《過(guò)程控制系統(tǒng)》復(fù)習(xí)要點(diǎn)2.0版概述

《過(guò)程控制系統(tǒng)》復(fù)習(xí)要點(diǎn)： 1 .無(wú)自平衡能力的單容純滯后過(guò)程的傳遞函數(shù) P16 Wo（s）=- 式中Ta為過(guò)程的積分時(shí)間常數(shù)、 Ta=Co TaS 2 .有自衡能力單容純滯后過(guò)程的數(shù)學(xué)模 型P12 dh d二h d「h - qi-q2=A — ①將式變成增重形式△ qi-A q2=A 出 =C 出② ：h , 二h 。一 ， H（S） R2 K0 △ q2=—— 或R2=—— 將①②式進(jìn)行拉氏變 Wo（s）=—^= = R2 ：q2 Qi（S） R2CS 1 T0S 1 T0液位過(guò)程時(shí)間常數(shù) ，To=R2c 2 K0 液位過(guò)程的時(shí)間常數(shù)， Ko=R2 C液位過(guò)程的容量系數(shù) 3 .常用的壓力檢測(cè)儀表的類型P47 彈性式壓力表；彈性式壓力表是根 據(jù) 性元件受力變形的原理， 將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為位移來(lái) 彈 測(cè)量的。（彈簧管式壓力表、膜片壓力表、文管式壓力表） 液柱式壓力表；液柱式壓力表是根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成位移來(lái)測(cè)量的。 （單管壓力計(jì)、U形管壓力計(jì)） 電氣式壓力表；活塞式壓力表是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電容、 電勢(shì)、電阻等電量的變化間接來(lái) 測(cè)量壓力。（應(yīng)變片式壓力計(jì)、霍爾片式壓力計(jì)、熱電式真空計(jì)） 活塞式壓力表；活塞式壓力表是根據(jù)液壓機(jī)傳遞壓力的原理， 將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所 加平衡祛碼的重量進(jìn)行測(cè)量。通常作為標(biāo)準(zhǔn)儀器對(duì)彈性壓力表進(jìn)行校驗(yàn)與刻度 4 .調(diào)節(jié)閥理想的流量特性P117 理想的流量特性，就是在閥前后壓差為一定的情況下（△ p=常量）得到的流量特性。它 取決于閥芯的形狀。 不同的閥芯曲面可以得到不同的理想流量特性， 理性流量特性有直線流 量特性、對(duì)數(shù)流量特性、快開流量特性與拋物線流量特性四種 ^ 5 .控制方案設(shè)計(jì)的階躍響應(yīng)性能指標(biāo) P142 1 .余差（靜態(tài)偏差）C:余差是指系統(tǒng)過(guò)度過(guò)程終了時(shí)給定值與被控參數(shù)穩(wěn) 態(tài)值之差。它是一個(gè)重要的靜態(tài)指標(biāo)， 一般要求余差不超過(guò)預(yù)定值或接近零。2. 衰減率：衡量系統(tǒng)過(guò)度穩(wěn)定性的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)，一般取 0.75-0.9 3.超調(diào)量： 對(duì)于定制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，超調(diào)量是指被控參數(shù)第一個(gè)波峰與給定值的差與給定值的百 分比。4.過(guò)度時(shí)間ts,系統(tǒng)從擾動(dòng)作用時(shí)起，到被控參數(shù)進(jìn)入新的穩(wěn)定值正負(fù) 5班圍內(nèi)所經(jīng)歷的的時(shí)間，是衡量快速性的指標(biāo)。 6 .P143:偏差積分性能指標(biāo) ，，網(wǎng)u i八刀?工他出仰 解朋以目楹及怩 L鞋氟帷酎(IAE) co -*min 2,1差氯推與時(shí)喉腳積分(ITAE) "oo J =1(川/-血 3.日差平方值積分(ISE) 小麻就肝力酚(ITSE) 7.P153:選擇控制器的控制規(guī)律 (1 Wo(s)= 「s 1 00 血 JQ e(- . 0s) 近似描述式，則可根據(jù)純之后時(shí)間 久與時(shí)間常數(shù)T0的比值工/丁0 .0 一::0.2 來(lái)選擇控制器的控制規(guī)律。 T0 .0 0.2 :——<1.0 時(shí)，選用比例或比例積分控制規(guī)律。 T0 時(shí), 選用比例積分或比例微分控制規(guī)律。 .0 1.0 :: T0時(shí)，采用單回路往往已經(jīng)不能滿足工藝要求, 應(yīng)根據(jù)具體情況選用串級(jí)、前饋等控制方式。 (2)根據(jù)過(guò)程特性來(lái)選擇控制器的控制規(guī)律 1)比例控制規(guī)律(p):采用怕p控制規(guī)律能很快的的克服擾動(dòng)的影響，使 系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)。但有余差。它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制要 求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場(chǎng)合。 2)比例積分控制規(guī)律(PI):在工程上比例積分控制規(guī)律是應(yīng)用最廣泛的 一種控制規(guī)律。積分能消除余差，它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、 被控參數(shù)不允許有余差的場(chǎng)合。 3)比例微分才S制規(guī)律(PD :微分具有超前作用，對(duì)于具有容量滯后的控 制通道，引入微分控 有顯著的效果，因止 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小 但對(duì)于純滯后較大， 制規(guī)律 （未分時(shí)間得當(dāng)）對(duì)于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，具 1對(duì)于控制通道的時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大的場(chǎng)合, 為了提高 4）比例積分微分控制促律取 8.P213:調(diào)節(jié)閥異向現(xiàn)作圖示說(shuō)。 動(dòng)態(tài)偏差等可以選用比例微4 高的場(chǎng) 余差，再加入微分作 容量滯后較大、控制 用, 要力 控制規(guī)律， 如溫度或成分控制, 則不宜采用微分控制。 ＜比例的基礎(chǔ)上引入積分可以消除 .它適用于控制通道時(shí)間常數(shù)或 1） 一 調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作的分程控制， 即隨著調(diào)節(jié)閥輸入信號(hào)的增加或減小, 調(diào)節(jié)閥開度按一只 逐漸開大，一只逐漸關(guān)/] ,的方向動(dòng)作。