自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念系統(tǒng)組成：被控對(duì)象+自動(dòng)控制裝置（測(cè)量變送+控制器+執(zhí)行器）測(cè)量變送：將現(xiàn)場(chǎng)各種非電量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出控制器：它接受變送器送來的信號(hào)，與工藝需要進(jìn)行比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號(hào)發(fā)送出去。執(zhí)行器：根據(jù)控制器送來的信號(hào)值來改變閥門的開啟度。系統(tǒng)表示形式：1,方框圖（簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)）2,管道及儀表流程圖基本符號(hào):A報(bào)警 C控制I指示Q累計(jì) R記錄打印 T傳送系統(tǒng)分類：開環(huán)，閉環(huán)定值控制系統(tǒng)：所謂定值就是恒定給定值的簡(jiǎn)稱。工藝生產(chǎn)中，如果要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說要求被控變量的給定值不變，那么就需要采用定值控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)（自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)）：這類操作系統(tǒng)的特點(diǎn)是給定值不斷的變化，而且這種變化不是預(yù)先規(guī)定好了的，也就是說給定值是隨機(jī)變化的。程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）：這類系統(tǒng)的給定值是變化的，但他是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)：過渡過程總體要求（穩(wěn)、快、準(zhǔn)）評(píng)價(jià)一個(gè)過程控制系統(tǒng)的性能和質(zhì)量，主要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性和相應(yīng)的品質(zhì)指標(biāo)單項(xiàng)指標(biāo)（最大偏差、過渡時(shí)間、衰減比、余差）最大偏差：最大偏差是指在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。過渡時(shí)間：從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)建立新的平衡時(shí)止，過渡過程所經(jīng)歷的時(shí)間叫過渡時(shí)間。衰減比：表示衰減程度的指標(biāo)是衰減比，他是前后相鄰兩個(gè)峰值的比。余差：當(dāng)過渡過程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差叫做余差。繪制控制系統(tǒng)的管道及儀表流程圖1.1.測(cè)量變送部分測(cè)量基本概念:儀表性能指標(biāo)：絕對(duì)誤差精度等級(jí)變差絕對(duì)誤差：被校儀表值減去標(biāo)準(zhǔn)儀表值。精度等級(jí)：精度等級(jí)數(shù)值越小就表征該儀表的精確度等級(jí)越高，也說明了該儀表的精度越高。常用精度等級(jí)有0.0050.020.050.10.20.40.51.01.52.54.0變差：-在外界條件不變的情況下用同一儀表對(duì)被測(cè)變量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程測(cè)量時(shí)，被測(cè)變量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的最大偏差。變差=最大絕對(duì)差值/（測(cè)量范圍上限值—測(cè)量范圍下限值）*100%壓力彈簧管壓力計(jì)：彈性元件工作原理彈性元件：彈簧管式彈性元件：測(cè)量范圍寬可測(cè)高達(dá)lOOOMPa的壓力薄膜式彈性元件：它的測(cè)壓范圍較彈簧式的低波紋管式彈性元件：常用于低壓和微壓的測(cè)定工作原理：彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性形變的原理制成的?；魻柶綁毫τ?jì)：霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，即利用霍爾元件將壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)化成霍爾電勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。霍爾電勢(shì)：霍爾電勢(shì)的大小與半導(dǎo)體材料、所通的電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度以及霍爾片的幾何尺寸有關(guān)U=RBIHH應(yīng)變片式壓力計(jì)（了解即可）:應(yīng)變片式壓力傳感器是利用電阻應(yīng)變器的原理構(gòu)成的。