第一章 自动控制系统的基本概念
1、化工自动化的主要内容：自动检测系统、自动信号和连锁保护系统、自动操纵及自动开
停车系统、自动控制系统。 2、自动控制系统能在没人直接干预的情况下，自动地排除各种干扰因素对工艺参数的影响，
使它们始终保持在预先规定的数值上，保证生产维持在正常或最假的工艺操作状态。 3、自动控制系统的基本组成：被控对象及自动化装置，其中自动化装置又包含测量原件与
变送器、控制器和执行器。
4、自动控制系统的方块图：每个方块都代表一个具体装置，方块与方块之间的连接代表方
块之间的信号联系，方块之间连接线的箭头代表信号作用的方向。
5、自动控制系统是具有被控变了负反馈的闭环系统。而自动检测、自动操纵等系统是开环
系统。
6、反馈控制方式是按偏差进行控制的，其特点是不论什么原因使被控变量偏离期望值而出
现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控变量与期望值趋于一致。
7、按被控变量的给定值是否变化和如何变化分类，自动控制系统可分为定值控制系统、随
动控制系统和程序控制系统。
8、自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态；把被控变量随
时间变化的不平衡状态称为系统的动态。
9、静态是指系统中各信号的变化率为零，即信号保持在某一常数不变化，而不是物料不流
动或能量不交换。
10、自动控制系统在静态时，生产还在进行，物料和能量仍然有进出，只是平衡进行没有
改变就是了，这与习惯上所说的静止是不同的。
11、系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。 12、系统中过渡过程中，被控变量随时间变化的。
13、自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程的基本形式：非周期振荡过程、衰减振荡
过程、等幅振荡过程和发散振荡过程。 14、衰减振荡的过渡过程的品质指标如下： 最大偏差：被控变量偏离给定值的最大数值。 超调量：被控变量偏离新的稳定值得最大数值。 衰减比:前后相邻两个峰值的比。
余差：当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳定值与给定值之间的偏差。
过渡时间：理论上是指从干扰作用发生时刻起，到系统重新建立新的平衡为止，过渡过程
所经历的时间。
P16-11 （1）方块图如下：
（2）被控对象为反应器；被控变量为反应器内温度；操纵变量为冷却水流量；可能干扰为
A、B物料的流量、温度、浓度、冷却水的温度、压力及搅拌器的转速等。
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P16-17 何为阶跃作用？为甚经常采用阶跃作用作为系统的输入作用形式？
答：阶跃作用：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系统上，并保持在这个幅度。 采用阶跃干扰的原因：阶跃干扰比较突然，比较危险，对被控变量的影响也最大。如
果一个控制系统能够有效克服阶跃干扰，对其他比较缓和的干扰也一定很好地克服。阶跃干扰形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。 P16-21 答：最大偏差A=950-900=50℃； 超调量B=950-908=42℃；
衰减比n=B：B′=42：(918-908)=4.2：1； 振荡周期T=45-9=36min； 余差C=908-900=8℃； 过渡时间为47min；
∵最大偏差=50℃＜80℃，∴满足工艺要求。 P16-22 答：（1）方块图：
（2）被控对象：蒸汽加热器；被控变量：出口物料温度；操纵变量：加热蒸汽流量；可能
的干扰：进料流量、进料温度、加热蒸汽压力等。 （3）最大偏差A=81.5-81=0.5℃；
衰减比n=B：B′=(81.5-80.7)：(80.9-80.7)=4：1； 余差C=80.7-81=－0.3℃。
第二章
1、被控对象的特性：指被控对象输入与输出之间的关系。
2、对象的输入量具有控制作用和扰动作用，输入量是被控变量。
3、对象特性的数学描述称为对象的数学模型。数学模型的表达式可分为非参量模型和参量
模型两大类。
4、静态数学模型描述的是对象有静态时的输入量与输出量之间的关系。 5、动态数学模型描述的是对象在输入量改变以后输入量的变化情况。 6、对象的输入变量至输出变量之间的信号联系称为通道。
7、控制作用至被控变量的信号联系称控制通道；干扰作用至被控变量的信号联系称为干扰
通道。
8、机理建模是通过对对象或生产过程的内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学变化
的规律，在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程。 9、实验建模是在所要研究的对象上，人为的施加一些输入作用（输入量），然后用仪表测
取并记录表征对象特征的物理量（输出量）随时间的变化规律，即得到一系列实验数据或实验曲线，然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。
10、系统辨识：应用对象的输入输出的实测来决定其模型的的结果和参数。
11、参数估计：在已知模型结果的基础上，通过实测数据来确定其中的某些参数，称为参
数估计。
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12、放大系数在数值上对象处于稳定状态时的变化量与输入的变化量之比。由于放大系数
反应的是对象处于稳定状态下的输出与输入之间的关系，所以是描述对象的静态特性参数。
13、时间常数是指当对象收到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新
的稳态值所需的时间.(或当对象收到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值得63.2%所需的时间）。时间常数反应被控变量变化快慢的参数，因此它是一个重要的动态参数。
