过程工程控制总复习题及笔记

  • 格式:doc
  • 大小:1.37 MB
  • 文档页数:37

过程控制概论篇 1、变量的字母表示(了解) 温度:T 压力:P 流量F 液位或料位:L 分析量(成分):A 密度:D 重量:W 传感器:T 控制器:C 指示仪表:I 2、控制系统的组成(填空) 1)被控对象 2)测量变送器 3)执行器 4)控制器(调节器)

常规单回路控制系统 1、控制系统的分类(按给定值是否变化分) 1)定制系统:给定值变化为零 2)随动系统:设定值变化 3)程序控制系统:设定值按一定的程序变化(是随动系统的一种特殊情况) 1、常规单回路结构框图

2、控制系统的性能指标 1)衰减比(用于经验法进行参数诊定,是衡量过渡过程稳定程度的动态指标)

BBn:前后两个相邻波峰值之比 n=1:等幅震荡 n>1:衰减震荡 n<1:发散震荡 n一般取4:1~10:1

2)超调量(衡量随动系统):%100)()()(yyytp 最大动态偏差(衡量定值系统):最大振幅与最终稳态值之和的绝对值 3)余差:过度过程终了时新稳态值与设定值之差 反映控制精确度的稳态指标 积分作用可以消除余差 4)调节时间:被控变量进入新稳态值附近正负5%或正负2%以内的区域所需的时间; 反映系统的快速性 5)震荡频率:震荡周期的倒数 注意:震荡频率一定,衰减比越大,调节时间越短 衰减比一定,振荡频率越高,调节时间越短 结论:振荡频率也可以衡量系统的快速性

6)峰值时间:第一次到达最大值或最小值的时间pt,可以反映系统快速性

7)上升时间:从稳态值的10%上升到90%所需要的时间rt,可以反映系统快速性 3、工业中典型被控过程 1)纯滞后过程:某些过程在输入变量改变后,输出变量并不立即改变,而要经过一段时间才反映出来的过程; 纯滞后时间:输入变量变化后,看不到系统对其作出响应的这段时间; 自衡:输入发生变化时,无需外加任何控制作用,过程能够自发的趋于新的平衡状态; 无自衡:输入发生变化时,过程不能够自发的趋于新的平衡状态; 2)单容过程 (有自衡和无自衡) 3)多容过程 4、工业中常用的数学模型(教授特地强调的——记) 1)一阶惯性环节 2)二阶惯性环节 3)一阶惯性环节+纯滞后 4)二阶惯性环节+纯滞后 5、对象特性对控制质量的影响(很重要)——记 对象静态特性分析:

1)fk对系统静态或动态控制质量都有害

静态质量:)(ekf控制质量 动态质量:最大偏差fk动态控制质量 2)pk大些好 pk控制作用灵敏,控制干扰能力强; pk不能太大,超过一定界限会造成灵敏度过高,会破坏系统稳定性; pk在前向通道与ck串联,调整ck,在一定范围内可以补偿pk,达到控制过程

ckpk的最佳配合;

对象动态特性分析: 1)干扰通道fT:

控制质量超调量干扰对被控变量的影响滤波能力fT 2)干扰通道f:几乎不影响控制质量 3)干扰通道位置:干扰输入位置尽可能的远离检测点,向控制阀靠近; 4)控制通道 pT:pT大小反映了系统动态过程控制作用的强弱

pT太大:操作反映慢、控制作用弱、稳定性好 pT太小:控制作用太灵敏。操作频繁、易产生震荡 结论:实际中希望pT小些,有利于快速克服扰动,缩短过度过程时间,通过优化控制器积分时间或微分时间可以减小pT; 5)控制通道p:常用p/pT来衡量 p<0.1pT:可以不采用时滞补偿 0.5pT p>1.5pT:必须采用时滞补偿 6、测量变送环节对控制质量的影响 测量误差:仪表本身误差、安装不当引起误差、测量的动态误差

测量变送环节的滞后:mT(通道时间常数)和m(减小m可以使频率提高,

稳定裕度增加,过渡过程面积减小;减小mT可以提高控制质量,可以减小动态误差) 测量变送环节对控制质量的影响主要体现在检测元件的滞后和信号传递的滞后;

解决办法:1)选择快速测量元 2)引入微分环节 7、控制阀环节在控制系统中的考虑(很重要)——掌握如何选择 气开阀:输入压力增大,阀门开度增大,有气则开 气关阀:输入压力增大,阀门开度减小,有气则关 无气源时,气开阀全关,气关阀全开 1)选择原则 若无气源时,希望阀全关,则应选择气开阀 若无气源时,希望阀全开,则应选择气关阀 8、控制阀的流量特性(填空题) 1)快开流量特性 2)直线流量特性 3)抛物线流量特性 4)等百分比流量特性 9、控制阀口径的选择 1)在正常工况下,应保证控制阀工作于15%~85% 2)控制阀口径选择过小,控制阀可能运行到全开的非正常状态,使系统处于暂停失控; 3)控制阀口径选择过大,阀门经常处于小开度,此时流体对阀芯阀座冲蚀严重,同时阀芯由于受不平衡力的作用,产生震荡现象,甚至控制失灵; 4)控制阀口径的选择使用流通能力C值得正确计算来确定 5)控制阀的结构形式:直通单座阀、直通双座阀、角型阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、小流量阀、套筒阀 10、工业控制器控制规律的选取(PID) 1)控制算法

