第一章绪论史艳华一．工业生产过程中自动控制系统的被控变量是温度、压力、流量、液位、成分等这样一些变量的系统，叫做过程控制系统。

电力拖动及电机运转等的自动控制一般不包括在内。

二过程控制系统组成1.被控对象（被控过程、过程、对象）2.变送器3、控制器4、执行器(种类：电动、气动、液动)三，控制仪表及装置的分类按信号类型分：模拟式：电动单元组合仪表DDZ-I型、DDZ-II型、DDZ-III 型、气动仪QDZ等。

四．过程控制系统的特点1.被控对象的多样化2.过程存在滞后3.对象特性非线性4.控制系统比较复杂或无法得到传递函数五．过程控制系统的性能指标1、衰减比和衰减率2、动态偏差A （最大偏差）3、调整时间 Tc (控制时间、过渡过程时间、恢复时间）4、静态偏差C（余差、残余偏差）六．从不同的角度划分过程控制系统的类别按设定值的形式不同分：定值控制系统：设定值不变；随动控制系统：设定值是无规律变化的；程序控制系统：设定值按生产工艺要求有规律变化。

常规过程仪表控制系统，传输信号是连续变化的模拟信号。

以定值系统为主。

第二章信号的联络、传输及转换1、联络信号类型：气动仪表：气压信号：20kPa-100kPa2、电模拟信号的确定：国际电工委员会（IEC）确定：4-20mA DC电流信号和1-5V DC 电压信号为过程控制系统电模拟控制信号的统一标准。

DDZ-III型仪表采用。

一、模拟信号的传输方式1、电流信号的传输2、电压信号传输二、电流信号传输的特点：1、电流信号适合远传。

2、某台仪表出故障时，影响其他仪表；（解决方法:用配电器分成两路电流）3、无公共接地点。

三、电压传输特点： 1、某台仪表故障时基本不影响其它仪表；2、有公共接地点；3、传输过程有电压损耗，故电压信号不适宜远传。

四、变送器与控制室仪表间的信号传输和供电方式：1、四线制 （0-20MA ）电源与信号分别传送。

2、两线制(4-20MA)两条线既是信号线又是电源线。

节省电缆及安装费用，有利于防爆。

活零点。

五，配电器（作用）：1.将输入信号转换为控制系统需要的一路或多路信号。

2.为变送器提供配电电源3.实现变送器和调节器之间的隔离。

第三章控制系统防爆措施产生爆炸的条件：只有当具有潜在爆炸危险的环境中，同时具备点燃源、爆炸性物质、空气时，才可能产生爆炸。

一、本安防爆系统的条件1、在危险场所使用本质安全型防爆仪表。

2、在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅，以限制流入危险场所的能量。

（本安防爆系统必须要有“安全栅”）二、安全栅的作用1、安全栅可用于传输信号。

2、限制流入危险场所的能量，以确保系统的本安防爆性能。

三、安全栅的种类： 齐纳式安全栅 隔离式安全栅1.变压器隔离式安全栅种类：检测端安全栅（输入式安全栅） 执行端安全栅（输出式安全栅）第四章 变送器2.变送器和转换器的作用： 分别将各种工艺变量(如温度、压力、流量、液位)和电信号（如电压、电流、频率、气压信号等）转换成相应的统一标准信号，以供显示、记录和控制之用。

3.变送器原理：是基于负反馈原理工作的。

4.变送器构成：它包括测量部分（即输入转换部分）、放大器和反馈部分。

5.量程调整作用：使变送器的输出信号上限值ymax（20MA)与测量范围的上限值xmax相对应。

6.零点调整和零点迁移的作用：使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应。

在xmin=0时，称为零点调整。

（零点调整使变送器的测量起始点为零）在xmin≠0时，称为零点迁移。

（零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值。

当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移; ）第五章控制器2.数字PID控制器的两种形式：（1）位置式PID控制算法（2）增量式PID 控制算法3.增量式PID算法的优点：① 位置式PID算法每次输出与整个过去状态有关，容易产生较大的累积计算误差。

而增量式PID只需计算增量，计算误差或精度不足时对控制量的计算影响较小。

② 控制从手动切换到自动时，位置式PID算法必须先将输出值置为原始阀门开度时，才能保证无扰动切换。

若采用增量算法，与原始值无关，易于实现手动到自动的无扰动切换。

③ 采用位置式PID算法，计算机出现故障，输出量大幅度变化，调节阀门突然加大或减小，可能会给生产造成损失。

采用增量式算法时所用的执行器本身都具有保持功能，即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。

第六章执行器1.执行器种类:电动执行器气动执行器液动执行器2.执行器的组成：执行机构、控制机构（也叫调节机构,调节阀或控制阀）3.气动执行机构：它是以140kP的压缩空气为能源，接收电-气转换器或电-气阀门定位器输出的20kP-100kP气压信号。

4.气动执行机构有薄膜式和活塞式两种。

5.气动薄膜式执行机构:执行机构产生非线性偏差和正反行程变差。

解决办法：加阀门定位器。

(分程控制系统也必须加阀门定位器)6.电/气转换器是将电动仪表输出的4-20mA直流电流信号转换成可被气动仪表接受的20KPa-100KPa标准气压信号，实现电动仪表和气动仪表的联用必须用“电气转换”。

7.气动仪表由气阻、气容、弹性元件、喷嘴-挡板机构和功率放大器等基本元件组成。

8，阀门定位器应用场合:1)增加执行机构的推力 2）加快执行机构的动作速度3）实现分程控制 4）改善控制阀流量特性9.控制阀的流量特性:①理想流量特性：阀前后差压不变时的流量特性，也叫固有流量特性。

