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过程控制复习
第一章概述
1、过程控制系统的组成;
四个基本组成部分:
被控对象、检测与变送仪表、调节器(控制器)、执行机构。
2、过程控制系统基本结构图;
3、控制系统系统的性能指标(工程意义是什么,给出阶跃响应,会计算相应的指标值)
第二章被控过程的数学模型
1、被控过程的特点;
5点
2、被控对象的数学模型表达形式
3、了解机理法建模中三种水箱的模型的数学表示;
4、了解两种测试法建模的方法(作图法、两点法);
Ø要求:
掌握机理法的建模步骤,会用机理法对简单对象进行建模。
Ø要求:
记住自衡单容对象、双容对象、无自衡单容对象的数学模型及其单位阶跃响应曲线。
Ø时域法测定对象动态特性的数据处理:
作图法、两点法(主要针对一阶对象的K、T、τ)
第三章执行器
1.气动调节阀的结构组成;
2.调节阀的正装、反装,气开、气关是如何规定的?
3.根据工艺条件,选择调节阀的气开、气关形式;
4.调节阀的结构特性(四种)P58、流量特性(理想、工作—串联、并联)P61
5.习题。
P83---3-4、3-5、3-6。
第四章PID控制原理
1.PID的特点
2.比例带的定义。
P86(会计算)
3.PID调节规律、参数对调节过程的影响。
4.数字PID的位置型、增量型算式
5.三种改进的数字PID算法的思路(出发点)、基本原理;
6.习题:
4-1~4-10。
7、参考题
(7-1)有一台PI调节器,δ=100%,Ti=1分,若将P改为200%时:
(1)调节系统稳定程度提高还是降低?
为什么?
(2)动差增大还是减小?
为什么?
(3)静差能不能消除?
为什么?
(4)调节时间加长还是缩短?
为什么?
答案:
∵ΔU=Kp*e+Kp/Ti∫edt
其中:
ΔU—输出变化量,e—输入变化量,Kp—比例常数,Kp=1/δ;
当δ从100%变为200%、Ti不变时,偏差e不变,输出信号ΔU变小。
所以:
(1)稳定程度提高(因为δ增大后,ΔU变小,不易振荡)。
(2)动差增大(由于ΔU变小后,调节幅度小即调节作用弱,造成动差增大)。
(3)静差会消除(因有积分作用存在)。
(4)调节时间加长(因Kp是调节器的放大系数,当比例度P增大即Kp减小时,调节器灵敏度降低,则克服动、静差的时间加长)。
(7-2)一般常规调节系统在负荷变动或变动较大时,为什么调节质量会变坏?
如何解决?
答案:
一般常规调节系统中的调节参数只能人工调节,在工艺正常运行是调整好的PID参数,只能保证在这种状态下的调节质量,而调节对象特性都为非线性的,在负荷工况变动较大时,对象特性将发生变化,因此原来的调节器参数就不再适应,这时要根据具体情况重新整定调节器参数才有可能使调节质量变好。
(7-3)炉出口温度调节,当适当引入微分作用后,有人说比例度可以比无微分时小些,积分时间也可短些,对吗?
为什么?
答案:
这样说是对的。
因为微分作用是超前的调节作用,其实质是阻止被调参数的变化,提高系统的稳定性,适当的减小比例度和积分时间有利于提高系统的质量。
第五章简单控制系统
1.简单控制系统的组成
四个环节
2.简单控制系统的设计
能够设计简单控制系统(选择控制(操作)变量、被控变量、执行机构的气开、气关特性、控制器的选型(P+I+D)、调节器的正反作用、画控制原理图、方框图);
3.调节器的正、反作用是如何规定的?
如何确定控制系统中调节器的正、反作用(对象、执行器、控制器增益乘积大于零)?
4.调节器参数的工程整定方法有哪些?
动态特性参数法会计算(Z-N公式),了解稳定边界法和衰减曲线法的整定过程。
5.等效控制器的概念,结合参数整定计算。
P129例5-1,P145D的习题5-6。
第五章串级控制系统
1.串级控制系统的基本概念、组成、工作过程;
2.串级控制系统分析,三个特点是什么(增强系统的抗干扰能力、改善对象的动态特性、对负荷变化有一定的自适应能力);
3.串级控制系统设计(副回路的选择原则、工作频率的选择、主副控制器的选型---控制规律、正反作用,气开气关等)
4.了解串级控制系统的整定;
5.P1716-1~6-4,6-8。
第七章补偿控制系统
1.掌握前馈控制系统的基本原理、基本概念。
2.前馈控制系统的结构、
3.静态前馈、动态前馈控制器的的数学模型。
4.前馈-反馈控制系统的结构、有哪些优点?