電阻應(yīng)變片有金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。被測(cè)壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮應(yīng)變時(shí)，其阻值減?。划?dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生拉伸應(yīng)變時(shí)，其阻值增大。應(yīng)變片阻值的變化，再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級(jí)電勢(shì)輸出，并用毫伏計(jì)或其他記錄儀表顯示出被測(cè)壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計(jì)。壓力測(cè)量?jī)x表的選用（一） 儀表種類和型號(hào)的選擇1） 工藝要求現(xiàn)場(chǎng)指示、遠(yuǎn)傳指示、自動(dòng)記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)或信號(hào)報(bào)警2） 介質(zhì)性質(zhì)溫度、粘度、臟污程度、腐蝕性、易燃性3） 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度、濕度、有無振動(dòng)儀表量程的確定1） 化工自控設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定2） 被測(cè)壓力較穩(wěn)定的情況，最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的2/3；3） 被測(cè)壓力波動(dòng)較大的情況，最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的1/24） 被測(cè)壓力的最小值也不應(yīng)低于全量程的1/3（二） 儀表精度等級(jí)的選擇：根據(jù)工藝生產(chǎn)上所允許的最大測(cè)量誤差來確定的。（三）溫度熱電偶測(cè)溫計(jì)測(cè)溫原理：以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測(cè)溫儀表。為什么要使用補(bǔ)償導(dǎo)線?由熱電偶測(cè)溫原理可知，只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變,熱電勢(shì)才是溫度的單值函數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，由于熱電偶的工作端與冷端離的很近，而且冷端又暴露在空間，易受到周圍環(huán)境溫度波動(dòng)的影響，因而冷端溫度難以保持恒定。也可以把熱電偶做得很長(zhǎng)，使冷端遠(yuǎn)離工作端，但是這樣做會(huì)消耗很多貴重金屬材料。因此采用熱電性能與熱電偶相近的廉價(jià)金屬制成專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延長(zhǎng)到溫度恒定的地方。這種專用導(dǎo)線就是補(bǔ)償導(dǎo)線。使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意哪幾點(diǎn)?在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意型號(hào)相配，極性不要接錯(cuò)，熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接端處的溫度不應(yīng)超過1OO°C。用熱電偶測(cè)溫時(shí)，為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償?采用補(bǔ)償導(dǎo)線后把熱電偶冷端從溫度較高和不穩(wěn)定的地方，延伸到溫度較低和比較穩(wěn)的操作室內(nèi)，但冷端溫度還不是o°c。而工業(yè)上常用各種熱電偶的溫度-熱電勢(shì)關(guān)系曲線是在冷端溫度保持在o°c的情況下得到的，與它配套使用的儀表也是根據(jù)這一關(guān)系曲線刻度的，由于操作室的溫度往往高于o°c,而且是不恒定的，這是熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)必然偏小，且測(cè)量值也隨冷端溫度變化而變化，這樣測(cè)量結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生誤差。因此，在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。熱電偶名稱補(bǔ)償導(dǎo)線正極負(fù)極鉑銠-鉑銅銅鎳鎳鉻-鎳硅（鎳鋁）銅銅鎳鎳鉻-銅鎳鎳鉻銅鎳銅-銅鎳銅銅鎳熱電阻溫度計(jì)測(cè)溫原理：熱電阻溫度計(jì)是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。