演了重要的角色。 2 计算机控制系统的发展情况 在60 年代,控制领域中就引入了计算机。当时计算机的作用是控制调节器 的设定点，具体的控制则由电子调节器来执行, 这种系统称作是计算机监控系统。这种系统的调节器主要是采用了模拟调节器。系统中既有计算机又有调节器，系统复杂，投资又大。在60 年代末期出现了用一台计算机直接控制一个机组或一个车间的控制系统，简称集中控制系统，集中控制系统在计算机控制系统的发展过程中起到了积极作用。在这种控制系统中, 计算机不但完成操作处理,还可直接根据给定值、过程变量和过程中其它测量值，通过PID运算，实现对执行机构的控制, 以使被控量达到理想的工作状态。这种控制系统即常说的直接数字控制( DDC) 系统。计算机DDC 控制的基本思想是使用一台计算机代替若干个调节控制回路功能。最初发展时希望能够至少可以控制50个回路以上，这在当时对小规模、自动化程度不高的系统，特别是对具有大量顺序控制和逻辑判断操作的控制系统来说收到了良好的效果。 由于整个系统中只有一台计算机, 因而控制集中，便于各种运算的集中处理，各通道或回路间的耦合关系在控制计算中可以得到很好的反映，同时由于系统没有分层, 所有的控制规律均可直接实现。但是，如果生产过程的复杂，在实现对几十、几百个回路的控制时，可靠性难以保证，系统的危险性过于集中，一旦计
目录 第一章计算机过程控制系统的应用与发展 (2) 1.1 计算机过程控制系统的发展回顾 (2) 1.2 计算机过程控制系统的分类 (2) 1.3 计算机过程控制系统国内外应用状况 (6) 1.4 计算机过程控制系统的发展趋势 (7) 第二章国内油田计算机控制系统应用软件现状及发展趋势 (8) 2.1 基于PC总线的控制系统应用软件 (8) 2.2 基于各种PLC控制系统的应用软件 (8) 2.3 中小规模的DCS控制系统组态软件 (9) 2.4 计算机控制系统应用软件的发展趋势 (9)
第一章计算机过程控制系统的应用与发展 在石油、化工、冶金、电力、轻工和建材等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制称为生产过程自动化。生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志。凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制就称为过程控制。过程控制系统可以分为常规仪表过程控制系统与计算机过程控制系统两大类。随着工业生产规模走向大型化、复杂化、精细化、批量化，靠仪表控制系统已很难达到生产和管理要求，计算机过程控制系统是近几十年发展起来的以计算机为核心的控制系统。 1.1 计算机过程控制系统的发展回顾 世界上第一台电子数字计算机于1946年在美国问世。经历了十多年的研究，1959年世界上第一台过程控制计算机TRW-300在美国德克萨斯的一个炼油厂正式投入运行。这项开创性工作为计算机控制技术的发展奠定了基础，从此，计算机控制技术获得了迅速的发展。 回顾工业过程的计算机控制历史，经历了以下几个8寸期： (1)起步时期(20世纪50年代)。20世纪50年代中期，有人开始研究将计算机用于工业过程控制。 (2)试验时期(20世纪60年代)。1962年，英国的帝国化学工业公司利用计算机完全代替了原来的模拟控制。 (3)推广时期(20世纪70年代。随着大规模集成电路(LSI)技术的发展，1972年生产出了微型计算机(mi—erocomputer)。其最大优点是运算速度快，可靠性高，价格便宜和体积小。 (4)成熟时期(20世纪80年代)。随着超大规模集成电路(VLSI)技术的飞速发展，使得计算机向着超小型化、软件固定化和控制智能化方向发展。80年代末，又推出了具有计算机辅助设计(CAD)、专家系统、控N*0管理融为一体的新型集散控制系统。(5)进一步发展时期(20世纪90年代)。在计算机控制系统进一步完善应用更加普及，价格不断下降的同时，功能却更加丰富，性能变得更加可靠。 1.2 计算机过程控制系统的分类 计算机控制系统的应用领域非常厂泛，计算机可以控制单个电机、阀门，也可以控制管理整个工厂企业；控制方式可以是单回路控制，也可以是复杂的多变量解耦控制、自适应控制、最优控制乃至智能控制。因而，它的分类方法也是多样的，可以按照被控参数、设定值的形式进行分类，也可以按照控制装置结构类型、被控对象的特点和要求及控制功能的类型进行分类，还可以按照系统功能、控制规律和控制方式进行分类。常用的是按照系统功能分类。
