1、過(guò)程控制系統(tǒng)試題庫(kù)勾厚政編輯宿遷學(xué)院機(jī)電系自動(dòng)化學(xué)科2011年6月3日星期五第一章緒論1.1.過(guò)程控制(英文:Process Control通常是指連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制,是自動(dòng)化技術(shù)最重要的組成部分之一1.1-1.過(guò)程控制是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱,泛指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中的連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制,是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。1.1-2.連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的特征是:生產(chǎn)過(guò)程中的各種流體,在連續(xù)(或間歇的流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行著物理化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)換或傳遞。1.1-3.從控制的角度,通常將工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程分為三類,即:連續(xù)型、離散型和混合型。過(guò)程控制主要是

2、針對(duì)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程采用的控制方法。1.1-4.過(guò)程控制的主要任務(wù)是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制“工業(yè)四大參數(shù)”是:溫度、壓力、流量、物(液位的自動(dòng)控制,使其保持恒定或按一定規(guī)律變化,在保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全的前提下,使連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)地進(jìn)行下去。1.1-5.過(guò)程控制系統(tǒng)的定義:為實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)工藝參數(shù)的自動(dòng)控制,由相互聯(lián)系、制約的一些儀表、裝置及工藝對(duì)象、設(shè)備構(gòu)成的一個(gè)整體1.1-6.在討論控制系統(tǒng)工作原理時(shí),為清楚地表示自動(dòng)控制系統(tǒng)各組成部分的作用及相互關(guān)系,一般用原理框圖來(lái)表示控制系統(tǒng)。1.1-7.過(guò)程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是:對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)(溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度等進(jìn)行控制,

3、使其保持恒定或按一定規(guī)律變化。1.1-8.過(guò)程控制的特點(diǎn):.控制對(duì)象被控過(guò)程復(fù)雜、控制要求多樣.控制方案豐富多彩.控制過(guò)程大多數(shù)屬于慢過(guò)程與參數(shù)控制.定值控制是過(guò)程控制的主要形式.過(guò)程控制系統(tǒng)由規(guī)范化的、系列化的檢測(cè)與控制儀表或自動(dòng)化裝置組成1.2.過(guò)程控制的發(fā)展概況1.2-0.過(guò)程控制的發(fā)展歷程,就是過(guò)程控制裝置(自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)的發(fā)展歷程1.2-1.過(guò)程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程1.局部自動(dòng)化階段(20世紀(jì) 5060年代:自動(dòng)化儀表安裝在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備上,只具備簡(jiǎn)單的測(cè)控功能2.模擬單元儀表控制階段(20世紀(jì)6070年代:控制儀表集中在控制室,生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各處的參數(shù)通過(guò)統(tǒng)一的模擬信號(hào),送往控制室。

4、操作人員可以在控制室監(jiān)控生產(chǎn)流程各處的狀況。3.集散控制階段(20世紀(jì)70年代中期至今1.2-2.過(guò)程控制策略與算法發(fā)展1.3.過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.3-1.干擾階躍響應(yīng)和給定階躍響應(yīng)的區(qū)別:1.3-2.系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項(xiàng)性能指標(biāo).衰減比、衰減率 衰減比:(2131B B y y n =;n 取整數(shù),習(xí)慣上常表示為1:n ,例如1:4、1:10 衰減率:ny y y y y 11113131-=-=-= .最大動(dòng)態(tài)偏差、超調(diào)量最大動(dòng)態(tài)偏差:1y超調(diào)量:%100(1=y y .殘余偏差:系統(tǒng)設(shè)定值r 與穩(wěn)態(tài)值(y 的差值,即(-=y r e.調(diào)節(jié)時(shí)間、峰值時(shí)間、振蕩頻率調(diào)節(jié)時(shí)間:S t峰值時(shí)

5、間:p t振蕩頻率:1.3-3. 系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性能指標(biāo).偏差積分IE (Integral of Error .絕對(duì)偏差積分IAE(Integral Absolute value of Error.平方偏差積分ISE (Integral of Squared Error .時(shí)間與絕對(duì)偏差乘積積分ITAE(Integral of Time multiplied by the Absolute value of Error1.3-4-1.某換熱器的溫度控制系統(tǒng),給定值為200 。在階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如圖所示。試求最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間。 解:最大偏差:A = 23

6、0-200 = 30;余差: C= 205-200 = 5;衰減比: n = y1: y3 = 25:5 = 5:11.3-4-2.某被控過(guò)程工藝設(shè)定溫度為900,要求控制過(guò)程中溫度偏離設(shè)定值不得超過(guò)80?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的定值溫度控制系統(tǒng),在最大階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如下圖,試求最大動(dòng)態(tài)偏差、衰減比、振蕩周期,該系統(tǒng)能否滿足工藝要求? 解:最大動(dòng)態(tài)偏差:50900950=-=A衰減比:5105090091090095031=-=y y n 振蕩周期:min 36945=-=T50<80!能滿足工藝要求。1.3-4-3.某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定的操作溫度為(900±10,考慮安全因素,

7、要求控制過(guò)程中溫度偏離設(shè)定值不得超過(guò)80。現(xiàn)設(shè)計(jì)的定值溫度控制系統(tǒng),在最大階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如下圖,試求最大動(dòng)態(tài)偏差、衰減比、振蕩周期,該系統(tǒng)能否滿足工藝要求? 解:最大動(dòng)態(tài)偏差:50900950=-=A 衰減比:2.4104290891890895031=-=y y n 振蕩周期:min 40545=-=T余差: 8900908=-=C 50<80!能滿足工藝要求。過(guò)渡過(guò)程時(shí)間:47min1.3-4-4.某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定的操作溫度為(800±10,考慮安全因素,要求控制過(guò)程中溫度最高值不得超過(guò)850。現(xiàn)設(shè)計(jì)的定值溫度控制系統(tǒng),在最大階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如

