化工自動化儀表期末復習提綱第一章自動控制系統(tǒng)的基本概念自動控制系統(tǒng)的組成：被控對象、測量與變送裝置、控制器、執(zhí)行器控制系統(tǒng)分類按被控變量分：溫度、壓力、流量、液位等控制系統(tǒng)按控制器具有的規(guī)律分：比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)按工藝過程需要控制的被控變量的給定值是否變化如何變化分：定值控制系統(tǒng)：要求被控變量的給定值不變隨動控制系統(tǒng)（自跟蹤系統(tǒng)）：使工藝參數(shù)準確而快速地跟隨給定值的變化而變化程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）：給定值也是變化的，它是一個已知的時間函數(shù)，生產(chǎn)技術指標需按一定的時間程序變化。過渡過程：系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程穩(wěn)定過程（是衰減的）：非周期衰減過程，衰減振蕩過程不穩(wěn)定過程（發(fā)散的）：發(fā)散振蕩過程介于穩(wěn)定和不穩(wěn)定之間：等幅振蕩過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標：最大偏差：被控變量偏離給定值的最大數(shù)值超調(diào)量：第一個峰值與新穩(wěn)定值的差衰減比：前后相鄰兩個峰的比值，一般在4-10之間為宜余差：新穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差過渡時間：干擾發(fā)生起到重新建立平衡經(jīng)歷的時間（被控變量進入新穩(wěn)態(tài)值的±5%（或2%）振蕩周期（頻率）相鄰兩波峰之間的時間間隔5.影響控制系統(tǒng)過程品質(zhì)指標的主要因素：對象的性質(zhì)、自動化裝置的性質(zhì)和選擇被控對象、被控變量、操縱變量、操縱介質(zhì)、干擾、給定值、偏差、反饋的概念自動控制系統(tǒng)是具有被控變量負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，絕對不能單獨采用正反饋。第二章過程特性及其數(shù)學模型研究對象的特性：用數(shù)學方法來描述對象輸入量與輸出量之間的關系。對象的數(shù)學模型：對象特性的數(shù)學描述。靜態(tài)數(shù)學模型：描述對象在靜態(tài)時輸入量與輸出量的關系動態(tài)數(shù)學模型：描述對象在輸入量改變以后輸出量的變化情況數(shù)學模型的表達形式：非參量模型（采用曲線或數(shù)據(jù)表格表示）、參量模型（采用數(shù)學方程式表示）建模的方法：機理建模：根據(jù)對象或生產(chǎn)過程的內(nèi)部機理，通過各種有關的平衡方程，獲取對象的數(shù)學模型。dh一階對象：水槽對象T+h=KQ K=RT=AR（R為出水閥阻力系數(shù)）dt 1 S SSdeRC電路T―o+e=eT=RCdt 0 i二階對象：對象的動態(tài)特性可以用二階微分方程描述。實驗建模：用實驗的方法來研究對象的特性。系統(tǒng)識別：應用對象的輸入輸出的實測數(shù)據(jù)決定其模型的結構和參數(shù)，特點是完全從外部特性上來測試和描述它的動態(tài)特征。階躍曲線法：一般所加輸入作用的大小取額定值的5%-10%，簡易但精度較差矩形脈沖法：干擾幅值可取得比較大描述對象特性的三個參數(shù)（1）放大系數(shù)K：是對象的靜態(tài)特性，穩(wěn)定狀態(tài)時，對象一定的輸入對應著一定的輸出的特性。對象的放大系數(shù)K=丄（對象重新穩(wěn)定后輸出變化量與輸入變化量之比）Q1K=凹（對象受到輸入作用后重新達平衡時性能不隨時間而變）A意義：K越大，對象輸入量有一定變化時對輸出量影響越大，被控變量對這個量的變化越靈敏）（2）時間常數(shù)TT越大，對象受到干擾后，被控變量變化得越慢，達新的穩(wěn)態(tài)值所需時間越長T的物理意義：對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化達新穩(wěn)態(tài)值（一般達新穩(wěn)態(tài)值的63.2%可視為穩(wěn)定）所需時間。