过程工程控制总复习题笔记.doc
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1、-过程控制概论篇1、 变量的字母表示了解 温度:T 压力:P 流量F 液位或料位:L 分析量成分:A 密度:D 重量:W 传感器:T 控制器:C 指示仪表:I2、 控制系统的组成填空 1被控对象 2测量变送器 3执行器 4控制器调节器常规单回路控制系统1、 控制系统的分类按给定值是否变化分 1定制系统:给定值变化为零 2随动系统:设定值变化 3程序控制系统:设定值按一定的程序变化是随动系统的一种特殊情况1、 常规单回路构造框图2、 控制系统的性能指标1衰减比用于经历法进展参数诊定,是衡量过渡过程稳定程度的动态指标:前后两个相邻波峰值之比 n=1:等幅震荡 n1:衰减震荡 n1:发散震荡 n一般
2、取4:110:12超调量衡量随动系统: 最大动态偏差衡量定值系统:最大振幅与最终稳态值之和的绝对值3余差:过度过程终了时新稳态值与设定值之差 反映控制准确度的稳态指标 积分作用可以消除余差4调节时间:被控变量进入新稳态值附近正负5%或正负2%以内的区域所需的时间; 反映系统的快速性5震荡频率:震荡周期的倒数 注意:震荡频率一定,衰减比越大,调节时间越短 衰减比一定,振荡频率越高,调节时间越短 结论:振荡频率也可以衡量系统的快速性6峰值时间:第一次到达最大值或最小值的时间,可以反映系统快速性 7上升时间:从稳态值的10%上升到90%所需要的时间,可以反映系统快速性3、 工业中典型被控过程 1纯滞
3、后过程:*些过程在输入变量改变后,输出变量并不立即改变,而要经过一段时间才反映出来的过程; 纯滞后时间:输入变量变化后,看不到系统对其作出响应的这段时间; 自衡:输入发生变化时,无需外加任何控制作用,过程能够自发的趋于新的平衡状态; 无自衡:输入发生变化时,过程不能够自发的趋于新的平衡状态; 2单容过程 有自衡和无自衡 3多容过程4、 工业中常用的数学模型教授特地强调的记 1一阶惯性环节 2二阶惯性环节 3一阶惯性环节+纯滞后 4二阶惯性环节+纯滞后5、 对象特性对控制质量的影响很重要记对象静态特性分析:1对系统静态或动态控制质量都有害静态质量:控制质量动态质量:动态控制质量2) 大些好控制作
4、用灵敏,控制干扰能力强;不能太大,超过一定界限会造成灵敏度过高,会破坏系统稳定性;在前向通道与串联,调整,在一定范围内可以补偿,到达控制过程的最正确配合;对象动态特性分析:1) 干扰通道:2) 干扰通道:几乎不影响控制质量3) 干扰通道位置:干扰输入位置尽可能的远离检测点,向控制阀靠近;4) 控制通道 :大小反映了系统动态过程控制作用的强弱太大:操作反映慢、控制作用弱、稳定性好太小:控制作用太灵敏。操作频繁、易产生震荡结论:实际中希望小些,有利于快速克制扰动,缩短过度过程时间,通过优化控制器积分时间或微分时间可以减小;5) 控制通道:常用/来衡量0.1:可以不采用时滞补偿 0.51.5:必须采
5、用时滞补偿 6、 测量变送环节对控制质量的影响 测量误差:仪表本身误差、安装不当引起误差、测量的动态误差 测量变送环节的滞后:通道时间常数和减小可以使频率提高,稳定裕度增加,过渡过程面积减小;减小可以提高控制质量,可以减小动态误差 测量变送环节对控制质量的影响主要表达在检测元件的滞后和信号传递的滞后;解决方法:1选择快速测量元 2引入微分环节7、 控制阀环节在控制系统中的考虑(很重要)掌握如何选择 气开阀:输入压力增大,阀门开度增大,有气则开 气关阀:输入压力增大,阀门开度减小,有气则关 无气源时,气开阀全关,气关阀全开1) 选择原则 假设无气源时,希望阀全关,则应选择气开阀 假设无气源时,希
