工业自动化仪表及过程控制(调节规律的选择)

工业自动化仪表及过程控制

(9)

Industrial Automation Instrumentations and Process Control

调节规律的选择

?P

?I

?PI

?PD

?PID

()121

12

12

102

12

1++=+=

+='=K T T T T T T K K

K K K K K K

K c ζω()()()()()222

22

112102101ωζωω++'=+=+==s s K s F s Y s T K s G s T K s G K s G c c

()121121212102121++=+=+='=K T T T T T T K K K K K K K K K c ζω()()()()()2

022

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11

21

021

01ωζωω++'=+=+==s s K s F s Y s T K s G s T K s G K s G c

c

单位阶跃扰动响应

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单位阶跃扰动响应()???

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控制主要指标()22021121112121ζπζψζπζωπζωπ---=???????????? ??--+===-=+=∞∞exp exp y y M T K K K y D z z 稳态误差：

振荡周期：

超调：

衰减率：

()

122121++=K T T T T ζ阻尼比：Kc↑→K↑→ζ↓→ψ（衰减比）↓

Kc 增加：系统稳定性变差，振荡加剧

2

1K K K K c =开环放大系数：

201ζωω-=z 自然频率（无阻

尼振荡频率）：Kc↑→K↑→ω0↑→ ωz ↑→t s （调整时间）↓

Kc 增加：系统频率增加，响应加快

振荡频率：2

101T T K +=ω

]1[1)(2121ζπζ--++=e K K K y D 稳态误差：Kc↑→K↑→y (∞) ↓→ y D ↓

Kc 增加：稳态误差减少，动态偏差减少，系统准确度提高

最大动态值：()K

K K y +=∞12

1

比例增益对控制指标的影响

?Kc增加：

?系统稳定性变差，振荡加剧。

?系统频率增加，响应加快。

?稳态误差减少，准确性提高

控制系统常用品质指标：

?关于误差和稳定性：y(∞) ,y D,Ψ ,

?关于响应速度：ωz,t s,t p

第一项均与系统开环放大系数K相关：K越大，响应准确程度越好，但K太大响应稳定性差。

第二项可以用ωz来表示：ωz越大响应越快，ωz太大衰减比减小。

设K max 和ωm 分别为：临界放大倍数和临界频率。则对于PI 调节，

有：K≈ K max ，ωz ≈（0.7-0.9）ωm

可以取以下乘积

作为调节指标：

K max ωm

PI

调节作用分析(

)???? ?

?+=s T K s G K i c c c 11K o G o (s)：对象

PI调节频率特性

PI 调节频率特性

?有克服稳态误差的能力?使系统稳定性下降

)1arctan()()()

(11)()(2

2i c i c T j G T j G A ωωωωωω-=∠=Φ+==

?改善系统动态响应?有利于系统稳定

PID调节频率特性

PD调节作用例

过程控制与自动化仪表(复习要点)

填空30 问答20 分析10 设计15 计算分析25 第一章： 什么是过程控制？过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。 过程控制系统的组成：被控对象和自动化仪表（包括计算机）两部分组成。（被控参数，控制参数，干扰量f(t)，设定值r(t)，反馈值z(t)，偏差e(t)，控制作用u(t)） 过程控制系统的分类：按结构不同：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈-反馈复合控制系统；按定值不同：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）顺序控制系统 过程控制系统的性能指标：根据稳定性、快速性、准确性的要求提出以下 单向性能指标：（1）衰减比（2）最大动态偏差和超调量（3）参与偏差（4）调节时间、峰值时间和振荡频率 综合性能指标：（1）偏差绝对值积分IAE（2）偏差平方积分ISE（3）偏差绝对值与时间乘积积分ITAE（4）时间乘偏差平方积分ITSE 第二章： 检测误差的类型、怎样克服？ 1、检测误差的描述 （1）真值所谓真值是指被测物理量的真实（或客观）取值。在当前现行的检测体系中，许多物理量的真值是按国际公认的公式认定的，即用所谓“认定设备”的检测结果作为真值。（2）最大绝对误差绝对误差是指仪表的实测示值x与真值x a的最大差值，记作△，即△=x-x a （3）相对误差δ=△/x a *100% （4）引用误差γ=△/（x max-x min）*100% （5）基本误差基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。 （6）附加误差附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。 2、检测误差的规律性 （1）系统误差系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量时，按一定规律出现的误差。克服系统误差的有效方法之一是利用负反馈结构。 （2）随机误差或统计误差当对同一被测参数进行多次重复测量时，误差绝对值的大小和符号不可预知地随机变化，但就总体而言具有一定的统计规律性，通常将这种误差称为随机误差或统计误差。引起随机误差的原因很多且难以掌握，一般无法预知，只能用概率和数理统计的方法计算它出现的可能性的大小，并设计合适的滤波器进行消除。 （3）粗大误差又称疏忽误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后再将其剔除。 检测仪表的组成：传感器、变送器 检测仪表的基本特性 固有特性：（1）精确度及其等级（2）非线性误差（3）变差（4）灵敏度和分辨力（5）漂移（6）动态误差

