過程控制理論知識點.doc

1過程控制的任務和要求要求三項：安全性經濟性穩(wěn)定性，過程控制的任務就是在了解掌握工藝流程和生產過程的靜態(tài)和動態(tài)特性的基礎上，根據上述三項要求，應用理論對控制系統進行分析和綜合，最后采用適宜的技術手段加以實現。過程控制的任務是由控制系統的設計和實現來完成的。2常用過程控制系統分為哪幾類三類1.反饋控制系統（根據被控參數與給定值的偏差進行控制的）2.前饋控制系統（根據擾動量的大小進行控制的，擾動是控制的依據）3.前饋-反饋控制系統（前饋控制的主要優(yōu)點是能迅速及時克服主要擾動對被控量的影響，而前饋反饋能控制利用的反饋控制克服其他擾動，能夠使被控量迅速而準確的穩(wěn)定在給定值上，提高系統的控制質量）1過程控制系統在運行中狀態(tài)有幾種?過程控制系統時域性能指標包括哪些？它們分別反應系統哪些方面性能？ 兩種，一種是穩(wěn)態(tài)，此時系統沒有收到任何外來干擾，同時設定值保持不變，因而被調量也不會隨時間變化，整個系統處于穩(wěn)定平衡的工況。一種是動態(tài)，當系統收到外來干擾的影響或者在改變了設定值之后原來的穩(wěn)態(tài)受到破壞，各部分輸入輸出都發(fā)現變化。時域性能指標（衰減比和衰減率，最大動態(tài)誤差和超調量，殘余偏差，調節(jié)時間和振蕩頻率）衰減比是衡量一個振蕩過程的衰減程度的指標，它相當于兩個相鄰的波峰值之比。衡量震蕩頻率過程衰減程度的另一個指標是衰減率，指的是每經過一個周期，波動幅度衰減的百分數。最大動態(tài)誤差和超調量 最大動態(tài)誤差是指設定階躍響應中，過度過程開始后第一個波峰超過其新穩(wěn)態(tài)值的幅度，最大動態(tài)偏差占被調量穩(wěn)態(tài)變化幅度的百分比稱為超調量殘余偏差是指過渡結束之后被調量新的穩(wěn)態(tài)值Y（）與新設定值r之間的差值，它是控制系統穩(wěn)態(tài)準確性的衡量指標調節(jié)時間和振蕩頻率調節(jié)時間是從過渡過程開始到結束所需的時間過渡過程的振蕩頻率也可以作為衡量控制系統快速性的一個指標那你。2什么是被控過程的特性？什么是被控過程的數學模型？目前研究過程數學模型的主要方法有哪些？指被控過程是否容易控制。數學模型乃是事物行為規(guī)律的數學描述。根據所描述的是事物在穩(wěn)態(tài)下的行為規(guī)律還是在動態(tài)下的，被控系統數學模型的劃分1.按系統的連續(xù)性劃分（連續(xù)系統模型，離散系統模型）按模型的結構劃分為輸入輸出模型（可按時域劃分為時域表達階躍響應，脈沖響應；頻域表達傳遞函數），狀態(tài)空間模型機理法建模，用機理法建模就是根據生產過程中實際發(fā)生的變化機理，寫出各種有關的平衡方程，機理法建模的首要條件是生產過程的機理必須已經為人們所充分掌握，并且可以比較準確地加以數學描述測試法建模，一般只用于建立輸入輸出模型。它是根據工業(yè)過程的輸入和輸出的實測數據進行某種數學處理的模型。3如何判斷一個過程是自衡過程還是無自衡過程？自衡過程指的是系統中存在著對所關注的變量的變化有固定負反饋作用，該作用總是力圖恢復系統的平衡，在出現擾動后，過程能靠系統自身的能力達到新的平衡狀態(tài)的性質稱為自平衡特性，自衡過程具有一定范圍內的自平衡，反之，不存在固定反饋作用的且自身無法恢復平衡的，為無自衡過程4工業(yè)過程動態(tài)特性的特點是什么？1.對象的動態(tài)特性是不振蕩的2.對象的動態(tài)特性有延遲3.被控對象本身是穩(wěn)定的或中性的4.被控對象往往具有非線性特征1、簡述PID控制的優(yōu)點。1.原理簡單，使用方便2.適應性強，可以應用于化工、熱工、冶金、煉油、以及造紙、建材等各種生產部門3.魯棒性強，即其控制品質對被控對象特性的變化不大敏感2、簡述調節(jié)器的正、反作用。為了適應不同被控對象實現負反饋控制的需要，工業(yè)調節(jié)器都設置有正反作用開關，以便根據需要將調節(jié)器置于正作用或反作用方式，所謂正作用方式是指調節(jié)器的輸出信號U隨著被調量Y增大而增大，此時稱整個調節(jié)器的增益為“+”。處于反作用方式下，U隨著被調量Y的增大而減小，調節(jié)器的增益為“-”3、控制器為什么必須有自動/手動切換電路，怎樣才能做到自動-手動雙向無擾動切換？為了適應工藝過程啟動，停車或發(fā)生事故等情況，控制器除了需要自動調節(jié)的工作狀態(tài)以外，還需要在特殊情況時能由操作人員切除PID運算電路，直接根據儀表做出判斷，操縱調節(jié)器輸出的手動工作狀態(tài)1、 什么是串級控制，與單回路控制系統相比串級控制系統具有什么結構特點？