陕西科技大学机电工程学院过程装备与控制工程过程控制技术Word文件下载.docx
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热电偶、电测仪表和连接导线
17热电偶优点:
1测温精度高,性能稳定2结构简单,易于制造,互换性好3便于远程传输和实现多点切换测量4测温范围广,-200到2000度5形式多样适于多种测量条件
18热电偶结构形式:
普通热电偶、铠装热电偶和特殊热电偶
19弹簧式压力计原理:
弹性元件受压后产生的反作用力和被测压力平衡,弹性元件变形是被测压力的函数
20弹性元件:
弹簧管、弹簧片、膜片、膜盒、膜盒组和波纹管
21弹性元件不完全弹性因素:
弹性滞后:
由于弹性元件工作时分子间存在摩擦导致加载曲线与卸载曲线不重合的现象
弹性后效:
弹性元件受载改变后,不是立即完成相应变形,而是在一定时间内逐渐完成变形的现象
22传感器组成:
敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电路
23检测仪表组成:
传感器、转换器、显示器和各环节传输通道
24仪表的静态性能指标:
灵敏度:
仪表或装置达到稳定后,输入变化量引起输出变化量的比值
线性度:
仪表的标定曲线与拟合曲线的吻合程度
迟滞误差:
在输入量增加和减少的过程中,对于同一输入量会得到大小不同的输入量,在全测量范围内,这个差别的最大值与仪表的满量程之比值
漂移:
输入量不变时,经过一段时间后输出量产生变化
重复性:
在同一工作条件下,对于同一输入值按同一方向连续多次测量时,所得输出值之间的相互一致性程度
26误差按性质分为:
系统误差、随机误差和粗大误差
27测量分类:
接触和非接触式、等精度和不等精度、间接和直接、静态和动态
28过渡过程:
从被控对象受到干扰使被控变量偏离给定值开始到调节器发挥作用,使被控变量回复到给定值附近范围内所经历的过程。
发散振荡:
系统在受到干扰后,被控变量不断偏离给定值,直至超出规定限度,造成事故。
该过程不稳定,需要避免
等幅振荡:
被控变量在某稳定值附近振荡,但振幅保持不变,系统受到干扰后不再稳定,一般不采用。
对于工艺上允许被控变量在一定范围内波动、控制要求不高的场合,可以使用
衰减振荡:
被控变量在稳定值附近上下波动,经过两三个周期后稳定下来。
在大多数控制中都希望得到这种稳定的过渡过程
非振荡的单调过程:
表明被控变量最终稳定下来、与衰减振荡相比,耗时长,速度慢,一般不采用
29控制系统的性能指标:
最大偏差(超调量)、衰减比、回复时间、余差和振荡周期
详见图1-12
30被控对象的特性:
当被控对象的输入变量发生变化时,其输出变量随时间的变化规律
31自衡特性:
输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时,在没有认为干预的情况下,被控对象自身重新回复到平衡的特性。
有利于控制。
32被控对象的参数:
放大系数:
被控对象重新达到平衡时输出变化量与输入变化量的比值
33时间常数:
被控对象受到输入作用后,输出量达到新稳态值的快慢
34滞后时间:
在受到输入量的作用后,其被控变量并不立即发生变化而是经过一段时间才发生变化的滞后现象。
有传递滞后和容量滞后两种。
35对于控制通道,放大系数大,时间常数不宜过大也不宜太小,纯滞后时间越小越好;
对于干扰通道,放大系数尽可能小,时间常数尽可能大,容量滞后有利于控制。
36单回路控制系统:
一个被控对象、一个检测元件变送器、一个调节器和一个执行器组成的闭合系统
37串级控制系统:
两个被控对象、两个检测变送器、两个调节器和一个调节阀组成,两个调节器串联工作,前一个调节器的输出作为后一个调节器的给定值,后一个调节器输出量送往调节器。
与单回路控制系统相比,其结构有两个闭环,里面的闭环是副环,进行粗调;
外面的闭环是主环,进行细调,以保证被控变量满足工艺要求。
38调节器的调节规律:
位式调节:
结构简单,成本较低,使用方便,对配用的调节阀无任何特殊要求,但是被控变量总在波动,控制质量不高。
当被控对象纯滞后较大时,被控变量波动幅度较大。
因此,不适用于控制要求稍高的场合
比例控制:
是最基本、最主要、应用最为普遍的规律,能迅速克服干扰,使系统稳定下来。
但是有余差存在,通常适用于干扰少,、扰动幅度小、负荷变化不大、纯滞后小或者控制要求精度不高的场合