（3）滯后時間T滯后現(xiàn)象：對象受到輸入作用后，被控變量不能立即而迅速變化。傳遞滯后（純滯后）T0：由于介質(zhì)的輸送需要一段時間而引起無純滯后的對象特性為：Tdy丁+y（t）二Kx（t）dtdy（t+T）有純滯后的對象特性為：T— +y（t+T）二Kx（t）dt T容量滯后（過渡滯后）th:由于物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力引起的。h自動控制系統(tǒng)中滯后的存在是不利于控制的。第四章自動控制儀表1?控制器的控制規(guī)律：控制器的輸出信號與輸入信號間的關系P二f（e）二f（z-x）雙位控制、比例控制（P）、積分控制（I）、微分控制（D）、比例積分控制（PI）、比例微分控制（PD）、比例積分微分控制（PID）雙位控制：控制器只有兩個輸出值2?比例控制：輸出信號p=Ke（K是比例益增［可調(diào)的放大倍數(shù)］,K越大，比例控制作p p p用越強）比例度：控制器輸入的變化相對值與相應的輸出變化相對值之比的百分數(shù)5=——e——/——P——"00%（x-xp-p丿

maxminmaxmine—輸入變化量P—輸出變化量x-x輸入的最大變化量，儀表量程maxminp-p輸出的最大變化量，控制器輸出的工作范圍maxmin比例控制優(yōu)點：反應快，控制及時，輸出與偏差成比例，當負荷變化時，克服干擾能力強過渡時間短。比例控制缺點：有余差。3?積分控制：輸出變化量p與輸入偏差e的積分成正比p二KJedt優(yōu)點：無余差4?比例積分控制優(yōu)點：能夠消除余差缺點：對象滯后很大時，可能控制時間較長，最大偏差也較大；負荷變化過于劇烈時，積分動作緩慢，控制不及時。比例積分控制器適用于控制通道滯后較小，負荷變化不大，工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。de5?微分控制：控制器的輸出信號與偏差信號的變化速度成正比p二TDdt優(yōu)點：超前控制缺點：不能消除偏差，所以不能單獨使用de6?比例微分控制：p二K（e+T--）pDdt特點：改善控制質(zhì)量，減小最大偏差，節(jié)省控制時間。TOC\o"1-5"\h\z1 de\o"CurrentDocument"7?比例積分微分控制：p=K（e+Jedt+T ）pT DdtI特點：既能快速進行控制，又能消除余差，具有較好的控制性能，對克服對象的滯后有顯著效果。比例積分微分控制器適用于容量滯后較大，負荷變化大，控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)。8?數(shù)字式控制器主要特點：第五章執(zhí)行器執(zhí)行器作用：接收控制器送來的控制信號，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的范圍內(nèi)。執(zhí)行器分類：氣動—結構簡單，動作可靠、平穩(wěn)，輸出推動力大，防火防爆，維修方便，價格較低電動—信號傳遞迅速，防爆性能差液動—化工生產(chǎn)一般不使用氣動執(zhí)行器組成：執(zhí)行機構—按控制信號壓力的大小產(chǎn)生相應的推力，推動控制機構，是將信號壓力的大小轉換為閥桿位移的裝置控制機構（閥）—直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量，是將閥桿的位移轉換為流過閥的流量的裝置控制機構（1）直通單座控制閥：只有一個閥芯和閥座，結構簡單，泄漏量少，易于保證關閉。但壓差大時，流體對閥芯上下作用的推動力不平衡，這種不平衡力會影響閥芯移動（2）直通雙座控制閥：有兩個閥芯和閥座，流體作用在上下兩個閥芯上的推動力反向且大小近似相等，可以相互抵消，所以不平衡力小，但密封不好，泄漏量大。