河南理工大学-过程控制-复习知识点(全)

1、过程控制系统的组成和各部分的作用。自动控制系统由被控对象、测量变送器、执行器（控制阀）和控制器组成。被控对象：是指被控制的生产设备或装置。测量变送器：用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号作为输出。执行器：常用的是控制阀，接受来自控制器的命令信号，用于改变控制阀的开度。控制器：它将被告控变量的测量值班与设定值进行比较，得出偏差信号e(t)，并按一定规律性输出控制信号u(t)2、过程控制常用策略有哪些？各自的优缺点？反馈控制：优：能补偿任意扰动缺：1控制作用是滞后的，2调节过程是一个试差的过程，试差过程容易不稳定。前馈控制：优：在扰动影响被控变量之前就可以将扰动补偿掉缺：1测量成本高需要增加扰动检测装置，23、简要阐述工业生产对过程控制的要求。安全性、经济性、稳定性4、控制系统设计与实现的主要步骤。（1）确定控制目标，选择被控变量（2）选择测量参数和测量仪表（3）操作变量的选择与主要扰动的分析（4）操作变量与被控变量的配对（5）控制方案与控制算法选择（6）执行器的选择（7）控制系统的现场安装、调试与投运5、机理建模方法的主要步骤。（1）根据建模对象和模型的使用目的进行合理的假设（2）根据过程内在机理建立数学方程（3）简化模型6、测量误差形成的原因？测量信号一般的处理方法有哪些？原因：1、仪器自身的误差；2安装造成的误差；3、测量时的误差7、控制系统主要性能指标有哪些？各自的含义是什么？余差（e）：系统过渡过程终了时给定值与被控参数稳定值之差；最大偏差（A）：被控参数第一个波的峰值与给定值的差；衰减比（n）：振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比；衰减率（f）：经过一个周期后，波动幅度衰减的百分比；过渡过程时间（ts）：系统过渡过程曲线进入新的稳定值的5%或2%范围内所需的时间；峰值时间（tp）：系统过渡过程曲线到达第一个峰值所需的时间，反映系统响应的灵敏程度；8、三种常规反馈控制模式分别是什么？说明各自的原理、作用以及对系统性能的影响。三种常规反馈控制模式：P、PD、PID比例控制：控制器的输出信号u与输入偏差信号e成比例关系。优点：反应快，控制及时。缺点：存在余差。若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选得小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。2、积分控制：控制器的输出信号u与输入偏差信号e的积分成比例关系。当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。（1）一种无差调节，提高系统的稳态控制精度。（2）使系统的相频特性滞后90o，造成控制作用不及时，使系统的动态品质变差，过渡过程比较缓慢。可见，积分控制是牺牲了动态品质来换取稳态性能的改善。（3）增大积分速度可以在一定程度上提高系统的响应速度，但却会加剧系统的不稳定程度，使系统振荡加剧。3、微分控制：控制器的输出信号u与输入偏差信号e对时间的导数比例关系。与PD相比，PID提高了系统的无差度；与PI相比，PID多了一个零点，为动态性能的改善提供了可能;PID兼顾了静态和动态控制要求。1）广义过程控制通道时间常数较大或容积迟延较大时，引入微分调节。若工艺容许有静差，可选用PD调节；若工艺要求无静差，可选用PID调节。2）广义过程控制通道时间常数较小、负荷变化不大、且工艺要求允许有静差时，可以选择P调节。3）广义过程控制通道时间常数较小、负荷变化不大、且工艺要求允许无静差时，可以选用PI调节。4）广义过程控制通道时间常数很大、且纯时延较大、负荷变化剧烈时，不宜采用PID控制。9、前馈控制的基本原理？理论基础是什么？基本原理：前馈控制系统是一种开环控制系统，根据扰动或设定值的变化按补偿原理而工作。其特点是当扰动产生后，被控变量还未变化以前，根据扰动作用的大小进行控制，以补偿扰动作用对被控变量的影响。不变性原理是前馈控制的理论基础。“不变性”是指控制系统的被控变量不受扰动变量变化的影响。进入控制系统中的扰动会通过被控对象的内部关联，使被控变量发生偏离其设定值的变化。不变性原理是通过前馈控制器的校正作用，消除扰动对被控变量的这种影响。10、说明前馈控制的特点，与反馈控制比较优缺点体现在哪里。（1）前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制及时前馈控制是针对干扰作用进行控制的。当干扰一出现，前馈控制器就根据检测到的干扰，按一定规律进行控制。当干扰发生后，被控变量还未发生变化，前馈控制器就产生了控制作用把偏差彻底消除。（2）前馈控制属于开环控制系统反馈控制系统是一个闭环控制系统，而前馈控制是一个开环控制系统。前馈控制器根据干扰产生控制作用对被控变量进行影响，而被控变量并不会反过来影响前馈控制器的输入信号（扰动量）。