8、下圖,試求最大動(dòng)態(tài)偏差、余差、衰減比、過(guò)渡時(shí)間(±2%!和振蕩周期,該系統(tǒng)能否滿足工藝要求? 解:最大動(dòng)態(tài)偏差:45800845=-=A 余差: 5800805=-=C 衰減比:14104080581580584531:=-=y y n 過(guò)渡過(guò)程時(shí)間:25min振蕩周期:min 13720=-=T 5<10!能滿足工藝要求。1.3-4-5.某發(fā)酵過(guò)程工藝規(guī)定的操作溫度為(40±2,考慮發(fā)酵效果,要求控制過(guò)程中溫度偏離給定值最大不得超過(guò)6?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的定值溫度控制系統(tǒng),在階躍擾動(dòng)作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如下圖,試求最大偏差、衰減比、余差、過(guò)渡時(shí)間(±2%!和振蕩周期,

9、該系統(tǒng)能否滿足工藝要求? 解:最大動(dòng)態(tài)偏差:54045=-=A 余差: 14041=-=C 衰減比:14144142414531:=-=y y n 過(guò)渡過(guò)程時(shí)間:23min振蕩周期:min 13518=-=T 5<6!能滿足工藝要求。補(bǔ)充思考題與實(shí)用題1.(王:1-2什么過(guò)程控制系統(tǒng)?典型過(guò)程控制系統(tǒng)有哪幾部分組成?(厲:P1-1、2什么是化工自動(dòng)化?化工自動(dòng)化主要包括哪些內(nèi)容?(厲:P1-3自動(dòng)控制系統(tǒng)怎樣組成?參考答案:過(guò)程控制(Process Control是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱。泛指石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)

10、控制,是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。在化工(生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備(裝置上,配備一些自動(dòng)化裝置,代替操作人員的部分直接勞動(dòng),是生產(chǎn)在不同程度上自動(dòng)進(jìn)行,這種用自動(dòng)化裝置來(lái)管理(化工生產(chǎn)過(guò)程的辦法,稱為(化工生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。(化工生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化,一般包括自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)操縱、自動(dòng)保護(hù)和自動(dòng)控制等方面的內(nèi)容。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由兩大部分組成:一部分是起控制作用的全套自動(dòng)化裝置,對(duì)于使用常規(guī)儀表的的過(guò)程控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō),它包括檢測(cè)元件及變送器、控制器、執(zhí)行器等;另一部分是受自動(dòng)化裝置控制的被(受控對(duì)象2.(王:1-4說(shuō)明過(guò)程控制系統(tǒng)的分類方法,通常過(guò)程控制系統(tǒng)可以分哪幾類?(厲:P1-7根據(jù)設(shè)定值的形式,閉環(huán)控制系統(tǒng)可

11、以分哪幾類?參考答案:過(guò)程控制系統(tǒng)的分類方法很多,通常使用的“大”類分類方法有兩種:按設(shè)定值的形式不同劃分,按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分類。根據(jù)設(shè)定值的形式,閉環(huán)控制系統(tǒng)可以分三類:定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分類:開(kāi)環(huán)系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。第二章 過(guò)程檢測(cè)與變送儀表2.1 檢測(cè)儀表的基本技術(shù)指標(biāo)2.1-1.真值t x :被測(cè)量物理量客觀存在的真實(shí)數(shù)值。許多物理量的真值是按國(guó)際公認(rèn)的方式認(rèn)定的,即使用“認(rèn)定設(shè)備”的檢測(cè)結(jié)果作為真值。通常,個(gè)個(gè)國(guó)家或國(guó)際組織將其法定計(jì)量機(jī)構(gòu)的專用設(shè)備作為“認(rèn)定設(shè)備”、它的檢測(cè)精度在這個(gè)國(guó)家或國(guó)際組織內(nèi)被認(rèn)為是

12、最高的。用這種方法確定的所謂“真值”不是真正意義上的真值,而是一種“約定真值”,一般記為a x ;實(shí)際校驗(yàn)儀表時(shí),用精確度較高的“標(biāo)準(zhǔn)表”所測(cè)得的測(cè)出值作為“標(biāo)準(zhǔn)值”,有人稱之為“傳遞真值”o x ,2.1-2.絕對(duì)誤差=在用儀表(或被校驗(yàn)儀表的測(cè)出值“真值”(或器件銘牌上的標(biāo)稱值; 絕對(duì)誤差的表示:必須有“+”或“”號(hào)、數(shù)值的大小、單位(量綱!絕對(duì)誤差的符號(hào):一般人們使用t x x -=、o x x -=或o a a -=或A a -= 2.1-3.相對(duì)誤差:某測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際相對(duì)誤差:%100=A A 標(biāo)稱相對(duì)誤差:%100=aa 引用誤差滿度相對(duì)誤差:量程測(cè)量范圍:min max x x B

13、 S FS -= 某一個(gè)測(cè)量點(diǎn)滿度相對(duì)誤差:%100=BiFS 模擬連續(xù)輸出儀表在測(cè)量范圍內(nèi)的最大滿度相對(duì)誤差:%100max±=BFSm 2.1-4.具有連續(xù)模擬顯示儀表的基本特性基本誤差:基本誤差是指儀表在“國(guó)家”規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下使用時(shí)出現(xiàn)的誤差;通常與最大滿度相對(duì)誤差密切聯(lián)系;精確度簡(jiǎn)稱精度:國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定了儀表的精度等級(jí)系列數(shù)值,用a 表示:某儀表的精度等級(jí)a 是將該儀表的最大滿度相對(duì)誤差去掉±號(hào)和%號(hào)后取接近的標(biāo)準(zhǔn)系列值例2-1.某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)量范圍為-100700,校驗(yàn)該儀表時(shí)測(cè)得全量程內(nèi)的最大絕對(duì)誤差為+5,要求確定該儀表的精度等級(jí)解:%625.0%10010

14、0(7005+=-+=FSm ;0.1625,05.0校驗(yàn)儀表時(shí)取偏大值,即該儀表的精度等級(jí)為1.0級(jí)。例2-2.選擇一臺(tái)測(cè)量壓力的儀表,測(cè)壓范圍為08MPa ,根據(jù)工藝要求,測(cè)壓示值的誤差不允許超過(guò)±0.05MPa ,要求確定滿足工藝要求的儀表的精度等級(jí)解:%625.0%100805.0±=±=FSm ;0.1625,05.0 選擇儀表時(shí)取偏小值,即該儀表的精度等級(jí)為0.5級(jí)。靈敏度:表示指針(模擬量顯示式測(cè)量?jī)x表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的敏感程度,常以儀表輸出變化量(如指示裝置的直線位移或角位移與引起此輸出變化量(位移的被測(cè)參數(shù)變化量之比表示靈敏限:表示指針式儀表在量程