自动化仪表与过程控制

绪论 ●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表? 答:a:是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表. ●DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处? 答:在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDZ-III型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mA直流电流作为标准信号.这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别,且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活. ●什么叫两线制变送器?它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分. 答:a.就是将供电的电源线与信号的传输线合并起来,一共只用两根导线.b. 1有利于识别仪表的断电断线等故障2不仅节省电缆布线方便,而且大大有利与安全防爆易抗干扰.3上限值较大,有利于抑制干扰4上下限的比值为5:1与气动仪表信号制对应,便于相互折算,产生较大的磁力c.图. ●什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为0.5级的测量仪表,在量程围的最大误差为多少? 答:模拟式仪表的合理精确度,应该以测量围中最大的绝对误差和该仪表的测量围之比来衡量,这种比值称为相对百分误差,仪表工业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(100+100)=0.5%x=1℃. 1-1试述热电偶的测温原理，工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？ 答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。 b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。 c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度围温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。 d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。 1-2热电阻测温有什么特点？为什么热电阻要用三线接法？ 答：a、在-200到+500摄氏度围精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温围比热电偶低，存在非线性。 b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。 1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。在什么情况下要做零点迁移？ 答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。

自动化仪表与过程控制课后答案

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 自动化仪表与过程控制课后答案 自动化仪表与过程控制课后答案 0-1 自动化仪表是指哪一类仪表？什么叫单元组合式仪表？自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表 : 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表 0-2DDZ-II 型与 DDZ-III 型仪表的电压,电流信号输出标准是什么？在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处？ P5 第二段 0-3 什么叫两线制变送器？它与传统的四线制变送器相比有什么优点？试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分？ P5~6 0-4 什么是仪表的精确度？试问一台量程为-100~100C,精确度为 0.5 级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少？一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高 x/(100+100)=0.5% x=1 摄氏度 1-1 试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么叫热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。 b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。 c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。 d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿 1/ 11

过程控制与自动化仪表

1：串级控制系统参数整定步骤应为（）。 1.先主环，后副环 2.先副环后主环 3.只整定副环 4.没有先后顺序 2：仪表的精度等级指的是仪表的（） 1.误差 2.基本误差 3.允许误差 4.基本误差的最大允许值 3：串级控制系统主、副回路各有一个控制器。副控制器的给定值为（） 1.恒定不变 2.由主控制器输出校正 3.由副参数校正 4.由干扰决定 4：用K分度号的热偶和与其匹配的补偿导线测量温度。但在接线中把补偿导线的极性接反了，则仪表的指示（） 1.偏大 2.偏小

3.可能大,也可能小,要视具体情况而定 5：用4：1衰减曲线法整定控制器参数时得到的TS值是什么数值（） 1.从控制器积分时间旋纽上读出的积分时间 2.从控制器微分时间旋纽上读出的积分时间 3.对象特性的时间常数 4.是4：1衰减曲线上测量得到的振荡周期 6：当高频涡流传感器靠近铁磁物体时（） 1.线圈的震荡频率增加 2.线圈的电阻减小 3.线圈的电感增大 7：某容器控制压力，控制排出料和控制进料，应分别选用的方式为（）。 1.气开式；气开式 2.气关式；气关式 3.气开式；气关式 4.气关式；气开式 8：准确度等级是仪表按（）高低分成的等级。 1.精度 2.准确度

