過(guò)程控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)總結(jié)

過(guò)程掌握系統(tǒng)學(xué)問(wèn)點(diǎn)總結(jié)一、概論1、 過(guò)程掌握概念：五大參數(shù)。過(guò)程掌握的定義：工業(yè)中的過(guò)程掌握是指以溫度、壓力、流量、液位和成分等工藝參數(shù)作為被控變量的自動(dòng)掌握。2、 簡(jiǎn)潔掌握系統(tǒng)框圖。掌握儀表的定義：接收檢測(cè)儀表的測(cè)量信號(hào)，掌握生產(chǎn)過(guò)程正常進(jìn)展的儀表。主要包括：掌握器、變送器、運(yùn)算器、執(zhí)行器等，以及型掌握儀表及裝置。掌握儀表的作用：對(duì)檢測(cè)儀表的信號(hào)進(jìn)展運(yùn)算、處理，發(fā)出掌握信號(hào)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)展掌握。3、能將掌握流程圖〔工程圖、工程設(shè)計(jì)圖冊(cè)〕轉(zhuǎn)化成掌握系統(tǒng)框圖掌握儀表的作用：對(duì)檢測(cè)儀表的信號(hào)進(jìn)展運(yùn)算、處理，發(fā)出掌握信號(hào)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)展掌握。T——溫度〔Temperature)P —壓力〔Pressure)—L— 物位〔Level)F—-流量〔 Flow)W重量〔 Weight)其次個(gè)字母：功能符號(hào)T——變送器 (transmitter)C 掌握器(Controller)—I—■指示器(Indicator )R -記錄儀(Recorder)— te 映(Alarm)5、電信號(hào)的傳輸方式，各自特點(diǎn)。電壓傳輸特點(diǎn)：

— 報(bào)警器QDZ-IH型儀表的信號(hào)制。它們之間聯(lián)用要承受電氣轉(zhuǎn)換器。.某臺(tái)儀表故障時(shí)根本不影響其它儀表；.有公共接地點(diǎn)；.傳輸過(guò)程有電壓損耗，故電壓信號(hào)不適宜遠(yuǎn)傳。電流信號(hào)的特點(diǎn)：.某臺(tái)儀表出故障時(shí)，影響其他儀表；.無(wú)公共地點(diǎn)。假設(shè)要實(shí)現(xiàn)儀表各自的接地點(diǎn)，則應(yīng)在儀表輸入、輸出端實(shí)行直流隔離措施。6、變送器有四線制和二線制之分。區(qū)分。1、四線制：電源與信號(hào)分別傳送，對(duì)電流信號(hào)的零點(diǎn)及元件的功耗無(wú)嚴(yán)格要求。電纜及安裝費(fèi)用，有利于防爆?；盍泓c(diǎn)，兩條線既是信號(hào)線又是電源線。72個(gè)條件。

2、兩線制：節(jié)約1、在危急場(chǎng)所使用本質(zhì)安全型防爆儀表。2、在掌握室儀表與危急場(chǎng)所儀表之間設(shè)置安全柵，以限制流入危急場(chǎng)所的能量。8安全柵的作用、種類。安全柵的作用：1、 安全柵作為本安儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備，可用于傳輸信號(hào)。2、 掌握流入危急場(chǎng)所的能量在爆炸性氣體或混合物的點(diǎn)火能量以下，以確保系統(tǒng)的本安防爆性能。安全柵的種類：齊納式安全柵、隔離式安全柵二、基型調(diào)整器1、 基型調(diào)整器組成：掌握單元和指示單元?；驼{(diào)整器掌握單元構(gòu)成?；驼莆掌饔址Q基型調(diào)整器，對(duì)來(lái)自變送器的 1-5V直流電壓信號(hào)與給定值相比較所產(chǎn)生的偏差進(jìn)PID4-20mA〔DC直流掌握信號(hào)?！病ⅰ策\(yùn)算電路串聯(lián)〔電壓、電流轉(zhuǎn)換電路〕以及硬、軟手操電路；指示單元：測(cè)量信號(hào)指示電路、設(shè)定信號(hào)指示電路。2、 測(cè)量信號(hào)、內(nèi)給定信號(hào)范圍；外給定信號(hào)范圍。測(cè)量和內(nèi)給定信號(hào)：1~5V〔DC〕;外給定信號(hào)：4?20mA直流電流。〔它經(jīng)過(guò)250Q周密電阻轉(zhuǎn)換成1?5V直流電壓〕3、 輸入電路、輸出電路的作用。輸入電路作用：.信號(hào)綜合。將〔U-U〕后放大兩倍反相以UOi