1.1 自动控制系统的组成 自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的。为对自动控制有一个更加清晰的了解，下面对人工操作与自动控制作一个对比与分析。 图1-1所示是一个液体贮槽，在生产中常 用来作为一般的中间容器或成品罐。从前一个 工序出来的物料连续不断地流入槽中，而槽中 的液体又送至下一工序进行加工或包装。当流 入量Q i(或流出量Q0) 波动，严重时会溢出或抽空。解决这个问题的 最简单办法，是以贮槽液位为操作指标，以改 变出口阀门开度为控制手段，如图1-1所示。 当液位上升时，将出口阀门开度开大，液位上 则关小出口阀门，液位下降越多，阀门关得越 小。为了使液位上升和下降都有足够的余地，选择玻璃管液位计指示值中间的某一点为正常工作时的液位高度，通过改变出口阀门开度而使液位保持在这一高度上，这样就不会出贮槽中液位过高而溢出槽外，或使贮槽内液位抽空而发生事故的现象。归纳起来，操作人员所进行的工作有以下三个方面。 ①检测用眼睛观察玻璃管液位计（测量元件）中液位的高低。 ②运算、命令大脑根据眼睛所看到的液位高度，与要求的液位值进行比较，得出偏差的大小和正负，然后根据操作经验，经思考、决策后发出命令。 ③执行根据大脑发出的命令，通过手去改变阀门开度，以改变出口流量Q0，从而使液位保持在所需要高度上。 眼、脑、手三个器官，分别担负了检测、运算/决策和执行三个任务，来完成测量偏差、操纵阀门以纠正偏差的全过程。 若采用一套自动控制装置来取代上述人工操作，就称为液位自动控制。自动 下面结合图1-2的例子介绍几个常 用术语。 ①被控对象需要实现控制的 简称对象，如图1-2中的液体贮槽。 ②被控变量对象内要求保
2-6某水槽如题图2-1所示。其中A 1为槽的截面积，R 1、R 2均为线性水阻，Q i 为流入量，Q 1和Q 2为流出量要求： (1)写出以水位h 1为输出量，Q i 为输入量的对象动态方程； (2)写出对象的传递函数G(s)并指出其增益K 和时间常数T 的数值。 图2-1 解：1）平衡状态： 02010Q Q Q i += 2）当非平衡时： i i i Q Q Q ?+=0；1011Q Q Q ?+=；2022Q Q Q ?+= 质量守恒：211 Q Q Q dt h d A i ?-?-?=? 对应每个阀门，线性水阻：1 1R h Q ?= ?；2 2R h Q ?= ? 动态方程：i Q R h R h dt h d A ?=?+?+?2 11 3) 传递函数：)()()1 1(2 11s Q s H R R S A i =++ 1 ) 11(1) ()()(21 1+=+ + == Ts K R R S A s Q s H s G i 这里：2 1 1 2 1212 1 11111R R A T R R R R R R K + = += += ； 2Q 1 1
2-7建立三容体系统h 3与控制量u 之间的动态方程和传递数,见题图2-2。 解：如图为三个单链单容对像模型。被控参考△h 3的动态方程： 3233 Q Q dt h d c ?-?=?；22R h Q ?= ?；33R h Q ?=?； 2122Q Q dt h d c ?-?=?；1 1R h Q ?= ? 111 Q Q dt h d c i ?-?=? u K Q i ?=? 得多容体动态方程： u KR h dt h d c R c R c R dt h d c c R R c c R R c c R R dt h d c c c R R R ?=?+?+++ ?+++?3333322112 323131323221213 333 21321) ()( 传递函数：3 22133) ()()(a s a s a s K s U s H s G +++= = ； 这里： 3 213213 3 2132133 213213 3221123 213213 1313232212111; c c c R R R kR K c c c R R R a c c c R R R c R c R c R a c c c R R R c c R R c c R R c c R R a = =++=++=
第一章绪论 1.计算机控制系统工作原理（图：P2 1-1b）A/D装置将模拟量转换为数字量后送入计算机处理，D/A装置将其转换为模拟量，输送到执行机构。采样器与保持器等与A/D、D/A一起构成计算机与生产过程中之间的接口。若被控量不是模拟量而是开关量（数字量），计算机控制系统中也需要用开关量输入输出接口进行信号的传输，而不能将过程与计算机相连。 2.计算机在控制系统中三个基本作用：实时数据处理、实施监督决策、实时控制及输出。 3.计算机控制系统的工作方式：①在线方式与离线方式生产过程和计算机系统直接相连，并接受计算机直接控制称为在线或联机方式；反之，若不相连或虽相连但过程不受计算机控制，而是靠人工进行联系并做相应操作称为离线或脱机方式。