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过程控制系统Process Control System天津大学电气与自动化工程学院董峰7.1 引言有一些工业过程，它们存在如下一些特点：1）输入/输出变量在两个及其以上，且相互存在耦合;2）过程的某些特征参数，如放大倍数、时间常数、纯滞后时间等，随时间不断变化；3）过程的干扰量与输出量无法测量或难以测量；4）过程的参数模型难以得到，只能获得非参数模型，如阶跃响应曲线或脉冲响应曲线等；5）过程的响应曲线也难以得到，只能根据经验得到一系列“如果。
则。
”的控制规则等。
上述过程，均具有不同程度的复杂性，所以将它们统称为复杂过程。
面对这些复杂过程，前面讨论的控制策略和系统设计方法已不能满足要求。
针对上述各种复杂过程进行系统设计的相应方法。
生产过程（或复杂的实验过程）会有多个变量必须要进行控制。
作为控制系统设计的工程师必须要：（1）提供必须的（多个）传感器；（2）提供适当的（多个）操作变量；（3）决定如何通过控制系统的设计，将（多个）被控变量（CVs）与（多个）操纵变量（MVs）配对。
之前所学习的主要是单回路控制系统及其应用。
要解决以上的问题，需要进一步的学习。
7.2 耦合过程及其要解决的问题火力发电厂部分场景电场锅炉多变量耦合过程示意图多变量解耦控制系统实例当干扰使压力升高时，通过压力调节器的调节，开大调节阀1的开度，增加旁路回流量，减小排出量，迫使压力回到给定值上；与此同时，压力的升高，会使调节阀2前后的压差增大，导致阀门开度未变时流量的增大。
此时，通过流量控制回路，关小调节阀2的阀门开度，迫使阀后流量回到给定值上。
由于阀后流量的减小又将引起阀前压力的增加。
需要解决的问题1）如何判断多变量过程的耦合程度？2）如何最大限度地减少耦合程度？3）在什么情况下必须进行解耦设计，如何进行解耦设计？1. 相对增益与相对增益矩阵（1）开环增益在相互耦合的n ×n 维被控过程中选择第i 个通道，使所有其他控制量u k ( k =1，2，…，n ，k ≠j )都保持不变时将控制量u j 改变一个Δu j ，所得到的y i （i =1，2，…，n ）的变化量Δy i 与Δu j 之比，定义为u j 到y i 通道的开环增益，表示为()ji k u y constu j k n k ijk ∂∂=≠==,,,2,1L（2）闭环增益()ji k u y constu i k n k ijk ∂∂=≠==,,,2,1L 还是选择第i 个通道，将其他所有通道进行闭环并采用积分调节使其他被控量y k ( k =1，2，…，n ，k ≠i )都保持不变，只改变被控量y i 所得到的变化量Δy i 与u j （j =1，2，…，n ）的变化量Δu j 之比，定义为u j 到y i 通道的闭环增益，表示为（3）相对增益与相对增益矩阵()()'k i j ij ij k ij i j u const y u k j k y constk y k i u λ=∂∂≠Δ==∂≠∂{}⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡==nn n n n n ij λλλλλλλλλλλL L L L L L L 1122221112112．相对增益矩阵的获取两输入/两输出耦合过程（1）偏微分方法⎩⎨⎧+=+=22212122121111u K u K y u K u K y uji ij u y K ∂∂=constu u y K =∂∂=1111111122111111221221'K K K K K K K K λ==−同理：12211211221221K K K K K K λ−=−12212111221221K K K K K K λ−=−11222211221221K K K K K K λ=−221212121111K u K y K u K y −+=2221121111'112K K K K u y K consty −=∂∂==（2）增益矩阵计算法⎩⎨⎧+=+=22212122121111y h y h u y h y h u ')(1iji k const y ij ji K y u h k =∂∂=≠=为闭环增益的倒数KU Y ={}ij K K =[]12,Tn Y y y y =L []12,Tn U u u u =L 其中：{}ij H h =HYU =矩阵与矩阵互为逆矩阵1−K=H相对增益矩阵的每个元素等于矩阵中的对应元素与矩阵转置后对应元素的乘积。
![[工学]CH7_控制系统的性能分析和校正](https://img.taocdn.com/s1/m/1fce7311bd64783e09122ba1.png)
过程控制复习题第一章绪论一、填空题1、过程控制是指生产过程的自动控制，主要被控参数有；2、传统的简单过程控制系统由和两部分组成。
3、检测控制仪表包括、和。
二、简答题1、过程控制有哪些特点？2、什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？3、什么是定值控制系统？4、按照设定值形式不同，过程控制系统分哪些类？5、过程控制阶跃响应的单项性能指标有哪些？综合性能指标有哪些三、分析计算题1、会计算性能指标，书后P12 1-10题四、综合题第二章检测仪表一、填空题1、某压力表的测量范围为0-10MPa，精度等级为1.0级。
则该压力表允许的最大绝对误差是。
若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa时，标准压力计上读数为5.08MPa，则该点的绝对误差为，试问被校压力表在这一点（是/否）符合1级精度。
2、有两块直流电流表，他们的精度和量程分别为1）1.0级，0-250mA2）2.5级，0-75mA第一块表的最大绝对误差为；第二块表的最大绝对误差为；若要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑应选择第块表。
3、某台测温仪表的测温范围-100—700C，检验该表时测得全量程内最大绝对误差为+5C，则该仪表的量程D为，该表的基本误差为，该仪表的精度等级为。
4、检测仪表的基本技术指标有哪些5、热电偶的基本定律有6、热电偶冷端温度补偿措施有、、、和。
7、常用弹性元件的形状有二、简答题1、热电偶测温原理是什么？2、椭圆齿轮流量计对介质有什么要求？3、热电阻测温有什么特点？为什么热电阻测温采用三线制接法？4、工业上常用的测温热电偶有哪几种？热电偶和仪表之间的接线，为什么要用补偿导线？三、分析计算题1、习题P70 2-52、习题P70 2-73、习题P70 2-11四、综合题第三章控制仪表一、填空题1、过程控制的基本控制有位式控制、P控制、、，在实际的比例控制器中，习惯上使用表示比例控制强弱。
2、用户根据控制需要，将程序模块用指令连接起来，就完成了编程，在数字控制系统中，这种利用标准功能模块组成系统的工作称为。