6、望阀全开,则应选择气关阀8、 控制阀的流量特性填空题 1快开流量特性 2直线流量特性 3抛物线流量特性 4等百分比流量特性9、 控制阀口径的选择1在正常工况下,应保证控制阀工作于15%85% 2控制阀口径选择过小,控制阀可能运行到全开的非正常状态,使系统处于暂停失控; 3控制阀口径选择过大,阀门经常处于小开度,此时流体对阀芯阀座冲蚀严重,同时阀芯由于受不平衡力的作用,产生震荡现象,甚至控制失灵; 4控制阀口径的选择使用流通能力C值得正确计算来确定 5控制阀的构造形式:直通单座阀、直通双座阀、角型阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、小流量阀、套筒阀10、 工业控制器控制规律的选取PID1控制算法 P: P
7、I: PD: PID: 2PID参数对控制性能的影响很重要比例调节依据偏差的大小来动作:在系统中起着稳定被调参数的作用,输入与输出偏差成正比,比例调节及时有力,但有余差。比力度越大,放大倍数越小,比例调节作用就越弱,过渡过程曲线越平缓,但余差也越大,比例作用太强时会引起震荡; 积分调节依据偏差是否存在而动作:在系统中起着消除余差的作用,输入输出偏差对时间的积分成正比,只有余差消失时,积分作用才停顿,但积分作用使最大偏差增大,延长了调节时间,积分时间越小,积分速度越快,积分特性曲线斜率越大,积分作用越强,消除余差越快,但积分作用太强时,也会引起震荡;微分调节依据偏差变化速度来动作:在系统中起着超
8、前调节的作用,输出与输入偏差变化速度成正比。其效果是阻止被调参数的一切变化后,对滞后大的对象有很好的效果,它使调节过程偏差减小,时间缩短,余差也减小但不能消除,微分时间越大,微分作用越弱,稳定性得到加强 ,但对高频噪声起放大作用。因而,积分作用不适合用于噪声较大的对象,积分作用太强时,也会引起震荡。 3PID的参数诊定填空题 经历法、临界比例度法、衰减震荡法4工业PID控制器的选择很重要 流量系统:PI,比例度要大,积分时间可小 液位系统:纯比例,比例度要大 压力系统:PI 温度系统:PID,积分时间较大,微分时间约为积分时间的系统参数/min/min温度20-603-100.5-3流量40-
9、1000.1-1压力30-700.4-3液面20-8011、被控变量与操纵变量的选择被控变量的选择1选择会超越设备能力和操作约束的输出变量作为被控变量,可使被控变量保持在操作约束范围内;2使所选变量和操纵变量之间的传递函数比拟简单,并具有较好的动态和静态特性;3比拟容易测量且快速可靠,测量仪表的时间常数应该足够小,以满足系统的需要;4有时控制目标不可测量,可采用推理控制,由易于测量而又可靠且与控制目标有一定关系的辅助输出变量推算出不可测输出变量作为被控变量;操纵变量的选择1) 选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为操纵变量,即操纵变量到被控变量的控制通道的增益要大;2应选择输入变量对被控
10、变量作用效应较快的作为操纵变量,这样控制的动态响应较快;3应选择输入变量中变化范围较大的,这样被控变量较易控制;4使尽量小;可能会考的题目填空题:A:常规单回路控制系统模块一:关于系统性能指标的题目很重要1、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n、超调量和过渡时间);静态质量指标有稳态误差;2、超调量用来衡量随动系统,最大动态偏差用来衡量定值系统;3、*调节系统采用比例积分作用调节器,在参加微分作用的后,最大偏差A减小余差C不变调节时间ts缩短稳定性n提高;4、过渡过程的品质指标有最大偏差、衰减比、余差和过渡时间等;5、在过程控制系统过度过程的质量指标中,最大偏差反映系统在控制过程中被控变量偏
11、离设定值的程度,余差描述系统的准确性,超调量是过渡过程曲线超出新稳态值的最大值,衰减比是表示衰减震荡过程的衰减程度;二:关于PID控制规律的题目很重要1、控制系统引入积分作用是为了消除余差,但积分的引入会使系统产生振荡现象,引入微分作用是为了克制容量滞后;2、*调节系统采用比例积分作用调节器,先用纯比例调整到适宜的调节输出,在参加积分作用的过程中,应减小调节器的放大倍数;3、使用PID控制器对被控对象进展控制时,控制器增益越大,调节作用越强,系统的余差越小,最大偏差越小,稳定性变差;积分时间越小,积分作用越弱,系统稳定性变差,系统余差为0;微分时间越大,微分作用越强,系统稳定性变好;4、积分作