P:0utektuc

PI:001udeTtektutic

PD:0uddTtektutteDc PID:001uddTdeTtektuttedtic 2)PID参数对控制性能的影响(很重要) 比例调节依据偏差的大小来动作:在系统中起着稳定被调参数的作用,输

入与输出偏差成正比,比例调节及时有力,但有余差。比力度越大,放大倍数ck

越小,比例调节作用就越弱,过渡过程曲线越平缓,但余差也越大,比例作用太强时会引起震荡; 积分调节依据偏差是否存在而动作:在系统中起着消除余差的作用,输入输出偏差对时间的积分成正比,只有余差消失时,积分作用才停止,但积分作用使

最大偏差增大,延长了调节时间,积分时间iT越小,积分速度越快,积分特性曲线斜率越大,积分作用越强,消除余差越快,但积分作用太强时,也会引起震荡; 微分调节依据偏差变化速度来动作:在系统中起着超前调节的作用,输出与输入偏差变化速度成正比。其效果是阻止被调参数的一切变化后,对滞后大的对象有很好的效果,它使调节过程偏差减小,时间缩短,余差也减小(但不能消除),

微分时间dT越大,微分作用越弱,稳定性得到加强 ,但对高频噪声起放大作用。因而,积分作用不适合用于噪声较大的对象,积分作用太强时,也会引起震荡。 3)PID的参数诊定(填空题) 经验法、临界比例度法、衰减震荡法 4)工业PID控制器的选择(很重要) 流量系统:PI,比例度要大,积分时间可小 液位系统:纯比例,比例度要大 压力系统:PI 温度系统:PID,积分时间较大,微分时间约为积分时间的41 系统 参数 %/PB PBK/1 iT/min dT/min

温度 20-60 3-10 0.5-3 流量 40-100 0.1-1 压力 30-70 0.4-3 液面 20-80

11、被控变量与操纵变量的选择 被控变量的选择 1)选择会超越设备能力和操作约束的输出变量作为被控变量,可使被控变量保持在操作约束范围内; 2)使所选变量和操纵变量之间的传递函数比较简单,并具有较好的动态和静态特性; 3)比较容易测量且快速可靠,测量仪表的时间常数应该足够小,以满足系统的需要; 4)有时控制目标不可测量,可采用推理控制,由易于测量而又可靠且与控制目标有一定关系的辅助输出变量推算出不可测输出变量作为被控变量; 操纵变量的选择 1)选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为操纵变量,即操纵变量到被控变量的控制通道的增益要大; 2)应选择输入变量对被控变量作用效应较快的作为操纵变量,这样控制的动态响应较快; 3)应选择输入变量中变化范围较大的,这样被控变量较易控制; 4)使T/尽量小;

可能会考的题目 填空题: A:常规单回路控制系统模块 一:关于系统性能指标的题目(很重要) 1、过程控制系统动态质量指标主要有(衰减比n)、(超调量)和(过渡时间st);静态质量指标有(稳态误差sse); 2、超调量用来衡量(随动系统),最大动态偏差用来衡量(定值系统); 3、某调节系统采用比例积分作用调节器,在加入微分作用的后,最大偏差A(减小)余差C(不变)调节时间ts(缩短)稳定性n(提高); 4、过渡过程的品质指标有(最大偏差)、(衰减比)、(余差)和(过渡时间)等; 5、在过程控制系统过度过程的质量指标中,(最大偏差)反映系统在控制过程中被控变量偏离设定值的程度,(余差)描述系统的准确性,(超调量)是过渡过程曲线超出新稳态值的最大值,(衰减比)是表示衰减震荡过程的衰减程度;

二:关于PID控制规律的题目(很重要) 1、控制系统引入积分作用是为了(消除余差),但积分的引入会使系统(产生振荡现象),引入微分作用是为了(克服容量滞后); 2、某调节系统采用比例积分作用调节器,先用纯比例调整到合适的调节输出,在加入积分作用的过程中,应(减小调节器的放大倍数);

3、使用PID控制器对被控对象进行控制时,控制器增益ck越大,调节作用(越

强),系统的余差(越小),最大偏差(越小),稳定性(变差);积分时间iT越小,积分作用(越弱),系统稳定性(变差),系统余差(为0);微分时间dT越大,微分作用(越强),系统稳定性(变好); 4、积分作用的优点是可消除(稳态误差/余差),但会使系统(稳定性)下降; 5、控制系统引入积分作用是为了(消除余差),但积分的引入会使系统(不稳定),引入微分作用是为了(克服容量滞后)。某调节系统采用比例积分作用调节器,先用纯比例调整到合适的调节输出,在加入积分作用的过程中,应(减小放大倍数); 6、调节器的Kc值愈大,表示调节作用(越强),Ti值愈大,表示积分作用(减弱),Td值愈大表示微分作用(增强); 7、由于微分调节规律有超前作用,因此调节器加入微分作用主要是用(克服容量滞后); 8、调节器的基本控制规律有(比例控制规律)、(比例积分规律)、(比例 微分规律)、(比例积分微分规律)等四种类型; 9、比例控制规律的优点是(控制及时)、积分控制规律的优点是(消除余差)、微分控制规律的特点是(超前控制)。

三:关于对象静动态特性对控制质量的影响的题目(很重要) 1、从理论上讲,干扰通道存在纯滞后,(不影响)控制系统的控制质量; 2、控制通道的时间常数0T的大小,反映了控制作用对系统动态过程的影响的快

慢,0T越小,控制作用(越及时),过度过程越快,有利于提高系统的(稳定性); 3、如果对象扰动通道增益fk增加,扰动作用(增强),系统的余差(增大),最