第四章 (1)基本控制规律.

《化工仪表及自动化》教学大纲Chemica1Meters&Automation一、课程基本信息学时：24学分：15考核方式：考试，平时成绩占总成绩的30%中文简介：《化工仪表及自动化》是化工类专业的一门专业选修课。

该课程从自动控制系统的基本概念入手，系统地讲述构成自动控制系统的各个基本环节,包括被控对象.测量元件及变送器.显示仪表.自动控制仪表.执行器等；以及简单控制系统.复杂控制系统.新型控制系统与计算机控制系统；最后结合化工生产过程讲述几种典型化工单元操作的控制方案。

化工仪表及自动化是利用自动控制学科.仪器仪表科学及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科的。

随着现代科学技术的进步，现代化程度的提高，本课程越来越重要。

二、教学目的与要求通过对本门课程的学习，应能了解化工自动化的基本知识，理解自动控制系统的组成.基本原理及各环节的作用；能根据工艺要求，与自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案；能在工艺设计和技术改造中，与自控设计人员合作，综合考虑工艺与控制两个方面，并为自控设计人员提供正确的工艺条件与数据；能了解化工对象的基本特性及其对控制过程的影响；能了解基本控制规律及其控制器参数与被控过程的控制质量之间的关系；能了解主要工艺参数（温度.压力.流量及物位）的基本测量方法和仪表的工作原理及其特点；在生产控制.管理和调度中，能正确地选用和使用常用的测量仪表和控制装置，使它们充分发挥作用；能在生产开停过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；能在自动控制系统运行过程中，发现和分析出现的一些问题和现象，以便提出正确的解决方法；能在处理各类技术问题时，应用一些控制论.系统论.信息论的观点来分析思考，寻求考虑整体条件.考虑事物间相互关联的综合解决方法。

三、教学方法与手段1、讲授与讨论结合，课程教学主要采用讲授方法，讲授过程辅以大量工业实例，化工专业实验设备的实物仪表的现场讨论进行配合，并通过认识实习阶段对工厂观察认识的知识加以深化和理解，从而完成课程达到的目标。

引论体育学是从宏观上研究体育的一门学科，它从整体上认识体育全过程的一般规律，抽象地反映出体育的主要特征，准确揭示其本质，以使体育这种社会实践活动朝着更有利于人的全面健康发展。

第一章体育概念1.直到18世纪60年代，法国卢梭的名著《爱弥儿》才出现“体育”一词。

2.体育的本质：以身体运动为基本手段，促进人们身心健康发展，提高人们的生活质量和生命质量。

3.体育的概念：体育是身体运动为基本手段，促进身心发展的文化活动。

4.体育概念分类：分类标准分类结果体育实施场所家庭、学校、社区体育体育参与者年龄婴幼儿、青少年、中老年体育体育参与者职业农民、工人、军人、知识分子体育体育发展形态古代、近代、现代、当代体育5.体育三种形态：体育教育、竞技运动、健身休闲。

（外部表现形式）体育教育是教育者根据一定社会（或阶级）的要求，通过身体运动进行的有目的、有计划、有组织地对受教育者的身心施加影响，把他们培养成为一定社会（或阶级）所需要的人的活动。

主体部分是学校。

竞技运动是为了最大限度地发挥个人和集体在体格、体能、心理和运动能力等方面的潜力，取得优异成绩而进行的科学、系统的训练和竞赛。

当今政治和资本这两个因素几乎成为竞技运动能否成功组织实施的关键条件。

健身休闲是人们在可以自由支配的闲暇时间内，为了身体健康及心理愉悦而参与的体育活动。

可自由支配的闲暇时间是健身休闲的重要特征。

活动基础的兴趣性和活动过程的娱乐性是健身休闲的另一重要特征。

第二章体育功能第一节体育功能概述1.功能：事物或方法所发挥的有利的作用和效能。

2.构成功能的两大要素：本质属性、社会需要。

3.马斯洛的需求理论：生存需要、享受需要、发展需要、尊重需要、自我实现需要。

第二节体育的本质功能健身、教育、娱乐。

一、体育的健身功能：①促进骨骼和肌肉的生长发育。

②提高呼吸系统机能水平。

③提高人体心血管系统机能水平。

④调试保持心理健康。

⑤延年益寿，提高生活质量。

二、体育的教育功能：①教导基本的生活能力。

第一章1、什么是化工自动化？答：化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。

在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。

实现自动化的目的（意义）1.加快生产速度，降低生产成本，提高产品的产量和质量2.减轻劳动强度，改善劳动条件3.保证生产安全，防止事故发生或扩大4.生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。