3.限度 9：不属于工程上控制参数的整定方法是（） 1.动态特性法 2.稳定边界法 3.衰减曲线法 4.比较法 10：最常见的控制结构除了反馈控制结构外还有。（） 1.串级控制 2.前馈控制 3.单回路控制 4.多回路控制 11：串级均匀控制系统结构形式与串级控制系统相同，它与串级控制系统有区别也有相同的地方。相同是（） 1.系统构成目的 2.对主、副参数的要求 3.参数整定顺序、投运顺序 4.干扰补偿方式 12：工业现场压力表的示值表示被测参数的（）。 1.动压 2.全压

自动化仪表与过程控制课后答案

自动化仪表与过程控制课后答案 0-1自动化仪表是指哪一类仪表什么叫单元组合式仪表 自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的 自动化技术工具单元组合式调节仪表: 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表 0-2DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压,电流信号输出标准是什么在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处P5 第二段 0-3什么叫两线制变送器它与传统的四线制变送器相比有什么优点试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分P5~6 0-4什么是仪表的精确度试问一台量程为-100~100C,精确度为级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少 一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高x/(100+100)=% x=1摄氏度 1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种什么叫热电偶的分度号在什么情况下要使用补偿导线 答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。 b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。 c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。 d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。 1-2 热电阻测温有什么特点为什么热电阻要用三线接法 答：a、在-200到+500摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。 b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。 1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。在什么情况下要做零点迁移 答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。 b、工作原理：应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻，热敏电阻集成温度传感器、半导体温度传感器等，然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号。 c、由铜丝绕制的电阻Rcu安装在热电偶的冷端接线处，当冷端温度变化时，利用铜丝电阻随温度变化的特性，向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿。桥路左臂由稳压电压电源Vz（约5v）和高电阻R1（约10K欧）建立的恒值电流I2流过铜电阻Rcu，在Rcu 上产生一个电压，此电压与热电动势Et串联相接。当温度补偿升高时，热电动势Et下降，但由于Rcu增值，在Rcu两端的电压增加，只要铜电阻的大小选择适当，便可得到满意的补偿。 d、当变送器输出信号Ymin下限值（即标准统一信号下限值）与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移。

调节规律与调节控制回路

调节规律与调节控制回路 1、在自动调节控制回路中比例（P）、积分（I）、微分（D）各起 什么作用？ 比例调节器依据“偏差的大小”来动作，它的输出与输入偏差的大小成比例。比例调节及时、有力，但有余差。它用比例度δ来表示其作用的强弱，δ愈小，调节作用愈强，比例作用太强时，会引起振荡。 积分调节依据“偏差是否存在”来动作，它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差消失时，积分作用才会停止，其作用是消除余差。但积分作用使最大动偏差增大，延长了调节时间。它用积分时间T来表示其作用的强弱，T愈小，积分作用愈强，但积分作用太强时，也会引起振荡。 微分调节依据“偏差变化速度”来动作，它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其效果是阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用，对滞后大的对象有很好的效果。它使调节过程偏差减小，时间缩短，余差也减小（但不能消除）。它用微分时间T d 来表示其作用的强弱，T d大，作用强，但T d太大，也会引起振荡。 2、比例（P）、比例积分（PI）、比例积分微分（PID）调节规律的 适用场合？ 比例（P）调节规律适用于负荷变化较小，纯滞后不太大而工

