第一章 绪论
过程控制系统的组成环节,变量,方框图, 特点;工艺管道及控制流程图
过程控制系统的分类
* 有多种分类方法：
按被控变量来分：温度、压力、流量、液位等控制系统；
按控制器控制规律来分：比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统；
按给定值来分：按给定值是否变化和如何变化来分：
* 1、定值控制系统：
* 被控变量的给定值不变。
* 2、随动控制系统：
* 给定值是随机变化的。
* 3、程序控制系统（顺序控制系统）
* 给定值是一个已知的时间函数。
调节器 调节阀 过 程
测量元件及变送器 给定值 被控参数 干扰作用
偏差
控制控制测量值 过程控制系统的过渡过程和品质指标
* 过程控制系统的过渡过程：
* 在阶跃干扰作用下，过渡过程的几种形式：
过程控制系统的品质指标：
* 1、最大偏差或超调量A
* 2、衰减比n
* 3、余差C
* 4、过渡时间
* 5、振荡周期或频率
第二章 被控过程的数学模型
过程特性的类型 单调衰减过程 t y
衰减振荡过程 t y
等幅震荡过程 t y
振荡发散过程 t y
单调发散过程 t y
y
A B
C B’
t 0 过程特性：控制通道特性;干扰通道特性
解析法建立过程的数学模型（机理建模）
一阶对象
响应曲线辨识过程的数学模型（实验建模）
阶跃响应曲线法
描述过程特性的参数
* 放大系数K；时间常数T；滞后时间（时滞）τ
* 对象特性对控制质量的影响：控制通道特性对控制质量的影响；干扰通道特性对控制质量的影响
第三章 变送单元
变送器在自动检测和控制系统中的作用，是将各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量转换成统一的标准信号，以供显示、记录或控制之用。
变送器的分类
变送器的构成原理
01()ifyKxzK
变送器的一些共性问题
* 量程调整；零点调整和零点迁移；线性化；变差；变送器信号传输方式
力矩平衡式压力（差压）变送器：
作用；分类；构成方块图；工作原理
典型线路分析：矢量机构；反馈机构；低频位移检测放大器
电容式压力（差压）变送器：
构成方框图；工作原理
差压变送器的应用
零点迁移；量程调整；
应用：测压力、差压、流量、液位、密度（重度）、分界面。 测量部杠杆系统 位移检测
反馈机ΔPi Fi
Ff ΔS Po(Io)
感压膜片 差动电容 放大和输出
限制电路 ΔPi Io 位移 电容
变化 电容-电流
转换电电流
信号+
反馈电路 调零、迁移信号
反馈
信号
温度变送器 • 作用；分类；四线制温度变送器的构成方框图、工作原理
+ - H
h p
正迁移示意图 ρ1
+ - H
p p Pa
无迁移示意图
+ - hhH pρρρ负迁移示意图 + - H
p p ρx
+ - H
p p ρ1 ρ2
输入回反馈回整流滤电压 功率 隔离 直流-交Vi
Et Vz '
Vf ' ε
VIo
量程单放大单
流量检测
* 测量的分类：
* 速度式流量计：差压式、转子、电磁、涡轮、堰式；
* 容积式流量计：椭圆齿轮流量计、活塞式；
* 质量流量计：直接式、间接式。
* 差压式流量计
• 标准节流装置：孔板、喷嘴、文丘里管 温度变送器的典型线路分析：折线电路（热电偶温变）
0 V
V Va Va Va Va Va Vf Vf Vf Vf Vf γ1 γ2 γ3 γ4
1221DCBAIC2RoR115RaR116R117R118R119R120R121R122R123DW103DW104DW105DW106Vs4Vs3Vs2Vs1VaVf线性化电路（热电阻温变）
节流装置 差压计 显示仪表
（差压变送器） • 转子流量计；椭圆齿轮流量计；涡轮流量计；电磁流量计；旋涡流量计（涡街流量计）
质量流量计
物位检测
– 物位仪表的类型（按其工作原理）：
• 直读式物位仪表：有玻璃管液位计、玻璃板液位计等
