过程控制理论知识点

1过程控制的任务和要求要求三项：安全性经济性稳定性，过程控制的任务就是在了解掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上，根据上述三项要求，应用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用适宜的技术手段加以实现。过程控制的任务是由控制系统的设计和实现来完成的。2常用过程控制系统分为哪几类三类1.反馈控制系统（根据被控参数与给定值的偏差进行控制的）2.前馈控制系统（根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据）3.前馈-反馈控制系统（前馈控制的主要优点是能迅速及时克服主要扰动对被控量的影响，而前馈反馈能控制利用的反馈控制克服其他扰动，能够使被控量迅速而准确的稳定在给定值上，提高系统的控制质量）1过程控制系统在运行中状态有几种?过程控制系统时域性能指标包括哪些？它们分别反应系统哪些方面性能？两种，一种是稳态，此时系统没有收到任何外来干扰，同时设定值保持不变，因而被调量也不会随时间变化，整个系统处于稳定平衡的工况。一种是动态，当系统收到外来干扰的影响或者在改变了设定值之后原来的稳态受到破坏，各部分输入输出都发现变化。时域性能指标（衰减比和衰减率，最大动态误差和超调量，残余偏差，调节时间和振荡频率）衰减比是衡量一个振荡过程的衰减程度的指标，它相当于两个相邻的波峰值之比。衡量震荡频率过程衰减程度的另一个指标是衰减率，指的是每经过一个周期，波动幅度衰减的百分数。最大动态误差和超调量最大动态误差是指设定阶跃响应中，过度过程开始后第一个波峰超过其新稳态值的幅度，最大动态偏差占被调量稳态变化幅度的百分比称为超调量残余偏差是指过渡结束之后被调量新的稳态值Y（∞）与新设定值r之间的差值，它是控制系统稳态准确性的衡量指标调节时间和振荡频率调节时间是从过渡过程开始到结束所需的时间过渡过程的振荡频率也可以作为衡量控制系统快速性的一个指标那你。2什么是被控过程的特性？什么是被控过程的数学模型？目前研究过程数学模型的主要方法有哪些？指被控过程是否容易控制。数学模型乃是事物行为规律的数学描述。根据所描述的是事物在稳态下的行为规律还是在动态下的，被控系统数学模型的划分1.按系统的连续性划分（连续系统模型，离散系统模型）按模型的结构划分为[输入输出模型（可按时域划分为时域表达—阶跃响应，脉冲响应；频域表达—传递函数），状态空间模型]机理法建模，用机理法建模就是根据生产过程中实际发生的变化机理，写出各种有关的平衡方程，机理法建模的首要条件是生产过程的机理必须已经为人们所充分掌握，并且可以比较准确地加以数学描述测试法建模，一般只用于建立输入输出模型。它是根据工业过程的输入和输出的实测数据进行某种数学处理的模型。3如何判断一个过程是自衡过程还是无自衡过程？自衡过程指的是系统中存在着对所关注的变量的变化有固定负反馈作用，该作用总是力图恢复系统的平衡，在出现扰动后，过程能靠系统自身的能力达到新的平衡状态的性质称为自平衡特性，自衡过程具有一定范围内的自平衡，反之，不存在固定反馈作用的且自身无法恢复平衡的，为无自衡过程4工业过程动态特性的特点是什么？1.对象的动态特性是不振荡的2.对象的动态特性有延迟3.被控对象本身是稳定的或中性的4.被控对象往往具有非线性特征1、简述PID控制的优点。1.原理简单，使用方便2.适应性强，可以应用于化工、热工、冶金、炼油、以及造纸、建材等各种生产部门3.鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感2、简述调节器的正、反作用。为了适应不同被控对象实现负反馈控制的需要，工业调节器都设置有正反作用开关，以便根据需要将调节器置于正作用或反作用方式，所谓正作用方式是指调节器的输出信号U随着被调量Y增大而增大，此时称整个调节器的增益为“+”。处于反作用方式下，U随着被调量Y的增大而减小，调节器的增益为“-”3、控制器为什么必须有自动/手动切换电路，怎样才能做到自动-手动双向无扰动切换？为了适应工艺过程启动，停车或发生事故等情况，控制器除了需要自动调节的工作状态以外，还需要在特殊情况时能由操作人员切除PID运算电路，直接根据仪表做出判断，操纵调节器输出的手动工作状态1、什么是串级控制，与单回路控制系统相比串级控制系统具有什么结构特点？串级控制系统是两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。