1.11.1.11、簡單控制系統(tǒng)包含：控制器、檢測變送環(huán)節(jié)、執(zhí)行器、被控對象等，或者可表示為由控制器和廣義對象組成，其中，廣義對象：執(zhí)行器、被控對象、檢測變送環(huán)節(jié)的合并對應(yīng)的作用：檢測變送：檢測被控變量，并將檢測到的信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準信號輸出控制器：比較檢測變送環(huán)節(jié)的輸出與設(shè)定值，按一定規(guī)律對偏差信號進行運算并把結(jié)呆傳給執(zhí)行器執(zhí)行器：接收控制器的輸出信號，改變執(zhí)行器的節(jié)流件流通面枳或轉(zhuǎn)速等，使操縱變量改變被控對彖：需要控制的設(shè)備或生產(chǎn)過程分類：定值控制系統(tǒng)一擾動變量影響被控變量，控制系統(tǒng)通過控制通道改變操縱變：ft,克服擾動對被控變量的影響。隨動控制系統(tǒng)（伺服控制系統(tǒng)）——設(shè)定值改變時，控制系統(tǒng)通過控制通道改變操縱變量以使被控變量隨設(shè)定值的變化而變化。2、過控常用術(shù)語：被控變量：被控對象中需要控制的過程變量，分為直接被控變量和間接被控變量操縱變量：執(zhí)行器控制的某一工藝流量設(shè)定值：工藝希望被控變量達到的期塑值擾動變屋：使被控變量偏離設(shè)定值的其他變屋控制通道：操縱變量到被控變量之間的通道擾動通道：擾動變量到被控變量之間的通道反饋：輸出的全部或者部分返回到輸入端開環(huán)：沒有反饋通路的控制系統(tǒng)閉環(huán)：檢測變送信號被反饋到控制器時組成的閉壞系統(tǒng)3、簡述控制系統(tǒng)的控制過程并繪制簡單控制系統(tǒng)圖系統(tǒng)受到干擾時，檢測信號與設(shè)定值之間產(chǎn)生偏差，控制器將檢測變送的信號與設(shè)定值比較，按一定控制規(guī)律對其偏差運算后輸出信號以驅(qū)動執(zhí)行器改變操縱變量，使被控變量回復(fù)到設(shè)定值。圖見P9?圖1-24、環(huán)節(jié)增益及其正負規(guī)定依據(jù)：環(huán)節(jié)穩(wěn)態(tài)條件下輸出增量與輸入增量之比確定正負，K=J5、采樣控制系統(tǒng)：包含采樣開關(guān)的控制系統(tǒng)1.1.21、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)一評價在過渡過程中被控變量隨時間變化的性能穩(wěn)定性：首要指標(biāo)，通過閉環(huán)極點分布判斷穩(wěn)定準確性：重要指標(biāo)，被控變量與設(shè)定值（參比變量）之間的偏差，即靜態(tài)偏差越小越好快速性：擾動時作出相應(yīng)的時間越短越好偏離度：表示控制系統(tǒng)運行過程中被控變量偏離設(shè)定值的離散程度以及積分指標(biāo)2、過渡過程：外部擾動卞或設(shè)定值變化時，控制系統(tǒng)從一個穩(wěn)態(tài)進入另一穩(wěn)態(tài)的歷程3、時域控制性能指標(biāo)：擾動信號為階躍輸入作用F，控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線的控制系統(tǒng)性能指標(biāo)2）衰減比n：控制系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)，等于相鄰?fù)较騼蓚€波峰的幅值比，即n=筍B2n=l:l時，輸出為等幅振蕩，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定n<l:l時，輸出發(fā)散，系統(tǒng)不穩(wěn)定n>l:l時，輸出收斂，系統(tǒng)穩(wěn)定，且n越大越穩(wěn)定注：通常，希望隨動系統(tǒng)n=10:l.定值系統(tǒng)n=4:l衰減率屮=晉，百分數(shù)；衰減度小=著，與衰減比n的關(guān)系n=e2“m2）超調(diào)量隨動系統(tǒng)：q=^x100%?C為輸出最終穩(wěn)態(tài)值，B丄為輸出超過最終穩(wěn)態(tài)值的最人瞬態(tài)偏差定值系統(tǒng)：用最大動態(tài)偏差A(yù)表示超調(diào)程度，|A|=|B]+C|注：超調(diào)屋和最人動態(tài)偏差表征過渡過程中被控變量偏離設(shè)定值的超調(diào)程度，反映控制系統(tǒng)穩(wěn)定性3）余差：控制系統(tǒng)最終穩(wěn)態(tài)偏差e（8）,階躍輸入下e（oo）=r-y（oo）=r-C,定值系統(tǒng)中“0,e（8）=-C,余差反映控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準確性4）回復(fù)時間（調(diào)節(jié)時間）：Ts被控變量從過渡過程開始到進入穩(wěn)態(tài)值±5%或±2%范|韋|內(nèi)并保持不超出的時間，反映控制系統(tǒng)快速性振蕩頻率3與振蕩周期T的關(guān)系3=豐，也是系統(tǒng)快速性的指標(biāo)注：相同衰減比n下，振蕩頻率越高，回復(fù)時間越短；相同振蕩頻率下，衰減比越大，回復(fù)時間越短。