過控課程復習總結(jié)

過控系統(tǒng)基本概念被控過程建模方法控制器的信號制、內(nèi)外給定、正反作用、無擾動切換調(diào)節(jié)閥類型、氣開與氣關(guān)、流量特性、流通能力單回路控制系統(tǒng)設計要點串級與前饋比值、均勻、分程、選擇與多變量控制分析控制方案特點《過程控制系統(tǒng)》基本要求連續(xù)生產(chǎn)過程（流程工業(yè)）

對象建模、參數(shù)檢測、自動控制系統(tǒng)的設計，儀表選型及工程實現(xiàn)、系統(tǒng)參數(shù)整定。強調(diào)工程應用能力，有別于自動控制理論?！哆^程控制系統(tǒng)》總結(jié)

過程控制系統(tǒng)分類

被控參數(shù):主要五種，溫度，液位，流量，壓力，成分被控量:單變量SO、多變量MO完成的特定工藝:比值、均勻、分程、選擇技術(shù)手段：常規(guī)儀表或計算機結(jié)構(gòu)特點:反饋、前饋、復合控制給定值信號特點:定值、隨動、順序控制定值為主，對象不易精確建模，多參數(shù)，干擾因素多，分擾動通道和控制通道分析，多復合控制。過程控制性能指標穩(wěn)、快、準

時域指標:衰減比和衰減率；超調(diào)量；殘差；調(diào)節(jié)時間；振蕩頻率過程控制性能指標穩(wěn)、快、準

綜合指標:IEIAEISEITAE自動化儀表（圖1－8）2.檢測儀表的工作特性：適應參數(shù)測量和系統(tǒng)運行的需要具有的輸入/輸出特性（1）理想工作特性：（線性）（2）零點調(diào)整與遷移被測參數(shù)的下限值或?qū)獌x表輸出下限值的被測參數(shù)最大值；使輸入下限值為零的過程稱為零點調(diào)整，否則為零點遷移。零點遷移前后的輸入/輸出特性（正遷移；負遷移）(3)量程調(diào)整量程是指與檢測儀表規(guī)定的輸出范圍相對應的輸入范圍量程調(diào)整是指在零點不變時將輸出上限值與輸入上限值相對應量程調(diào)整前后的輸入/輸出特性儀表選用注意：精度，量程，零點，環(huán)境要求，安裝使用方法實例：

某測溫儀表的量程為0～500℃，輸出信號為4～20mA，現(xiàn)欲測量200～1000℃應如何調(diào)整？過程控制儀表包括：調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、操作器及可編程調(diào)節(jié)器等各種新型控制儀表及裝置。使用能源：氣動，電動結(jié)構(gòu)形式：基地式，單元組合式，組裝式，集散控制裝置信號類型：模擬式，數(shù)字式第3章:過程控制儀表

將比例、積分、微分三種控制規(guī)律結(jié)合在一起，只要三項作用的強度配合適當，既能快速調(diào)節(jié)，又能消除余差，可得到滿意的控制效果。4比例積分微分控制（PID）1-雙針垂直指示器2-外給定指示燈3-內(nèi)給定設定輪4-自動—軟手動—硬手動切換開關(guān)5-硬手動操作桿6-輸出指示器7-軟手動操作板鍵測量信號：1～5V.DC；外給定信號：4～20mA.DC；內(nèi)給定信號：1～5V.DC；輸出信號：4～20mA.DC；DDZ-Ⅲ型儀表的特點及外形調(diào)節(jié)閥有氣開和氣關(guān)執(zhí)行機構(gòu)有正反作用當輸入氣壓信號增加時閥桿向下移動時稱正作用；閥體部件有正裝和反裝氣動調(diào)節(jié)閥有氣開式和氣關(guān)式氣開：（有信號）信號壓P>0.02MPa時,閥開始打開氣關(guān)氣開氣開氣關(guān)氣動執(zhí)行器的選用