三線制：消除導(dǎo)線阻值的影響測(cè)溫元件的安裝要求在測(cè)量管道溫度時(shí)，應(yīng)保證測(cè)溫元件與流體充分接觸，以減少測(cè)量誤差。因此，要求安裝時(shí)測(cè)溫元件應(yīng)迎著被測(cè)介質(zhì)流向插入，至少需與被測(cè)介質(zhì)正交，切勿與被測(cè)介質(zhì)形成順流。測(cè)溫元件的感溫點(diǎn)應(yīng)處于管道中流速最大處測(cè)量端應(yīng)有足夠的插入深度，應(yīng)使保護(hù)套管的測(cè)量端超過管道中心線5?10mm。4.物位靜壓方法儀表使用時(shí)零點(diǎn)遷移（無、正、負(fù)）掌握例題P67流量容積式:腰輪流量計(jì)原理：流量計(jì)是由計(jì)量箱和裝在計(jì)量箱內(nèi)的一對(duì)橢圓齒輪，與上下蓋板構(gòu)成一個(gè)密封的初月形空腔（由于齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以不是絕對(duì)密封的）作為一次排量的計(jì)算單位。當(dāng)被測(cè)液體經(jīng)管道進(jìn)入流量計(jì)時(shí)，由于進(jìn)出口處產(chǎn)生的壓力差推動(dòng)一對(duì)齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，不斷地把經(jīng)初月形空腔計(jì)量后的液體輸送到出口處，橢圓齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)與每次排量四倍的乘積即為被測(cè)液體流量的總量（原理見圖）腰輪流量計(jì)和橢圓齒輪流量計(jì)原理相同只是內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所差異（書上沒有腰輪流量計(jì)只有橢圓流量計(jì)差別不大）崗 （to Cc> （d）圖1楠同齒輪硫量計(jì)工作原理 使用場(chǎng)合：適用于高粘度介質(zhì)的流量測(cè)量，測(cè)量精度高，壓力損失小，安裝使用方便。但介質(zhì)中不能含有固體顆粒，否則會(huì)引起齒輪磨損以致?lián)p壞。速度式：差壓式流量計(jì)原理：利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。使用場(chǎng)合：適用于測(cè)量管道直徑大于50mm，雷諾數(shù)在10000-100000以上的流體，而且流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿全部管道，不發(fā)生相變。轉(zhuǎn)子流量計(jì)原理：以壓降不變，利用節(jié)流面積的變化來測(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。使用場(chǎng)合：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。指示值修正：轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量標(biāo)尺上上的刻度值，對(duì)用于測(cè)量液體來講是代表20度時(shí)水的流量值，對(duì)于氣體來說是20度，0.10133mpa壓力下空氣的流量值。所以，在實(shí)際使用時(shí)，如果被測(cè)介質(zhì)的密度和工作狀態(tài)不同，必須對(duì)流量指示值按照實(shí)際被側(cè)介質(zhì)的密度、溫度、壓力等參數(shù)的具體情況進(jìn)行修正。控制裝置（含常規(guī)控制規(guī)律）信號(hào)制、變送器作用、基本控制規(guī)律及對(duì)過渡過程影響基本控制規(guī)律及對(duì)過渡過程影響：位式控制（其中雙位控制比較常用）（了解即可）：控制器只有兩個(gè)輸出值，相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)只有開和關(guān)兩個(gè)極限位置比例控制（P）：比例控制的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快，控制及時(shí)。有偏差信號(hào)輸入時(shí)，輸出立刻與它成比例的變化，偏差越大，輸出的控制作用越強(qiáng)。缺點(diǎn)是不能消除余差積分控制（I）：當(dāng)有偏差存在時(shí)，輸出信號(hào)將隨時(shí)間增長(zhǎng)（減?。┊?dāng)偏差為0時(shí)，輸出才停止變化而穩(wěn)定在某一值上，因而用積分控制器組成系統(tǒng)可以達(dá)到無余差。缺點(diǎn)是控制動(dòng)作緩慢，會(huì)出現(xiàn)控制不及時(shí)，被控變量將出現(xiàn)大的超調(diào)量，過渡時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)。微分控制（D）：優(yōu)點(diǎn)是只要出現(xiàn)變化趨勢(shì)，馬上就進(jìn)行控制，有超前控制之稱缺點(diǎn)是不能消除余差所以不能單獨(dú)使用。