輸出，即U0i

=-2〔U

-U〕。i s.電平轉(zhuǎn)換。將以0V為基準(zhǔn)的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為以UB

〔10V〕為基準(zhǔn)的輸出信號(hào)UU電平轉(zhuǎn)換的目的：使運(yùn)算放大器工作在允許的共模輸入電壓范圍內(nèi)。PIDU03

〔以UB為基準(zhǔn)〕轉(zhuǎn)換成輸出。實(shí)現(xiàn)電壓一電流轉(zhuǎn)換。4、 放大系數(shù)和比例度。比例度比例度的一般表達(dá)式：式中:

maxmin 100%maxminymax-偏差變化范圍；—輸出信號(hào)變化范圍。maxminymax-偏差變化范圍；—輸出信號(hào)變化范圍。ymin

輸入的相對(duì)變化輸出的相對(duì)變化在單元組合儀表中，可表示為：

maxminYmax Ymin。此時(shí)比例度100%KP即與Kp成反比， 愈小，Kp愈大，比例作用就越強(qiáng) 。5、基型調(diào)整器PD電路的階躍響應(yīng)曲線外形；比例重量；t=TD/KD時(shí)的微分重量；微分時(shí)間。作用：對(duì)U 進(jìn)展O1PD運(yùn)算，可設(shè)置T、K〔或比例度〕。T 為微分時(shí)間；K為比例系數(shù)。D P D P微分作用：快速的調(diào)整作用，超前作用。6PI尤比例例重量Kc=CI/CM；t=T時(shí)的積分重量；積分時(shí)KD7、積分飽和。

微分時(shí)間：T

=nRGD對(duì)掌握器的輸出加以電容兩端的充電電壓；3〕切除積分作用。

調(diào)整R〔〕和從可轉(zhuǎn)變使其不超過(guò)額定■間最大值或最小值； 2〕限制積分8微分時(shí)間對(duì)微分作用的影響，積分時(shí)間對(duì)積分作用的影響。微分時(shí)間越小，微分作用越強(qiáng)；積分時(shí)間越大，積分作用越強(qiáng)9、軟手操電路和硬手操電路。軟手動(dòng)操作電路是積分電路。硬手動(dòng)操作電路是比例電路作業(yè)2-4某P4mA~20m1V~5V當(dāng)比例度S=60%出變化是多少解：依據(jù)比例度的公式：

Xmax

xmin 100%ymax得x1

ymin06 1yxmaxxmin

〔ymaxymin〕

20

〔51〕0.25V602-7某PID掌握器〔正作用〕輸入、輸出信號(hào)均為4mA~20m，掌握器的初始值li=lo=4mA,S=200%T=Tr=2min,K=10。在t=0時(shí)輸入/Ii=2mA的階躍信號(hào)，分別求取t=12s時(shí)：①PI工況下的輸出值；②PD工況下的輸出值。解：①PI工況下11P重量=KPIi-Ii 21mA200%Ti時(shí)：P重量=ITi時(shí)，PI重量=2mAPI直線過(guò)〔01〕和〔1202〕兩點(diǎn)則t=12s時(shí)的輸出變化量為：I。112 211200

1.1mAot=12s時(shí)的輸出為Io=初值+I=4+=o①PD工況下P重量=KP

I-Ii

1121mA

200%Ti=2x60=120sP重量= Ii1mAK

5DT 260D 12sK 10lDl°(mA)°t=12s時(shí)的輸出變化量為：I0.368hP重量KD101t=12s時(shí)的輸出為：lo=初值+1。=4 0.368 5218.312mA10三、變送器1、變送器的構(gòu)造。變送器的作用。構(gòu)成原理：變送器是基于負(fù)反響原理工作的，其構(gòu)成原理如下圖，它包括測(cè)量局部〔既輸入轉(zhuǎn)換局部〕、放大器和反響局部。〔和電信號(hào)〔如電壓、電流、頻率、氣壓信號(hào)等〕轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以供顯示、記錄和掌握之用。2、 變送器的輸入輸出關(guān)系。3、 量程調(diào)整的目的；零點(diǎn)調(diào)整/遷移。