②工作流量特性：阀装在管道中前后差压变时的流量特性，也叫实际流量特性。

10.理想流量特性:（1）直线特性。

（2）对数特性:（又称等百分比特性）（3）快开特性（4）抛物线特性11.工作流量特性：S=1时，为理想流量特性特性曲线下移，流量特性畸变（S越小畸变越严重）S太小，流量变化范围减小，对控制不利。

S一般不小于0.3。

第七章被控对象1.过程控制系统建模方法:机理法建模实验法建模机理法和实验法相结合。

第八章单回路控制系统2.单回路控制系统又称简单控制系统。

它是由被控对象、检测元件及变送器、控制器和执行器组成一个闭合回路的反馈控制系统。

系统的静态性能指标：余差K—对象的放大系数，K=RkxR—流阻；Kx—控制阀的流量系数T—时间常数，T=RC τ=L/VC—容量，即液容，容器底面积A3操控量的选择：①选择操纵量时，使扰动通道的放大系数Kd越小越好，以减小余差，提高控制精度。

②控制通道的放大系数Ko大一点，以加强控制作用。

（注：对某一控制系统来说，KoKc有一最佳值，因此Ko小可加大Kc来补偿。

）4、选择操纵量的一般原则：1）操纵量应具有可控性、工艺操作合理性、经济性；2）干扰通道的时间常数越大越好。

控制通道时间常数应适当的小些，纯滞后时间越小越好；3）控制通道的放大系数应大于干扰通道；4）应尽量使干扰远离被控量而向执行器靠近；5）尽可能避免几个时间常数相等或相近，他们越错开越好。

5.比例控制（P）作用对控制质量的影响1) P:比例，快速调节，P越大响应速度越快，稳定性越差，静差越小2)特点：①比例控制器构成的系统，存在余差。

②Kc↑，系统稳定性降低，余差减小。

③比例作用具有“快”的特点。

6.积分控制作用对控制质量的影响:1）I积分，消除静差，稳定性下降,积分时间（TI）↓，积分作用强，系统振荡；TI↑，积分作用弱。

TI=∞时，积分作用切除。

2）特点：积分控制作用能消除余差，但系统的稳定性降低了，特别是TI较小时，更为严重。

积分时间越长，积分作用越弱，反之相反。

7.微分控制作用对控制质量的影响1）D微分，全面提高控制质量，D太大，易导致执行器瞬时全开全关，提高系统稳定性。

2）特点：①引入微分后，可提高系统的稳定性，减小最大偏差，对克服容量滞后有明显作用，同时可使Kc增大，减小余差，因此，可全面提高控制质量。

②对于一固定的系统来说，TD不宜取得太大。

（会导致执行器瞬间全开全关）8.（PID）控制器参数的整定方法：经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法。

第九章串级控制系统1、串级控制系统标准框图2、串级控制系统的四大特点：1）等效时间常数减小； 2）工作频率提高；3）抗干扰能力增强； 4）有一定自适应能力2、正、反作用方式的选择3.主、副控制器的选择1）副控制器正反作用副回路：同单回路，乘积为“负”。

2）主控制器正反作用控制器正反作用判别依据：控制器正反作用判别依据:当ε=Xi-Xs 时，必须满足：（主控制器±）×（主对象±）=（－）Kp×Kv×K0×KM<0作业1下图为造纸系统某一工艺段的温度串级控制系统以保持网前箱出口温度稳定。

（1）画出该控制系统的方框图。

（2）如工艺要求在故障情况下切断蒸汽的供应，试选择蒸汽阀的气开和气关方式。

（3）确定主副温度调节器的正反作用。

（4）结合图，试说明为什么串级控制方案比网前箱出口温度单回路控制方案控制效果好。

第十章其他控制系统第一节比值控制系统1、工艺比：副流量与主流量的比K=Q2/Q12.比值控制系统的类型（书上P191~P196,能识别各类系统）：1）开环比值控制系统； 2）单闭环比值控制系统；3）双闭环比值控制系统； 4）变比值控制系统（串级比值控制系统）第二节 前馈控制系统：是开环控制，无稳定性问题1、前馈与反馈系统的差别（虚线的是反馈控制）：1）产出控制作用的依据不同。

2）控制效果不同。

3）实现的经济性和可能性不同。

4）控制类型不同。

2、前馈控制器的传函（干扰通道传函与控制通道传函之比）：3、前馈控制系统的结构形式：1）静态前馈控制系统 2）动态前馈控制系统3）前馈——反馈控制系统 4）前馈——串级控制系统4、静态前馈控制系统（P206例题）仅考虑静态放大系数时，前馈控制器为：第三节 分程与选择控制系统1、分程控制的作用（应用场合）：1）用于扩大控制阀的可调范围 2）用于节能控制3）用于不同工况下的控制 4）用于保证生产过程的安全和稳定2、用于扩大控制阀的可调范围（分程控制可以通过控制阀可调范围可调节分程控制可调范围）：1）大、小阀最大流通能力2）大、小阀可调范围3）小阀的最小流通能力4）最大流通能力5）分程控制的可调范围3、选择性控制系统中若此控制器有积分作用，就会产生积分饱和现象。

选择器位于控制器间4、防止积分饱和的方法：1）PI-P 法 2）外反馈法作业：如图由2个DDZ-Ⅲ调节阀组成的分程控制系统原理图。

分析： （1）A 、B 两阀的气开/气关形式。

（2）I=7mA 时，A 和B 两阀的开度分别是多少？（3）如果在非分程情况下，I=7mA 时，A 和B 两阀的开度又是多少？ （4）画出非分程情况下A 和B 两阀的输入-输出特性。