2、化工自动化主要包括哪些内容？答：一般要包括自动检测、自动保护、自动操作和自动控制等方面的内容。

3.自动化装置包括哪三个部分？以及各部分的作用答：（1）测量元件与变送器（2）自动控制器（3）执行器作用测量元件与变送器：测量液位并将液位的高低转化为一种特定的、统一的输出信号自动控制器：接受变送器送来的信号，与工艺要求需要保持的液位高度相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去执行器自动的根据控制器送来的信号值改变阀门的开启度4.什么是自动控制系统的过渡过程？它有那几种基本形式？答：系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。

有四种基本形式：（1）非周期衰减过程（2）衰减振荡过程 (3)等幅振荡过程（4）发散振荡过程5.自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有哪些？影响品质指标的因素有哪些？答：（1）最大偏差或超调量（2）衰减比（3）余差（4）过度时间（5）振荡周期或频率6.液位自动控制系统方框图：第二章1.什么是对象特性，为什么要研究对象特性？答：所谓对象特性，就是用数学的方法来描述出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就称为对象的数学模型。

研究对象特性是为了使设计的控制系统达到更好的控制效果和最好的经济效果。

2.建立对象的数学模型有哪两类主要方法？答：实验建模机理建模3.反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？它们对自动控制系统有什么影响？p26答：放大系数K。

习题（第四章）Ex1.~指控制器的输出信号p与输入信号e之间的关系，即p=f(e)。

基本控制规律有位式控制、比例控制、积分控制和微分控制。

Ex2.双位控制的输出只有两个特定的数值，对应的执行机构只有两个特定的位置（关或开）。

优点：结构简单、价格便宜、易于实现，应用较普遍；缺点：控制作用不是连续变化的，双位控制系统中被控变量的变化将是一个等幅振荡过程，不能稳定在某一个数值上。

Ex3.比例控制是按偏差大小进行控制的，控制器的输出信号p与其输入信号e成正比。

当比例控制系统的控制过程结束之后，其被控变量新的稳定值与给定值之间仍存在一定的偏差，即比例控制的余差。

余差的产生是由比例控制本身的特性所决定的。

因为比例控制作用是与偏差成比例的，只有偏差存在，才能产生控制作用。

当系统受到一定的扰动后，为了克服扰动，必定要有一定的控制作用，才能使系统达到新的平衡，所以必定存在与该控制作用相对应的偏差，即余差。

Ex4.比例度是控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。

相应的输出变化量；输入的最大变化量，即仪表的量程；输出的最大变化量，即控制器输出的工作范。

Ex6. 比例度对控制过程的影响：比例度越大，比例控制越弱，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大；比例度越小，比例控制越强，过渡过程曲线越振荡，系统的稳定性和动态性能变差，但余差也越小，提高了系统的静态准确度；比例度过小，可能会出现发散振荡。

�选择比例度要注意：若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大系数较小，可选择小比例度来提高系统的灵敏度，使过渡过程曲线形状较好；反之，为保证系统的稳定性，应选择大的比例度。

Ex7. 积分控制能消除余差的原因：因为积分控制作用的输出与输入偏差的积分成正比，只要有偏差存在，积分控制作用将随时间不断变化，直至偏差完全消除，系统才能稳定下来，所以……Ex8. TI就用来表示积分控制强弱的一个参数。

TI越小，积分控制作用越强；TI越大，积分控制作用越弱。

第一节自动控制仪表及其控制规律【任务分析】控制仪表经历三个发展阶段 基地式控制仪表单元组合式仪表中的控制单元 以微处理器为基元的控制装置 控制器的控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系。

()()x z f e f p -==经常是假定控制器的输入信号e 是一个阶跃信号，然后来研究控制器的输出信号p 随时间的变化规律。

控制器的基本控制规律位式控制（其中以双位控制比较常用）、比例控制（P ）、积分控制（I ）、微分控制（D ）及它们的组合形式，如比例积分控制（PI ）、比例微分控制（PD ）和比例积分微分控制（PID ）。

一、双位控制理想的双位控制器其输出p 与输入偏差额e 之间的关系为()⎩⎨⎧><<>=00,)0(0,min max e e p e e p p 或或图5-2 双位控制示例将上图中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可成为一个具有中间区的双位控制器，见下图。

由于设置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。

图5-3 实际的双位控制特性图5-4 具有中间区的双位控制过程双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长些比较有利。

