过程控制 - 图文

例5：根据工艺要求选择一测量范围为0~40m3/h的流量计，要求测量误差不超过0.5 m3/h，请确定该仪表的精度等级。 解：同样，先求最大相对百分误差

答：该流量计必须选择1.0级的流量计。

结论：

工艺要求的允许误差 ≥ 仪表的允许误差 ≥ 校验所得到的相对百分误差

例6：某被测温度信号在70～80℃范围内变化，工艺要求测量误差不超过±1％，现有两台温度测量仪表，精度等级均为0.5级，其中一台仪表的测量范围是0～100℃，另一台仪表的测量范围是0～200℃，试问这两台仪表能否满足上 述测量要求。 解：由题意可知，

被测温度的允许最大绝对误差为：|△max|＝70×1％＝0.7℃

测量范围为0～100℃的仪表的最大允许绝对误差为：|△max|1＝100×0.5％＝0.5℃

测量范围为0～200℃的仪表的最大允许绝对误差为：|△max|2＝200×0.5％＝1.0℃ 答：根据上述计算，虽然两台仪表的精度等级均为0.5级，但只有测量范围是0～ 100℃的温度测量仪表才满足本题的测量要求。

二、试说明执行器在过程控制中的作用，并指出执行器的种类及构成；简述如何确定调节阀的流量特性。

答： 执行器的作用：它的作用是接受来自控制器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积，以改变被控参数的流量，控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制，使生产过程满足预定的要求。电动执行器，气动执行器；执行机构，调节机构；1.根据构成控制系统各环节特性确定控制阀工作流量特性。2.要求系统在整个工作范围内开环增益尽可能保持恒定。3.调节阀的增益：KV=dQ/dl

4.根据管道阻力对流量特性的影响，确定理想流量特性曲线。 5.当S值较大（0.6以上）时，直接根据工作特性选用。6. S值较小时，通常采用对数特性阀。7.尽量避免S<0.3。

六.控制器的种类有哪些？其作用是什么？各是由哪几部分组成的？基本的调节规律有哪些，写出它们的数学表达式。控制器的作用方式有哪几种，各是如何工作的。如何确定控制系统所用控制规律。

答：模拟调节器（基地式仪表，DDZ仪表，组件组装仪表）--调节规律由分立元件构成的电路（功能固定）实现；数字调节器（智能调节器，可编程调节器）--调节规律由程序（已固化于功能模块中，可选件）实现；计算机控制器（工控机）--调节规律由程序（按要求编制，修改灵活）实现。控制器的作用：将变送器传送来的测量值与工艺给定值进行比较，根据比较后的偏差按一定的控制模式进行运算，发出一个减少偏差的控制指令传送给执行单元，从而实现自动化。 调节规律----指调节器的输出信号与输入偏差信号随时间变化的规律。在单回路定值控制系统中，由于扰动作用的存在，会使被控变量对给定值产生偏差，此偏差数值上等于被控变量测量值与给定值之差。即： e(t)= y(t)－r(t) 式中e(t)——偏差

y(t)——被控变量的测量值 r(t)——被控变量的给定值

调节器的输出信号是相对于调节器输入信号e的输出的变化量Δu。 如果输入e与输出Δu的变化方向相同，则称调节器为正作用调节器； 如果输入e与输出Δu的变化方向相反，则称调节器为反作用调节器。 调节规律的表示形式——双位调节

调节规律的表示形式——比例调节 (P)

比例调节规律:调节器的输出信号变化量与偏差信号成比例。

式中 e-为调节器的输入;△u-为调节器的输出;KP为比例增益，表征比例控制作用的强弱程度。

工程上常用比例度（或称比例带）δ表示比例作用的强弱,δ越大，比例调节作用越弱，δ越小，比例调节作用越强。

比例调节的特点：及时、快速，缺点是存在静态误差，因此亦称有差调节。 调节规律的表示形式——积分调节 (I) 积分作用微分方程表达式:

传递函数:

式中 TI是积分常数，表示积分速度的大小和积分作用的强弱。 特点：能够消除余差 缺点：滞后调节

调节规律的表示形式——比例积分调节(PI) 微分方程表达式:

在阶跃信号作用下（幅值为A)

可见：PI输出响应由比例和积分两部分组成； 当 t=TI Δu= 2KPA 由此可确定积分常数。

积分时间TI的物理意义：在阶跃信号作用下，控制器积分作用的输出等于比例作用的输出所经历的时间。

积分常数越大，积分作用越弱，反之，积分作用越强。 调节规律的表示形式——微分调节 (D)

理想微分控制器的输出与输入信号的关系为：

在阶跃信号输入的瞬间，控制器的输出为无穷大，其余时间输出为零。 比例微分输出的大小与偏差变化速度及微分时间ＴＤ成正比。 微分时间越长，微分作用越强。

调节规律的表示形式——比例微分调节(PD)

对PID调节器而言，当积分时间TI→∞时，控制器呈PD调节特性。此时输出与输入的关系如式所示。

工业实际使用的比例微分调节(PD)

PD控制优点：能提高系统的响应速度，同时改善过程的动态品质，抑制过渡过程的最大动态偏差，有助于提高系统的稳定性。

PD控制不足之处：一般只适应于时间常数较大或多容过程的调节控制，而不适用于流量、压力等一些变化剧烈的过程。其次，当微分作用太强时会导致系统中的控制阀频繁开启，容易造成系统振荡。

PD控制一般总是以比例动作为主，微分动作为辅。 调节规律的表示形式——比例积分微分调节(PID)

PID控制规律吸取了比例控制的快速反应功能、积分控制的消除余差功 能和微分控制的预测功能，从控制效果看，是比较理想的一种控制规 律。

阶跃响应特性可以看作是PI阶跃响应曲线PD阶跃响应曲线的叠加。 PID三作用控制器虽然性能效果比较理想，但并非任何情况下都可采用 PID三作用控制器。

因为PID三作用控制器需要整定比例度、积分时间和微分时间三个变量， 而在实际工程上是很难将这三个变量都整定到最佳值。

第四章

4.1.2 被控对象特性

自衡性（有或无自衡性：有无自平衡能力） 静特性（静态放大系数K）

动特性（时间特性：时间常数T、滞后时间τ） 负荷特性（负荷变化对特性参数的影响）

K0、T0、τ0为对象特征参数，建模最终目标就是获取此三参数的数值，以便确定所用控制器的特性，达到好的控制指标。

控制通道、干扰通道均有特征参数，合理选择并确定其各自数学模型，以利实现自动控制。