艺要求不高又允许有余差的调节系统。 比例积分（PI）调节规律适用于对象调节通道时间常数较小，系统负荷变化较大（需要消除干扰引起的余差）、纯滞后不大（时间常数不是太大）而被调参数不允许与给定值有偏差的调节系统。 比例积分微分（PID）调节规律适用于容量滞后较大，纯滞后不太大，不允许有余差的对象。 3、微分（D）调节规律的作用? 由于微分（D）调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用可以：克服调节对象的惯性滞后（时间常数T）、容量滞后（τc）； 但微分作用不能克服调节对象的纯滞后τ0，因为在τ0时间内，被调参数的变化速度为零。 4、压力、流量的调节为何不选用微分调节？而温度、成分调节多 采用微分调节？ 对于压力、流量等被调参数来说，对象调节通道时间常数T0较小，而负荷又变化较快，这时微分作用和积分作用都要引起振荡，对调节质量影响很大，故不采用微分调节规律。 而对于温度、成分等测量通道和调节通道的时间常数较大的系统来说，采用微分规律这种超前作用能够收到较好的效果。

浅谈过程控制与自动化仪表

浅谈过程控制与自动化仪表 摘要随着自动化仪表的更新换代，现代科学技术的发展需要自动化仪表和过程控制提供技术保障，要不断地改进生产技术，使其朝着智能化、网络化、开放性发展。 关键词自动化仪表；自动化技术；过程控制 1 引言 过程控制泛指石油、化工、电力、冶金、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，其被控量通常为压力、液位、流量、温度、PH值等过程变量，是自动化技术的重要组成部分。其作用体现在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。自动化仪表是用于生产过程自动化的仪器或设备，是实现工业企业自动化的必要手段和技术工具。其特点是兼容性、统一标准。 2 过程控制概述 2.1 过程控制的特点、要求及任务、功能结构 过程控制的特点：系统由被控过程和检测控制仪表组成；被控过程的多样性；控制方案的多样性；控制过程大多属于慢变过程与参量控制；定值控制是过程控制的主要形式。 生产过程对控制最主要的要求可以归结为三个方面，即：安全性、稳定性和经济性。过程控制的任务，就是在了解、掌握工艺流程和生产过程的各种特性的基础上，根据工艺生产提出的要求，应用控制理论对控制系统进行分析、设计和综合，并采用相应的自动化装置和适宜的控制手段加以实现，最终达到优质、高产、低耗的控制目标。 图1过程控制的功能结构图 过程控制的功能结构：测量变送与执行，由测量变送装置与执行装置实现；

操作安全与环保，保证生产安全、满足环保要求的设备(独立运行)；常规与高级控制，实现对过程参数的控制，满足控制要求；实时优化，实现最优操作工况(时间，成本，设备损耗)而设计的方案；决策与计划调度，对整个过程进行合理计划调度和正确决策，使企业利益最大化。 2.2 过程控制的分类 按照被控变量的给定值分类，可分成以下三类： 1. 定值控制系统，是一种被控变量的给定值始终固定不变的控制系统。如：液位控制系统； 2. 随动控制系统随动控制系统是一种被控变量的给定值随时间不断变化的控制系统，例如：锅炉的燃烧控制系统； 3. 程序控制系统(又称顺序控制系统)程序控制系统是被控变量的给定值按预定的时间程序来变化的控制系统。例如：冶金工业中的金属热处理的温度控制。 2.3 过程控制发展概况 20世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低； 20世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，实现了仪表化和局部自动化； 20世纪60年代(综合自动化阶段)：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统，控制目的------提高控制质量或实现特殊要求； 20世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。 3 自动化仪表概述 自动化仪表是用于过程自动化的仪器或设备，过程控制系统是实现生产过程自动化的平台，而自动化仪表与装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。 3.1 自动化仪表的分类 (1) 按照安装场地分 现场仪表(一次仪表)、控制室仪表(二次仪表)； (2) 按能源形式分 ①气动控制仪表：以压缩空气为能源。 优点：结构简单，性能稳定，可靠性高，易于维修，天然防爆； 缺点：气动信号传输速度极限=声速340 s，体积庞大。 ②电动控制仪表 优点：信号快速，远距离传输：易于实现复杂规律的信号处理，易 于与其他装置相连，供电用电方便，无需空压机和油泵、水泵； 缺点：不天然防爆；易受电磁干扰；功率不易大，近年的电动仪表 多采用了安全防爆措施，应用更加广泛。 ③液动仪表(以高压油和高压水为能源) 优点:工作可靠，结构简单，功率大，防爆；