②实时性指信号的输入、计算和输出都必须限制在一定时间范围内完成，即计算机对输入信息要以足够快的速度进行处理。 4.计算机控制系统组成功能、作用（图：P3 1-2）①主机由CPU、ROM、RAM组成，是计算机控制系统的核心。②外设常用外部设备按功能分成输入设备、输出设备和外存储器。 ③过程输入/输出接口包括模拟量和开关量两大类，是计算机与生产过程之间信息交换的桥梁。④人机接口设备包括显示器、键盘、专用的操作显示面板或操作显示台等，供操作员与计算机进行信息交换。 ⑤通信设备通过通信设备，不同地理位置、不同功能的计算机之间或计算机与设备之间可以进行信息交换。⑥现场仪表包括检测变送仪表、执行机构等。前者将生产过程中各种物理量转换成电信号，后者完成计算机输出控制的执行任务。 ⑦系统总线分内部总线与外部总线。内部总线在计算机各内部模块之间传送各种控制、地址与数据信号，并为各模块提供统一的电源；外部总线为计算机系统之间或计算机系统与设备之间提供数字通信。 ⑧系统软件它管理计算机的内存、 外设等硬件设备。⑨应用软件是系 统设计人员针对具体生产过程编制 的控制和管理程序，是控制计算机 在特定环境中完成某种控制功能所 必需的软件。 5.计算机控制系统的分类（图：P4~8 1-3~1-7根据框图说原理）①计算 机巡回监测和操作指导系统一种 开环系统。过程参数经测量变送器、 过程输出通道，定时送入计算机， 计算机进行分析和处理后进行综 合，通过显示器或打印机输出操作 指导信息。②计算机直接数字控制 系统DDC 计算机通过过程输入通道 对多个被控生产过程进行巡回检 测，根据给定值、测量值及控制规 律计算出控制指令，经过程输出通 道（AO或DO）直接控制执行机构， 使得各被控参数保持在其给定值附 近。③计算机监督控制系统SCC 通 常采用两级控制形式，分处两层的 计算机分别称为上位机与下位机。 上位机根据原始的生产工艺数据和 现场采集到的工况信息，一方面按 照描述被控过程的数学模型和某种 最优目标函数，计算出被控过程的 最优设定值。输出给下一级的DDC 系统或模拟调节器；另一方面对生 产状况进行分析，作出故障的诊断 与预报。④计算机集散控制系统DCS 有多个相关联可以共同承担工作的 微处理器为核心，一起组成可以运 行多项任务的系统，实现地理上和 功能上的控制，同时通过高速数据 通道把各个分散点的信息集中起 来，进行集中的监视和操作，实现 复杂的控制和优化。⑤现场总线控 制系统FCS 核心是现场总线，与 Internet网互联构成不同层次的复 杂网络，降低了系统成本，提高了 可靠性，且在统一的国际标准下可 实现真正的开放式互联系统结构。 ⑥工业过程的计算机集成制造系统 （流程CIMS）将需要的函数块放在 图纸上，然后把它们连接起来，以 便处理输入和输出。过程操作员根 据各种动态画面来监视和控制过 程。动态测量值和状态指示则显示 了当前的生产情况。从过程控制器、 信息管理站和外部计算机那里获得 信息后，操作人员可以进行授权范 围内的任意操作。 第二章计算机控制系统基础 1.信号形式（图：P13 2-1）连续模 拟信号、离散模拟信号、连续数字 信号、离散数字信号 2.信号采样（图：P14 2-2）把时间 和量值上均连续的模拟信号按采样 周期T转变位置在瞬时才有脉冲输 出信号的过程。 3.信号的保持（图：P15 2-3）保持 其的原理是根据现在或过去时刻的 采样值，用常数、线性函数和抛物 线函数等去逼近两个采样时刻之间 的原信号。零阶保持器是最常用的 一种信号保持器。 第三章计算机控制系统基础中的 总线技术 1.总线标准分为两类：一类是由国 际权威机构制定的；另一类是由某 厂家设计而广泛流行的。后者得到 业界承认之后，往往也会被权威机 构收为标准。 2.内部总线：又称系统总线，即通 常说的各种不同标准的计算机总 线，用于计算机内部模块（板）之 间的通信。工业过程常用PC总线、 STD总线、VME、MULTIBUS总线等。 外部总线：又称通信总线，完成计 算机系统之间或计算机与设备之间 的通信任务，如IEEE-488总线、 RS-232和RS-485等。 3.并行总线：每个信号都有自己独 立的信号线，一组信号并行输出， 传输快，接口简单，缺点是电缆线 数多。串行总线：所有信号复用一 对信号线，并依次按顺序串行输出， 电缆线数少，便于远距离传送，缺 点是信号传输慢，接口复杂。 4.内部总线通常都是并行总线，外 部总线分为并行总线和串行总线两 种。IEEE-488并行，RS-485串行。 5.总线裁决方式①串行链接式总 线裁决（图：P37 3-6）各部件的请 求信号经一条公共请求线向控制器 发出，总线空闲时控制器发出总线