• 差压式物位仪表：
• 浮力式物位仪表：恒浮力法，变浮力法
• 电磁式物位仪表：核辐射式物位仪表：声波式物位仪表：光学式物位仪表：
差压式液位变送器：零点迁移问题；电容式物位传感器；核辐射物位计
第六章 显示记录单元
* 动圈式显示仪表
* XCZ-101型动圈式显示仪表
* 测量热电偶的热电势
* XCZ-102型动圈式显示仪表
* 测量热电阻的变化值在不平衡电桥上产生的电位差
* 自动平衡式显示仪表
* 自动电子电位差计：
* 用来测量电压信号。
* 自动电子平衡电桥：
* 对于能转换成电阻值的各种变量都可以显示。
第四章 调节单元
• 调节器的作用
• 各种基本运算规律及其特点
• 比例度、积分时间、微分时间的测定方法
• DDZ-Ⅲ型调节器的特点及基本组成
一、 调节器的运算规律
正偏差、负偏差
正作用调节器、反作用调节器
PID运算规律：)1(0dtdTdtTKyDtIP()1()(1)()PDIYsWsKTsEsTs
其中F——相互干扰系数， 1DITFT实际PID：11()()1()1DIPDIIDTsYsFTsFWsKFTEssKTsK
1、比例（P）运算规律： pyK ()PWsK
*
* 阶跃响应
* 特点：控制器的输出与偏差成比例；克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短；但存在余差，负荷变化越大，余差就越大。
* 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。 比例度δ定义，KP的关系：1100%pK
2、比例积分（PI）运算规律：
积分特点：与偏差存在时间有关；可消除余差；控制缓慢。
积分时间TI的定义，测定方法。 理想PI：01()tPIyKdtT 1()(1)PIWsKTs
实际PI： 11()11IPIITsWsKKTs阶跃偏差下，理想PI输出：
阶跃偏差下，实际PI输出：[1(1)(1)]IItKTPIyKKe
控制点偏差、调节精度定义。 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。
3、比例微分（PD）运算规律：
微分特点：超前调节，与偏差变化速度有关。 理想PD：()PDdyKTdt ()(1)PDWsKTs
实际PD：1()1DPDDTsWsKTsK 斜坡信号输入时，理想PD输出：()PDyKatT
阶跃偏差下，实际PD输出：[1(1)]DDKtTPDyKKe
微分增益KD,微分时间TD的定义，测定方法。
二、基型调节器：
* 作用；构成方框图
典型线路分析
4、比例积分微分（PID）运算规律：
实际PID：11()()1()1DIPDIIDTsYsFTsFWsKFTEssKTsK 理想PID：01()tPDIdyKdtTTdt ()1()(1)()PDIYsWsKTsEsTs
阶跃偏差下，实际PID输出：[()(1)()]DIIDtKtKTTPIDyKFKFeKFe
适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统。
自动
软手动 硬手动
典型线路分析
输入电路（偏差差动电平移动电路）
* 工作状态
* 无扰动切换
• 特种调节器：抗积分饱和调节器；前馈调节器；非线性调节器
• 附加单元：偏差报警单元；输出限幅单元
三、数字式调节器
* 特点；类型；PID控制算法；基本构成 VS VO 调节器
（反作用）
Vi ΔV 调节器
（正作用）
VS Vi VO ΔV * PI电路 * PD电路
∆V02
∆V02/m CI
RI CF
T IC3
V03
闭环跟踪实验线路
* 调节器置“自动”、“反作用”，若该调节器使用积分作用，当给定信号VS改变时，输出信号VO就跟随VS而变化 * 调节器置“自动”、“正作用”，若该调节器使用积分作用，当测量信号Vi改变时，输出信号VO就跟随Vi而变化