结构特点，在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统。一个闭环在里面，称为副环，在控制过程中起着粗调的作用，一个环在外面，称为主环，完成细调的任务，以最终保证被调量满足工艺要求。2为什么串级控制系统具有较强的抑制干扰能力？在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且还能改善过程特性。副回路具有粗调的作用，主调节器有细调的作用，从而使得控制品质提高。串级控制系统具有较好控制性能的原因1.对二次干扰有很强的克服能力2.改善了对象的动态特性，提高了系统的工作频率3.负荷或操作条件的变化有一定自适应能力串级系统副回路设计原则1.副参数选择应使得副回路时间常数小，调节通道短，反应灵敏2.副回路应包含被控对象所受到的主要干扰3.当对象有非线性环节，应使非线性环节处于副环中4.当对象有较大的纯滞后时，副回路应尽量减少或不包括纯滞后1、掌握教材第124～125页的内容。在对象特性呈现大迟延（包括容积迟延和纯迟延）多干扰等难以控制的特性，而希望得到较好的过程响应时，反馈系统往往会让人失望，原因如下：1.反馈控制的性质意味着存在一个可以测量出来的偏差，并且用以产生一个控制作用，从而达到闭环控制的目的，就是说系统在控制过程中必定存在着偏差，因此不能得到完整的控制效果2.反馈调节器不能事先规定它的输出值，而只是改变它的输出值直到被调量与设定值一致为止，所以可以说反馈控制是依靠尝试法来进行控制的，这十分原始。不变性原理是指控制系统中的被调量与扰动量绝对无关或者在一定准确度下无关，也即被调量完全独立或基本独立绝对不变性是指对象在扰动Di(t）作用下，被调量y(t)在整个过渡过程中始终保持不变，即调节过程的动态偏差和稳态偏差均为零。误差不变性是指有一定限制的不变性，或说与绝对不变性存在一定误差ε的不变性稳态不变性是指被调量在稳态工况下与扰动量无关，即在干扰Di(t）作用下，被调量的动态偏差不等于零，而其稳态偏差为零选择不变性：被调量往往受到若干个干扰的作用，若系统采用了被调量对其中几个主要的干扰实现不变性就称为选择不变性例如被控对象存在大迟延环节或者非线性环节，常规PID调节往往难于驾驭，解决的办法之一是采用补偿原理3、前馈-反馈控制具有哪些优点？既发挥了前馈控制作用及时的优点，又保持了反馈控制能克服多个扰动和具有对被调量实行反馈检验的长处4、什么是大迟延系统？（第136页）在工业生产过程中，被控对象除了具有容积迟延外，往往不同程度地存在着纯迟延，在这些过程中，由于纯迟延的存在，使得被调量不能及时反映系统所承受的扰动，即使测量信号到达调节器，调节机关接受调节信号后立即动作，也需经过纯延迟时间τ以后，才波及被调量，使之受到控制，一般以为纯迟延时间τ与过程的时间常数T之比大于0.3则说该过程是具有大迟延的工艺过程6、史密斯补偿的出发点是什么？如何实现史密斯补偿？史密斯补偿是对什么补偿？（第138~139页）史密斯预估补偿的特点是预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，然后从预估器进行补偿，力图使被迟延了τ的被调量超前反映到调节器，使调节器提前动作，从而明显的减少超调量和加速调节过程1.什么是DDC系统？它由哪几部分组成？它的优点是什么？工业控制机与PC机的主要区别是什么？直接数字控制系统简称DDC系统，是由一台计算机取代模拟调节器直接控制调节阀等执行器，使被调量保持在给定值。DDC有被控对象，检测仪表，执行器，工业控制机组成。优点计算机运算速度快，计算机运算能力强，很容易实现各种比较复杂的控制规律.PC机是个人使用的，远离灰尘和水源，抗电磁能力差，工控机具有可靠性，实时性，扩充性，兼容性1.什么是分布式系统？它的特点是什么？（第210页）分布式控制系统又称为集散控制系统，是综合了计算机技术，控制技术，通信技术和图形显示等技术，形成以微处理器为核心的系统，它的最大的特点是实现了完全分散的系统结构，取消了上位机，数据库分散，不设通信协调器2.分布式系统由哪几部分组成？（第211页）数据传输通道，控制站，操作站实验题：（稳定边界法）实验步骤1,置调节器积分时间TI到最大值(TI=∞)，微分时间TD为零（TD=0），比例带δ置较大值，使系统投入运行2.待系统运行稳定后，逐渐缩小比例带，知道系统出现如图的等幅振荡，即所谓临界振荡过程。记录下此时比例带δ（临界比例带）并计算两个波峰间的时间Tcr（临界振荡周期）3.利用δcr和Tcr值，并进行计算，求出整定器各个整定参数δ,TI和TD的数值