角型控制閥，三通控制閥，隔膜控制閥，蝶閥，球閥，籠式閥控制閥流量特性（1）理想流量特性直線流量特性（特點，等百分比流量特性（為什么又稱為對數(shù)流量特性，拋物線流量特性，快開特性（2）工作流量特性串并聯(lián)管道的情況一結論：P146控制閥選擇氣開式與氣關式P147表5-1控制閥口徑選擇流量系數(shù)KV：當閥兩端壓差為100kPa，流體密度為1g/cm3,閥全開時，流經(jīng)控制閥的流體流量（m3/h）表示控制閥容量的大小，是表示控制閥流通能力的參數(shù)對不可壓縮性流體，且閥前后壓差不大時，K=10Qv 丫p-p數(shù)字閥特點：高分辨率；高精度；反應速度快，關閉特性好；直接與計算機相連；沒有滯后，線性好，噪聲小智能控制閥：控制智能；通信智能（允許遠程檢測、整定、修改參數(shù)或算法）；診斷智能第六章簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的方框圖：P154圖6-3簡單控制系統(tǒng)的設計（1） 被控變量的選擇找出影響生產(chǎn)的關鍵變量（對產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及安全具有決定性作用）作為被控變量選擇原則：能代表一定的工藝操作指標；滯后要小；被控變量有足夠大的靈敏度；被控變量應獨立可控（2） 操縱變量（克服干擾，用于實現(xiàn)控制作用）的選擇最常見的操縱變量是介質(zhì)流量；原則上，在諸多影響被控變量的輸入中選擇一個對被控變量影響顯著且可控性良好的輸入作為操作變量，而其他未被選中的變量視為干擾。原則：可控；比其他干擾對被控變量的影響更靈敏；不宜選擇生產(chǎn)負荷作為操縱變量（3） 對象特性對操縱變量的影響干擾變量由干擾通道施加在對象上，起破壞作用操縱變量由控制通道施加在對象上，起校正作用對象的靜態(tài)特性：希望控制通道的放大系數(shù)K0較大，干擾通道的放大系數(shù)Kf較小對象的動態(tài)特性：要求控制通道的時間常數(shù)T小，控制通道純滯后時間盡量小要求干擾通道的時間常數(shù)T大測量元件特性的影響控制器控制規(guī)律的選擇（1） 控制器控制規(guī)律比例控制器適用于：控制通道滯后小、負荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統(tǒng)比例積分控制器適用于：控制通道滯后小、負荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)比例積分微分控制器適用于：容量滯后較大、負荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)（2） 控制器正、反作用的確定正作用：輸入增加，輸出也增加反作用：輸入增加，輸出減少對于執(zhí)行器：氣開閥（開度增加，流量增加）是正方向對于被控對象：正作用是被控變量隨操縱變量的增加而增加對于控制器：正作用是控制器的輸出隨被控變量測量值的增加而增加總原則：自動控制系統(tǒng)是具有被控變量負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)控制器參數(shù)的工程整定臨界比例度法衰減曲線法經(jīng)驗湊試法補充：新型控制系統(tǒng)自適應控制系統(tǒng)預測控制特點：優(yōu)于PID控制；把實際系統(tǒng)中的不確定因素體現(xiàn)在優(yōu)化過程中形成動態(tài)優(yōu)化控制；具有良好的跟蹤性能和較強的抗擾動能力智能控制系統(tǒng)：自尋優(yōu)；自學習；自適應；自組織；自修復；自鎮(zhèn)定；自協(xié)調(diào)；自繁殖專家控制系統(tǒng)：經(jīng)驗性強模糊控制系統(tǒng)：運用概率模糊預測計算機控制系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集、決策控制、控制輸出)DCS：集散控制系統(tǒng)一控制功能豐富、監(jiān)視操作方便、信息和數(shù)據(jù)共享、系統(tǒng)擴展靈活、安裝維護方便、可靠性高FCS：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)一節(jié)省硬件數(shù)量和投資；提高系統(tǒng)準確性與可靠性；NCS：網(wǎng)絡控制系統(tǒng)一實現(xiàn)資源共享和遠程操作，增強了系統(tǒng)的靈活性和可靠性大數(shù)據(jù)：大數(shù)據(jù)是當下高溫熱詞，它憑借規(guī)模超乎想象的海量資訊數(shù)據(jù)，通過收集、分析、存儲的一些新方法，正深刻地改變著人們生產(chǎn)生活的方方面面。大數(shù)據(jù)在石油化工領域會有廣泛應用，把海量的數(shù)據(jù)，經(jīng)過專業(yè)化的特定分析處理，精準營銷，優(yōu)化生產(chǎn)。云計算：在石化領域，云計算通過計算資源的虛擬化組織、分配和使用模式，可以實現(xiàn)資源的合理配置