积分控制:
积分控制作用是消除余差,纯积分控制的缺点在于其输出变化总是滞后于偏差的变化,不能及时有效的克服扰动,加剧了被控变量的波动,最终不能使系统稳定下来。
不能单独使用。
微分控制:
微分调节器的输出只与偏差的变化速度有关,即微分调节对不变的偏差没有克服能力,因而不能单独使用,微分作用有抑制振荡的作用。
39调节器参数(比例度、积分时间和微分时间)的工程整定:
理论计算整定法和工程整定法(经验试凑法、临界比例度法、衰减曲线法)
40串级控制系统特点:
1,能迅速克服副回路的干扰,2能改善被控对象的特性,提高系统抗干扰的能力3主回路对副回路具有鲁棒性,系统控制精度高
41串级系统适用范围:
被控变量的容量滞后大、干扰强、要求高的场合。
42前馈控制系统的基本原理:
测量进入过程的干扰,并按其信号产生合适的控制作用改变操纵变量,使被控变量维持在设定值上
43前馈和反馈的区别
控制类型
控制依据
被测信号
控制发挥作用时间
控制形式
反馈控制系统
被控变量的偏差
被控变量
偏差出现后
闭环
前馈控制系统
干扰的大小
干扰量
偏差出现前
开环
44比值控制系统:
定比值控制系统(开环、单闭环和双闭比值环控制系统)和变比值控制系统
定比值控制系统以保持两物料流量比值为目的,比值器的参数经计算设置好后就不再变动,工艺要求的实际流量比值也就固定了。
主要适用于两种两种以上的物料按照一定比例混合或反应的生产控制过程中。
二,习题
一,填空。
1、简单控制系统由(控制器)、(执行机构)、(被控对象)和(检测变送仪表)四个环节组成。
2、对象数学模型是指对象的(输入输出)特性,是对象在各输入量(控制量和检测变送量)作用下,其相应输出量(被控量)变化函数关系的数学表达式。
3、获取对象数学模型的方法参方法有:
(机理法)和(测试法)。
4、气动执行器由(调节)机构和(执行)机构两部分组成,常用的辅助装置有(阀门)定位器和手轮机构。
5、流通能力C的定义是:
调节阀全开,阀前后压差为(0.1Mp),流体重度为(1g/m3),每(小时)所通过的流体(系)数。
6、被调介质流过阀门的(相对)流量与阀门(相对)行程之间的关系称为调节阀的流量特性;
若阀前后压差保持不变时,上述关系称为(理想流量)特性,实际使用中,阀门前后的压差总是变化的,此时上述关系为(工作流量)特性。
7、动态前馈控制的设计思想是通过选择适当的(前馈)控制器,使干扰信号经过(前馈)控制器致被控量通道的动态特性完全复制对象(干扰)通道的动态特性,并使它们符号(相反)(正、反),从而实现对干扰信号进行完全补偿的目标。
8、自动调节系统常用参数整定方法(动态特性参数法),(稳定边界法),(衰减曲线法),(经验法)。
9、调节系统中调节器正、反作用的确定依据是:
(保证控制系统成为负反馈)。
10、模糊控制器的设计(不依赖)被控对象的精确数学模型。
11、调节系统的稳定性是对调节系统最基本的要求,稳定调节过程的衰减率ζ应是(0<
ζ<
1)。
12、线性调节系统的稳定性(稳定或不稳定)取决于(干扰作用的形式、强弱和系统本身的结构、参数。
)
13、单纯的前馈调节是一种能对(干扰量的变化)进行补偿的调节系统。
14、均匀控制系统的任务是(使前后设备在物料供求上相互均匀、协调。
15、定值调节系统是 环调节,前馈系统是 环调节。
(闭,开)
16、在选择性调节系统中防积分饱和一般采用(外反馈法)方法。
17、设置分程调节系统的目的是(为了满足工艺的特殊要求,扩大可调比)
18、若控制系统在纯比例作用下已整定好参数,加入积分作用后,为保证原稳定度,应将比例度(增大)
19、成分、温度调节系统的调节规律,通常选用(PID)。
20、流量、压力调节系统的调节规律,通常选用(PI)。
21、要消除系统的稳态误差,调节系统的调节规律,通常选用(PI)。
22、通常可以用时间常数T和放大系数K来表示一阶对象的特性。
现有甲乙两个液体贮罐对象,已知甲的截面积大于乙的截面积,假定流入和流出侧的阀门、管道尺寸及配管均相同,那么时间常数T(甲大于乙)。
23、请判定图所示温度调节系统中,调节阀和调节器的作用型式。
当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质,调节介质为过热蒸汽时;
( )
A.气关阀,正作用调节器;
B.气开阀,反作用调节器;
C.气开阀,正作用调节器;
D.气关阀,反作用调节器.