15、起點(diǎn)處,能引起儀表指針動(dòng)作的最小被測(cè)參數(shù)變化值 對(duì)于數(shù)字式儀表,則用分辨率和分辨力表示靈敏度和靈敏限 分辨力:是指儀表能夠顯示的、最小被測(cè)值。變差:在外界條件不變的情況下,同一儀表對(duì)被測(cè)量進(jìn)行往返測(cè)量時(shí)(正行程和反行程,產(chǎn)生的最大差值與測(cè)量范圍之比稱為變差。2.1-5.測(cè)試題(習(xí)題、補(bǔ)充題 求:該表最大絕對(duì)誤差;儀表的精度;如果工藝要求允許最大誤差為±5,該表是否能用?解: 最大絕對(duì)誤差:+6 儀表的精度:1級(jí)如果工藝要求允許最大誤差為±5,該表1010010001100max =FS S a ,不能用 Y S X=2.(厲:例3-1某一標(biāo)尺為01000的溫度計(jì),出廠前校驗(yàn)

16、數(shù)據(jù)如下: 求:該表最大絕對(duì)誤差;儀表的精度 解: 最大絕對(duì)誤差:+6 儀表的精度:1級(jí)%6.0%10010006%100-=-=FS m FSm S 3.(王2-2一臺(tái)壓力表量程為010MPa ,校驗(yàn)數(shù)據(jù) 求:變差;基本(最大滿度相對(duì)誤差;該表是否符合1級(jí)精度。 解: 變差:0.12%基本(最大滿度相對(duì)誤差:±0.6%; 該表的變差為1.2%,不符合1級(jí)精度?儀表允許變差的數(shù)值應(yīng)等于或小于儀表的精度!照這個(gè)條件該表不符合1級(jí)精度!4.(王2-5有兩塊直流電流表,它們的精度等級(jí)和儀表量程分別為:表1:1.0級(jí)、0250mA ;表2:2.5級(jí)、075mA ?，F(xiàn)在測(cè)量50mA 的直流電流

17、,從準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性考慮,選用哪快表更合適!解:表1:5.21002501100max =FS S a 表2:875.1100755.2100max =FS S a 從準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性考慮,選用表2更合適!5.(王2-13如果某反應(yīng)器最大壓力為1。0MPa ,允許的最大絕對(duì)誤差為0.01MPa ,現(xiàn)用一臺(tái)測(cè)量范圍為01.6MPa 、精度為1級(jí)的壓力表進(jìn)行測(cè)量,問(wèn):能否符合工藝要求?若用一臺(tái)測(cè)量范圍為01.0MPa 、精度為1級(jí)的壓力表進(jìn)行測(cè)量,問(wèn):能否符合要求?解:測(cè)量范圍為01.6MPa 、精度為1級(jí)的壓力表的允許的最大絕對(duì)誤差為:016.01006.11100max =FS S a MPa ,

18、大于0.01MPa ,不能符合工藝要求 測(cè)量范圍為01.0MPa 、精度為1級(jí)的壓力表的允許的最大絕對(duì)誤差為:01.0100.11100max =FS S a MPa ,等于0.01MPa ,從允許的最大絕對(duì)誤差角度,能符合工藝要求,但量程不符合!6.(厲:例3-4如果某反應(yīng)器最大壓力為0.8MPa ,允許的最大絕對(duì)誤差為0.01MPa ,現(xiàn)用一臺(tái)測(cè)量范圍為01.6MPa 、精度為1級(jí)的壓力表進(jìn)行測(cè)量,問(wèn):能否符合工藝要求?若用一臺(tái)測(cè)量范圍為01.0MPa 、精度為1級(jí)的壓力表進(jìn)行測(cè)量,問(wèn):能否符合要求?解:測(cè)量范圍為01.6MPa 、精度為1級(jí)的壓力表的允許的最大絕對(duì)誤差為:016.0100

19、6.11100max =FS S a MPa ,大于0.01MPa ,不能符合工藝要求 測(cè)量范圍為01.0MPa 、精度為1級(jí)的壓力表的允許的最大絕對(duì)誤差為:01.0100.11100max =FS S a MPa ,等于0.01MPa ,從允許的最大絕對(duì)誤差角度,能符合工藝要求,量程也符合!7.某一標(biāo)尺為0500的溫度計(jì),出廠前校驗(yàn)數(shù)據(jù): 求:該表最大絕對(duì)誤差;確定儀表的精度等級(jí);經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后重新校驗(yàn),儀表的最大絕對(duì)誤差為±8,問(wèn):儀表是否還符合原來(lái)的精度等級(jí)?解: 最大絕對(duì)誤差:+6 儀表的精度:1。5級(jí)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后重新校驗(yàn),儀表的最大絕對(duì)誤差為±8,最大滿

20、度相對(duì)誤差:+1。6%,儀表已經(jīng)超過(guò)1。5級(jí),不符合原來(lái)的精度等級(jí)。8.(厲:習(xí)題3-1一臺(tái)壓力表量程為025MPa ,校驗(yàn)數(shù)據(jù) 求:最大誤差;變差;該表是否符合0。5級(jí)精度。 解: 最大誤差:0。15MPa 變差:0。15MPa 、%6.0%1002515.0%100max =FS FSm S ; 該表的變差為0.6,不符合0。5級(jí)精度? 儀表允許變差的數(shù)值應(yīng)等于或小于儀表的精度!9.(厲:習(xí)題3-2某溫度控制系統(tǒng),控制溫度為800,要求絕對(duì)誤差不超過(guò)±7,現(xiàn)選擇一臺(tái)測(cè)量范圍為01200、精度等級(jí)為1。0級(jí)的儀表,問(wèn):是否合適?如果不合適,應(yīng)如何選擇?解:測(cè)量范圍為01200、精度