自动控制系统主要有哪些环节组 成 1?自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？ a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。b 控制器：接收变送器送来的信号，与希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。 c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。 d被控对象：控制装备所控制的生产设备。 2?被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置； 被控变量：工艺上希望保持稳定的变量； 操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。 给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值； 干扰变量：造成被控变量波动的变量。 3?自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~ （控制系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不 发生影响的系统），复合~ 4?按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化） 5.自动控制系统的基本要求： 稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件
快速性：反应系统在控制过程中的性能 准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。 提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。 6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。 7?自动系统的控过渡过程及其形式 控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间 变化的过程称为~ 形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程， 等幅振荡过程，发散振荡过程 8.衰减振荡过渡过程的性能指标 衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。（以新稳态值为标准计算） 最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值 余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值与设定值之差。 调节时间：从过渡过程开始到结束所需的时间 振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间 9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~ 动态数学模型：表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述 10.描述对象特性的参数 放大系数K :数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。意义：若有一定的输入变化量Q i通过对象就被放大了K倍变为输出变量h。K越大，输入变量有一定变化时，对输出量的影响越大。描述了静态性质 时间常数T:当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间，就是T，意义：被控变量受到阶跃作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。 T越大，表对象受干扰后，被控变量变化的越慢，到达新的稳态值所需
自动控制系统的基本组成与分类 自动控制系统的基本组成 如前所述，自动控制系统(即反馈控制系统)由被控对象和控制装置两大部分组成， 根 据其功能，后者又是由具有不同职能的基本元部件组成的。图1．12是一个典型的自 动控制 系统的基本组成示意图，图中组成系统的各基本环节及其功能如下。 1．被控对象 如前所述，被控对象是指对其莱个特定物理量进行控制的设备或过程 出即为系统的输出员，即被控量，通常以c(r)(或y(f))表示。 2．阁量元件 测量元件用于对输出量进行测量，并将其反馈至输入端。如果输出量与输入量的物 理 单位不同，有时还要进行相应的量纲转换*例如，温度测量装置(热电偶)用于团量湿度并 转换为电压(见固1．2)，测速发电机用于测量电动机轴转速井转换为电压(见田1．9)。 3．给定元件 根据控制日的，给定元件将给定量转换为与期望输出相对应的系统治入量(通常以 r(‘)表示)，作为系统的控制依据。例如，图1．9中，给定电压M2的电位器即为给 定元件。 4．比较元件 比较元件对输入量与测量元件测得的输出量进行比较，并产生偏差信号
