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过程控制3 1.自动化仪表：第一位字母表示被控变量的类别，常见的字母包括T（temperature温度）、P（pressure压力）、dP(differential pressure差压)、F（flow流量）、L（liquid液位或料位）、A（Analysis分析量）、W（weight重量或藏量）、D（density密度）等；后继字母表示仪表功能，值 控制规律 Kc Ti Td P 0.5Kcma_ PI 0.45Kcma_ 0.83Pu PID 0.6Kcma_ 0.5Pu 0.12Pu 常见的字母包括T（Transmitters传感变送器）、C（controller控制器）、I（indicator指示仪表）等 2. hsp ：设定值（Setpoint sp）也称给定值（Setpoint Value sv），h(被控变量Controlled Variable CV),LT21(液位变送),LC21(液位控制),Q0(Mainpulated Variable MV操作变量),Qi（Disturbance Variable DV扰动变量） 3.被控变量：Controlled Variable（CV） 过程变量：Process Variable(PV) 测量值：Measurement 设定值：Setpoint(SP) 给定值：Setpoint Value(SV) 操作变量：Manipulated Variable(MV) 扰动变量：Disturbance Variables(DVs) 安全性：Safety 质量：Quality 收益：Profit 直接数字控制：Direct Digital Control(DDC) 分布式控制系统：Distributed Control System(DCS) 局域网：Local Area Network(LAN) 试差：trial and error 定值调节控制：Regulatory Control 伺服控制：Servo Control 常规控制：Conventional Control 先进控制：Advanced Process Control(APC) PID比例积分微分:Proportional Integral Derivative 多输入多输出：Multi Input Multi Output(MIMO) 前馈控制：feedforward 11100000000000bcontrol 比例控制：Ym?50转为十进制2?0ratio control 偏差积分150?????50?IE(Integral of 12211?2048Yerror) 11m?502平方偏差积分(2?1)??011150?50??0(212?1)?0?Ym?2212?1?(150?50)?ISE50?100（Integral of squared error）绝对11?Y偏差积分2IAE(Integral m?212?1?(150?50)?50?100of absolute value of error) 时间与偏差绝对值乘积的积分ITAE(Integral of time multiplied by the absolute value of error) 4.归一化：是一种无量纲处理手段，使物理系统数值的绝对值变成某种相对值关系，即将有量纲的表达式经变转化为无量纲表达式，成为纯量。

5.PID 控制器 下面是Ziegler-Nichols公式 根据临界增益可以分别计算出P、PI、PID控制下的参数 6气动调节阀----依靠压缩空气作为动力，输入信号为0.02～0.1MPa的压力信号特点----结构简单、动作可靠、性能稳定、故障率低、价格便宜、维修方便、本质防爆、容易做成大功率 气动执行器又称气动调节阀，它是由气动执行机构和调节机构两个部分组成气动执行机构类型：薄膜式，活塞式气动薄膜执行机构有正作用和反作用两种形式：当输入压力增加时，推杆向下移动的称为正作用；反之，当输入压力增加时，推杆向上移动的称为反作用 7.对数特性调节阀流量变化计算 8.前馈控制系统的特点：1.前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制及时2.前馈控制属于开环控制系统3.前馈控制采用的是由对象特征确定的“专用”控制器 9.串级控制系统的设计原则？ 1在单回路控制不能满足要求的情况下可以考虑采用串级控制2具有能够检测的副变量，且主要干扰应该包括在副回路中3副对象的滞后不能太大，以保持副回路的快速响应性能4将对象中具有显著非线性或时变特性的部分归于副对象中。

10.位置式和增量式的比较？ （1）位置式需由外部引入初始阀位值，增量式不需要;（2）位置式需防积分饱和，增量式不会产生积分饱和;（3）只有存在偏差时，增量式才会有输出;（4）增量式容易实现从手动到自动的切换. 11.温度变送器的量程为50～150℃，输出为4～20mA假设采用12位的A/D，当采样值为100000000000b时，实际的测量值是多少？ 12.为何采用数字控制？ （1）可实现高级控制算法；（2）可对过程进行监视（3）可实现过程优化（4）可实现诊断 13、电动执行机构的技术指标主要包括输出力矩或推力、行程、输出速度及精度等 14、调节阀流量特性的选择仅当对象特性近似线性而且阀阻比大于 0. 60 以上（即调节阀两端的压差基本不变），才选择线性阀，如液位控制系统；其他情况大都应选择对数阀 15.阀门定位器的作用 1.将输入标准电信号线性地转换为气压信号（20-100kPa）4-1.PID控制器的时域算式中有一偏置U0，而在复频域（即在传递函数形式）算式中却没有这一项，这是为什么？U0的物理含义是什么？U0的具体取值是怎么取得的？ 答：理想的PID控制器是 为积分时间常数；Td为微分时间常数。