比例積分控制（PI）控制及時(shí)，能消除余差擔(dān)當(dāng)對(duì)象滯后現(xiàn)象很大時(shí)可能控制時(shí)間較長(zhǎng)最大偏差也較大比例積分微分控制（PID）：快速進(jìn)行控制，又能消除余差，具有較好的控制性說明P、PI、PD控制規(guī)律的特點(diǎn)P控制規(guī)律的特點(diǎn)是反應(yīng)速度快，存在余差。PI控制規(guī)律的特點(diǎn)是可以消除余差，并且控制及時(shí)。PD控制規(guī)律的特點(diǎn)：超前控制，不能消除余差。變送器作用作用：將各種物理量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)氣動(dòng)控制儀表：0.02?O.IMPa（20?100kPa）電動(dòng)控制儀表：0?10mA（DC）電流信號(hào)（電動(dòng)II型儀表）4?20mA（DC）電流信號(hào)（電動(dòng)III型儀表）1?5V（DC）電壓信號(hào)（電動(dòng)III型儀表）執(zhí)行器組成：氣動(dòng)執(zhí)行器分為薄膜式和活塞式薄膜式可以用作一般控制閥的推動(dòng)裝置，組成氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行器，成為氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維修方便、應(yīng)用廣泛氣動(dòng)活塞式執(zhí)行器推力較大，主要適用于大口徑、高壓降控制閥或者蝶閥的推動(dòng)裝置流量特性：被控介質(zhì)流過閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度間的關(guān)系理想流量特性是不考慮閥前后壓變化的流量特性理性流量特性和工作流量特性：1直線流量曲線 2對(duì)數(shù)流量曲線3拋物線特性曲線4快開特性理想流量特性取決于 閥芯的形狀工作流量特性考慮閥前后壓差變化的流量特性，主要有串聯(lián)管路和并聯(lián)管路的工作流量特性。閥的可調(diào)比可調(diào)比：閥門的最大流量與最小流量之比執(zhí)行器作用方式選擇：執(zhí)行器有氣開和氣關(guān)兩種形式，選擇是主要從工藝生產(chǎn)上安全要求出發(fā)?？紤]原則是：信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和人員的安全。如果閥門處于打開位置時(shí)危害小就應(yīng)選取氣關(guān)式，反之亦然。被控對(duì)象：建模方法：機(jī)理建模，實(shí)驗(yàn)建模描述對(duì)象特性三個(gè)參數(shù)，及對(duì)過程影響(控制通道、擾動(dòng)通道)放大系數(shù)K：對(duì)象的放大系數(shù)k越大，就表示對(duì)象的輸入量有一定變化時(shí)，對(duì)輸出量的影響就越大。時(shí)間常數(shù)T：時(shí)間常數(shù)越大，被控變量的變化也越慢，達(dá)到新的穩(wěn)定值所需的時(shí)間也越大。滯后時(shí)間t：滯后時(shí)間包括傳遞滯后，容量滯后。由于滯后效應(yīng)的存在使系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量不能立即反應(yīng)出來，于是就不能及時(shí)產(chǎn)生控制作用，整個(gè)系統(tǒng)的控制質(zhì)量就會(huì)受到影響?？刂仆ǖ溃河捎诖嬖跍?，使控制作用落后于被控變量的變化，從而使被控變量的偏差增大，控制質(zhì)量下降。滯后時(shí)間越大控制質(zhì)量越差。擾動(dòng)通道：對(duì)于擾動(dòng)通道，如果存在滯后相當(dāng)于擾動(dòng)延遲了一段時(shí)間才進(jìn)入系統(tǒng)因擾動(dòng)在什么時(shí)間出現(xiàn)無法預(yù)知，因此并不影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)。擾動(dòng)通道中存在容量滯后，可使階躍擾動(dòng)的影響趨于緩和。簡(jiǎn)單控制控制系統(tǒng)了解簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成及作用。組成：通常有一個(gè)測(cè)量元件、變送器、一個(gè)控制器、一個(gè)控制閥和一個(gè)對(duì)象所構(gòu)成的單環(huán)控制系統(tǒng)，因此也稱為單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所需的自動(dòng)化裝置數(shù)量少，投資低，操作維護(hù)也比較方便，而且在一般情況下，能夠滿足控制質(zhì)量的要求。掌握簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中被控變量、操縱變量選擇的一般原則被控變量選擇的一般原則：被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標(biāo)或能反映工藝操作狀態(tài)，一般都是工藝過程中比較重要的變量盡量采用直接指標(biāo)作為被控變量。