中的电压比较电路。通常，比较元件输出的偏差信号以‘(2)表示。 5．放大元件 放大元件是特比较元件结出的(檄弱的)偏差信号进行放大(必要时还要进行物理量的转换)。例如，图1．9中的ATMEL代理放大器和晶闸管整流装置等。 6．执行元件 执行元件的功能是，根据放大元件放大后的偏差信号，推动执行元件去控制被控对 象，使其被控量按照设定的要求变化。通常，电动机、液压马达等都可作为执行元件。7．校正元件 校正元件又称补偿元件，用于改善系统的性能，通常以串联或反馈的方式连接在系 统中。 在图1．12中，作用信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称为前向通路；系 统治出量经测旦元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路；前向通路和主反馈通 路构 成的回路称为主反馈回路，简称主回路。除此之外，还有局部反馈通路以及局部反馈 回路 等*将只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统，将包含两个或两个以上反馈通路的 系统称为多回路系统。 1．4．2 自动控制系统的分类 如前所述，自动控制系统的组成千差万别，所完成的控制任务也不尽相同，但可以 按 不同的分类方法，将其分为各种不同的类别。例如，按控制方式可分为开环控制系统、闭 环控制系统和复合控制系TI代理统；按元件类型可分为机械系统、电气系统、机电系统、液压系
4、化学反应釜串级控制系统，主、副对象的传递函数分别为： 2017()81s G s e s -=+， 2025()31 s G s e s -=+ 主、副测量变送环节的传递函数分别为： 11()21m G s s =+， 21()1 m G s s =+ 主、副扰动通道的传递函数分别为： 1 2.5()41f G s s = +， 21.5()51f G s s =+ 试分别采用串级控制设计温度控制系统，具体要求如下： （1） 进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭环系 统原理图； （2） 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次 扰动）； 1、超前校正控制器设计 设单位反馈系统的开环传递函数为) 1()(0+=s s K s G ，采用模拟设计法设计超前校正数字控制器，使校正后的系统满足如下指标：(1) 当 t r =时， 稳态误差不大于0.1；(2) 开环系统截止频率6≥c ωrad/s ；(3) 相角裕度o 60≥γ; (4) 幅值裕度10≥h dB 。 2、超前校正控制器设计 设单位反馈系统的开环传递函数为) 15.0()(0+=s s K s G ，采用模拟设计法设计超前校正数字控制器，使校正后的系统满足如下指标：(1) 速度误差20=Kv ；(2) 相角裕度o 50≥γ; (3) 幅值裕度10≥Kg dB 。 3、滞后校正控制器设计 设单位反馈系统的开环传递函数为) 12.0)(11.0()(0++=s s s K s G ，采用模拟设计法设计滞后校正数字控制器，使校正后的系统满足如下指标： (1) 速度误差系数30=v K ； (2) 开环系统截止频率3.2≥c ω rad/s ； (3) 相位裕度o 40≥γ (4) 幅值裕度10≥Kg dB 。
第一章思考题与习题（P9） 1.简述过程控制发展概况。 答上个世纪40年代以前，工业生产大多处于手操作阶段，人们主要是凭经验用人工去控制生产过程。生产过程中的关键参数靠人工观察，生产过程的操作也靠人工去执行。因此劳动生产率很低。 40年代以后，生产过程自动化发展很快。尤其近年来，过程控制技术发展更为迅速。当前，自动化装置已成为大型设备不可分割的组成部分。可以说，如果不配置合适的最大控制系统，大型生产过程是根本无法运行的。实际上，生产过程自动化的程度已成为衡量工业企业现代化水平的一个重要标志。纵观过程控制发展的历史，大致精力一下阶段：第一个阶段。50年代前后，过程控制开始得到发展。一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。者是过程控制发展的第一个阶段。