21、等級(jí)為1。0級(jí)的儀表,其最大誤差:1210012001100max =FS S a ,12大于7,不合適 應(yīng)選擇測(cè)量范圍為01200、精度等級(jí)為0。5級(jí)的儀表610012005.0100max =FS S a ,6小于7,合適2.2 溫度檢測(cè)及儀表2.2-0.溫度是表征物體冷熱程度的物理量。是工業(yè)生產(chǎn)中最普遍而重要的操作參數(shù)。 2.2-1.溫度檢測(cè)方法與儀表概述 2.2-2.熱電偶1.熱電偶是以熱電效應(yīng)為原理的測(cè)溫元件,能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢(shì)信號(hào)(mV 。 特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確可靠、信號(hào)便于遠(yuǎn)傳。一般用于測(cè)量5001600之間的溫度。2.將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路,若兩個(gè)連接點(diǎn)

22、溫度不同,回路中會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)。此電勢(shì)稱為熱電勢(shì)。3.熱電偶回路總電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)疊加而成,稱熱電勢(shì)。由于溫差電勢(shì)很小,熱電勢(shì)基本由接觸電勢(shì)構(gòu)成。4.熱電偶的基本定律均質(zhì)導(dǎo)體定律:熱電偶必須由兩種不同材料的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成。但其幾何形狀截面和長(zhǎng)度等不限。中間導(dǎo)體定律:在熱電偶回路中接入另一種中間導(dǎo)體后,只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同,中間導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路的熱電勢(shì)沒(méi)有影響。中間溫度定律:一支熱電偶在兩接點(diǎn)溫度為t 、t 0 時(shí)的熱電勢(shì),等于兩支同溫度特性熱電偶在接點(diǎn)溫度為t 、ta 和ta 、t 0時(shí)的熱電勢(shì)之代數(shù)和。即E AB ( t ,to = E AB ( t , 0 - E AB

23、 ( to , 0 據(jù)此,只要給出冷端為0時(shí)的熱電勢(shì)關(guān)系E AB ( t ,0 ,便可求出冷端任意溫度時(shí)的熱電勢(shì) 5.熱電偶冷端溫度補(bǔ)償:熱電偶的熱電勢(shì)大小不僅與熱端溫度有關(guān),還與冷端溫度有關(guān)。所以使用時(shí),需保持熱電偶冷端溫度恒定。但實(shí)際使用的熱電偶的冷端和熱端離得很近,使用時(shí)冷端溫度較高且變化較大。為此應(yīng)將熱電偶冷端延至溫度穩(wěn)定處。為了節(jié)約,工業(yè)上選用在低溫區(qū)與所用熱電偶的熱電特性相近的廉價(jià)金屬,作為熱偶絲在低溫區(qū)的替代品來(lái)延長(zhǎng)熱電偶,稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。6.熱電偶冷端溫度的處理:查表法(計(jì)算法、儀表零點(diǎn)調(diào)整法、冰浴法、補(bǔ)償電橋法、半導(dǎo)體PN 結(jié)補(bǔ)償法。7.標(biāo)準(zhǔn)熱電偶:熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差

24、、型號(hào)(分度號(hào)按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(IEC統(tǒng)一規(guī)定。 8.熱電偶的冷端溫度校正:1查表法、2電橋補(bǔ)償法、 2.2-3.熱電阻1.對(duì)于500以下的中、低溫,熱電偶輸出的熱電勢(shì)很小,容易受到干擾而測(cè)不準(zhǔn)。一般使用熱電阻溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行中低溫度的測(cè)量。2.金屬熱電阻測(cè)溫精度高。大多數(shù)金屬電阻阻值隨溫度升高而增大。具有正溫度系數(shù)。3.鉑材料容易提純,其化學(xué)、物理性能穩(wěn)定;測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性好、精度高。被國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定為-259+630 間的基準(zhǔn)器,但線性度稍差,常用于-200+600 溫度測(cè)量。4.鉑電阻的電阻溫度關(guān)系:100(1320t t C Bt At R R t -+= (-2000120Bt At R R t

25、 += ( 0850鉑電阻有兩種分度號(hào):Pt10 , Pt1005.銅電阻價(jià)格便宜,線性度好,但溫度稍高易氧化,常用于-50+100 溫度測(cè)量。銅電阻有兩種分度號(hào):Cu50 ,Cu100 。電阻溫度關(guān)系:10t R R t += (-501506.熱電阻的三線制接法:電阻測(cè)溫信號(hào)通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成電壓時(shí),熱電阻的接線如用兩線接法,接線電阻隨溫度變化會(huì)給電橋輸出帶來(lái)較大誤差,必須用三線接法。2.2-4.集成溫度傳感器:1.集成溫度傳感器將溫敏晶體管和外圍電路集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成,相當(dāng)于一個(gè)測(cè)溫器件。特點(diǎn):體積小、反應(yīng)快、線性較好、價(jià)格便宜,測(cè)溫范圍為-50150。2.集成溫度傳感器按輸出量形式不同,

26、可分為電壓型、電流型和數(shù)字型三類。 2.2-5.溫度顯示與記錄方法與儀表1.動(dòng)圈式指示儀表:可直接與熱電偶、熱電阻配套顯示溫度,是最簡(jiǎn)單的模擬指示儀表。2.數(shù)字式指示儀表3.自動(dòng)記錄儀表4.數(shù)字式指示記錄儀表2.2-6.溫度變送器1.檢測(cè)信號(hào)要進(jìn)入控制系統(tǒng),必須傳遞符合控制系統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。變送器的任務(wù)就是將不標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)信號(hào),如熱電偶、熱電阻的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。2.現(xiàn)代電控系統(tǒng):模擬控制系統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)是: 型:010mA 、010V ;III 型:420mA 、15V 。數(shù)字控制系統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)有:FF 協(xié)議、 HART 協(xié)議等。補(bǔ)充習(xí)題、例題、典型題1.(王2-7用分度號(hào)K 的熱電偶測(cè)

27、量某設(shè)備的溫度,測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)為20.3mV ,熱電偶冷端溫度為30,求設(shè)備的溫度!如果改用分度號(hào)為S 的熱電偶測(cè)量該設(shè)備的溫度,在相同的條件下,測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)為?解: 查表計(jì)算分度號(hào)為K 的熱電偶:23.52010493.21919.21493.21503.21520503.210,30(30,(0,(203.10,30(3.2030,(=-+=+=t E t E t E E t E AB AB AB AB AB 改用分度號(hào)為S 的熱電偶測(cè)量該設(shè)備的溫度259.430,520(173.00,30(432.40,520(=AB AB AB E E E mV 2.(厲-例?用分度號(hào)K 的熱電偶測(cè)量某