自动调节器典型调节规律及调节过程分析(1)

第八章 调节器调节规律及其对过程影响 第一节 自动调节器典型调节规律及调节过程分析 调节器的基本调节规律是模拟运行人员的基本操作，是运行人员调节动作精华的总结。选择合适的调节器动作规律是热工自动人员的职责范畴，但运行人员如果能理解各种动作的调节过程，就能够使用好相应的自动调节系统。 自动调节的目的是要及时准确地进行调节，前面我们已经讲到基本环节由比例、积分、惯性、微分、迟延组成。因为惯性、迟延环节不符合及时准确的要求，所以我们可考虑的就只有比例、积分、微分这三种特性了（积分、微分调节规律一般不能单独使用）。自动调节器的典型动作规律按照环节特性可分为比例（P ）、比例积分（PI ）、比例微分（PD ）、比例积分微分（PID ）。 一、典型调节规律 1. 比例（P ）调节规律 比例调节作用简称为P 作用，是所有调节器必不可少的一种典型调节作用。P 作用实质上就是典型环节中的比例作用。不过这个环节一般用电子元件构成的电路来实现，其输入输出都是电信号。 比例环节的传递函数P K W =，P K 称为比例环节的比例放大系数；而在比例（P ）调节作用中，传递函数习惯上表示成δ 1 =P W ， （8-1） 式中 P K 1 = δ——调节器的比例带（比例度），δ越大，比例作用越弱。 下面以如图8-1所示的采用浮子式比例调节器的水位调节系统为例，说明比例调节器的调节规律。该系统的被调对象是有自平衡能力的单容水箱；浮子起到检测器的作用，用于感受水位的变化；比例调节器就是杠杆本身，杠杆以O 点为支点可以顺时针或逆时针转动。给定值的大小与给定值连杆的长短有关；选择流入侧阀门作为调节阀，由调节器来控制它的开度变化。当某种扰动使水位升高时（说明此时流入量1q ＞流出量2q ），浮子随之升高，通过杠杆作用使阀门芯下移，关小调节阀，流入量1q 减小直至等于流出量 2q 。反之，当某种扰动使水位降低时（说明此时流入量1q ＜流出量2q ，浮子随之降低，通过杠杆作用使阀门芯上移，开大调节阀，流入量1q 加大直至等于流出量2q 。这样，就可以自动地把水位H 维持在某个 高度附近，完成水位的自动调节。↓↑?μh ，↑↓?μh ，动作方向始终正确，朝着减小被调量波动的方向努力。比例调节器的动画演示见光盘第八章目录下”比例调节器流出侧扰动(阶跃减少)”和“比例调节 图示中连杆长度为L ，水位如图8-1所示。假设在目前调节阀门开度μ下流入流出正好平衡，水位稳定不变。此时，将给定值连杆变短后重新装入，由于连杆变短，水位还是原数值没有变化，所以调节器杠杆右侧下降左端升高，调节阀门开度阶跃开大，使流入量1q 阶跃增加，21q q >，进而引起水位H 上升，水位上升的同时，调节杠杆右侧又不断回升，杠杆左端下移，调节阀开度不断关小，使1q 减小，当21q q =时，水位处于新的平衡状态。这个新的水位高于原来的水位，所以给定值连杆长度变短相当于给定值的增

自动化仪表与过程控制课后习题答案

●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表? 1 答:a:是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术 工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组 合而成的自动调节仪表. ●DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处? 答:在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDZ-III型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mA直流电流作为标准信号.这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别,且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活. ●什么叫两线制变送器?它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分. 答:a.就是将供电的电源线与信号的传输线合并起来,一共只用两根导线.b. 1有利于识别仪表的断电断线等故障2不仅节省电缆布线方便,而且大大有利与安全防爆易抗干扰.3上限值较大,有利于抑制干扰4上下限的比值为5:1与气动仪表信号制对应,便于相互折算,产生较大的磁力 c.图. ●什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少? 答:模拟式仪表的合理精确度,应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量,这种比值称为相对百分误差,仪表工业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(100+100)=0.5%x=1℃. ●1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么热电偶的分度号?在什么情况下要使用补偿导线? 答:a.当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势,并产生电流.b.铂极其合金,镍铬-镍