yK〔zz Z〕K〔CxzFy〕。f?！簃in

與測(cè)量范圍的下限值X

相對(duì)應(yīng)，在X

min

0時(shí)，稱為零點(diǎn)調(diào)整，在X

0min時(shí)，稱為零點(diǎn)遷移。零點(diǎn)調(diào)整使變送器的測(cè)量起始點(diǎn)為零。零點(diǎn)遷移是把測(cè)量的起始點(diǎn)由零遷移到某一數(shù)值。4、 差壓變送器的作用；差動(dòng)變壓器的作用。差壓變送器是將液體、氣體或蒸汽的壓力、流量、液位等工藝變量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，作為指示記錄儀、調(diào)節(jié)器或計(jì)算機(jī)裝置的輸入信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述變量的顯示、記錄或自動(dòng)掌握。差動(dòng)變壓器是由檢測(cè)片〔銜鐵〕、上、下罐形磁芯和四組線圈構(gòu)成。其作用是將檢測(cè)片的位移 換成相應(yīng)的電壓信號(hào)Ucm5、溫度變送器的品種、構(gòu)造〔量程單元和放大單元〕；四線制溫度變送器的特點(diǎn)。各類變送器分為三個(gè)品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器。四線制溫度變送器有如下特點(diǎn)：主放大器為低漂移、高增益的運(yùn)算放大器，使儀表具有良好的牢靠性和穩(wěn)定性。便于指示和記錄。變送器的輸入、輸出之間具有隔離變壓器，承受了安全隔離變壓器，并承受了安全火花防爆措施，故具有良好的抗干擾性能，且能測(cè)量來(lái)自危急場(chǎng)所的直流毫伏或溫度信號(hào)。6、 熱電偶溫度變送器以及熱電阻溫度變送器的量程單元。7、 氣動(dòng)儀表的根本元件。由氣阻、氣容、彈性元件、噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)和功率放大器等根本元件組成。8彈性元件、噴嘴擋板機(jī)構(gòu)、電氣轉(zhuǎn)換器。彈性元件作用：將壓差轉(zhuǎn)換成位移，在儀器的連接處產(chǎn)生肯定的操作力。噴嘴擋板機(jī)構(gòu)作用：將微小的位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的壓力信號(hào)。電/氣轉(zhuǎn)換器工作原理是基于力矩平衡原理工作的。四、運(yùn)算器和執(zhí)行器1開方器應(yīng)用場(chǎng)合、作用。到與被測(cè)流量成比例關(guān)系的電壓或電流信號(hào)。2、 執(zhí)行器的構(gòu)造、分類。執(zhí)行器分為兩局部：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)整機(jī)構(gòu)。按能源分：Q電動(dòng)執(zhí)行器液動(dòng)執(zhí)行器3、 角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)造。

LfQIifLfQf直行程〔直線位移〕角行程〔角位移〕〔兩者減速器不同〕4、 標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)范圍〔20kPa-100kPa〕，氣源信號(hào)〔140kPa〕。5、 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類。修理便利、價(jià)格低，但輸出行程較小，只能直接帶動(dòng)閥桿。6、 調(diào)整閥的正反作用、正裝閥/反裝閥、氣開/氣關(guān)。7、 氣開閥/氣關(guān)閥的選擇原則。調(diào)整閥氣開、氣關(guān)閥選擇，主要依據(jù)工藝生產(chǎn)的需要和安全要求來(lái)打算的；原則是當(dāng)信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)能確保工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。假設(shè)閥門處于全開位置安全性高，貝U8閥門定位器的作用。響，保證閥位正確到位。9、掌握閥的工作原理；流量特性；抱負(fù)流量特性、工作流量特性。掌握閥體就是依據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的推桿位移量來(lái)轉(zhuǎn)變閥門的開啟程度， 流體介質(zhì)流量的目的。掌握閥的流量特性，是指掌握介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與閥門相對(duì)開度〔即推桿的相對(duì)位移〕之間的函數(shù)關(guān)系。抱負(fù)流量特性：閥前后差壓不變時(shí)的流量特性〔固有流量特性〕 作流量特性：閥裝在管道中，前后差壓變時(shí)的流量特性，也叫實(shí)際流量特性。10、掌握閥的流量特性類型、各自特點(diǎn)。抱負(fù)流量特性，通常有四種典型形式：〔1〕直線特性-流量與閥芯位移成直線關(guān)系；對(duì)數(shù)特性-流量與閥芯位移成對(duì)數(shù)關(guān)系，引起的流量變化的百分比相等；快開特性-開度較小時(shí)流量變化較大，隨開度增大很快到達(dá)最大值。拋物線特性-介于直線流量特性與對(duì)數(shù)流量特性之間，從而彌補(bǔ)了直線流量特性小開度時(shí)掌握性能差的特點(diǎn)。11、掌握閥的可調(diào)比〔可控比〕。maiR= ，可調(diào)比〔可控比〕，即閥所能掌握的流量上限與流量下限之比。CU為流量下限，不是泄漏。maiQ12、掌握閥串聯(lián)管道工作流量特性的特點(diǎn)。