28、設(shè)備的溫度,在沒(méi)有采用冷端補(bǔ)償措施的情況下,顯示儀表的指示值為500,而這時(shí)冷端溫度為60。此時(shí)實(shí)際溫度為多少?如果熱端溫度保持不變,設(shè)法使冷端溫度保持為20,此時(shí)顯示儀表的指示值為?解:55710772.22198.23772.22076.23550076.23436.2640.200,(,(0,(436.20,60(0,(640.200,500(,(0000=-+=+=+=t t E t t E t E E t E E t t E 使冷端溫度保持為20 熱端溫度保持不變:557,則4.53810919.21346.22919.21278.22530278.220,(278.22798.00

29、76.230,20(0,557(,(/0=-+=-=-=t t E E E t t E3.(厲-例3-19用分度號(hào)K 的熱電偶測(cè)量某設(shè)備的溫度,測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)為20mV ,熱電偶冷端溫度為25,求設(shè)備的溫度!如果改用分度號(hào)為E 的熱電偶測(cè)量該設(shè)備的溫度,在相同的條件下,測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)為?解:查表計(jì)算分度號(hào)為K 的熱電偶:50910640.20066.21640.2021500210,25(25,(0,(0.10,25(2025,(=-+=+=t E t E t E E t E AB AB AB AB AB改用分度號(hào)為S 的熱電偶測(cè)量該設(shè)備的溫度2.3625,509(5.10,25(7.370,50

30、9(=AB AB AB E E E4.(王2-9(厲:習(xí)題3-16?(厲:例題3-25?用Pt100鉑電阻測(cè)溫,在查表時(shí)錯(cuò)用了Cu100的分度表,查得溫度為140,問(wèn):實(shí)際溫度為多少?“厲”有錯(cuò)誤?Cu100:150164。27;Pt100:164。27168。7解:查Cu100的分度表:14096.159=t R 查Pt100的分度表 96.159=t R 1.157=t 。1.71073.365.21031.15704.16131.15796.159=-5.(厲-例3-?某溫度控制系統(tǒng),最高溫度為700,要求測(cè)量的絕對(duì)誤差不超過(guò)±10,現(xiàn)有兩臺(tái)量程分別為01600、01000的1

31、。0級(jí)溫度檢測(cè)儀表,試問(wèn)應(yīng)該選擇哪臺(tái)儀表更合適?如果兩臺(tái)量程均01000,精度等級(jí)分別為1.0級(jí)和0.5級(jí),那么又應(yīng)該選擇哪臺(tái)儀表更合適?解: 因?yàn)?00max FS S a = 同為1.0級(jí)儀表, 量程為01600的儀表, 161001600100max =FS S a ;量程為01000的儀表, 101001000100max =FS S a 同為量程為01000的儀表,精度為1.0級(jí)的儀表101001000100max =FS S a 已經(jīng)能夠滿足要求;從經(jīng)濟(jì)角度考慮,不必選用0.5級(jí)的儀表。6.(厲:例3-20現(xiàn)用一支鎳鉻銅鎳熱電偶測(cè)量某換熱器的溫度,其冷端溫度為30,顯示儀表為動(dòng)圈儀

32、表、機(jī)械零點(diǎn)為0,這時(shí)儀表顯示值為400,若認(rèn)為換熱器的溫度為430,對(duì)不對(duì)?正確值是多少?解:不對(duì)!熱電偶的熱電勢(shì)是非線性的查表:顯示儀表測(cè)出的毫伏值943.280,400(30,(,(0=E t E t t E mV冷端溫度為30,801.10,30(0,(0=E t E mV熱電偶的熱電勢(shì)744.30801.1943.280,30(30,(0,(=+=+=E t E t E mV查表:422=t 。7.(厲:習(xí)題3-8用鎳鉻鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫,其冷端溫度為30,測(cè)得熱電勢(shì)為33。29mV ,求被測(cè)爐子的實(shí)際溫度?解:查鎳鉻鎳硅熱電偶的分度號(hào)為K 的分度表:285.10,30(=E mV2

33、9.3330,(=t E mV575.34285.129.330,30(30,(0,(=+=+=E t E t E Mv55.831=t 8.(厲:習(xí)題3-9某臺(tái)動(dòng)圈式儀表是與鎳鉻鎳硅熱電偶配套使用的,但錯(cuò)接了鉑銠10鉑熱電偶,儀表指示為201,(冷端溫度為0!問(wèn)實(shí)際溫度為多少?解:查鎳鉻鎳硅熱電偶的分度號(hào)為K的分度表:177.80,201(=E mV查鉑銠10鉑熱電偶的分度號(hào)為S的分度表:8875177.80,(。;=ttE2.3.壓力檢測(cè)及儀表2.3-1.壓力檢測(cè)的方法1.工程上習(xí)慣把垂直作用于作用單位面積上的力稱為“壓力”2.工程中壓力的表示方式有:表壓、負(fù)壓(真空度、差壓、絕對(duì)壓力。3

34、.國(guó)際單位制(SI定義的壓力的單位是“帕斯卡”1Pa =1N/m2、1MPa =106Pa;過(guò)去常用的壓力單位是:1工程大氣壓 = 1kgf /cm2 = 9.80665×104Pa=0.980665 ×105Pa 0.1MPa2.3-2.壓力表的選擇、安裝與校驗(yàn)1.為了合理、經(jīng)濟(jì)使用儀表,儀表的量程不能選得太大,但為了保證測(cè)量精度,一般被測(cè)壓力的最小值不低于儀表滿量程的1/3為宜;同時(shí)為了延長(zhǎng)彈性元件的使用壽命,避免彈性元件因長(zhǎng)期受力過(guò)大而永久變形,壓力計(jì)的上限值應(yīng)該高于被測(cè)量的最大值(量程的3/42/3,留有余量2.儀表精度是根據(jù)工藝生產(chǎn)上所允許的最大測(cè)量誤差max來(lái)確

