过程控制系统试题库

K?20?100；??60s；T?300?60?240s 0.2第六章 简单控制系统的设计与参数整定

6．1．简单控制系统的结构与组成

1．指由一个测量变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。

2．控制系统工艺流程图

3．控制系统原理方框图

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4．过程控制系统施工图

6．2．简单控制系统的设计

6．2-1．过程控制系统方案设计的基本要求、主要内容与设计步骤

1．过程控制系统方案设计的基本要求：生产过程对过程控制系统的要求可简要归纳为安全性、稳定性和经济性三个方面。

2．过程控制系统设计的主要内容：过程控制系统设计包括控制系统方案设计、工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容。其中控制方案设计是控制系统设计的核心。

3．过程控制系统设计的步骤

⑴掌握生产工艺对控制系统的技术要求 ⑵建立被控过程的数学模型

⑶确定控制方案：——包括控制方式和系统组成结构的确定，是过程控制系统设计的关键步骤。 ⑷控制设备选型 ⑸实验（或仿真）验证

6．2-2．被控参数与控制变量的选择

1．被控变量：生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量；合理选择被控变量，关系到生产工艺能否达到稳定操作、保证质量、保证安全等目的。

2．当不能用直接工艺参数作为被控变量时，应选择与直接工艺参数有单值函数关系的间接工艺参数作为被控变量。

3．控制变量选择：

把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为控制变量或操纵变量。最常见的操纵变量是介质的流量，也有以转速、电压等作为操纵变量的。

过程（通道）： 广义对象GO(s)?KfKO；调节器为比例调节器：Gc(s)?Kc；扰动通道：Gf(s)?

TO?s?1Tf?s?1⑴K0越大，被调参数对控制作用的反应越灵敏，系统的闭环稳定性越低。

Kf越大，干扰作用越强，稳态误差越大。 K0越大，控制作用越强，稳态误差越小；

故应选放大系数大的变量作为控制变量。

⑵干扰通道的惯性因子（Tf s+1）使干扰作用的影响缓慢。

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Tf 越大，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于控制。

干扰进入系统的位置离被控变量检测点越远，则Tf 越大，控制时最大偏差越小。 6．2-3．检测环节、执行器及调节器正负作用选择 1．执行器的选择

⑴调节阀工作区间的选择：正常工况下，调节阀的开度应在15%～85%区间。据此原则计算、确定控制阀的口径尺寸。

⑵调节阀的流量特性选择：按补偿对象特性的原则选取。

⑶调节阀的气开、气关作用方式选择：按控制信号中断时，保证生产设备安全的原则确定。 2．调节器正反作用的选择

⑴负反馈控制系统的控制作用对被控变量的影响应与干扰作用对被控变量的影响相反，才能使被控变量值回复到给定值。为了保证负反馈，必须正确选择调节器的正反作用。

⑵为了说明选择方法，先定义作用方向：

当某个环节的输入增加时，其输出也增加，称该环节为“正作用”；反之，称为“反作用” 。 按此定义： 变送器都是正作用

气开阀是正作用，气关阀是反作用 被控对象有的正作用，有的反作用

控制器作用方向以测量输入与输出的关系定义： 正作用：测量值–给定值——增大、输出增大 反作用：给定值–测量值——增大、输出增大

⑶调节器正反作用的确定原则：保证系统构成负反馈；简单的判定方法：闭合回路中有奇数个反作用环节。

6．4．调节器参数的工程整定方法 6．4-0．

1．在控制系统设计或安装完毕后，被控对象、测量变送器和执行器这三部分的特性就完全确定了，不能任意改变。只能通过控制器参数的工程整定，来调整控制系统的稳定性和控制质量

2．控制器参数的整定，就是按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。具体来说，就是确定最合适的控制器的比例度P或?、积分时间TI和微分时间TD。

3．控制器参数整定的方法很多，主要有两（三？）大类，一类是理论计算的方法，另一类是工

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程整定法（和自整定法！）

4．工程整定法是在已经投运的实际控制系统中，通过试验或探索，来确定控制器的最佳参数。这种方法是工艺技术人员在现场经常使用的。

6．4-1．稳定边界法（临界比例度法）

1．属于闭环整定方法，根据纯比例控制系统所得的临界振荡试验数据：临界比例度Pm（?K）和振荡周期Tm（TK），按经验公式计算从而求出调节器的整定参数。

2．整定过程、步骤：（1） 置调节器TI? ?，TD=0，比例度P或? ?较大值，将系统投入运行。（2） 逐渐减小P或? ，加干扰观察，直到出现等幅减振荡为止。记录此时的临界比例度Pm（?K）和振荡周期Tm（TK）。

3．稳定边界法整定参数计算表

4．稳定边界方法在下面两种情况下不宜采用：

⑴控制通道的时间常数很大、临界比例度过小时，调节阀容易游移于全开或全关位置，即接近处于位式控制状态，对生产工艺不利或不容许。例如，一个用燃料油加热的炉子，如果阀门发生全关状态就要熄火。

⑵工艺上的约束条件严格时，等幅振荡将影响生产的安全。 6．4-2．衰减曲线法

1．衰减曲线法属于闭环整定方法，需寻找最佳衰减振荡状态。 2．整定过程、步骤：

⑴ 置调节器TI? ?，TD=0，比例度P或? ?较大值，将系统投入运行。 ⑵在稳定状态下，改变阶跃给定值（通常以5%左右为宜），观察调节过程曲线。 ⑶适当改变比例度，重复上述实验，到出现满意的衰减曲线为止。

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