24、同上题图,当物料为温度过高时易结焦或分解的介质,调节介质为过热蒸汽时;
B.气开阀,反作用调节器;
D.气关阀,反作用调节器.
25、定值系统的传递函数反映了以给定量为输入,以被控量为输出的动态关系,它(与系统本身的结构参数、扰动量的形式及大小均有关。
26、由于微分调节规律有超前作用,因此调节器加入微分作用主要是用来(克服调节对象的惯性滞后(时间常数T))
27、调节系统中调节器正、反作用的确定是根据(实现闭环回路的负反馈)
28、均匀调节系统调节器参数应为(比例度在100%~200%之间)。
29、工业生产对过程装备的基本要求是(安全性;
经济性;
稳定性)等。
30、压差式流量计的核心部件是(节流装置),常见的节流装置有(孔板;
喷嘴;
文都利管)等。
31、液位是指(容器内液体介质液面的高低),常用的液位计有(浮力式;
静压式;
电容式;
光纤式)
32、在PID调节器中,需要整定的参数为(比例度;
积分时间;
微分时间)。
33、调节阀的选型主要包括(阀的口径选择;
型式选择;
固有流量特性选择;
材质选择)等内容。
34、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为(直接数字控制系统;
监督控制系统;
分级控制系统;
集散控制系统)等几种类型。
35、PLC的程序表达方式常采用(梯形图;
语句表;
逻辑功能图)等方法。
练习:
1.1.1生产过程自动化系统所包含的内容:
自动检测系统:
采用检测仪表(如热电偶、热电阻、压力传感器等)对温度、压力、流量、液位等进行测量,自动控制的依据
⏹信号连锁系统:
信号连锁系统是一种安全装置,包括信号报警和联锁保护,信号连锁系统的作用,在事故发生前,自动发出声光报警信号,引起操作员的注意以便及早采取措施
⏹自动操作系统:
按预先规定的程序周期性操作(如PLC程序控制)
⏹自动控制系统:
根据实际的工艺参数变化进行自动调节(如PID调节期、计算机数控等)
1.随着控制通道的增益K0的增加,控制作用增强,克服干扰的能力增大,
系统的余差减小,最大偏差减小。
3.建立过程对象模型的方法有机理建模和系统。
4.控制系统对检测变送环节的基本要求是、和。
5.控制阀的选择包括结构材质的选择、、和。
7.如果对象扰动通道增益
增加,扰动作用,系统的余差,
最大偏差。
9.调节阀的流量特性有、和,流量特性的选择主要是与相匹配。
10.被调介质流过阀门的相对流量与阀门相对行程之间的关系,称为调节阀的特性;
若阀前后的压差保持不变时,上述关系称为特性;
实际使用中,阀前后的压差总是变化的,此时上述关系为特性。
12.控制系统引入积分作用是为了,但积分的引入会使系统,引入微分作用是为了。
13.某调节系统采用比例积分作用调节器,先用纯比例调整到合适的调节输出,在加入积分作用的过程中,应。
14.自动调节系统常用参数整定方法,,,。
15.执行器按其能源型式可分为,,三大类。
16.气动执行器由和两个部分组成。
17.选择控制方案时,总是力图使调节通道的放大倍数,干扰通道的放大倍数。
19.由于微分调节规律有超前作用,因此调节器加入微分作用主要是用。
20.选择控制方案时,总是力图使调节通道的放大倍数(增益)干扰
28.某调节系统采用比例积分作用调节器,在加入微分作用的后,最大偏差A余差C调节时间ts稳定性n。
1.增强,最大,减小,减小。
3.机理建模和系统辨识与参数估计
4.准确、迅速和可靠
5.口径的选择、流量特性的选择和正反作用的选择
7.增强,增大,增大
9.快开、等百分比和线性,广义对象特性
10.Q/Qmaxl/L流量理想工作
12.消除余差产生振荡现象克服容量滞后
13.减小调节器的放大倍数
14.经验法衰减曲线法临界比例度法反应曲线法
15.气动,电动,液动
16.执行机构和调节机构
17.增益增大,增益减小
19.克服容量滞后
20.大于减小不变缩短提高。
二,简答题。
1、被控参数的选择原则有哪些?
