过程控制工程知识点复习
一.过程控制系统及其分类
1.过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入
单输出的定值控制系统的分析和综合问题。
2.过程控制有三种图表示分别是系统框图控制流程图工艺流程图我们应当学会识
别。
控制流程图
系统框图
工艺流程图
3.过程控制系统的分类
按结构特点分为反馈控制系统（闭环）前馈控制系统（开环）前馈-反馈控制系统（复合控制系统）
复合控制系统
按信号特点分定值控制系统（给出给定值）程序控制系统（按一定规律变化如空调温度随时间变化定值变化11：00给25°c 12：00给28°c）随动控制系统（如比值控制）
二.过程建模
被控过程是指正在运行的多种被控制的生产工艺设备，如锅炉，精馏塔，化学反应器等等，被控过程的数学模型（动态特性）是指过程在各输入量（控制量与扰动）作用下相应输出量变化函数关系的数学表达式。
过程的数学模型有两种
1.非参数模型，如阶跃响应曲线脉冲响应曲线频率特性曲线是用曲线表示的
2.参数模型，如微分方程传递函数脉冲响应函数状态方程差分方程是用数学
方程式表示的。
机理法建模
机理法建模又称为数学分析法建模或理论建模。
自平衡能力：即过程在输入量的作用下其平衡状态被破坏后无需人或仪器的干
预，依靠过程自身能力逐渐恢复达到另一新的平衡状态
试验法建模
试验法建模是在实际的生产过程中，根据过程输入，输出实验数据，通过过程辨
识与参数估计的方法建立被控过程的数学模型。
特点是不需要深入了解过程机理
但必须设计合理实验。
三.过程测量及变送
测量误差
测量误差是指测量结果与被测量的真值之差，测量误差反应了测量结果的可靠度。
绝对误差：绝对误差是指仪表指示值与被测变量的真值之差，在工程上，通常把高一等级精度的标准仪器测得的值作为真值（实际值）此时的绝对误差是指用标准仪表（高精度）与测量仪表（低精度）同时测量同一值是，所得两个结果之差。
相对误差：相对误差是指绝对误差与被测量的真值之比的百分数，它比绝对误差更具有说明测量结果的精度。
相对误差分为实际相对误差和标称相对误差和引用相对误差
引用相对误差δ=（（绝对误差）/（仪表量程））*100%=（（x-x0）/（a-b））*100% x仪表测量值x0仪表测量真值a仪表上限b仪表下限
实际相对误差为绝对误差与真值之比的百分数标称相对误差为绝对误差与仪表指示值之比的百分数
四.简单过程控制系统
对过程控制设计的一般要求1.安全性2.稳定性3.经济性
（单回路）过程控制系统的设计步骤
1.根据工艺参数合理选择性能指标
2.选择合理的控制参数和被控参数
3.合理的选择和设计控制器
4.兼顾被控参数的测量与变送器执行器的选择
控制方案设计
1.合理选择被控参数Y（s）
2.合理选择被控参数Q（s）
3.合理设计（选择）控制（调节）规律Wc（s）
4.被控过程参数的测量与变送Wm（s）
5.控制执行器的选择Wv（s）
过程控制系统在运行中有两种状态，一种是稳态，一种是动态
阶跃响应的性能指标
1.余差（静态偏差）C 过渡过程后给定值与被控参数稳态值之差
2.衰减率衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标
ψ=(B1-B2)/B1=1-B2/B1 为保持系统足够的稳定度，一般取ψ=0.75-0.9
3.最大偏差A（超调量σ）
最大偏差是指被控参数第一个波的峰值与给定值的差
σ=（y（tp）-y（∞））/ y（∞）*100% 这个值表示被控参数偏离给定值的程度，衡量性能的重要指标
4.过渡时间ts
从受扰动开始到进入新的稳态值+-5%范围内的时间，衡量快速性的指标，该值约小越好。
被控参数的选择
两种方法直接参数法简接参数法应该知道，直接参数或间接参数得到选择并不是唯一的，要通过对过程特性的深入分析做出选择。
选取被控参数的一般原则
1.选择对产品的产量和质量，安全生产，经济运行和环境保护具有决定性的作用，可
直接测量的工艺参数作为被控参数。
2.当不能用直接参数作为被控参数时，应选择一个与直接参数有单值函数关系的间接
参数作为被控参数
3.被控参数必须具有足够高的灵敏度
4.被控参数的选取必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。
控制通道动态特性对控制系统的影响
控制通道的容量滞后τc同样会造成控制不及时，控制质量下降，但τc的影响比纯滞后τ0的影响缓和，若引入微分控制对控制质量有显著效果。