35、定的。不能認(rèn)為選用的儀表精度越高越好,應(yīng)在滿足工藝要求的前提下,盡可能選用精度較低、價(jià)廉耐用的儀表3.例:某臺(tái)壓縮機(jī)的出口壓力范圍為2528MPa,測(cè)量絕對(duì)誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察,并能高低限報(bào)警,試正確選用一臺(tái)壓力表,指出型號(hào)、精度與測(cè)量范圍;要求條件為:被測(cè)脈動(dòng)壓力2528MPa,測(cè)量絕對(duì)誤差1MPa,就地觀察、高低限報(bào)警。解:脈動(dòng)壓力對(duì)儀表壽命影響很大,故選擇儀表的上限值為:若選壓力表的測(cè)量范圍為060MPa則: 25MPa / 60MPa >1/3被測(cè)壓力的最小值不低于滿量程的1/3,下限值也符合要求。另外,根據(jù)測(cè)量誤差的要求,可算得對(duì)儀表允許誤差的要求為:MPa

36、562282max1=pp%67.1%100601%100max =FS S 故選精度等級(jí)為1.5級(jí)的儀表可以滿足誤差要求。答:根據(jù)就地觀察及能進(jìn)行高低限報(bào)警的要求,可選用YX 150型電接點(diǎn)壓力表,測(cè)量范圍為060MPa ,精度等級(jí)為1.5級(jí)。4.習(xí)題(王-2-12工藝要求壓力范圍為1.2MPa ±0.05MPa ,可選用的彈簧管壓力表的精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五個(gè)等級(jí), 可選用的量程規(guī)格有01.6MPa 、02.5MPa 、04MPa ,選用合適的儀表。解:量程選擇: 被測(cè)壓力變化緩慢時(shí):;選擇儀表量程為;則6.36.1432.131FS FS FS S S

37、S 02.5MPa 被測(cè)壓力變化頻繁時(shí):;選擇儀表量程為;則6.38.1322.131FS FS FS S S S 02.5MPa 儀表精度選擇:21005.205.0100max=FS S a Y-150,量程02.5MPa ,精度2.0級(jí)5.習(xí)題(王-2-13反應(yīng)器最大壓力為1.0MPa ,允許最大絕對(duì)誤差為0.01MPa ?，F(xiàn)用一臺(tái)測(cè)量范圍為01.6MPa 、精度為1級(jí)的壓力表進(jìn)行測(cè)量,能否滿足要求?若采用一臺(tái)測(cè)量范圍為01.0MPa 、精度為1級(jí)的壓力表進(jìn)行測(cè)量,能否滿足要求?解:測(cè)量范圍為01.6MPa 、精度為1級(jí)的壓力表:01.0016.010016.1100max =FS S

38、a ;不能滿足要求 測(cè)量范圍為01.0MPa 、精度為1級(jí)的壓力表:滿度值等于被測(cè)量值,不能滿足要求6.(王2-14某臺(tái)空壓機(jī)的緩沖器,其工作壓力范圍為1.01.6MPa ,工藝要求就地觀察罐內(nèi)壓力,并要求測(cè)量結(jié)果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的±5%。試選擇合適的儀表。解:被測(cè)壓力變化緩慢時(shí):133.2436.10.3310.1FS FS FS FS S S S S ; 選擇儀表量程為02.5MPa測(cè)量值在1.0MPa 時(shí)的誤差不得大于±5%,則25.2555100100%5%1000.1max =±FS FS S a S a 查附錄E :只能選擇型號(hào)為Y-100T ,

39、儀表量程為02.5MPa 、精度為1。5級(jí)的彈簧管壓力表。7.(厲:例3-9某臺(tái)空壓機(jī)的緩沖器,其工作壓力范圍為1.11.6MPa ,工藝要求就地觀察罐內(nèi)壓力,并要求測(cè)量結(jié)果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的±5%。試選擇合適的儀表。解:被測(cè)壓力比較平穩(wěn)、變化緩慢:426.132。;FS FS S S MPa 331.131。;FS FS S S MPa 選擇儀表量程為02.5MPa 測(cè)量值在1.1MPa 時(shí)的誤差不得大于±5%,則%2.2%1005.2%51.1= 2.25.211%5%1001.1max =±FS FS S a S a 查附錄E

40、 :只能選擇型號(hào)為Y-60,儀表量程為02.5MPa 、精度為1。5級(jí)的彈簧管壓力表。8.檢定一塊1.5級(jí)、刻度為0100MPa 的壓力表,發(fā)現(xiàn)在50MPa 處的誤差最大,為1.4MPa ,這塊壓力表是否合格?解:該表的最大引用誤差為%5.1%4.1%10001004.1%100max =-=FS FSm S 這塊壓力表合格9.測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí),儀表最大量程應(yīng)為測(cè)定值的1.5倍,測(cè)量波動(dòng)壓力時(shí),儀表最大量程應(yīng)為測(cè)定值的2倍。測(cè)空氣、水、蒸汽、油等介質(zhì),用Y 型壓力表,其外殼為黑色。測(cè)氨類用YA 型氨用壓力表,其外殼為黃色。測(cè)氧氣用YD 型氧用壓力表,其外殼為天藍(lán)色。2.4.流量檢測(cè)及儀表2.4-

41、1.流量指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一截面的流體數(shù)量?？梢允撬矔r(shí)流量或者是平均流量。1.流量計(jì)的種類繁多,若按測(cè)量原理分,流量計(jì)可分為:“節(jié)流式流量計(jì)”、速度式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、質(zhì)量式流量計(jì)、電磁式流量計(jì)、·········2.流量的基本概念:瞬時(shí)流量(單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)工藝管道某截面的流體數(shù)量與累積流量(某段時(shí)間內(nèi)流過(guò)工藝管道某截面的流體總量;體積流量、重量流量與質(zhì)量流量。3.流量的檢測(cè)方法(1體積流量檢測(cè)方法:容積法(單位時(shí)間內(nèi)排出流體的固定體積數(shù)和速度法(管道內(nèi)的平均流速乘以管道面積;(2質(zhì)量流量檢測(cè)法:間接