答:
如可能,应尽量选择质量指标参数作为被控参数,当不能选择质量指标作为被控参数时,应选择一个与产品质量指标有单位对应关系的间接参数作为被控变量。
2、分程控制有哪些用途?
如何解决两个分程信号衔接处流量我的折点现象?
用于满足工艺的特殊要求,扩大可调比;
解决:
1.如果选择直线阀,则应使两个调节阀的流通能力相近。
2.部分分程信号重叠的方法。
3.采用两个对数法并联分程。
3、与单回路控制相比,串级控制系统具有哪些特点?
1.减小了被控对象的时间常数,缩短了控制通道,使控制作用更加及时。
2.提高了系统的工作频率,使振荡周期减小,调节时间缩短,系统的快速性提高了。
3.对于二次干扰有很强的客服能力,对克服一次干扰也有一定的提高。
4.对负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。
4、什么是比值控制系统?
它有哪几种类型?
画出它们的结构原理图。
比值控制系统:
用来实现两个或者两个以上物料保持一定比例关系的控制系统。
四种类型:
开环比值控制,单闭环比值,双闭环比值,变比值。
5.前馈控制和反馈控制各有什么特点?
为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质?
答:
前馈控制的特点是:
根据干扰工作;
及时;
精度不高,实施困难;
只对某个干扰有克服作用.2分
反馈的特点作用依据是偏差;
不及时:
精度高,实施方便,对所有干扰都有克服作用.由于两种控制方式优缺点互补,所以前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质.3分
6、何为调节器参数的工程整定法,并简述临界比例度法进行参数整定的过程。
所谓的工程整定法,就是避开被控对象的特性和数学描述,在被控对象运行时,直接在控制系统中,通过改变调节器参数,观察被控变量的过渡过程,来获取调节器参数的最佳数值。
临界比例度法整定参数的步骤是:
首先将调节器的积分、微分作用全部去除,在纯比例作用调节比例度,直至得到等幅振荡的阶跃干扰过渡过程,此时的比例度和振荡周期称为临界比例度和临界周期,最后按照相应的经验公式计算出调节器各参数的整定数值。
临界比例度法参数整定是以闭环系统得到4:
1衰减比,且有合适的超调量为目标的。
7、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。
本质安全防爆型是指在正常和故障状态下,电路及设备产生的火花能量都不足于引起爆炸的防爆类型。
它由两种场所、两种电路组成,即安装在危险场所的本质安全电路及安装在非危险场所的非本质安全电路,两者间采用防爆安全栅隔离。
仪表的防爆性能是靠电路设计来实现和保证:
采用低的工作电压和小的工作电流;
用防爆安全栅将危险与非危险场所电路隔开;
现场和控制室之间仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。
8、
何为单容液位对象的自衡作用,并简要分析产生自衡作用的原因。
单容液位对象的自衡作用是指当输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时,在没有人为干预的情况下,被控对象的自身能重新恢复平衡的特性。
产生的原因主要是出口阀的流量特性,即在流出变化量很小的情况下,流出量与液位成正比关系,即:
9,为什么工业生产中很少采用纯积分作用调节器?
答案:
积分作用的特点是,只要有偏差,输出就会随时间不断增加,执行器就会不停地动作,直到消除偏差,因而积分作用能消除静差。
单纯的积分作用容易造成调节动作过头而使调节过程反复振荡,甚至发散,因此工业生产中很少采用纯积分作用调节器,只有在调节对象动态特性较好的情况下,才有可能采用纯积分调节器。
10,试述比例、积分、微分三种调节规律的作用各是什么?