②閥氣開、氣關(guān)形式選擇選擇原則：主要出于安全考慮.如，蒸汽加熱器氣開鍋爐進水閥氣關(guān) 另外，考慮節(jié)能：進料選氣開閥 考慮保證質(zhì)量：回流選氣關(guān)閥 若物料易結(jié)晶凝固：選氣關(guān)閥（防堵）3.4.2氣動執(zhí)行器的應用1.調(diào)節(jié)閥的尺寸通常用公稱直徑Dg和閥座直徑dg表示，它們的確定是合理應用執(zhí)行器的前提條件。確定調(diào)節(jié)閥尺寸的主要依據(jù)是流通能力：調(diào)節(jié)閥全開、閥前后壓差為0.1MPa、流體重度為1g/cm3時，每小時通過閥門的流體流量（m3或kg）。

當流體為不可壓縮時，通過調(diào)節(jié)閥的體積流量為:α為流量系數(shù)，它取決于調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形狀和流體流動狀況，可從有關(guān)手冊查閱或由實驗確定依據(jù)流通能力的定義，則有

流通能力C與調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)有確定的對應關(guān)系。這就是確定調(diào)節(jié)閥尺寸的理論依據(jù)?？傻昧魍芰εc流體重度、閥前后壓差和介質(zhì)流量三者的定量關(guān)系，即3調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的關(guān)系，對控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。流量特性的定義：被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。q/qmax—相對流量l/L—相對開度調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與閥門的結(jié)構(gòu)和開度有關(guān)，還與閥前后的壓差有關(guān)(1)固有（理想）流量特性將控制閥前后壓差固定時得到的流量特性。它取決于閥芯的形狀。l/Lqv/qvmax拋物線直線快開對數(shù)(2)調(diào)節(jié)閥的工作流量特性實際使用時，調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)中。管道對流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差也是變化的，這時流量特性會發(fā)生畸變。1)管道串聯(lián)時的工作流量特性如圖，管道系統(tǒng)總壓力ΔP等于管路系統(tǒng)的壓降ΔPG與控制閥的壓降ΔPv之和。結(jié)論串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍降低，最大流量減小。串聯(lián)管道會使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)能力降低，s值低于0.3時，調(diào)節(jié)閥能力基本喪失。2)與管道并聯(lián)工作時的流量特性圖3－37并聯(lián)管道時調(diào)節(jié)閥工作流量特性a)直線閥b)對數(shù)閥（3）流量特性的選擇1）依據(jù)過程特性選擇。要求系統(tǒng)總的放大系數(shù)在整個操作范圍內(nèi)保持不變。一般變送器、已整定好的調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機構(gòu)等放大系數(shù)基本上是不變的，但過程特性則往往是非線性的，其放大系數(shù)隨負荷而變。因此，必須通過合理選擇調(diào)節(jié)閥的工作特性，以補償過程的非線性，其選擇原則為調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)被控過程的放大系數(shù)過程特性為線性時,選擇直線特性調(diào)節(jié)閥,否則選擇等百分比特性的調(diào)節(jié)閥。2）依據(jù)配管情況選擇。在根據(jù)過程特性進行選擇之后，再按照配管情況進行進一步的選擇，其選擇原則可參照表3-4進行。配管狀況S=1-0.6S=0.6-0.3工作特性直線等百分比直線等百分比理想特性直線等百分比等百分比等百分比3）依據(jù)負荷變化情況選擇。在負荷變化較大的場合，宜選用對數(shù)調(diào)節(jié)閥；當調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度時，則宜選用對數(shù)調(diào)節(jié)閥。電氣轉(zhuǎn)換與閥門定位加裝閥門定位器，引入閥桿位移負反饋。使閥桿能按輸入信號精確地確定自己的開度。實現(xiàn)準確定位；改善調(diào)節(jié)閥的動態(tài)特性；改變調(diào)節(jié)閥的流量特性；實現(xiàn)分程控制。4.1.2被控過程的特性依據(jù)過程特性的不同分為自衡特性與無自衡特性、單容特性與多容特性、