P178(或者:
工业控制中为什么不用纯前馈,而选用前馈加反馈。
)
5.前馈串级控制系统的结构,见P183。
6.习题P1977-1~7-3。
7.引入前馈必须遵循哪些原则?
P171
(7-1)
前馈控制适用于什么场合?
为什么它常与反馈控制构成前馈-反馈控制系统?
对于扰动通道传递函数,控制通道传递函数的前馈-反馈控制系统,求前馈控制器Gff(s)。
答:
1.前馈控制是按扰动而进行的控制,因此,前馈控制常用于以下场合:
一是扰动必须可测,否则无法实施控制;二是必须经常有比较显著和比较频繁的扰动,否则没有必要。
三是存在对被控参数影响较大且不易直接控制的扰动。
2.前馈控制是一种补偿控制。
一般来讲,前馈控制无法全部补偿扰动对被控量的影响。
因此,单纯的前馈控制系统在应用中具有一定的局限性。
为克服这一弊端,前馈控制常与反馈控制联用,构成前馈-反馈控制系统。
对最主要的、显著的、频繁的无法直接控制的扰动,由前馈来进行补偿控制;对无法完全补偿的扰动影响,由反馈控制根据被控制量所产生的偏差的大小来进行控制。
(7-2)
如图示加热炉,采用控制燃料气流量来保证加热炉出口温度恒定。
1.若进料量是主要扰动且不可控制时,设计合理的控制方案,并作简要说明。
2.当燃料气阀前压力是是主要扰动且不可控时,设计合理的控制方案,并作简要说明。
答:
当总进料量是主要扰动时,控制方案如下图所示。
该方案为前馈-反馈控制系统方案。
如果负荷是主要扰动,我们将总进料量测出,将流量信号送到前馈补偿装置,其输出与温度控制器的输出相迭加,作为总的控制作用。
这时,当进料量发生变化后,不需要等到出现偏差,燃料量就会及时作相应的调整,结果使控制过程中的温度偏差大为减小。
当燃料压力是主扰动时,控制方案如右图所示。
该方案为被加热物料出口温度对燃料气流量的串级控制系统方案。
当燃料气压力发生变化是,利用副环的作用,可以迅速地对扰动作出反应,调整燃料阀的开度,调整较为及时。
但是这只是一个粗略的调整,扰动对温度的影响还需通过主环作进一步的细调,使被控的主变量――被加热物料出口温度保持在期望值。
(7-3)
某前馈-串级控制系统方框图如下所示。
已知:
要求:
(1)计算前馈控制器的数学模型。
(2)假定控制阀为气开式,试确定各控制器的正/反作用。
(1)
(2)均为反作用
(7-4)
前馈-反馈控制系统与串级控制系统有时很相似,试问如何区分它们?
试分析下图所示的两个系统各是什么系统?
说明理由。
答:
串级控制系统的副控制回路在主控制回路中间串联,而前馈-反馈控制系统是虽然有负反馈,但不是串进主回路的。
前馈-反馈控制系统的前馈是对输入通道的扰动进行直接克服,而不是产生影响之后才进行克服。
a是前馈-反馈,b是串级。
理由:
因为a图中有直接对原料油的控制回路,可以提前消除原料油的扰动,所以是前馈。
b图是串级控制系统。
第八章特殊控制系统
1.比值控制系统的概念、工艺比值系数与仪表比值系数的含义有什么不同?
比值系数的计算与什么有关?
(并说明二者之间的关系。
)
2.比值控制系统的结构形式,各有什么特点?
3.了解比值系数的计算过程。
第九章解耦控制系统
1.解耦控制系统的概念、结构;
2.相对增益的定义、计算(定义法、直接计算法)
3.利用相对增益进行分析(耦合程度、变量配对)
4.解耦控制系统的设计(前馈、对角阵、单位阵)
5.习题P2599-2~9-3.
部分习题:
1、如图控制系统为(B)
A.单闭环控制系统B.单闭环比值控制系统C.开环比值系统、D、均匀控制系统
例题:
如图所示的反应釜进行的是放热反应,而釜内温度过高会发生事故,因此采用夹套通冷却水来进行冷却,以带走反应过程中所产生的热量。
由于工艺对该反应过程温度控制精度要求很高,单回路控制满足不了要求,需用串级控制。
(1)当冷却水压力波动是主要干扰时,应怎样组成串级?
画出系统结构图。
(2)当冷却水入口温度波动是主要干扰时,应怎样组成串级?
画出系统结构图。
(3)对上述两种不同控制方案选择控制阀的气开、闭形式及主、副控制器的正、反作用。
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