5）偏離度：通常，用2倍標(biāo)準差（±2<r）與均值之比表示，是被控變量統(tǒng)計特性的描述注：相同干擾下，定值系統(tǒng)輸出的最大偏差越大，系統(tǒng)偏離度越大；相同的衰減比下，系統(tǒng)的輸出周期越大，系統(tǒng)的偏離度越大4、偏差積分性能指標(biāo)（綜合性能指標(biāo)）：常用于綜合分析系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能，參見P125、控制系統(tǒng)正常運行的重要準則1）反饋準則：成為負反饋的條件是該系統(tǒng)各開環(huán)增益之積為正。2）穩(wěn)定運行準則：擾動或設(shè)定值變化時，系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定運行條件是系統(tǒng)各環(huán)節(jié)增益之積基本不變;系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定運行的條件是系統(tǒng)總開壞傳遞函數(shù)的?；静蛔?。3）安全運行準則：選用功能安全的儀表組成控制系統(tǒng)；事故發(fā)生時。系統(tǒng)應(yīng)處于安全狀態(tài)：故障的狀態(tài)能被傳遞到下游模塊或設(shè)備，以保證系統(tǒng)的安全運行。1.21.2.11、工業(yè)生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型分類靜態(tài)數(shù)學(xué)模型：過程的輸入、輸出不隨時間變化時的數(shù)學(xué)關(guān)系動態(tài)數(shù)學(xué)模型：隨時間變化的注：過程控制中常采用動態(tài)數(shù)學(xué)模型，也稱動態(tài)特性模型要求：簡單實用、滿足控制精確度要求條件卞能可靠反映過程輸入輸出之間的動態(tài)關(guān)系。2、動態(tài)數(shù)學(xué)模型的分類方法按時間特性：連續(xù)型和離散型按模型描述：傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間、微分方程、差分方程等按過程類型：集中參數(shù)、分布參數(shù)、多級過程模型等按建模輸入信號：非周期函數(shù)、周期函數(shù)、非周期性隨機函數(shù)、周期性隨機函數(shù)等3、工業(yè)生產(chǎn)過程中常釆用階躍輸入信號作用卞過程的響應(yīng)特性表示過程的動態(tài)特性注：依據(jù)典型工過動態(tài)特性進行系統(tǒng)識別：見P13表4、控制通道和擾動通道參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響：見P14表5、時間常數(shù)匹配對系統(tǒng)性能的影響：廣義對象的多個時河常數(shù)的匹配問題，即檢測變送、執(zhí)行器、被控對象三環(huán)節(jié)的時間常數(shù)對控制系統(tǒng)品質(zhì)的影響采用可控性指標(biāo)衡量，注：可控性指標(biāo)K^Sc，其中Kn*為系統(tǒng)臨界增益，3c為臨界振蕩頻率，二者之積大表示可控性好。且，減小廣義對象中次大時間常數(shù)或者增大最大和次大時間常數(shù)之比均有利于提高可控性指標(biāo)6、被控變量、操縱變量、控制方案的選擇：見P151313.1檢測變送壞節(jié)的性能1、檢測變送壞節(jié)的組成、作用、基本要求組成：檢測元件、變送器（類型較多，但都可以用一階環(huán)節(jié)近似，其傳函為Gra（s）=J^_e-ST-）作用：將工業(yè)生產(chǎn)過程的參數(shù)經(jīng)檢測、變送單元轉(zhuǎn)換為標(biāo)準信號。