其主要特点是：检测和控制仪表普遍采用基地式仪表和部分单元组合仪表（多数是启动仪表）；过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统；被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数；控制的目的是保持这些参数稳定，消除或者减少对生产过程的主要扰动；过程控制的理论是以频率法和根轨迹法为主题的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题。 第二个阶段。在60年代，随着工业生产的不断发展，对过程控制提出了新的要求；随着电子技术的迅速发展，也为自动化技术工具的完善提供了条件，开始了过程控制的第二个阶段。在仪表方面，开始大量采用单元组合仪表（包括电动和气动）。为了满足定型、灵活、多功能的要求，又出现了组装仪表，它将各个单元划分为更小的功能块，以适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统要求。与此同时，计算机控制系统开始应用于过程控制领域，实现了直接数字控制（DDC）和设定值控制（SPC）。在过程控制系统方面，为了提高控制质量与实现一些特殊的控制要求，相继出现了各种复杂控制系统，例如串级、比值和
《自动控制原理》综合复习资料 、简答题 1常见的建立数学模型的方法有哪几种？各有什么特点？ 2、 自动控制原理中，对线性控制系统进行分析的方法有哪些？ 3、 给出梅逊公式，及其中各参数意义。 4、 举例说明什么是闭环系统？它具有什么特点？ 5、 系统的性能指标有哪些？ 6、 幅值裕度，相位裕度各是如何定义的？ 7、 画出自动控制系统基本组成方框结构图？ &减小稳态误差的措施主要有？ 9、 闭环控制系统由哪几个基本单元组成？ 10、 增加开环零、极点对根轨迹有什么影响？ 二、计算题 1已知系统输入为U i ，输出为U o ，求出传递函数 G(s) U °(s)/U i (s)。 o ------- ------------------- ------ o R L U i c 丄 U o 2、试简化下图所示系统方框图求其传递函数: 3、已知某二阶系统的单位阶跃响应为 ct 1 0.2e 60t 1.2e 10t ， (2)确定系统阻尼比 、无阻尼振荡频率 试求：(1)系统传递函数 c -s R s （5 分）
7、已知系统的结构图如所示: 当K f 0、K a 10时，试确定系统的阻尼比 、固有频率 n 和单位斜坡输 入时系统的稳态误差； 8、已知系统如下图所示，求系统的单位阶跃响应，并判断系统的稳定性。 9、RC 无源网络电路图如下图所示，试列写该系统的微分方程，并求传递函数Uc(s)/Uc(s) 4、设某系统的特征方程式为 s 6 2s 5 8s 4 12s 3 20 s 2 16s 16 判断闭环系统的稳定性，若不稳定求其不稳定特征根个数。 (利用劳斯判据) 5、RC 无源网络电路图如下图所示 ，试列写该系统的微分方程 ，并求传递函数Uc(s)/Ui(s) O U i o R i o U c 6、试简化下图所示系统方框图求其传递函数 : X r
中原油田普光天然气净化厂 过程控制计算机系统管理制度 （试行） 2010年9月16日 过程控制计算机系统管理制度 第1章总则 第1为了加强普光净化厂过程控制计算机系统管理，提高过程控制计算
条机系统运行稳定性、可靠性，降低系统的故障率，特制定过程控制计算机系统管理制度。 第2条本制度中的过程控制计算机系统包括：集散型控制系统（DCS）、大型可编程控制系统（PLC）以及安全仪表系统（SIS）。 第二章过程控制计算机系统的日常维护管理 第3条系统维护人员每天必须按巡回检查内容对过程控制计算机系统的运行状况进行一次巡回检查，经常保持过程控制计算机系统的清洁，并认真填写巡回检查记录。巡回检查记录要求书写工整，字迹清楚，要定期回收并由维保单位妥善保管。 第4条系统卡件工作状态检查。检查DCS、SIS、PLC系统的CPU卡件、通讯卡件、电源卡件、冗余模块的故障指示灯、运行指示灯、冗余状态指示灯指示是否正常、是否存在报警、CPU处于正常的工作模式或者是冗余状态， 第5条查看系统诊断信息有无红色报警，有无其他故障诊断信息，及时处理系统存在的各类故障，包括各种卡件及附件的修理更换，死机，键盘、鼠标、显示器的故障处理。 第6条各套系统控制柜内交换机、光电转换器等运行情况检查，出现故障及时记录待条件具备后处理。 第7条系统供电状态检查。检查系统的所有电源的工作状态，出现异常及时处理并上报。AB系列PLC需要检查背板电源模块是否都处于投用