振蕩與非振蕩特性等1．有自衡特性和無自衡特性自衡特性：當原來處于平衡狀態(tài)的過程出現(xiàn)干擾時，其輸出量在無人或無控制裝置的干預下，能夠自動恢復到原來或新的平衡狀態(tài)否則，該過程則被認為無自衡特性。工業(yè)生產(chǎn)過程一般都具有儲存物料或能量的能力，其儲存能力的大小稱為容量。所謂單容過程是指只有一個儲存容積的過程。當被控過程由多個容積組成時，則稱為多容過程。解析法建模

單容過程建模解析法建模

單容過程建模響應曲線法辨識過程模型

一、

階躍響應試驗注意:⑴穩(wěn)態(tài)時開始試驗⑵多次重復試驗，穩(wěn)定后再試⑶正、反響應對比⑷信號變化幅度：5~15%正常信號（10%）

簡單控制系統(tǒng):SISO一個被控參數(shù),一個調(diào)節(jié)器,一個調(diào)節(jié)閥

5.1簡單控制系統(tǒng)設計概述干擾通道特性對控制質(zhì)量的影響(1)Kd的影響：Kd，擾動引起的輸出越大.偏離給定值多Kd小為好若Kd不可變，采取辦法:控制作用;擾動補償.(2)Td的影響：相當于濾波時間常數(shù)。Td，擾動的動態(tài)影響 或:相當于特征方程增加極點(3)時延影響:

不影響控制質(zhì)量.使對干擾的響應比無滯后時延時了τ時間.(4)擾動作用點的影響：

作用點越遠離被控變量，對系統(tǒng)的動態(tài)控制質(zhì)量有利(為什么？）控制通道特性對控制質(zhì)量的影響(1)靜態(tài)增益Kp的影響：調(diào)節(jié)器增益KC一定條件下,控制通道靜態(tài)增益Kp越大,則控制作用越強.抗擾.ess；Kp.響應迅速(反應靈敏)；Kp.對閉環(huán)穩(wěn)定性不利.綜合考慮穩(wěn)、快、準三方面要求,應改變KC,使KpKC保持在合適數(shù)值.(2)Tp影響：Tp調(diào)節(jié)作用不夠及時，tS，控制質(zhì)量下降;Tp過小,控制作用過于靈敏,易引起系統(tǒng)振蕩Tp適當小.Tp無法變時在控制通道中增加微分作用控制通道特性對控制質(zhì)量的影響(3)時延影響：時延,%,動態(tài)偏差,使控制質(zhì)量下降,時延使相角滯后,系統(tǒng)穩(wěn)定性降低.

設法減小時延.(4)控制通道的時間常數(shù)匹配問題：時間常數(shù)錯開越多,臨界穩(wěn)定增益Kk越大,對穩(wěn)定性越有利.實際生產(chǎn)中：最大時間常數(shù)對應核心設備,往往不可變,可減小其它時間常數(shù).如.快速測量儀表；減小調(diào)節(jié)閥時間常數(shù).

5.2

控制方案的確定包括:被控參數(shù)選擇(或稱:被控變量,被控量) （工藝重要，易測量，靈敏）控制參數(shù)選擇(或稱:控制變量,控制量) （考慮通道特性的影響）測量信息的獲取和變送 （精度，測量點，濾波，時延補償）調(diào)節(jié)閥的選擇 （閥特性，工作區(qū)間，流量特性，氣開/氣關(guān)）調(diào)節(jié)規(guī)律的確定等（正作用、反作用）工程經(jīng)驗(工藝要求,技術(shù)指標,環(huán)境,經(jīng)濟條件制約)+理論分析計算5.2.4執(zhí)行器的選擇

1.執(zhí)行器的選型氣動執(zhí)行器vs電動執(zhí)行器考慮生產(chǎn)過程的特點、對執(zhí)行器推力的需求以及被控介質(zhì)的具體情況和保證安全等因素2.氣動執(zhí)行器氣開、氣關(guān)的選擇

