过程装备控制技术及应用考试要点总结和归纳概要
过程装备控制技术及应用复习资料 2009 过程装备控制技术及应用考试要点总结和归纳 1. 过程装备的三项基本要求 过程装备的三项基本要求：安全性、经济性和稳定性. A.安全性:指整个生产过程中确保人身和设备的安全 B.经济性:指在生产同样质量和数量 产品所消耗的能量和原材料最少， 也就是要求生产成本低而效率高 C.稳定性:指系统应具 有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力. 2. 过程装备控制的主要参数 过程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位） 、成分和物性等. 3. 流程工业四大参数 流程工业四大参数：温度、压力、流量、液位（或物位） 4. 控制系统的组成 控制系统的组成:(1被控对象 (2测量元件和变送器 (3调节器 (4执行器 5. 控制系统各参量及其作用 控制系统各参量及其作用: 1.被控变量 y 指需要控制的工艺参数，它是被控对象的输出信 号 2.给定值 （或设定值 ys 对应于生产过程中被控变量的期望值 3.测量值 ym 由检测元 件得到的被控变量的实际值 4.操纵变量（或控制变量）m 受控于调节阀，用以克服干 扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号 5.干扰（或外 界扰动）f 引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素 6.偏差信号 e 在 理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差 7.控制信号 u 控制器将偏差按一定规律 计算得到的量。 6. 控制系统的分类 （1） 控制系统的分类： 按给定值 a 定值控制系统； 随动控制系统； 程序控制系统 （2） b c 按输出信号的影响 a 闭环控制；b 开环控制 （3）按系统克服干扰的方式 a 反馈控制系 统；b 前馈控制系统；c 前馈-反馈控制系统 7. 控制系统过度过程定义 控制系统过度过程定义：从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器 开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内，然而这一回复并不是瞬间完成的， 而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。 8. 阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点 （1）发散振荡过程：这是一种不稳定的 阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点： 过渡过程，因此要尽量避免（2）等幅振荡过程：被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡 幅度恒定不变，这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用 （3）衰减振荡过程：被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期就稳定下来，这 是一种稳定的过渡过程（4）非振荡的过渡过程：是一个稳定的过渡过程，但与衰减振 荡 相比，其回复到平衡状态的速度慢，时间长，一般不采用。 9. 评价控制系统的性能指标 （1）以阶跃响应曲线形式表示的质量指标: A.最大偏差 A（或 评价控制系统的性能指标： 超调量） B.衰减比 n C. 过渡时间 ts D.余差 e E.振荡周期 T （2）偏差积分性能 指标: A.平方误差积分指标（ISE） B.时间乘平方误差积分指标（ITSE）C.绝对误差积分 指标（IAE） D.时间乘绝对误差积分指标（ITAE） 10. 被控对象特性的定义 被控对象特性的定义：就是当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变 化规律（包括变化的大小，速度等） 。 11. 连续生产过程所遵守的两个最基本的关系 连续生产过程所遵守的两个最基本的关系：物料平衡和能量平衡。