PI调节器

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。

为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 PID是比例,积分,微分的缩写.比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI 调节器或PID调节器。微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器

吉大16春学期《过程控制与自动化仪表》在线作业二答案

一、单选题（共 5 道试题，共 20 分。） 1. 在过程控制中，使用最多的是（A）。 A. 气动执行器 B. 电动执行器 C. 热动执行器 D. 手动执行器 满分：4 分 2. 对于（D）摄氏度以上的高温，已不能用热电阻进行测量，大多采用热电偶进行测量。 A. 100 B. 200 C. 300 D. 500 满分：4 分 3. 从整理结构上看，智能温度变送器由（A）部分组成。 A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 满分：4 分 4. 电动仪表的供电方式有（A）和直流供电方式。 A. 交流供电方式 B. 动态供电方式 C. 间接供电方式 D. 直接供电方式 满分：4 分 5. 子流量计的流体流动方向为（B）。 A. 自上而下 B. 自下而上

C. 循环流动 D. 单相流动 满分：4 分 二、多选题（共 5 道试题，共 20 分。） 1. 直流集中供电的优点是（ABC ）。 A. 缩小了仪表的体积 B. 增强了防停电能力 C. 为仪表的安装创造了必要条件 D. 便于拆卸 满分：4 分 2. 常用热电偶可分为（AB）。 A. 标准热电偶 B. 非标准热电偶 C. 单相热电偶 D. 双向热电偶 满分：4 分 3. 系统的控制方案包括（ABC）。 A. 系统的构成 B. 控制方式 C. 控制规律 D. 控制过程 满分：4 分 4. 自动化仪表按安装场地不同，可分为（ABC ）。 A. 现场类 B. 控制室类 C. 自动化化类 D. 电气类 满分：4 分

5. 检测误差按检测数据中误差呈现的规律性可分为（BCD）。 A. 检测误差 B. 系统误差 C. 随机误差 D. 粗大误差 满分：4 分 三、判断题（共 15 道试题，共 60 分。） 1. 当微分时间较小时，增加微分时间可以减小偏差，增大响应时间。（） B. 正确 满分：4 分 2. 简单控制系统控制参数选择时，干扰通道的静态增益应尽可能小。（） A. 错误 B. 正确 满分：4 分 3. 控制系统的性能指标有单项指标和综合指标两种。（） A. 错误 B. 正确 满分：4 分 4. 方波响应曲线是在过程正常输入的基础上再叠加一个阶跃变化后获得的。（） A. 错误 B. 正确 满分：4 分 5. 在确定控制参数时，还应考虑工艺操作的合理性、可行性与经济性的关系。（） A. 错误 满分：4 分 6. 衰减曲线法是与临界比例度法完全不同的方法。（）

《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案

西南科技大学成教学院德阳教学点 《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案 班级： 姓名： 学号： 成绩： 一、填空题 1、过程控制系统一般由 控制器 、 执行器 、 被控过程 和测量变送等环节组成。 2、仪表的精度等级又称 准确度级 ，通常用 引用误差 作为判断仪表精度等级的尺度。 3、过程控制系统动态质量指标主要有 衰减比n 、 超调量σ 和过渡过程时间s t ；静态质量指标有 稳态误差e ss 。 4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用 约定真值 或 相对真值 来代替。 5、根据使用的能源不同，调节阀可分为 气动调节阀 、 电动调节阀 和 液动调节阀 三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有 机理建模 、 试验建模 和混合建模。 7、积分作用的优点是可消除 稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统 稳定性 下降。 8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为 单闭环比值控制 、 双闭环比值控制 和 变比值控制 三种。 9、Smith 预估补偿原理是预先估计出被控过程的 数学模型 ，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的 纯滞后 进行补偿。 10、随着控制通道的增益K 0的增加，控制作用 增强 ，克服干扰的能力 最大 ， 系统的余差 减小 ，最大偏差 减小 。 11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后， 不影响 系统的控制质量。 12、建立过程对象模型的方法有 机理建模 和 系统辨识与参数估计 。 13、控制系统对检测变送环节的基本要求是 准确 、 迅速 和 可靠 。 14、控制阀的选择包括 结构材质的选择、 口径的选择 、 流量特性的选择 和 正反作用的选择。 15、防积分饱和的措施有 对控制器的输出限幅 、限制控制器积分部分的输出和 积分切除法。 16、如果对象扰动通道增益 f K 增加，扰动作用 增强 ，系统的余差 增大 ， 最大偏差 增大 。 17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是 通过旁路控制 。 二、名词解释题 1、衰减比 答：衰减比 n 定义为： 衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:1～10:1。 2、自衡过程 答：当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性。称该类被控过程为自衡过程。 3、分布式控制系统 答：分布式控制系统DCS ，又称为集散控制系统，一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系2 1B B n