双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因而应用很普遍。

二、比例控制在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生持续的等幅振荡过程，为了避免这种情况，应该使控制阀的开度与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于稳定，达到平衡状态。

e b a p e p b a ⨯==或,e K p P =比例度 是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。

%100/min max min max ⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=p p px x e δDDZ-Ⅱ型比例作用控制，温度刻度范围为400～800℃，控制器输出工作范围是0～10mA 。

引论体育学是从宏观上研究体育的一门学科，它从整体上认识体育全过程的一般规律，抽象地反映出体育的主要特征，准确揭示其本质，以使体育这种社会实践活动朝着更有利于人的全面健康发展。

第一章体育概念1.直到18世纪60年代，法国卢梭的名著《爱弥儿》才出现“体育”一词。

2.体育的本质：以身体运动为基本手段，促进人们身心健康发展，提高人们的生活质量和生命质量。

3.体育的概念：体育是身体运动为基本手段，促进身心发展的文化活动。

4.体育概念分类：分类标准分类结果体育实施场所家庭、学校、社区体育体育参与者年龄婴幼儿、青少年、中老年体育体育参与者职业农民、工人、军人、知识分子体育体育发展形态古代、近代、现代、当代体育5.体育三种形态：体育教育、竞技运动、健身休闲。

（外部表现形式）体育教育是教育者根据一定社会（或阶级）的要求，通过身体运动进行的有目的、有计划、有组织地对受教育者的身心施加影响，把他们培养成为一定社会（或阶级）所需要的人的活动。

主体部分是学校。

竞技运动是为了最大限度地发挥个人和集体在体格、体能、心理和运动能力等方面的潜力，取得优异成绩而进行的科学、系统的训练和竞赛。

当今政治和资本这两个因素几乎成为竞技运动能否成功组织实施的关键条件。

健身休闲是人们在可以自由支配的闲暇时间内，为了身体健康及心理愉悦而参与的体育活动。

可自由支配的闲暇时间是健身休闲的重要特征。

活动基础的兴趣性和活动过程的娱乐性是健身休闲的另一重要特征。

第二章体育功能第一节体育功能概述1.功能：事物或方法所发挥的有利的作用和效能。

2.构成功能的两大要素：本质属性、社会需要。

3.马斯洛的需求理论：生存需要、享受需要、发展需要、尊重需要、自我实现需要。

第二节体育的本质功能健身、教育、娱乐。

一、体育的健身功能：①促进骨骼和肌肉的生长发育。

②提高呼吸系统机能水平。

③提高人体心血管系统机能水平。

④调试保持心理健康。

⑤延年益寿，提高生活质量。

二、体育的教育功能：①教导基本的生活能力。

第一章测试1.化工生产过程自动化的核心是（）系统。

A:自动操纵B:自动控制C:自动保护D:自动检测答案:B2.在自动控制中，要求自动控制系统的过渡过程是（）。

A:等幅振荡过程B:缓慢的变化过程C:稳定的衰减振荡过程D:发散振荡的变化过程答案:C3.自动控制系统的两种表示方式是（）A:方框图和仪表流程图B:传递图和结构图C:结构图和仪表流程图D:传递图和方框图答案:A4.简单化工自动控制系统的组成包括被控对象、测量元件及变送器、控制器、执行器。

（）A:对B:错答案:A5.定制控制系统是（）固定不变的闭环控制系统。

A:测量值B:输出值C:给定值D:偏差值答案:C第二章测试1.反应器、压缩机、锅炉都可以作为自动控制系统中的（）。

A:干扰变量B:被控对象C:被控变量D:操纵变量答案:B2.通常用下列哪三个物理量来描述对象的特性（）。

A:时间常数、滞后时间、反应时间B:放大系数、时间常数、积分时间C:放大系数、时间常数、滞后时间D:时间常数、滞后时间、微分时间答案:C3.当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态所需的时间称为（）。

A:滞后时间B:过渡时间C:振荡周期D:时间常数答案:D4.选用测量元件和控制器与研究被控对象的特性无关。

（）A:对B:错答案:B5.当被控对象受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速的变化，这种现象称为（）。