3.調(diào)節(jié)閥尺寸的選擇

調(diào)節(jié)閥的開度和口徑一般要求調(diào)節(jié)閥開度應處于15%-85%之間，具體應根據(jù)實際需要的流通能力的大小進行選擇。

4.調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇

被控過程的非線性特性補償；負荷變化范圍

控制方案的確定閥開、關(guān)的確定原則：安全需要、保證質(zhì)量、介質(zhì)性質(zhì)(防結(jié)晶堵塞)例：燃油爐進料閥：氣開；精餾塔進料閥：氣開；回流閥:氣關(guān)調(diào)節(jié)器正、反作用的確定原則：使整個單回路構(gòu)成負反饋系統(tǒng)正作用調(diào)節(jié)器：測量值,調(diào)節(jié)器輸出,KC<0辦法：①閥若氣開,KV>0②過程若正作用,Kp>0③調(diào)節(jié)器開環(huán)各增益乘積為正KC>0，即反作用新控制系統(tǒng)安裝就緒后,或老系統(tǒng)經(jīng)改造或停車檢修后再將其逐步投入生產(chǎn)的過程。

投運順序：

①檢測系統(tǒng)投入運行;②調(diào)節(jié)閥手動遙控;③控制器投運(手動自動)(正反作用,PID參數(shù)) 偏差=0時切換,PID參數(shù)整定控制系統(tǒng)投運調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定一.臨界比例度法：(穩(wěn)定邊界法)1.Ti=TD=0較大閉環(huán)2.穩(wěn)定后,yr階躍擾動,,至出現(xiàn)等幅振蕩記下k(臨界比例帶).Tk(等幅震蕩周期)3.計算TiTd

限制：a.有些過程不宜做反復振蕩實驗b.2階以上對象調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定二.衰減曲線法1.Ti=TD=0較大閉環(huán)2.穩(wěn)定后,yr階躍擾動,得到衰減比4:1(衰減率=0.75)或10:1(衰減率=0.9)振蕩過程衰減快反之，記下此時值，Ts(振蕩周期),Tr或Tp.

3.查表計算，Ti，Td。限制：較難得到精確4:1或者10:1衰減曲線,計算不易準確,擾動頻繁,過程變化較快系統(tǒng)不宜。2階以上對象調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定三.反應曲線法：(動態(tài)特性參數(shù)法)開環(huán)整定得廣義對象模型（傳遞函數(shù)）參數(shù),查表計算TiTd

限制：理論性相對較強,適應性也較廣,限制較少。

應用范圍：①容量滯后較大的過程

副回路等效時間常數(shù)減小串級控制系統(tǒng)

應用范圍：②純時延較大的過程

副回路實現(xiàn)對主要干擾的快速響應和控制

串級控制系統(tǒng)

應用范圍：③干擾變化激烈而且幅度大的過程 副回路對于其中的干擾有較強的克服能力

串級控制系統(tǒng)

應用范圍：④參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過程 主副回路分別控制主、次被控變量

串級控制系統(tǒng)

應用范圍：⑤非線性過程副回路對非線性隨負荷變化具有自適應能力

串級控制系統(tǒng)

3.主、副調(diào)正、反作用確定原則：系統(tǒng)負反饋順序：

1）從工藝安全要求調(diào)節(jié)閥開、關(guān)形式

2）副調(diào)正、反作用

3）根據(jù)主、副參數(shù)關(guān)系決定主調(diào)正、反作用串級控制系統(tǒng)的設計前饋控制設計準則前饋適用于下列場合1. 單回路性能不理想2. 變量可測可測的擾動變量必須3. 代表系統(tǒng)受到的主要干擾4. 調(diào)節(jié)閥與可測擾動變量傳感器間無因果關(guān)系5. CV對DV的響應不比對MV的響應快前饋控制系統(tǒng)選用：

1.針對干擾2.存在滯后：控制通道滯后時間常數(shù)大于干擾通道3.串級不宜：干擾無法包含在副回路，或副回路滯后過大4.經(jīng)濟性原則：靜態(tài)前饋前饋控制系統(tǒng)選用原則比值控制系統(tǒng):使一種物料隨另一種物料按一定比例變化的控制系統(tǒng)。2.單閉環(huán)比值控制可確保主、副回路兩個流量比值不變,而結(jié)構(gòu)又較簡單比值控制3.雙閉環(huán)比值控制