因此，采用前馈控制时，对被控对象的了解必须比采用反馈控制时清楚得多。（3）前馈控制采用的是由对象特性确定的“专用”控制器一般的反馈控制系统均采用通用的PID控制器，而前馈控制器是专用控制器，对于不同的对象特性，前馈控制器的形式是不同的。11、前馈控制的几种主要形式和各自的作用。静态前馈控制与动态前馈控制，线性前馈控制与非线性前馈控制。静态前馈：是在扰动作用下，前馈补偿作用只能最终使被控变量回到要求的设定值，而不考虑补偿过程中的偏差大小。在有条件的情况下，可以通过物料平衡和能量平衡关系求得采用多大校正作用。动态前馈：的作用是力求在任何时刻均实现对干扰的补偿，通过合适的前馈控制规律的选择，使干扰经过前馈控制器到达被控变量这一通道的动态特性与对象干扰通道的动态特性完全一致，并且它们的符号相反，从而达到控制作用完全补偿干扰对被控变量的影响。前馈-反馈控制系统优点：（1）从前馈的控制角度，由于增加了反馈控制，降低了对前馈控制模型精度的要求，并且对未选作前馈信号的干扰产生校正作用。（2）从反馈控制角度，由于前馈控制的存在，对干扰作了及时的粗调作用，大大减小了反馈控制的负担。12、串级控制的原理、特点和设计原则。工作原理：两个控制器串联工作，以主控制器为主导，保证主变量稳定为目的，两个控制器协调一致，互相配合，尤其是对于二次干扰，副控制器首先进行“粗调”，主控制器再进一步“细调”。因此控制质量必然高于简单控制系统。从结构上看，两个控制器串联工作，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值，共同完成对主变量的定值控制任务。特点：在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路：主回路和副回路；有两个控制器；主控制器和副控制器；有两个测量变送器，分别测量主变量和副变量。在串级控制系统中，主回路是个定值控制系统，而副回路是个随动控制系统。在串级控制系统中，有两个变量：主变量和副变量。主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺变量。在系统特性上，串级控制系统由于副回路的引入，改善了对象的特性，使控制过程加快，具有超前控制作用，从而有效地克服滞后，提高了控制质量。串级控制系统由于增加了副回路，因此具有一定的自适应能力，可用于负荷和操作条件有较大变化的场合13、串级控制中主副控制器控制规律如何选择？正反作用如何选择？选择与主变量有一定关系的某一中间变量作为副变量；选择的副变量就是操纵变量本身，这样能及时克服它的波动，减少对主变量的影响。副控制器（也称内回路控制器）通常采用PI控制律原因：需要对内回路干扰具有快速调节能力强比例作用+弱积分作用，副回路为随动系统，其设定值变化频繁，一般不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快速克服内环中的各种扰动，为加大副回路的调节能力，理想上不用加积分作用。但实际运行中，串级系统有时会断开主回路，因而，通常需要加入积分作用。但积分作用要求较弱以保证副回路较强的抗干扰能力。14、什么是均匀控制？与纯液位控制的区别？为了解决前后工序供求矛盾，达到前后兼顾协调操作，使液位和流量均匀变化，组成的系统称为均匀控制系统。（1）两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。（2）前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内波动。对于串级均匀控制系统的副调节器，应选择PI规律，按单回路工程整定法确定其PI参数15、什么是选择性控制？其实现方法是什么？在选择控制（也称“超驰控制”、“约束控制”）系统中，仅有一个操作变量MV，但有两个或两个以上被控变量CVs，其中一个常规受控变量，需要进行定值控制；一个区间约束变量，正常工况下无需控制，但一旦超出允许范围就需要及时加以调节，以防止事故的发生。“选择性控制系统”的操作变量往往只有一个，因此，控制系统需要随时针对实际情况，选择某一个受控变量加以控制。方法：一般有A、B两个可供选择的变量。其中一个变量A假定是工艺操作的主要技术指标，它直接关系到产品的质量或生产效率；另一个变量B，工艺上对它有一个限值要求。当取代作用发生后，控制阀不是立即全开或全关，而是在阀门原来的开度基础上继续进行连续控制。16、什么是分程控制？其目的主要有哪几方面？若一只调节器去控制两个以上的阀并且是按输出信号的不同区间去操作不同的阀门，这种控制方式习惯上称为分程控制。一般调节阀分程动作采用同向规律的是为了满足工艺上扩大可调比的要求；反向规律的选择是为了满足工艺的特殊要求17、计算机过程控制系统的构成？简单说明各个部分的作用。计算机过程控制系统,是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执行装置组成,以实现生产过程闭环控制为目的的系统。18、列出几种常用的先进控制方式，并说明其特点。神经网络控制、模糊控制