U0为常数，而常数经过拉氏变换后为0，故在复频域算式中没有这一项，U0为控制器的稳态输出U0的具体取值根据系统稳态时需要保持的控制阀阀门开度确定 式中，e(t)为系统偏差，e(t)=r(t)-c(t);Kp为比例系数；Ti 2.改善阀的定位精度（静态特性）3.改善阀的动态特性4. 用于分程控制：用一个调节器控制两个以上的调节阀使它们分别在信号的某一个区段内完成全行程移动5. 用于阀门的反向动作：采用反作用式定位器可使气开阀变为气关阀，气关阀变为气开阀 16.比例控制器 控制器增益 Kc对系统性能的影响：增益 Kc 增大，系统的调节作用增强，但稳定性下降（当系统稳定时，调节频率提高、余差下降）比例调节特点：有差调节积分作用对控制性能的影响:积分时间Ti 对系统性能的影响,引入积分作用可以消除稳态余差，但控制系统的稳定性下降当积分作用过强时（即Ti 过小），可能使控制系统不稳定积分调节的特点：无差调节, 滞后作用微分调节的特点：1 也是有差调节2 超前作用 3 抑制偏差变化，使被控变量平缓 17.微分对压力调节的影响：加上微分后控制效果反而出现振荡，为什么？ 答：微分作Ud=Td_de/dt,微分作用在高频下有较大的振幅比。

如果测量值含有很大的噪声，由于微分作用对高频噪声起到放大作用，因此存在高频噪声的地方不宜用微分;压力对象的波动和测量噪声比较多，所以压力控制 u(t)不宜用微分?K. ce(t)?u0. ??1K_1008.对象惯性越小越容易振荡，惯性越大越不易振荡对象惯性越小振荡幅值越大，惯性越大振荡幅越小对象惯性越小振荡周期越小，惯性越大振荡周期越长 2-3什么是线性化，为什么在过程控制中经常采用近似线性化模型？ 答：对于非线性系统的过程控制的模型，需要进行线性化处理在系统输入和输出的工作范围内，把非线性关系近似为线性关系应用于过程控制的数学模型，往往采用增量的形式进行表达，增量形式不仅便于把非线性系统线性化，而且通过坐标变换把稳态工作点定为原点，可使输入输出关系更加简单，便于运算线性化处理的常用工具是泰勒级数展开 4-2.单回路系统中的其他参数不变，仅加速PI控制器的积分作用，回答（1）在相同的外界干扰作阶跃变化情况下，最大偏差是否增大？振荡是否加剧？（2）为了获得和以前相同的系统稳定性，Kc是调大还是调小？Kc调整后环路静态增益是否改变，变大或变小？ 答：1加速PI控制器的积分作用，最大偏差变小，但是振荡加剧2.为了获得相同的系统，Kc应调小，Kc调整后环路静态增益Kc，Kp也变小。

4-3.什么是积分饱和？产生积分饱和的条件是什么？有何危害？对单回路系统，如何防积分饱和？ 答：积分饱和：对于一个有积分功能的偏差，控制器的积分作用就会对偏差进行累积来改变控制器的输出，如果这时阀门已达到饱和，已全开或全关，而无法继续进行调节，那么偏差将无法消除，然而由于积分作用，控制器的输出仍在增加直到它达到某个极限值并停留在那里，这种情况被称为积分饱和产生积分饱和的条件是控制器具有积分功能，控制器的饱和输出极限值要比执行机构的信号范围大积分饱和可能使产品质量不好，并对操作人员的安全构成威胁目前，常用的一种防积分饱和的方法是当发现控制器输出饱和时，就停止控制器的积分作用；当控制器输出不再饱和时，再恢复积分作用 6-1.在一个串级控制系统中，原来选用口径为20mm的气开阀，后来改为口径为32mm的气关阀（1）主，副控制器正反作用是否改变？为什么？（2）副控制器的比例度和积分时间是否改变？是变大还是变小，为什么？（3）主控制器的比例度和积分时间要否改变？是变大还是变小，为什么？ (1)副控制器的正反作用需要改变，因为调节阀的气开阀改为气闭阀，则Gv(s)极性由+改为-，为了保证副回路构成负反馈，必须将副控制器的正反作用改变。

主调节器的正反作用无需改变，因为副回路正反作用设置后对主回路只相当于一个+极性环节，主调节器的正反作用取决于主对象的放大倍数的符号，而与其他环节无关.（2）调节阀开度增加了60%，即Kv增加了，要想维持副回路的稳态，须将副调节器的增益Kc2减小，即比例度要增大，虽然调节阀的流量特性没有改变，但由于管路串 并联管阻的存在会引起流量特性的畸变，调节阀开度的增加使副回路广义对象的敏感性增强，为了副回路的稳定，应减小副调节器的控制强度，弱化积分作用，即增大积分时间（3）主控制器的比例度无须改变，但由于副回路减弱了积分作用，所以主回路的积分作用应适当增强，即减小积分时间 6-2.考虑题图中的4个串联储罐，水的出口温度θ4为被控变量，加热量Q是操纵变量，F1和θ12为干扰 （1）在设计串级控制时，最合适的副变量应选择在何处？试与选择向前和向后一个罐的情况相比较（2）在工艺图上表示该串级系统并画出相应的方块图（3）确定控制器的正反作用 解：（1）最合适的副变量选择θ2，它离第四个储罐较远，可以防止副变量与主变量发生共振，而且它包含更多的干扰2） （3）副控制器的选择与主回路无关，而测量变送器，副对象均为正作用，调节阀为正作用，故副控制器为反作用，主控制器与主对象正反作用相反，而主对象为正作用，故主控制器为反作用。

6-3.题图表示了二个动态过程的方框图为了改善闭环品质（d1干扰时），哪一个过程应该采用串级控制，为什么？对应该采用串级控制的系统，试画出相应的方。