主、副流量比較穩(wěn)定適用：負荷變化要求比較平穩(wěn)時但：儀表較多,投資較高防共振比值控制比值設定方法：乘法器除法器4、變比值控制系統(tǒng)。。。

應該注意:在變比值控制系統(tǒng)中，比值通常只是一種控制手段不是最終目的，而第三參數(shù)y(s)往往是產(chǎn)品質(zhì)量指標。

在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料的流量比隨第三個工藝參數(shù)的要求而變化，也就是比值系數(shù)不是固定的而是隨工況而變化的，這就是變比值控制?；诔ㄆ鞯淖儽戎悼刂票戎悼刂葡到y(tǒng)

比值控制系統(tǒng)中的特殊問題

1.比值系數(shù)的計算將流量比值K折算成相應儀表的標準統(tǒng)一信號①流量與測量信號成線性關(guān)系②流量與測量信號成非線性關(guān)系

均勻控制概念：前后相連的設備在物料供求上相互均勻,協(xié)調(diào),統(tǒng)籌兼顧.均勻控制系統(tǒng)

均勻控制特點：①結(jié)構(gòu)上無特殊性．區(qū)別在于控制目的以及相應的控制器參數(shù)整定。 靠降低控制回路靈敏度獲得均勻。

δ大（>100%)，Ti大②工藝參數(shù)應緩慢地變化。③工藝參數(shù)應限定在允許范圍內(nèi)變化。7.3.2分程控制系統(tǒng)的應用

1、用于節(jié)能

2．用于擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍

由于我國目前統(tǒng)一設計的調(diào)節(jié)閥，其可調(diào)范圍為30，因而不能滿足需要調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍大的生產(chǎn)過程。解決這一問題的辦法之一是采用分程控制，將流通能力不同、可調(diào)范圍相同的兩個調(diào)節(jié)閥當一個調(diào)節(jié)閥使用，擴大其可調(diào)節(jié)范圍，以滿足特殊工藝的要求。由此可見，分程控制中調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍與單個調(diào)節(jié)閥相比，擴大了26倍，從而滿足了工藝上的特殊要求。。此時，調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為調(diào)節(jié)閥例，某一分程控制系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)閥，其最小流通能力分別為而可調(diào)范圍均為的最大流通能力分別為。若將兩個調(diào)節(jié)閥當成一個調(diào)節(jié)閥當成一個調(diào)節(jié)閥使用，則最小流通能力為0.14，最大流通能力為109.2，由此可算出分程控制調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為3．用于兩個不同控制介質(zhì)的生產(chǎn)過程

廢液中和過程分程控制酸性堿性中性7.4自動選擇性控制系統(tǒng)一般的過程控制系統(tǒng)是在正常工況下，為保證生產(chǎn)過程的物料平衡、能量平衡和生產(chǎn)安全而設計的.還需要考慮到在事故狀態(tài)下的安全生產(chǎn)問題，即當操作條件到達安全極限時，應有保護性措施。如:大型透平壓縮機的防喘振，化學反應器的安全操作及鍋爐燃燒系統(tǒng)的防脫火、防回火等。

1)自動報警，然后由人工進行處理，或采用自動連鎖、自動停機的方法進行保護，稱為“硬保護”。

2)“軟保護”，即所謂選擇性控制系統(tǒng)。---把由工藝生產(chǎn)過程限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系疊加到正常自控系統(tǒng)上去的一種控制方法。

至操作極限時：通過選擇器，把一個用于控制不安全情況的備用控制系統(tǒng)取代正常工況下控制系統(tǒng)，待回到正常工況后又切回到正常工況下的自控系統(tǒng)。若選擇器為低選，設，調(diào)節(jié)器1被選中，其輸出為因此，調(diào)節(jié)器1仍保持調(diào)節(jié)規(guī)律。此時，調(diào)節(jié)器2處于備用狀態(tài)，其輸出為（2）積分切除法

調(diào)