智能调节器特性实验

智能调节器特性实验 一、实验目的 1、了解智能工业调节器的功能和特性,学习调节器的正确使用方法。 2、了解调节器的PID调节规律及其实现方法. 3、掌握调节器比例度、积分时间、微分时间的校验方法 4、了解控制参数自整定的方法。 5、了解控制参数整定在整个系统中的重要性 二、实验原理 （一）PID控制的原理和特点 在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID 控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 积分（I）控制 在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 （二）PID控制器的参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲

过程控制与自动化仪表题目

一、简答题 1、分析如图所示的用不平衡电桥进行热电偶冷端温度补偿方法的原理。 答：热电偶测温时要保持冷端温度恒定。采用不平衡电桥可以对热电偶冷端温度的变化进行补偿，其原理是：将热电偶与不平衡电桥串连，两者输出之和进入显示仪表。而不平衡电桥的一个桥路选择热电阻，其它3个桥臂阻值恒定。测温时，将热电阻与热电偶的冷端置于同样的温度环境下。在某设计的冷端温度下，电桥平衡，输出为0。 当冷端温度升高时，热电偶的输出减小，但热电阻的阻值随着温度的升高而增加，从而引起电桥输出增加。通过合理选择桥路参数，可以在一定冷端温度变化范围内，使得热电偶输出电势减小的数值与不平衡电桥输出相等，从而实现冷端温度补偿。冷端温度减小时，同样也能实现冷端温度补偿。 2、什么叫气动执行器的气开、气关式？其选择原则是什么？ 答：随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定。一般来说，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选择气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险的选择气关式。 3、调节器参数整定的任务是什么？工程上常用的调节器参数整定方法有哪几种？ 答：调节器参数整定的任务是：根据已定的控制方案，来确定调节器的最佳参数值，包括比例度、积分时间、微分时间，以便系统能获得好的控制品质。调节器参数整定的方法有理论计算和工程整定两大类，其中常用的是工程整定法。 4、在什么场合选用比例、比例积分和比例积分微分调节规律？ 答：比例调节规律适用于负荷变化较小、纯滞后不太大而工艺要求不高、又允许有余差的控制系统。比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小、系统负荷变化较大，纯滞后不大而被控参数不允许与给定值有偏差的调节系统。比例积分微分调节规律适用于容量滞后较大、纯滞后不大、不允许有余差的调节系统。 5、什么是积分饱和现象？有哪些措施防止该现象的发生？ 答：当控制系统长期存在偏差，积分控制作用输出会不断增加或减小，直到输出超过仪表范围的最大值或最小值而达到仪表所能达到的极限最大或最小值。这时当偏差反向时，控制器的输出不能及时反向，要在一定延时后，控制器的输出才能从最大或最小的极限值回复到仪表范围的最大或最小值，在这段时间内，控制器不能发挥控制作用，造成控制不及时。通常把这种由于积分过量造成的控制不及时现象称为积分饱和现象。 防止积分饱和的措施有： 限幅法：采用技术措施，将控制器的输出信号限制在工作信号范围内。 积分切除法：当控制器处于开环状态时，自动切除其积分作用。