A:时间常数B:滞后时间C:放大系数D:滞后现象答案:D第三章测试1.热电偶温度计中使用补偿导线的作用是（）。

A:冷端的延伸B:冷端温度补偿C:热端温度补偿D:热电偶与显示仪表的连接答案:A2.下列属于弹性式压力计的是（）。

A:弹簧管式压力计B:波纹管式压力计C:U型管压力计D:薄膜式压力计答案:ABD3.在以下四种节流装置中造价昂贵，但压力损失最小的是（）。

A:标准文丘里管B:1/4圆喷嘴C:标准孔板D:标准喷嘴答案:A4.测量液体压力时，压力表取压点应在管道下部，测量气体压力时，取压点应在管道上部。

《过程控制》课程笔记第一章概论一、过程控制系统组成与分类1. 过程控制系统的基本组成过程控制系统主要由被控对象、控制器、执行器、检测仪表四个部分组成。

（1）被控对象：指生产过程中的各种设备、机器、容器等，它们是生产过程中需要控制的主要对象。

被控对象具有各种不同的特性，如线性、非线性、时变性等。

（2）控制器：控制器是过程控制系统的核心部分，它根据给定的控制策略，对检测仪表的信号进行处理，生成控制信号，驱动执行器动作，从而实现对被控对象的控制。

控制器的设计和选择直接影响控制效果。

（3）执行器：执行器是控制器与被控对象之间的桥梁，它接收控制器的信号，调节阀门的开度或者调节电机转速，从而实现对被控对象的控制。

执行器的响应速度和精度对控制系统的性能有很大影响。

（4）检测仪表：检测仪表用于实时测量被控对象的各项参数，如温度、压力、流量等，并将这些参数转换为电信号，传输给控制器。

检测仪表的准确性和灵敏度对控制系统的性能同样重要。

2. 过程控制系统的分类根据控制系统的结构特点，过程控制系统可以分为两大类：开环控制系统和闭环控制系统。

（1）开环控制系统：开环控制系统没有反馈环节，控制器根据给定的控制策略，直接生成控制信号，驱动执行器动作。

开环控制系统的优点是结构简单，成本低，但缺点是控制精度较低，容易受到外部干扰。

（2）闭环控制系统：闭环控制系统具有反馈环节，控制器根据检测仪表的信号，实时调整控制策略，生成控制信号，驱动执行器动作。

闭环控制系统的优点是控制精度高，抗干扰能力强，但缺点是结构复杂，成本较高。

二、过程控制系统性能指标1. 稳态误差：稳态误差是指系统在稳态时，输出值与设定值之间的差值。

稳态误差越小，表示系统的控制精度越高。

稳态误差可以通过调整控制器的参数来减小。

2. 动态性能：动态性能是指系统在过渡过程中，输出值随时间的变化规律。

动态性能指标包括上升时间、调整时间、超调量等。

动态性能的好坏直接影响到系统的响应速度和稳定性。

可编辑修改精选全文完整版《化工仪表及自动化》课程教学大纲一、课程基本信息1．课程编号：2．课程名称：化工仪表及自动化3．英文名称：Chemical Engineering Instruments and Automation4. 课程简介：本课程是化学工程与工艺专业本科生开设的一门专业必修课程。

化工仪表及自动化是一门综合性的技术学科，它应用自动控制学科、仪表仪器学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。

化工安全生产技术课程的主要内容有自动控制系统的基本概念，过程特性及其数学模型，检测仪表及传感器，自动控制仪表，执行器，简单控制系统，复杂控制系统，新型控制系统计算机控制系统及典型化工单元的控制方案等。

二、课程说明1．教学目的和要求：通过本课程基本原理的学习，使学生通过本课程学习后，应使学生了解化工自动化的基本知识，理解自动控制系统的组成、基本原理及各环节的作用，能根据工艺的要求，与自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案等。

2．与相关课程衔接：该课程是分析化学、化工原理之后的一门必修课程。

3．学时：总学时32、周学时24．开课学期：第7学期5．教学方法：多媒体讲授，并与学生互动教学。

6．考核方式：考查；成绩组成：平时成绩40%和考试成绩60%7．教材：厉玉鸣主编，化工仪表及自动化（第五版），化学工业出版社，2011年.8．教学参考资料：1）厉玉鸣主编.化工仪表及自动化（第四版）.北京：化学工业出版社，2006.2）杨丽明，张光新.化工仪表及自动化.北京：化学工业出版社，2004.3）俞金寿.过程自动化及仪表.第二版.北京：化学工业出版社.三、课程内容与教学要求绪论：教学目标：了解和掌握化工自动化的定义，实现化工自动化的目的，了解和掌握化工自动化的发展历程及和其他学科的联系。

教学重点：化工自动化的定义，实现化工自动化的目的。

教学难点：实现化工自动化的目的。

授课时数：2学时第一章自动控制系统基本概念教学目标：理解化工自动化的主要内容，自动控制系统的基本组成及表示形式，掌握自动控制系统的过渡过程和品质指标。