被控變量應(yīng)能被測(cè)量出來，并具有足夠的靈敏度必須考慮工藝合理性和國(guó)內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的被控變量在工藝操作過程中經(jīng)常受到一些干擾影響而變化。為維持被控變量的恒定，需要較頻繁地調(diào)節(jié)操縱變量選擇的一般原則操縱變量應(yīng)是可控的操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對(duì)被控變量的影響更加靈敏還應(yīng)考慮工藝的合理性和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性了解各種基本控制規(guī)律的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。比例控制器控制器的輸出與偏差成正比，即控制閥門位置與偏差之間具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系適應(yīng)用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝上沒有提出誤差要求的系統(tǒng)。比例積分控制只要偏差存在，控制器的輸出就會(huì)不斷變化，只到消除偏差為止。所以在過渡狀態(tài)結(jié)束時(shí)是無余差的適應(yīng)用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)比例積分微分控制微分作用使控制器的輸出與輸入偏差的變化速度成比例，他對(duì)克服對(duì)象的滯后有顯著地效果。在比例的基礎(chǔ)上加上微分作用提高穩(wěn)定性，再加上積分作用可以消除余差適用于容量滯后較大、負(fù)載變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)，應(yīng)用最普遍的是溫度控制系統(tǒng)與成分控制系統(tǒng)掌握控制器正、反作用確定的方法被控對(duì)象*測(cè)量變送*執(zhí)行器*控制器=--測(cè)量變送+氣開閥+氣關(guān)閥-- 被控對(duì)象隨流量的增加而變大為+反之為--掌握控制器參數(shù)工程整定的方法。臨界比例度法先通過實(shí)驗(yàn)得到臨界比力度和臨界周期，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的關(guān)系求出控制器各參數(shù)值。衰減曲線法通過使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來整定控制器的參數(shù)值經(jīng)驗(yàn)湊試法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將控制器參數(shù)放在一個(gè)數(shù)值上，直接在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，通過改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀

察過渡過程曲線，運(yùn)用S、TI、Td對(duì)過渡過程的影響為指導(dǎo)，按照順序?qū)θ齻€(gè)參數(shù)逐個(gè)整定，只到滿意為止。造成控制系統(tǒng)滯后的原因有哪些？對(duì)象滯后、檢測(cè)滯后、信號(hào)傳送滯后控制器整定的任務(wù)是什么？常用整定方法有哪幾種？工程整定臨界比例度法經(jīng)驗(yàn)湊試法衰減曲線法復(fù)雜控制控制系統(tǒng)試述串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其使用條件；特點(diǎn)：在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路，主回路和副回路；有兩個(gè)控制器；主控制器和副控制器；兩個(gè)測(cè)量變送器，主變量和副變量；一個(gè)執(zhí)行器有兩個(gè)變量：主變量和副變量串級(jí)控制系統(tǒng)由于副回路的引入，改善了對(duì)象的特性，使控制過程加快，具有超前控制的作用，從而有效地克服滯后，提高了控制質(zhì)量有一定的自適應(yīng)能力，可用于負(fù)荷和操作條件有較大變化的場(chǎng)合使用條件：當(dāng)對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大，干擾作用強(qiáng)而頻繁，負(fù)荷變化大，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)滿足不了控制質(zhì)量的要求時(shí)，采用串級(jí)控制系統(tǒng)是適宜的。簡(jiǎn)述均勻控制的目的及控制方案前一設(shè)備的出料，往往是后一設(shè)備的進(jìn)料，各設(shè)備的操作情況也是互相關(guān)聯(lián)，