42、法(體積流量乘以密度和直接法(儀表直接測(cè)得。2.4-2.“差壓式流量計(jì)”1.速度式流量計(jì)節(jié)流式(變差壓式孔板、擋板、文丘里管孔板流量計(jì):2.節(jié)流現(xiàn)象:流體在流過(guò)節(jié)流裝置時(shí),在節(jié)流裝置前后的管壁處,流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。 節(jié)流裝置包括節(jié)流件和取壓裝置。2.4-3.轉(zhuǎn)子流量計(jì)1.差壓式流量計(jì)對(duì)管徑小于50mm 、低雷諾數(shù)的流體的測(cè)量精度是不高的。而轉(zhuǎn)子流量計(jì)則特別適宜于測(cè)量管徑50mm 以下管道的流量,測(cè)量的流量可小到每小時(shí)幾升。2.轉(zhuǎn)子流量計(jì),是以壓降不變、利用節(jié)流面積的變化來(lái)測(cè)量流量的大小,即:轉(zhuǎn)子流量計(jì)采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測(cè)量方法3.生產(chǎn)廠是在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(2

43、0,0.10133MPa ,用水或空氣進(jìn)行標(biāo)度。對(duì)液體測(cè)量,儀表示值代表20時(shí)水的流量值。對(duì)氣體測(cè)量,則是代表20,0.10133MPa 壓力下空氣的流量值。實(shí)際使用時(shí),須對(duì)指示值進(jìn)行修正例題與參考題1.(厲:例3-12用水刻度的轉(zhuǎn)子流量計(jì),轉(zhuǎn)子由密度為7900kq/m 3的不銹鋼制成,用它來(lái)測(cè)量密度為790kq/m 3的某液體介質(zhì),當(dāng)儀表讀數(shù)為5m 3/h 時(shí),被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際流量為多少?如果轉(zhuǎn)子由密度為2750kq/m 3的鋁制成,其他條件不變,被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際流量為多少?解: 介質(zhì)密度修正系數(shù):SJ Z J S Z J K (-=、01Q K Q J J = 用水刻度的轉(zhuǎn)子流量計(jì),當(dāng)儀表讀數(shù)

44、為5m 3/h 時(shí),被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際流量為876.010007907900(79010007900(=-=-=S J Z J S Z J K 71.55876.0110=Q K Q J J m 3/h 。 更換轉(zhuǎn)子材料84.010007902750(79010002750(=-=-=S J Z J S Z J K 95.5584.0110=Q K Q J J m 3/h 。 2.(厲:例3-13用水刻度的轉(zhuǎn)子流量計(jì),轉(zhuǎn)子由密度為7900kq/m 3的不銹鋼制成,測(cè)量范圍為010L/min ,用它來(lái)測(cè)量密度為0。831kq/L 的苯的流量,測(cè)量范圍為多少?解:9.010008317290(8311

45、0007290(=-=-=S J Z J S Z J K 1.11109.0110=Q K Q J J L/min 。 3.(厲:例3-14用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量氣壓為0。65MPa 、溫度為40的CO 2氣體流量,若流量計(jì)的讀數(shù)為50L/s ,求CO 2氣體的真實(shí)流量。CO 2氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的密度為1。977 kq/m 3。解:氣體流量的修正公式:JJ J J T T p p Q 000= 本題:1.995031329310133.065.0977.1293.1000=J J J J T T p p Q (NL/min 2.5.物位檢測(cè)及儀表2.5-1.概述1.物位的含義:包括液位:容器中液體介

46、質(zhì)的高低料位:容器中固體物質(zhì)的堆積高度界面:兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的高度2.物位測(cè)量?jī)x表可分為下列幾種類型。靜壓式物位測(cè)量:利用液體或物料對(duì)某定點(diǎn)產(chǎn)生的壓力隨液位高度而變化的原理而工作。 浮力式物位測(cè)量:利用浮子所受的浮力隨液位高度而變化的原理工作。電氣式物位測(cè)量:利用敏感元件將物位的變化轉(zhuǎn)換為電量參數(shù)的變化,而得知物位。核輻射式物位測(cè)量:利用核輻射線穿透物料時(shí),核輻射線的透射強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理進(jìn)行測(cè)量。聲學(xué)式物位測(cè)量:測(cè)量超聲波在物質(zhì)中傳播時(shí)間的長(zhǎng)短,據(jù)此可測(cè)出物位。光學(xué)式物位測(cè)量:利用光波在傳播中可被不同的物質(zhì)界面遮斷和反射的原理測(cè)量物位。2.5-2.差壓式液位變送器1.

47、(王:習(xí)題2-25用差壓變送器測(cè)量某儲(chǔ)罐的液體,差壓變送器安裝位置如圖;導(dǎo)出變送器所測(cè)出的差壓值p 與液位高度H 之間的關(guān)系。變送器零點(diǎn)要不要遷移?為什么?2.(厲:3-17測(cè)量高溫液體(指它的蒸汽在常溫下要冷凝!時(shí),經(jīng)常在負(fù)壓管上裝有冷凝罐,這時(shí)用差壓變送器測(cè)量?jī)?chǔ)罐液體的液位時(shí),要不要遷移?如果遷移,遷移量? 解:;2201110gh p p gh gH p p +=+=-+(22111h h g gH p p p -+=-=-+!需要零點(diǎn)遷移(時(shí),002211-=h h g p H !需要零點(diǎn)正遷移(時(shí),002211-=h h g p H !需要零點(diǎn)負(fù)遷移(時(shí),002211-=h h g

48、p H 本題(;需要負(fù)遷移,遷移量;122121h h g p h h -=第三章過(guò)程控制儀表3.0.概述1.控制儀表又稱控制器或調(diào)節(jié)器。其作用是把被控變量的測(cè)量值和給定值進(jìn)行比較,得出偏差后,按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算,輸出控制信號(hào),以推動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作,對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。2.控制儀表按工作能源分類有:電動(dòng)儀表、氣動(dòng)儀表、自力式儀表3.控制儀表的發(fā)展基本上分為三個(gè)階段:基地式儀表:將檢測(cè)、控制、顯示功能設(shè)計(jì)在一個(gè)整體內(nèi),安裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上或控制室內(nèi)。單元式組合儀表:單元組合式儀表是將儀表按其功能的不同分成若干單元(例變送單元、給定單元、控制單元、顯示單元等,每個(gè)單元只完成其中的一種功能;其中的