12、用的优点是可消除稳态误差/余差,但会使系统稳定性下降;5、控制系统引入积分作用是为了消除余差,但积分的引入会使系统不稳定,引入微分作用是为了克制容量滞后。*调节系统采用比例积分作用调节器,先用纯比例调整到适宜的调节输出,在参加积分作用的过程中,应减小放大倍数;6、调节器的Kc值愈大,表示调节作用越强,Ti值愈大,表示积分作用减弱,Td值愈大表示微分作用增强;7、由于微分调节规律有超前作用,因此调节器参加微分作用主要是用克制容量滞后;8、调节器的根本控制规律有比例控制规律、比例积分规律、比例微分规律、比例积分微分规律等四种类型;9、比例控制规律的优点是控制及时、积分控制规律的优点是消除余差、微分
13、控制规律的特点是超前控制。三:关于对象静动态特性对控制质量的影响的题目很重要1、从理论上讲,干扰通道存在纯滞后,不影响控制系统的控制质量;2、控制通道的时间常数的大小,反映了控制作用对系统动态过程的影响的快慢,越小,控制作用越及时,过度过程越快,有利于提高系统的稳定性;3、如果对象扰动通道增益增加,扰动作用增强,系统的余差增大,最大偏差增大;4、描述被控对象特性的参数是放大系数、时间常数和滞后时间;5、表示调节器的比例度参数,其值越小,比例控制作用越强。假设其值太小的话,控制系统可能发生发散振荡;6、反响对象特性的参数有放大倍数、时间常数和纯滞后时间;7、控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程
14、的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响愈弱;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量愈好;干扰通道的纯滞后对调节质量无影响;8、选择控制方案时,总是力图使调节通道的放大倍数增益增大,干扰通道的放大倍数增益减小;9、控制对象的调节通道的动态特性对过渡过程的影响是:调节通道时间常数愈大,则响应愈慢,但调节通道时间常数过小,易产生振荡问题;调节通道的纯滞后使过渡过程质量变差;10、扰动通道静态放大系数越大,则系统的稳态误差越大。控制通道的静态放大系数越大,表示控制作用越灵敏,克制扰动能力越强。四:其他的题目1、简单控制系统由变送器、被控对象、调节器和执行器四个环节组成;2、工业中常用的数学模型有
15、一阶惯性环节、二阶惯性环节、一阶惯性环节+纯滞后和二阶惯性环节+纯滞后;3、控制阀的选择包括构造材质的选择、口径的选择、流量特性的选择和正反作用的选择;4、调节阀的流量特性有快开等百分比抛物线和直线,流量特性的选择主要与广义对象特性相匹配;5、被调介质流过阀门的相对流量(Q/Qma*)与阀门相对行程(l/L)之间的关系,称为调节阀的(流量)特性;假设阀前后的压差保持不变时,上述关系称为(理想)特性;实际使用中,阀前后的压差总是变化的,此时上述关系为(工作)特性。6、自动调节系统常用参数整定方法(经历法),(衰减曲线法),(临界比例度法),(反响曲线法);7、执行器按其能源型式可分为气动,电动,
16、液动三大类;8、气动执行器由执行机构和调节机构两个局部组成;9、被控变量是指工艺要求以一定的精度保持恒定或随*一参数的变化而变化的参数;10、测量变送环节对控制质量的影响主要表达在检测元件的滞后和信号传递的滞后;11、简单控制系统的工程整定法由经历法,简单方便,工程实际中广泛采用的一般有经历凑试法、衰减曲线法、临界比例度法和响应曲线法;12、过程控制的根本性能要求有稳定性、准确性和快速性;13、在闭环控制系统中,按照设定值的不同形式可分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统;13、控制器的正反作用的形式取决于被控对象、控制阀变送器的静态放大系数;14、在简单控制系统中,被控变量的选择有两种