即静态条件下，单位 时间流入对象的物料（或能量）等于从系统中流出的物料（或能量） ；动态条件下，单位 时间流入对象的物料（或能量）与从系统中流出的物料（或能量）之差等于系统内物料 （或能量）存储量的变化率。 12. 有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别 有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别：A.自衡特性有利于控制，在某些情况下， 使用简单的控制系统就能得到良好的控制质量，甚至有时可以不用设置控制系统。B.无 自衡特性被控对象在受到扰动作用后不能重新恢复平衡，因此控制要求较高。对这类被 控对象除必须施加控制外，还常常设有自动报警系统。 13. 一阶被控对象 一阶被控对象：它是一个一阶常系数微分方程，具有该特性的被控对象叫一阶被控对象. 14. 描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响 （1）放大系数 K 对控制通道，K 描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响： 我们懂得幸福的时候,是因为我们懂得了珍惜. 1 过程装备控制技术及应用复习资料 值大，控制灵敏，但被控变量不易控制，系统不稳定 ；对干扰通道，K 值越小，相同干 扰产生的作用越小，利于控制。 （2）时间常数 T 不同通道,时间常数对系统的影响：对控 制通道，若时间常数 T 大，则被控变量的变化比较缓和，一般来讲，这种对象比较稳定， 容易控制，但缺点是控制过于缓慢；若时间常数 T 小，则被控变量的速度变化快，不易 控制。因此，时间常数太大或太小，对过程控制都不利；对干扰通道，时间常数大有明 显的好处， 使干扰对系统的影响变得比较缓和， 被控变量的变化平稳， 对象容易控制。 （3） 滞后时间 不同通道、不同滞后对控制性能的影响：对控制通道，滞后的存在不利于控 制；对于干扰通道，作用不一，纯滞后是只是推迟了干扰作用的时 间，因此对控制质量 没有影响；容量滞后则可以缓和干扰对被控对象的影响，因而对控制系统是有利的。 15. 单回路控制系统参数选择的原则 （1）被控变量的选择基本原则；被控变量信号最好是 单回路控制系统参数选择的原则： 能够直接测量获得，并且测量和变送环节的滞后也要比较小。若被控变量信号无法直接 获取，可选择与之有单值函数关系的间接参数作为被控变量。被控变量必须是独立变量。 变量的数目一般可以用物理化学中的相律关系来确定。被控变量必须考虑工艺合理性， 以及目前仪表的现状能否满足要求。 （2）操纵变量的选择；使被控对象控制通道的放大 系数较大，时间常数较小，纯滞后时间越小越好；使被控对象干扰通道的放大系数尽可 能小，时间常数越大越好。 （3）检测变送环节：检测变送环节在控制系统中起着获取信 息和传送信息的作用。减小纯滞后的方法，正确选择安装检测点位置，使检测元件不 要安装在死角或容易结焦的地方。当纯滞后时间太大时，就必须考虑使用复杂控制方案。 克服测量滞后的方法，一是对测量元件时间常数进行限定。尽量选用快速测量元件， 以测量元件的时间常数为被控对象的时间常数的十分之一以下为宜；二是在测量元件后 引入微分环节，达到超前补偿。在调节器中加入微分控制作用，使调节器在偏差产生的 初期，根据偏差的变化趋势发出相应的控制信号。减小信号传递滞后的方法，尽量缩 短气压信号管线长度，一般不超过 300m；较长距离的传输尽量转换成电信号；在气压管 线上加气动继电器，以增大输出功率；按实际情况尽量采用基地式仪表等。 16. 基本调节规律 基本调节规律：A.断续调节：位式；B.连续调节：比例、积分、微分。 17. PID 调节器的参数整定 调节器的参数整定：整定内容；调节器的比例度，积分时间 T1 和微分时间 TD。整 定方法；经验试凑法，临界比例度法，衰减曲线法。 18. 复杂控制系统的分类 复杂控制系统的分类 分类：为提高响应曲线的性能指标而开发的控制系统；为某些特殊 目的而开发的控制系统。 19. 串级控制系统的工作原理 串级控制系统的工作原理：串级控制系统由两套检测变送器，两个调节器，两个被控对 象和一个调节阀组成，其中两个调节器串联起来工作，前一个调节器的输出作为后一个 调节器的给定值，后一个调节器的输出才送往调节阀。