14、滞后时间是纯滞后和容量滞后的总和。滞后时间是反应对象收到输入作用后，输出不
能立即、迅速变化的现象，它是描述对象动态特性的参数。输出变量的变化落后与输入变量的变化的时间称为纯滞后时间，它的产生一般由于介质的输送或热量的传递需要一段时间引起的。
15、容量滞后：有些对象收到阶跃输入作用后，被控变量开始变化很慢，后来才逐渐加快，
最后又变慢直至逐渐接近稳定值。它一般由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。
P33-11 已知一个对象特性具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为5，放大系数为10，纯滞
后时间为2，试写出描述该对象特性的一阶微分方程式。 解：一阶微分方程式，T=5，K=10，τ=2。
dy(t)?y(t)?10x(t) 无滞后时为：5dt又因为：y(t)?y?(t?2)
dy(t?2)?y?(t?2)?10x(t) 所以滞后时间为：5?dtP33-14 解：另输入量x??Q，输出量y??ToC
y(150?120)?60； ∴放大系数K??x(3.0?2.5) 又由图（b)知纯滞后时间??2min
无滞后时一阶对象输出表达式为：y(t)?60?0.5(1?e?t/T)； 有滞后时一阶对象输出表达式为：y?(t)?60?0.（51?e?(t?2)/T)。
第三章
?max??100%?max?100%
测量范围的上限-测量范围的下限A2、仪表的允许误差的定义：在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值。
?max允仪表允许的最大绝对误差值?允???100%???100%
测量范围的上限?测量范围的下限A3、仪表的精度等级值越小，则仪表的精度值等级越高。 4、立体：P35 例1 例2
最大绝对差值?100% 5、变差的定义：变差?A6、选择仪表时，仪表的变差不能超出仪表的允许误差。
7、按仪表的组成形式分类，仪表可以分为基地式仪表和单元组合仪表。 QDZ气动单元组合
仪表 DDZ电动单元组合仪表
8、将被测参数转换为一定的便于传送信号的仪表通常称为传感器；当传感器的输出为单元
组合仪表中规定的标准信号时，通常称为变送器。
1、相对百分误差的定义：?? - 3 -
9、当前通用的标准信号：电流4-20mA ;电压1-5V，压力0.02-0.1MPa。
x?xmin10、变送器的理想输入特性：y?(ymax?ymin)?ymin
xmax?xmin例：有一台DDZ-Ш型两线制差压变送器，已知其测量范围为20~100KPa，当输入信号为
40KPa时，变送器的输出信号是多少？
解：由当前通用的标准信号：电流4~20mA;电压1~5V；压力0.02~0.1MPa 对应的DDZ压差变送器的测量范围是20~100KPa 故当输入信号为40KPa时对应的电流为8mA
11、变送器的量程调整：目的是使变送器的输出信号上限值与测量范围的上限值相对应；
它相当于改变了变送器输入输出特性的斜率，也就是改变变送器的输出信号与输入信号之间的比例系数，实质是改变了放大倍数。
12、变送器的零点调整和零点迁移：目的是使变送器的输入信号下限值与测量范围的下限
值相对应；零点调整使变送器的测量起始点为零，零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一正值（正迁移）或负值（负迁移）。实质是量程不变，测量范围平移。 13、绝对压力、表压、真空度的关系。
P表压?P绝对压力-P大气压力 ； P真空度?-P表压
14、弹性式压力计是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。如弹簧管压力计、
膜式压力计等。
15、弹簧管压力计中的测量元件是弹簧管，它把通入的压力转换为自由端相应大小的位移。 16、应变片式压力传感器是利用电阻应变原理制成的；压阻式压力传感器是利用单晶硅的
压阻效应而制成的。
17、霍尔片式压力传感器是利用霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性
元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。
18、力矩平衡式压力变送器是一种典型的自平衡检测仪表，它利用负反馈的工作原理使仪
表具有较高的测量精度。DZZ-Ш型系列其输出电流为4~20mA直流电流。 19、力矩平衡式压力变送器是按力矩平衡工作原理工作的。
20、电容式压力变送器是先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量的。其输出
电流是4~20mA的直流电流。
21、压力计的选用：需要考虑仪表类型、仪表测量范围和仪表的精度等级。
例：某台往复式压缩机的出口压力范围是25~28MPa，测量误差不得大于1MPa。工艺上要
求就地观察，并能高低限报警，试正确选择一台压力表，指出型号、精度与测量范围。 解：由于往复式压缩机出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为： P1?Pmax?2?28?2?56MPa
根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录一，可查的选用YX—150型电
接点压力表，测量范围0~60MPa。
251?，故被测压力的最小值不低于满量程的1/3，这是允许的。 由于由于
6031 另外，根据误差的要求，可算得允许误差为?100%?1.67%
60 精度等级为1.5级得仪表完全符合误差要求。
22、速度式流量计是一种测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表； 容积式流量计是一种以单位时间内所排除的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流
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