17、方法直接参数法和间接参数法;15、过程控制系统的主要任务是:对生产过程中的重要参数温度、压力、流量、物位、成分、湿度等进展控制,使其保持恒定或按一定规律变化;16、被调介质流过阀门的相对流量与阀门相对行程之间的关系称为调节阀的流量特性;假设阀前后压差保持不变时,上述关系称为理想流量特性,实际使用中,阀门前后的压差总是变化的,此时上述关系为工作流量特性;17、过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分等这样的一些过程变量的系统;18、表示过程控制系统控制关系的方框图,两个框之间的带箭头联;系表示其相互关系和信号传递方向,但是不表示方框之间的物料关系;19
18、、正作用执行机构是指当输入气压信号增加时,阀标向下移动;反作用执行构造是指当输入气压信号增加时,阀标向上移动;20、正作用调节器的测量值增加时,调节器的输出亦增加,其静态放大倍数取负值。反作用调节器的测量值增加时,调节器的输出减小,其静态放大倍数取正值;21、气开式调节阀,其静态放大倍数取负,气关式调节阀,其静态放大倍数取正;22、控制阀的选择主要从构造类型、流量特性、口径和作用方式四个方面考虑;23、定值控制系统的过度过程有非周期发散过程、非周期衰减过程、发散震荡过程、衰减震荡过程和等副震荡过程;工业中一般要求为衰减震荡过程,随动系统一般为单调过程;B:复杂控制系统模块1、常见的比值控制系统
19、有开环比值、单闭环比值、双闭环比值和串级比值;2、常见的复杂控制系统有串级控制、前馈控制、比值控制、均匀控制、分程控制和选择控制;3、防积分饱和的方法有对控制器的输出限幅、限制控制器的积分局部输出和积分切除法;4、串级控制系统能够迅速克制进入副回路的扰动,改善主控制器的广义对象特性,容许副回路内个环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质;5、串级控制系统的扰动有一次扰动、二次扰动、一二次扰动并存;6、串级控制系统副调节器具有粗调的作用,主控制器具有细调的作用;7、串级控制系统的主环是定值系统,副环是随动系统;8、串级控制系统的副被控变量的选择原则是主要扰动作用在副对象上、使副对象
20、包含更多的扰动、主副对象的时间常数不能太接近;9、串级控制系统中主控制器应选用PI或PID控制规律,副控制器应选用P控制规律;10、串级均匀控制系统的整定方法有经历法和停留时间法;11、串级调节系统,一般情况下主回路选择PID或PI调节规律调节器,副回路选用P调节规律调节器;如果副回路采用差压法测流量,应采用开方器补偿;11、串级控制系统主回路一般是一个定值控制系统,副回路一般是一个随动控制系统;12、串级控制系统能迅速克制进入副回路的扰动,改善主控制器的广义对象特性,容许副回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质;13、常见的均匀控制系统的组成构造有简单均匀控制系统、串
21、级均匀控制系统、双冲量均匀控制系统;14、在比值控制系统中,保持比值关系的两种物料必有一种处于主导地位,这种物料称为主导物料,另一种物料则跟随它的变化,并能保持流量的比值关系,则称为从动物料;15、双闭环控制系统是有一个(定制控制)的主流量回路和一个跟随主流量变化的副流量控制回路组成;16、比值控制系统按性质可分为定比值控制和变比值控制;17、定值控制系统是按偏差进展控制的,而前馈控制是按扰动进展控制;的;前者是闭环控制,后者是开环控制。18、设计分程控制的目的是扩大控制阀的可调范围、满足工艺的要求;19、分程控制属于单回路控制系统,特点是阀多且分程;20、往复泵的控制方案有改变原动机的转速、
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