过程控制与自动化仪表

第一章绪论 1、过程控制概述 过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。 过程控制通常是对生产过程中的压力、液位、流量、温度、PH值、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动尽行。 2、过程控制的特点 （1）系统由被控过程和检测控制仪表组成；（2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；（3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；（4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；（5）定值控制是过程控制的主要形式。 3、过程控制的要求与任务 要求：（1）安全性：针对易燃易爆特点设计；参数越线报警、链锁保护；故障诊断，容错控制。（2）稳定性：抑制外界干扰，保证正常运行。（3）经济性：降低成本提高效率。掌握工艺流程和被控对象静态、动态特性，运用控制理论和一定的技术手段（计算机、自动化仪表）设及合理系统。 任务：指在了解、掌握工艺流程和被控过程的静态与动态特性的基础上，应用控制理论分析和设计符合上述三项要求的过程控制系统，并采用适宜的技术手段（如自动化仪表和计算机）加以实现。 4、过程控制的功能 测量变送与执行功能；操作安全与环境保护功能；常规控制与高级控制功能；实时优化功能；决策管理与计划调度功能。 5、过程控制系统的组成 被控参数（亦称系统输出）y(t)：被控过程内要求保持稳定的工艺参数； 控制参数（亦称操作变量控制介质）q(t)：使被控参数保持期望值的物料量或能量； 干扰量f(t)：作用于被控过程并引起被控参数变化的各种因数； 设定值r(t)：与被控参数相对应的设定值；

自动化仪表与过程控制后习题答案(精品)

自动化仪表与过程控制后 习题答案 ●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表？ 1答:a：是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表. ●ＤDZ－II型与DDZ-IＩＩ型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处? 答：在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDＺ-ＩＩI型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mＡ直流电流作为标准信号．这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活．

●什么叫两线制变送器？它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分. 答:a．就是将供电的电源线与信号的传输线合并起来,一共只用两根导线.b．1有利于识别仪表的断电断线等故障２不仅节省电缆布线方便,而且大大有利与安全防爆易抗干扰.３上限值较大，有利于抑制干扰4上下限的比值为５：１与气动仪表信号制对应，便于相互折算,产生较大的磁力ｃ.图. ●什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少？答:模拟式仪表的合理精确度，应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量，这种比值称为相对百分误差，仪表工业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(１０0+１00)＝0.５%x=１℃. ●1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线? 答:a．当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势，并产生电流．b.铂极其合金,镍铬-镍硅,镍铬-康铜,铜-康铜．c.分度号是用

自动化仪表与过程控制课程大作业2013

自动化仪表与过程控制课程大作业 1、（20分）如图所示热化工生产中的连续反应器示意图。 其工艺为：物料自顶部连续进入槽中，经反应产生的 热量由冷却夹套中的冷却水带走。为了保证产品质量，必须严格控制反应温度θ1。 原来选择的控制方案如图所示，控制精度无法达到预期要求。 （1）该系统是一个时间常数较大的系统，尤其是冷却水的进水流量常常波动，导致反应器内部温度动态偏差较大。试设计一个串级控制系统，提高控制精度。（画出控制系统连接图和方框图） （2）分析当冷却水的进水流量突然增大时，该系统是如何消除扰动、提高控制精度的。 2、（20分）（用MATLAB 仿真实现）某液位控制系统，在控制阀开度增加10%后，液位的响应数据如下： 如果用具有延迟的一阶惯性环节近似，确定其参数K,T 和τ，并根据这些参数整定PI 调节器的参数，用仿真结果验证之。 3、（20分）某隧道窑系统，考虑将燃料室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、副对象的传递函数12,o o G G 分别为：11()(301) o G s s = +， 2 21 ()(101)(1)o G s s s = ++，其中有一个10s 的传输延迟，其传递函数为10()s d G s e -=。当延迟环节 分别放在主回路和副回路时，设计串级控制主、副PID 调节器的参数，并绘制出整定后的阶跃响应曲线，分析二次扰动系统的影响。 4、（15分）根据如图所示，当选择进水流量Q1为控制量时，设计水箱水位的单回路控制系统。 （1）要求画出系统的连接图和方框图； （2）若进水阀为气动阀，选择其气开、气关的形式，并确定调节器的正、反作用方式。要求有分析过程。