状态。 第8条安全栅工作状态检查。对安全栅的工作状态进行检查，对工作状态指示异常的安全栅进行检查、维护。对存在的问题做好记录并及时上报。 第9条空调工作状态。检查空调的工作状态是否正常，对工作状态异常的空调及时上报，保证工程师站及机柜间的温度控制在24℃左右，机柜控制室的湿度应控制在40%-80%(无凝露)之间。对机柜风扇、滤网等的巡回检查，发现问题及时处理。 第10条控制系统工程师站工作状态。检查工程师站的工作状态，确定工程师站是否能够正常操作，采集数据是否正常。有硬件狗的检查硬件狗是否正常工作。检查24小时内的DCS系统报警记录确定存在的系统是否存在故障；检查SIS系统工程师/SOE站的工作状态，检查SIS系统上的综合报警是否正常，发现报警及时确定报警原因，确定SOE系统正常投用，并检查SOE记录内容，发现异常报警及时处理并上报。系统造成联锁停机等情况后要及时上报，并保存好报警记录。 第11条定期卫生清扫。每天对工程师站、机柜间、现场MTL柜内的卫生进行检查、打扫、整理，每月对系统机柜、工程师站、操作台进行彻底清扫，并做好相应的记录。 第12巡检过程中要严格遵守机柜间、工程师站管理制度。同时还需注意在对DCS、SIS、PLC控制柜进行巡检时，远离大功率的无线通信设
计算机基本构成模式 计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件 计算机中数的表示 计算机内部应采用二进制表示指令和数据 计算机的工作原理 计算机系统应按照下述模式工作：将编好的程序和原始数据，输入并存储在计算机的内存储器中（即“存储程序”）；计算机按照程序逐条取出指令加以分析，并执行指令规定的操作（即“程序控制”）。这一原理称为“存储程序”原理，是现代计算机的基本工作原理，至今的计算机仍采用这一原理。 计算机的工作原理 按照冯·诺依曼存储程序的原理，计算机在执行程序时须先将要执行的相关程序和数据放入内存储器中，在执行程序时CPU根据当前程序指针寄存器的内容取出指令并执行指令，然后再取出下一条指令并执行，如此循环下去直到程序结束指令时才停止执行。其工作过程就是不断地取指令和执行指令的过程，最后将计算的结果放入指令指定的存储器地址中。计算机工作过程中所要涉及的计算机硬件部件有内存储器、指令寄存器、指令译码器、计算器、控制器、运算器和输入/输出设备等，在以后的内容中将会着重介绍。 （一）计算机硬件系统 硬件通常是指构成计算机的设备实体。一台计算机的硬件系统应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备。这五大部分通过系统总线完成指令所传达的操作，当计算机在接受指令后，由控制器指挥，将数据众输入设备传送到存储器存放，再由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器，由运算器进行处理，处理后的结果由输出设备输出。 中央处理器 CPU（central processing unit）意为中央处理单元，又称中央处理器。CPU由控制器、运算器和寄存器组成，通常集中在一块芯片上，是计算机系统的核心设备。计算机以CPU为中心，输入和输出设备与存储器之间的数据传输和处理都通过CPU来控制执行。微型计算机的中央处理器又称为微处理器。 控制器 控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个部件完成一定任务的部件。它一般由指令寄存器、状态寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。计算机的工作方式是执行程序，程序就是为完成某一任务所编制的特定指令序列，各种指令操作按一定的时间关系有序安排，控制器产生各种最基本的不可再分的微操作的命令信号，即微命令，以指挥整个计算机有条不紊地工作。当计算机执行程序时，控制器首先从指令指针寄存器中取得指令的地址，并将下一条指令的地址存入指令寄存器中，然后从存储器中取出指令，由指令译码器对指令进行译码后产生控制信号，用以驱动相应的硬件完成指纹操作。简言之，控制器就是协调指挥计算机各部件工作的元件，它的基本任务就是根据种类指纹的需要综合有关的逻辑条件与时间条件产生相应的微命令。 运算器 运算器又称积极态度逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）。运算器的主要任务是执行各种算术运算和逻辑运算。算术运算是指各种数值运算，比如：加、减、乘、除等。逻辑运算是进行逻辑判断的非数值运算，比如：与、或、非、比较、移位等。计算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的，根据指令规定的寻址方式，运算器从存储或寄存器中取得操作数，进行计算后，送回到指令所指定的寄存