串级控制系统与简单控制系统有 一个显著的区别，它在结构上形成了两个闭环，一个闭环在里面，成为副环或副回路， 在控制过程中起着“初调”的作用，一个闭环 在外面，称为主环或主回路，用来完成“细 调”任务，以保证被控变量满足工艺要求。 20. 串级控制系统的工作特点 串级控制系统的工作特点 控制系统的工作特点：能迅速克服进入副回路的干扰 能改善被控变量的特性， 提高系统克服干扰的能力 主回路对副对象具有“鲁棒性” ，提高了系统的控制精度。 21. 串级控制系统的适用对象 串级控制系统的适用对象：凡是可以利用上述特点之一来提高系统的控制品质的场合， 都可以采用串级控制系统，特别是在被控对象的容量滞后大，干扰强，要求高的场合， 采用串级控制可以获得明显的效果。 22. 主副回路的选择依据 主副回路的选择依据：让主要干扰位于副回路。 23. 前馈控制相较于反馈控制的特点 前馈控制相较于反馈控制的特点：在反馈控制中，信号的传递形成了一个闭环系统，而 在前馈控制中，则只有一个开环系统，闭环系统存在一个稳定性的问题，调节器参数的 整定首先要考虑这个稳定性问题，但是，对于开环控制系统来讲，这个稳定性问题是不 我们懂得幸福的时候,是因为我们懂得了珍惜. 2 过程装备控制技术及应用复习资料 存在的，补偿的设计主要是考虑如何获得最好的补偿效果。在理想情况下，可以把补偿 器设计到完全补偿的目的，即在所考虑的扰动作用下，被控变量始终保持不变，或者说 兑现了“不变性”原理。 24. 前馈-反馈控制系统 前馈-反馈控制系统：在工程上往往将前馈与反馈结合起来应用，既发挥了前馈校正作 用及时的优点，又保持了反馈控制能克服多种扰动及对被控变量最终检验的长处，是一 种适合化工过程控制的控制方法。 25. 系统误差 系统误差：指在相同条件下，多次测量同一被测量值的过程中出现的一种误差，它的绝 对值和符号或者保持不变，或者在条件变化时按某一规律变化。 26. 随机误差 随机误差：又称偶然误差，它是在相同条件下多次测量同一被测量值的过程中所出现的 绝对值和符号以不可预计的方式变化的误差。 27. 粗大误差 粗大误差：明显的歪曲测量结果的误差称为粗大误差，这种误差时由于测量操作者的粗 心，不正确的操作，实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙实验等原因 所造成的。 28. 减小误差的方法 减小误差的方法：标准法：预先测出系统误差，然后对测量值进行修正。由于修正值 本身存在一定误差，因此这种方法只适用于工程测量，零示法：测量误差与读数误差 无关，主要取决于已知的标准量，但要求指示器灵敏度足够高，如电位差计（平衡式电 桥） 。代替法：用已知量来代 替被测量的测量方法。交换法：将引起系统误差的某些 条件相互交换以达到减小或消除误差的方法。 （例如等臂天平称量物体时） ，此外还有对 称法、微差法、比较法等 。 29. 仪表的绝对误差 仪表的绝对误差：仪表指示值与被测变量真值之间的代数差. 30. 仪表的相对误差 仪表的相对误差：测量的绝对误差与被测变量的约定真值（实际值）之比. 31. 仪表的引用误差 仪表的引用误差：绝对误差与仪表的量程之比. 32. 仪表的精度等级 仪表的精度等级：工业自动化仪表通常根据引用误差来评定其精确度等级，并规定用允 许引用误差限去掉百分号后的数字来表示精度等级。如精度等级为 1.0 级的仪表其允许 引用误差为 1.0%。精密等级值越低的仪表其精确度越高。 33. 流量的概念 流量的概念：流量是指单位时间内流过某一截面的流体数量的多少。 34. 流量计的分类 流量计的分类：A 压差式流量计，B 转子式流量计、C 电磁式流量计 35. 压差式流量计的工作原理 压差式流量计的工作原理：当充满管道的流体流经节流装置时，流束收缩，流速提高， 静压减小，在节流装置前后会产生了一定的压差。这个压差的大小与流量有关，根据它 们之间的关系即可得到流量的大小。 36. 压差式流量计结构上的核心部件 压差式流量计结构上的核心部件：核心部件是节流装置，包括节流元件，取压装置以及 其前后管段。 37. 常见的节流装置分类 常见的节流装置分类：孔板，喷嘴，文都利管. 38. 液位的概念 液位的概念：液位是指液体介质液面的高低。 39. 液位计的分类 液位计的分类：按工作原理可分为直读式、浮力式、静压式、电容式、光纤式、激光式、