Qmin

P P R 閥刖后壓差始終不變g全開 系統(tǒng)gS P閥，特性曲線下移，流量特性畸變。

直線變?yōu)榭扉_；對(duì)數(shù)變?yōu)橹本€；S太小，流量變化范圍減小，對(duì)掌握不利。S一般不小于。13、掌握閥出廠時(shí)標(biāo)注的為抱負(fù)流量特性。五、過(guò)程掌握系統(tǒng)緒論1、 掌握通道、干擾通道。掌握通道：被控量與輸入掌握作用之間的聯(lián)系被稱為“掌握通道”的聯(lián)系被稱為“干擾通道”。2、 過(guò)程掌握系統(tǒng)的組成。

。干擾通道：被控量與擾動(dòng)之間3、掌握器正反作用確實(shí)定依據(jù)：〔掌握器土〕x〔3、掌握器正反作用確實(shí)定依據(jù)：〔掌握器土〕x〔對(duì)象土〕=〔―〕定值掌握系統(tǒng)、隨動(dòng)掌握系統(tǒng)、程序掌握系統(tǒng)5、過(guò)程掌握系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。遞減比n〔衰減比〕、動(dòng)態(tài)偏差B1〔最大偏差、最大過(guò)調(diào)量、超調(diào)量〕、調(diào)整時(shí)間Tc〔掌握時(shí)間、過(guò)渡過(guò)程時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間〕、靜態(tài)偏差C〔余差、剩余偏差〕。六、過(guò)程建模1、自平衡力量。自平衡力量：凡受到干擾后，不依靠外加掌握作用就能重到達(dá)平衡狀態(tài)的對(duì)象，是具有自平衡力量的對(duì)象。否則，是無(wú)自平衡力量的對(duì)象。2、過(guò)程掌握系統(tǒng)被控對(duì)象特性三個(gè)參數(shù)：放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、滯后時(shí)間的求取。3、阻力和容量的影響。綜上所述，不同過(guò)程所具有的阻力，就是被控量y發(fā)生變化時(shí)，對(duì)流量的影響。即R 〔2-15〕dQxFT、K的關(guān)系：x以水箱為例：T

RCKkR因此，阻力與放大系數(shù)準(zhǔn)時(shí)間常數(shù)有關(guān)。靜態(tài)：影響放大倍數(shù)動(dòng)態(tài)：影響響應(yīng)速度，見圖2-6。一般期望對(duì)象阻力小些，T較小，響應(yīng)快，以獲得較好的掌握效果。阻力既影響動(dòng)態(tài)又影響靜態(tài)。T=RC2-8CT—TT。4、多容過(guò)程等效為單容過(guò)程。Q Q dhI 2

Q1(S)Q2(S)A1SH1(S)Q2(S)Q3(S) A2SH2(S)

H()3Q Q 232 3 dt

拉氏變換得:

ISQRQ2 ih2QQ3 RQ

3(S)

x(sSI2 Q()SIQkxQX(S)HX(S)HI(S)RQ2(S)H2(S) A-JSR1 1)(i

kxR2(RA\S1)(R2A2S1) (Ts1)(T2S1)A〔SR] A2SR2i 2T Ri 2I I

R2A2 K kxR25、時(shí)域法過(guò)程建模，單容水箱以及雙容水箱的過(guò)程傳遞函數(shù)。/、H(S(S)單容對(duì)象的傳遞函數(shù):有純滯后單容對(duì)象的傳

X(SK

KTS1S雙容對(duì)象的傳遞函數(shù):