注：現(xiàn)場總線儀表中的標(biāo)準信號為數(shù)字信號基本要求：準確、迅速、可靠，即“準確反映被控或被測變量、迅速反映變化、可靠長期穩(wěn)定運行”2、檢測變送壞節(jié)的選擇原則：環(huán)境適應(yīng)性：檢測元件的精確度和響應(yīng)的快速性：選用線性特性；時間常數(shù)匹配問題；時滯影響；3、減小時間常數(shù)的方法：檢測點位置的合理選擇：選用小慣性檢測元件：縮短氣動管線長度；減小管徑；正確使用微分單元；選用繼動器和放大元件4、產(chǎn)生時滯的原因和減小的方法：原因：檢測點與檢測變送儀表之間有傳輸距離，而傳輸速度有制約方法：合適的檢測點位置；減小傳輸距離：選用增壓泵或抽氣泵等提高傳輸速度5、檢測變送信號的處理內(nèi)容包括：信號補償、線性化、信號濾波、數(shù)學(xué)運算、數(shù)字變換、信號報警處理、功能安全1.41.4.12、執(zhí)行器的分類最常見的是控制閥（或稱調(diào)節(jié)閥），由執(zhí)行機構(gòu)、調(diào)節(jié)機構(gòu)組成執(zhí)行機構(gòu)分類：按使用的能源分：氣動、電動、液動按輸入信號增加時，控制閥桿移動方向分正作用（輸入增大桿外移）和反作用（輸入增大桿內(nèi)移）按桿移動可分為直行程和角行程按氣動執(zhí)行機構(gòu)部件類型分薄膜執(zhí)行機構(gòu)、活塞???、齒輪???、手動???等等調(diào)節(jié)機構(gòu)分類：按閥桿移動與流量之間的關(guān)系分正體閥（下移時流量?。⒎大w閥（下移時流量大）注意：1、正作用和反作用執(zhí)行機構(gòu)、正體閥和反體閥結(jié)合在一起（即執(zhí)行機構(gòu)與調(diào)節(jié)機構(gòu)結(jié)合〉組成氣開和氣關(guān)兩類控制閥，其中，“同號為關(guān)，異號為開”。2、氣開、氣關(guān)中的“氣”指輸入到執(zhí)行機構(gòu)的信號3、故障時，氣開型全關(guān)，氣關(guān)型全開1?4?2流量特性、1.4.3控制閥流量特性的選擇，見P23-P281.61.6.11、控制器參數(shù)整定原則1）根據(jù)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行原則，系統(tǒng)開環(huán)總增益KcK。，系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，二者變化應(yīng)使乘積不變2）廣義對象動態(tài)參數(shù)彳越大,系統(tǒng)越不易穩(wěn)定,應(yīng)減?。?且三和三應(yīng)合適，常取耳=2%Td=O.5to3）P作用為最基本的控制作用，按純比例閉環(huán)調(diào)節(jié)選擇可、Td、Kc4）盡量發(fā)揮積分作用消除余差的利，減小其不利于穩(wěn)定性的弊5）引入微分作用解決高階對象的過渡滯后對控制品質(zhì)的不利影響6）含有高頻噪聲的過程不宜引入微分7）通常取衰減比作為系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)8）衰減比的選擇：隨動系統(tǒng)n=10:l,定值系統(tǒng)n=4:l2.12.1.11、串級控制系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)和性能分析原理：見P58合成氨控制概念：由兩個或兩個以上的控制器串聯(lián)，一個的輸出作為另一個的設(shè)定值結(jié)構(gòu)特點：1）兩個或兩個以上的控制器串聯(lián)連接，一個的輸入作為另一個的設(shè)定值2）由兩個或兩個以上的控制器、相應(yīng)數(shù)量的檢測變送器、一個執(zhí)行器組成3）主控制回路是定值控制系統(tǒng)，副控制回路相對主控制回路而言是隨動控制系統(tǒng)、相對進入副回路的擾動而言是定值控制系統(tǒng)性能分析：串級控制系統(tǒng)增加副控制回路，使系統(tǒng)性能在以下方面得到改善1）迅速克服進入副回路擾動的影響2）改善主控制器的廣義對象特性，提高工作頻率3）自適應(yīng)能力增強4）能更精確控制操縱變量的流量5）可實現(xiàn)更靈活的操縱方式2、串級控制系統(tǒng)設(shè)計準則：1）應(yīng)使主要擾動進入副環(huán)，且盡可能多的擾動進入副環(huán)2）合理選擇副對象和檢測變送環(huán)節(jié)的特性，使副環(huán)可近似為比例環(huán)節(jié)3）合理選擇副對象，調(diào)整主、副被控對象時間常數(shù)比，使控制器參數(shù)整定合適以防止共振現(xiàn)象3、串級控制系統(tǒng)主、副被控變量的選擇原則：1）據(jù)工藝過程的控制要求選擇主被控變量，主被控變量應(yīng)反映工藝指標(biāo)2）副被控變量應(yīng)包含主要擾動，并應(yīng)包含盡可能多的擾動3）主、副回路時間常數(shù)和時滯應(yīng)錯開，即工作頻率錯開以防止共振現(xiàn)象4）主、副被控變量之間有一一對應(yīng)關(guān)系5）主被控變量的選擇應(yīng)使主對象有較大的增益和足夠的靈敏度6）應(yīng)考慮經(jīng)濟性和合理性4、串級控制系統(tǒng)主、副控制器控制規(guī)律的選擇；正反作用的選擇：見P622.22.2.11、均勻控制系統(tǒng)基本原理：指對兩個被控變量的兼顧，例如通過均勻控制既使液位在允許范圍內(nèi)波動，又使流量能較平穩(wěn)地變化命名：根據(jù)其系統(tǒng)功