49、控制單元是接受測(cè)量與給定信號(hào),然后根據(jù)它們的偏差進(jìn)行控制運(yùn)算,運(yùn)算的結(jié)果作為控制信號(hào)輸出;各個(gè)單元之間以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)相互聯(lián)系。以微處理器為中心的控制儀表(裝置:內(nèi)設(shè)微處理器,控制功能豐富,很容易構(gòu)成各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的有:工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(DDS;集散控制裝置(DCS;單回路數(shù)字控制器(SLPC;可編程數(shù)字控制器(PLC;現(xiàn)場(chǎng)總線控制裝置(FCS3.1.基本控制規(guī)律及特點(diǎn)1.所謂控制規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào)與輸入偏差信號(hào)之間的關(guān)系。2.控制器的輸入信號(hào)是變送器送來(lái)的測(cè)量信號(hào)和內(nèi)部人工設(shè)定的或外部輸入的設(shè)定信號(hào)。設(shè)定信號(hào)和測(cè)量信號(hào)經(jīng)比較環(huán)節(jié)比較后得到偏差信號(hào) e ,它是設(shè)

50、定值信號(hào) r 與測(cè)量信號(hào) x 之差。3.控制規(guī)律有斷續(xù)控制和連續(xù)控制兩類3.1-1.雙位控制1.雙位控制器只有兩個(gè)輸出值,相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有開(kāi)和關(guān)兩個(gè)極限位置,因此又稱開(kāi)關(guān)控制。如果控制溫度,被控溫度在t0上下振蕩,無(wú)法穩(wěn)定。2.三位控制:控制器有三個(gè)輸出位值,可以控制兩個(gè)繼電器。溫度三位控制效果:溫度偏差大時(shí),升溫速度快;溫度偏差小時(shí),小幅調(diào)整。3.1-2.比例控制(P1.控制器輸出y(t和偏差信號(hào)e(t成比例關(guān)系;比例控制(P的傳遞函數(shù)為:。2.比例控制的特點(diǎn):控制及時(shí)、適當(dāng)。只要有偏差,輸出立刻成比例地變化,偏差越大,輸出的控制作用越強(qiáng);控制結(jié)果存在靜差3.在實(shí)際的比例控制器中,習(xí)慣上使

51、用比例度P來(lái)表示比例控制作用的強(qiáng)弱。4.所謂比例度就是指控制器輸入偏差的相對(duì)變化值與相應(yīng)的輸出相對(duì)變化值之比,用百分?jǐn)?shù)表示。3.1-3.比例積分控制(PI 1.當(dāng)要求控制結(jié)果無(wú)余差時(shí),就需要在比例控制的基礎(chǔ)上,加積分控制作用。2.積分(I 控制:輸出變化量y 與輸入偏差e 的積分成正比3.積分控制的特點(diǎn)當(dāng)有偏差存在時(shí),積分輸出將隨時(shí)間增長(zhǎng)(或減小;當(dāng)偏差消失時(shí),輸出能保持在某一值上。 積分作用具有保持功能,故積分控制可以消除余差。輸出信號(hào)隨著時(shí)間逐漸增強(qiáng),控制動(dòng)作緩慢,故積分作用不單獨(dú)使用4.若將比例與積分組合起來(lái),既能控制及時(shí),又能消除余差5.比例積分(PI 控制:時(shí)域方程 ,傳遞函數(shù) 。3

52、.1-4.比例微分控制(PD 1.對(duì)于慣性較大的對(duì)象,常常希望能加快控制速度,此時(shí)可增加微分作用。2.理想微分微分作用能超前控制。在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間,微分立即產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用,使偏差盡快地消除于萌芽狀態(tài)之中。微分對(duì)靜態(tài)偏差毫無(wú)控制能力。當(dāng)偏差存在,但不變化時(shí),微分輸出為零,因此不能單獨(dú)使用。必須和P 或PI 結(jié)合,組成PD 控制或PID 控制。3.理想的比例微分控制4.理想微分作用持續(xù)時(shí)間太短,執(zhí)行器來(lái)不及響應(yīng)。一般使用實(shí)際的比例微分作用。5.理想微分:dt de T y D =;實(shí)際微分:在單位階躍信號(hào)作用下t T K D D De K y -+=1(1 6.(厲例題5-12DDZ-控

53、制器,比例度=50%,積分時(shí)間I T =0.2min ,微分時(shí)間D T =2min ,微分放大倍數(shù)D K =10。假定輸出初始值為4mA ;在+=0t 時(shí)施加0.5mA 的階躍信號(hào),試寫出在該階躍信號(hào)作用下比例、積分、微分輸出的表達(dá)式;計(jì)算12=t s 時(shí)控制器的輸出信號(hào)值。解: 比例輸出:15.05.011=i P I I mA 積分輸出:160125.02.015.0111=dt I T I i I I mA微分輸出:3.395.0110(5.011(1160/12(2/10(/(=-=-=-e e I e K I i t T K D D D D mA 12=t s 時(shí)控制器的輸出信號(hào)值3

54、.90=+=D T P O I I I I I mA7.(厲習(xí)題5-6DDZ-控制器,比例度=80%,積分時(shí)間I T =0.4min ,微分時(shí)間D T =2.4min ,微分放大倍數(shù)D K =10。假定輸出初始值為6mA ;在+=0t 時(shí)施加0.4mA 的階躍信號(hào),試寫出在該階躍信號(hào)作用下比例、積分、微分輸出的表達(dá)式;計(jì)算24=t s 時(shí)控制器的輸出信號(hào)值。解: 比例輸出:5.04.08.011=i P I I mA 積分輸出:5.060244.04.018.0111=dt I T I i I I mA 微分輸出: 65.15.44.0110(8.011(1160/24(4.0/10(/(=-=-=-e e I e K I i t T K D D D D mA 12=t s 時(shí)控制器的輸出信號(hào)值85.70=+=D T P O I I I I I mA8.比例積分微分(PID 控制9.(王:習(xí)題3-6某比例積分控制器輸入、輸出均為420mA ,若將比例度設(shè)為100%,積分時(shí)間I T =2min ,穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為5mA ,某瞬間,輸入突然增加了0.2mA ,試問(wèn)經(jīng)過(guò)5min 后,輸出將由5mA 變化到多少?(厲:例題5-4某DDZ-比例積分控制器,若將比