TW(S)T1T2

TS1S2 () 1 (TS1)(TS() 1 WS

(T1T2)S1有純滯后雙容對(duì)象的傳

遞函數(shù): (TS1)(TS1)() 1 () 1 多容對(duì)象的傳遞函數(shù):

W(S)

(TS1)(T

KS1)

(TS1)帶有純滯后多容對(duì)象的等容對(duì)象的傳遞函數(shù):帶有純滯后等容對(duì)象的

W(S)傳遞函數(shù):

1K(TS1)nW(S)E

2 nK(TiS1)(T2SeSKn 0

e0S作業(yè)1、如下圖單容水箱，負(fù)載閥的流阻為R2?，F(xiàn)以Q1為輸入,

Q2為輸出,求Q2(S)/Q1(S0Q1 Q2

Q1(S)Q2(S)CSH(S)H(S)R

Q() Q(

)CRQ()Q2 hR2

Q2(S) 2

1S 2S

S 2 2SQ2(S)Q1(S)CR2S1

1TS1

T R2C2、如下圖，一單容水箱其底面積為R1和R2,H(s)/Qi(s)。

C, Qih0Qo1Qo2對(duì)應(yīng)的流阻分別為Q Q i o1 Q Q

Q(s) Q

(s)Q

(s)CsH(s)h可hQh可hQ(s)oiQO2(s)H(s)&H(s)2 “RTQ(s)H(s)H(s)CsH(s)iQ(s)H(s)H(s)CsH(s)iRR12RR1 2H(s)(s)iCs111RRRRKRRCs Ts11RR22iRR R2 R1七、單回路掌握系統(tǒng)1、 放大系數(shù)〔干擾通道/掌握通道〕、干擾通道時(shí)間常數(shù)、純滯后時(shí)間、掌握通道時(shí)間常數(shù)、純滯后時(shí)間對(duì)掌握質(zhì)量的影響。極點(diǎn)的影響：Td增大，過(guò)程變慢，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)。使過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)重量減小了Td倍，即超調(diào)量減小，掌握質(zhì)量提高。結(jié)論：干擾通道的時(shí)間常數(shù)大，或者慣性環(huán)節(jié)數(shù)增加時(shí)，掌握質(zhì)量將提高。 〔對(duì)干擾起濾波作用。〕2、 選擇操縱量的一般原則。直接參數(shù)：能表征產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、安全性能等方面的參數(shù)。間接參數(shù)：與直接參數(shù)具有單值關(guān)系〔P、T等〕，并有足夠靈敏度。3、 掌握閥的流量特性的選擇。確定工作流量特性的原則：使廣義對(duì)象具有線性特性。即： K=KvKo常數(shù)。4、 掌握閥的口徑計(jì)算步驟。1、依據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)力量、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，打算計(jì)算的最大工作流量 QmaX和最小工作流量Qmirt2、依據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)選擇S值，然后計(jì)算掌握閥全開時(shí)的壓差。3CCmaxCmir。4、依據(jù)Cmaxfi，在所選用的產(chǎn)品形式的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于 Cmax并接近的一檔C值，獲得口徑3-6。5、開度驗(yàn)算。6、實(shí)際可控比驗(yàn)算。75、 掌握器的選型。PID的作用。P掌握器的選型：

C值和口徑，再驗(yàn)算至合格。R特點(diǎn)：快，輸出與偏差成比例，閥門開度與偏差有對(duì)應(yīng)關(guān)系，有余差?？关?fù)荷干擾力量強(qiáng)，調(diào)整時(shí)間短。R適用場(chǎng)合：適用于掌握通道滯后小，負(fù)荷變化不大，允許被控量在肯定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。如：壓縮機(jī)儲(chǔ)壓罐的壓力掌握系統(tǒng)；儲(chǔ)液槽的液位掌握系統(tǒng)：串級(jí)掌握系統(tǒng)的副回路。PI掌握器的選型：特點(diǎn)：I可消退余差，但穩(wěn)定性低。引入I后，KcJ〔T〕,用于掌握通道滯后小，負(fù)荷變化不大，被控量不允許有余差的場(chǎng)合。如：流量、壓力系統(tǒng)。PID掌握器的選型：特點(diǎn)：D對(duì)抑制容量滯后有明顯的效果，D使穩(wěn)定性提高，最大偏差減??；I消退余差；P作用快速有效