其调整原则是什么?
比例调节规律的作用是,偏差一出现就能及时调节,但调节作用同偏差量是成比例的,调节终了会产生静态偏差(简称静差)。
积分调节规律的作用是,只要有偏差,就有调节作用,直到偏差为零,因此它能消除偏差。
但积分作用过强,又会使调节作用过强,引起被调参数超调,甚至产生振荡。
微分调节规律的作用是,根据偏差的变化速度进行调节,因此能提前给出较大的调节作用,大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间。
但微分作用过强,又会使调节作用过强,引起系统超调和振荡。
这三种调节规律的调整原则是:
就每一种调节规律而言,在满足生产要求的情况下,比例作用应强一些,积分作用应强一些,微分作用也应强一些。
当同时采用这三种调节规律时,三种调节作用都应当适当减弱,且微分时间一般取积分时间的1/4~1/3。
11,在选择性控制系统中,如何确定选择器的基本类型?
1)从安全角度考虑,确定控制阀的气开和气关类型;
2)确定正常工况和取代工况时的对象特性,即放大倍数的正、负;
3)确定正常控制器和取代控制器的正、反作用;
4)根据取代控制器的输出信号类型,确定选择器是高选器还是低选器;
5)当选择高选器时,应考虑事故时的保护措施。
12,什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性?
系统设计时应如何选择控制阀的流量特性?
假设阀前后压差是固定的,即△P为常数,这时得到的流量特性关系,称为理想流量特性,理想流量特性是控制阀固有的特性。
当△P不等于常数时,控制阀的流量特性称为工作流量特性。
流量特性的选择:
根据对象特性选择控制阀的流量特性;
根据s值选择控制阀的流量特性;
从控制阀正常工作时阀们开度考虑:
当控制阀经常工作在小开度时宜选用等百分比流量特性,当流过控制阀的介质中含有固体悬浮物等,宜选用直线流量特性。
13,对象的时间常数T指的是什么?
对象的时间常数T,是表示扰动后被测量完成其变化过程所需时间的一个重要参数,即表示对象惯性的一个参数。
T越大,表明对象的惯性越大。
14,比例控制作用有和特点?
比例作用的优点是动作快。
它的输出无迟延地反映输入的变化,是最基本的控制作用。
缺点是调节结束后被控量有静态偏差。
15,简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动(干扰)量、设定(给定)值和偏差的含义?
答:
自动控制系统中常用的几个术语其含义是:
被控对象:
自动控制系统中,工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。
被控变量:
被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。
操纵变量:
受控制器操纵的,用以克服干扰的影响,使被控变量保持设定值的物料量或能量。
扰动量:
除操纵变量外,作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。
设定值:
被控变量的预定值。
偏差:
被控变量的设定值与实际值之差。
16,自动控制系统主要由哪些环节组成?
各部分的作用是什么?
自动控制系统主要由两大部分组成。
一部分是起控制作用的全套自动化装置,对于常规仪表来说,它包括检测元件及变送器、控制器、执行器等;
另一部分是受自动化装置控制的被控对象。
在自动控制系统中,检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号(如气压信号或电压、电流信号等)。
控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差,根据偏差的大小及变化趋势,按预先设计好的控制规律进行运算后,将运算结果用特定的信号(如气压信号或电流信号)发送给执行器。
执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入(或流出)被控变量的物料量或能量,克服扰动的影响,最终实现控制要求。
17,什么是自动控制系统的过渡过程?
在阶跃扰动作用下,其过渡过程有哪些基本形式?
哪些过渡过程能基本满足控制要求?
把系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过渡过程。
过渡过程中被控变量的变化情况与干扰的形式有关。
在阶跃扰动作用下,其过渡过程曲线有以下几种形式。
①发散振荡过程②非振荡发散过程③等幅振荡过程④衰减振荡过程⑥非振荡衰减过程
在上述五种过渡过程形式中,非振荡衰减过程和衰减振荡过程是稳定过程。
能墓本满足控制要求。
但由于非振荡衰减过程中被控变量达到新的稳态值的进程过于缓慢,致使被控变
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