结论：选择时间常数小纯滞后小的通道作为控制通道。
时间常数的分配
在选择控制通道时，使开环传递函数中的几个时间常数值错开，减小中间时间常数可以提高系统工作频率，减小过渡时间和最大偏差可改善控制质量。
选择控制参数的一般原则
1.控制通道的放大系数K0要适当大一些，时间常数T0要适当小一些，纯滞后τ0越小
越好，在有纯滞后τ0的情况下，τ0和T0之比应小一些（小于1），若比值过大，不利于控制
2.扰动通道的放大系数Kf应尽可能小，时间常数Tf要大，扰动引入的系统的位置要靠
近调节阀。
3.当过程本身存在多个时间常数，在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错
开，使其中一个时间常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二第三时间常
数，这一原则同样适用于控制器调节阀测量变送器的时间常数选择。
控制器调节阀和测量变送器的时间常数应远小于被控过程中最大的时间常数。
检测.变送器选择
1.误差小
2.响应快
3.正确使用微分超前补偿
4.合理选择测量点位置与正确安装
5.对测量信号做必要处理（校正，噪声抑制，线性化）
执行器（调节阀）的选择
1.选择合适的工作区间
2.合适的流量特性
3.气开气关形式的确定
控制器的选择
1.根据控制规律选择
2.按过程特性选取
确定控制器的正反作用方式
1.气开调节阀Kv﹥0 气关调节阀Kv﹤0
2.正作用调节器即测量值增加调节器输出也增加Kc﹤0 反作用调节器即测量值增加
调节器输出减小Kc﹥0
3.正作用被控过程被控过程的输入（调节阀调节的被控制量例如水流量，燃料量）
增加，其输出（被控参数例如水位，温度）也增加比如水流量与液位的关系。
此
时K0﹥0 反作用被控过程K0﹤0 比如水流量与温度的关系。
4.Km﹥0 Km=Kv*K0*Kc Km系统的开环传递函数各环节的静态放大系数极性相
乘必大于0
5.所以确定调节器的正反作用次序为，先根据生产工艺安全等原则确定调节阀的开关
形式Kv，然后按被控过程的特性，确定其正反作用K0。
然后根据Km=Kv*K0*Kc 确定出Kc的正反作用。
控制器的参数整定
分为两大类1.理论整定法2.工程整定法工程整定法在实际工程中被广泛采用，但理论是它的基础，理论计算有助于人们深入了解问题的实质，减少整定工作中的盲目性，在复杂控制中理论计算更是不可缺少，理论计算推导得结果正是工程整定法的理论依据。
几种常用的工程整定法
1.动态特性参数法（用传递函数来判断）
2.稳定边界法（临界比例度法）1：1
3.阻尼振荡法（衰减曲线法）4:1 10:1
4.现场整定法（凑试法）
五.复杂控制系统
串级控制系统的特点
1.改善了被控过程的动态特性
2.大大增强了二次扰动的克服能力
3.对一次扰动有较好的克服能力
4.对副回路参数变化具有一定的自适应能力
串级控制系统的设计
1.副回路应该包含更多，更剧烈，频繁的扰动
2.主副过程时间常数之比应该在3-10，如果过于接近会产生共振。
3.主调节规律为PI PID （无余差）副调节器为P 一般无I因为会减速也不用D因
为副回路本身就起着快速的作用，加入D会使调节阀动作过大，对控制不利。
4.主副调节器的参数整定法有两步整定法与逐步逼近法（时间常数相差不大）
串级控制系统的工业应用
1.用于克服较大的容量滞后
2.用于克服被控过程中的纯滞后
3.用于抑制剧烈而幅度大得扰动
4.用于克服被控过程的非线性
前馈控制系统
在讲前馈控制之前我们先看看反馈控制，以便于了解两者的差别。
反馈控制
1.反馈控制的本质是基于偏差消除偏差
2.动作落后于扰动是一种“不及时”的控制
3.是闭环控制系统，所以扰动均在闭环内
4.控制规律为P I D
前馈控制
1.前馈控制是基于扰动来消除扰动时被控量的影响，故又称为扰动补偿。
2.扰动发生后，前馈控制器及时动作，对于由扰动引起的动静态偏差比较有效
3.是开环控制
4.只适用于可测不可控的扰动
5.控制规律比较复杂
前馈控制的局限性
1.完全补偿难以实现
2.只能克服可测不可控的扰动
比值控制系统
单闭环控制系统即主动量Q1开环，无自调节能力，波动。
Q2闭环跟随Q1成比值
双闭环控制系统即主动量Q1从量Q2都为闭环，能实现主动量的抗扰动，定值控制，要指出双闭环比值控制系统中的两个控制回路是通过比值器发生联系的。
双闭环比值控制系统在使用时应当防止发生共振。