串級控制系統是兩只調節(jié)器串聯起來工作，其中一個調節(jié)器的輸出作為另一個調節(jié)器的給定值的系統。結構特點，在系統結構上，它是由兩個串接工作的控制器構成的雙閉環(huán)控制系統。一個閉環(huán)在里面，稱為副環(huán)，在控制過程中起著粗調的作用，一個環(huán)在外面，稱為主環(huán)，完成細調的任務，以最終保證被調量滿足工藝要求。2為什么串級控制系統具有較強的抑制干擾能力？在串級控制系統中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進入副回路的擾動，而且還能改善過程特性。副回路具有粗調的作用，主調節(jié)器有細調的作用，從而使得控制品質提高。串級控制系統具有較好控制性能的原因1.對二次干擾有很強的克服能力2.改善了對象的動態(tài)特性，提高了系統的工作頻率3.負荷或操作條件的變化有一定自適應能力串級系統副回路設計原則1.副參數選擇應使得副回路時間常數小，調節(jié)通道短，反應靈敏2.副回路應包含被控對象所受到的主要干擾3.當對象有非線性環(huán)節(jié)，應使非線性環(huán)節(jié)處于副環(huán)中4.當對象有較大的純滯后時，副回路應盡量減少或不包括純滯后1、掌握教材第124125頁的內容。在對象特性呈現大遲延（包括容積遲延和純遲延）多干擾等難以控制的特性，而希望得到較好的過程響應時，反饋系統往往會讓人失望，原因如下：1.反饋控制的性質意味著存在一個可以測量出來的偏差，并且用以產生一個控制作用，從而達到閉環(huán)控制的目的，就是說系統在控制過程中必定存在著偏差，因此不能得到完整的控制效果2.反饋調節(jié)器不能事先規(guī)定它的輸出值，而只是改變它的輸出值直到被調量與設定值一致為止，所以可以說反饋控制是依靠嘗試法來進行控制的，這十分原始。不變性原理是指控制系統中的被調量與擾動量絕對無關或者在一定準確度下無關，也即被調量完全獨立或基本獨立絕對不變性是指對象在擾動Di(t）作用下，被調量y(t)在整個過渡過程中始終保持不變，即調節(jié)過程的動態(tài)偏差和穩(wěn)態(tài)偏差均為零。誤差不變性是指有一定限制的不變性，或說與絕對不變性存在一定誤差的不變性穩(wěn)態(tài)不變性是指被調量在穩(wěn)態(tài)工況下與擾動量無關，即在干擾Di(t）作用下，被調量的動態(tài)偏差不等于零，而其穩(wěn)態(tài)偏差為零選擇不變性：被調量往往受到若干個干擾的作用，若系統采用了被調量對其中幾個主要的干擾實現不變性就稱為選擇不變性例如被控對象存在大遲延環(huán)節(jié)或者非線性環(huán)節(jié)，常規(guī)PID調節(jié)往往難于駕馭，解決的辦法之一是采用補償原理3、前饋-反饋控制具有哪些優(yōu)點？既發(fā)揮了前饋控制作用及時的優(yōu)點，又保持了反饋控制能克服多個擾動和具有對被調量實行反饋檢驗的長處4、什么是大遲延系統？（第136頁）在工業(yè)生產過程中，被控對象除了具有容積遲延外，往往不同程度地存在著純遲延，在這些過程中，由于純遲延的存在，使得被調量不能及時反映系統所承受的擾動，即使測量信號到達調節(jié)器，調節(jié)機關接受調節(jié)信號后立即動作，也需經過純延遲時間以后，才波及被調量，使之受到控制，一般以為純遲延時間與過程的時間常數T之比大于0.3則說該過程是具有大遲延的工藝過程6、史密斯補償的出發(fā)點是什么？如何實現史密斯補償？史密斯補償是對什么補償？（第138139頁）史密斯預估補償的特點是預先估計出過程在基本擾動下的動態(tài)特性，然后從預估器進行補償，力圖使被遲延了的被調量超前反映到調節(jié)器，使調節(jié)器提前動作，從而明顯的減少超調量和加速調節(jié)過程1.什么是DDC系統？它由哪幾部分組成？它的優(yōu)點是什么？工業(yè)控制機與PC機的主要區(qū)別是什么？直接數字控制系統簡稱DDC系統，是由一臺計算機取代模擬調節(jié)器直接控制調節(jié)閥等執(zhí)行器，使被調量保持在給定值。DDC有被控對象，檢測儀表，執(zhí)行器，工業(yè)控制機組成。優(yōu)點計算機運算速度快，計算機運算能力強，很容易實現各種比較復雜的控制規(guī)律.PC機是個人使用的，遠離灰塵和水源，抗電磁能力差，工控機具有可靠性，實時性，擴充性，兼容性1. 什么是分布式系統？它的特點是什么？（第210頁）分布式控制系統又稱為集散控制系統，是綜合了計算機技術，控制技術，通信技術和圖形顯示等技術，形成以微處理器為核心的系統，它的最大的特點是實現了完全分散的系統結構，取消了上位機，數據庫分散，不設通信協調器2.分布式系統由哪幾部分組成？（第211頁）數據傳輸通道，控制站，操作站實驗題