如圖 9.控制器參數(shù)的工程整定方法有哪些 動(dòng)態(tài)性參數(shù)法、 現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)整定法（湊 10.分程與選擇性控制系統(tǒng)各自的特點(diǎn) 試法）、極限環(huán)段 （衰減曲線法）、 選擇性控制系統(tǒng)內(nèi)特點(diǎn)：采用了選擇器。選增慌斗以搔花的個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)器 …………」口進(jìn)行圉和一川皿八陰同,加力 的輸出端，對(duì)控制信 對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn) 少干,小心…、用生產(chǎn)過(guò)肥上曬… 分程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：肅上個(gè)調(diào)節(jié)器的輸 行選擇，以適應(yīng)不同 以上調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的系統(tǒng)。 ll.Smith預(yù)估補(bǔ)償器的數(shù)學(xué)模型P202 言號(hào)分段分別素推和網(wǎng)個(gè)或兩個(gè) MW HH MW) 12.申級(jí)系統(tǒng)避免“共振效應(yīng)”的 主副過(guò)程的時(shí)間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)匹血 H 內(nèi)。這樣，主副回路的工作頻率和操作周期相差很大，其動(dòng)態(tài)聯(lián)系很小，可以忽略不計(jì)。 13 .典型過(guò)程控制系統(tǒng)的基本組成 版卜腦針! 調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、對(duì)象、測(cè)量變送 1） 被控對(duì)象：是過(guò)程控制系統(tǒng)需要控制的目標(biāo)， 是過(guò)程控制系統(tǒng)中的主體環(huán)節(jié)。 2）測(cè)量變送裝置（檢測(cè)元件和變送器）：用于檢測(cè)被控變量，將檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)； 3）控制器：將檢測(cè)變送環(huán)節(jié)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)與設(shè)定值信號(hào)進(jìn)行比較， 獲得偏差信 號(hào)，并按一定控制規(guī)律對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)算輸送至執(zhí)行器。 4）執(zhí)行器：處于控制環(huán)路的最終位置，也成為“最終元件”。用于接收控制器的 輸出信號(hào)，并控制操縱變量變化。 14 .熱電偶溫度計(jì)工作原理p35 將兩種不同材料的導(dǎo)體A,B組成一個(gè)閉合回路時(shí)，只要其兩個(gè)接觸點(diǎn)的溫度 不同，在回路中就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，對(duì)于熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì) Et與被測(cè)溫度t采取線 性化措施，使變送器的輸出信號(hào)與被測(cè)溫度呈線性關(guān)系。 即可由熱電偶的電動(dòng)勢(shì) 測(cè)出溫度。 15 .過(guò)程控制系統(tǒng)按給定值的分類 P8 定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng) 16 .什么是自衡能力過(guò)程P12 過(guò)程在輸入量作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后，無(wú)需人或機(jī)器的干預(yù)，依靠過(guò) 程自身能力，逐漸恢復(fù)達(dá)到另一新的平衡狀態(tài)，這種特性稱為自平衡能力。 17.用級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖與工作原理 P181 1.主回路為定值控制系統(tǒng)，完成控制任務(wù)的細(xì)調(diào)任務(wù)。副回路為程序控制系統(tǒng)，完成控制任 務(wù)的粗調(diào)任務(wù)。（以加熱爐控制為例）當(dāng)處在穩(wěn)定工況時(shí)，被加熱物料的流量和溫度不變， 燃料的流量與熱值不變， 煙囪抽力也不變，爐出口溫度和爐膛溫度均處于相對(duì)平衡狀態(tài)， 調(diào) 節(jié)閥保持一定開度， 此時(shí)爐出口溫度穩(wěn)定在給定值上， 當(dāng)擾動(dòng)破壞了平衡工況時(shí)， 串級(jí)控制 系統(tǒng)變開始了其控制過(guò)程。 18 . 一個(gè)完整控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 P140 建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型、選擇控制方案、控制設(shè)備選型、實(shí)驗(yàn)（和仿真） 19 .力平衡式壓力變送器的工作原理 P57 外界被測(cè)壓力作用在檢測(cè)膜盒上時(shí)，檢測(cè)膜盒移動(dòng)，帶動(dòng)主杠桿以密封膜片為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng) ， 主杠桿的另一端推動(dòng)矢量板 ，在矢量板的作用下帶動(dòng)副杠桿 ，差動(dòng)線圈的動(dòng)圈在副杠桿的帶 動(dòng)下與差動(dòng)線圈的定圈有相對(duì)運(yùn)動(dòng) ，它們的磁通量發(fā)生的變化引起振蕩器的頻率發(fā)生變化 ， 發(fā)生器根據(jù)變化的頻率進(jìn)行檢波放大并變換成 4-20mA的電信號(hào)輸出.變送器的輸出電流與 被測(cè)壓差成正比，從而實(shí)現(xiàn)壓差與電流間的轉(zhuǎn)換。 20 .大滯后預(yù)估補(bǔ)償基本原理P201 按照過(guò)程的特性預(yù)估出一種模型加入到反饋控制方案中，以補(bǔ)償過(guò)程的動(dòng)態(tài) 性，即過(guò)程的純滯后環(huán)節(jié)。 21 .建立被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型有幾種方法？各有什么特點(diǎn) P11 P17 機(jī)理分析法建模：根據(jù)過(guò)程的內(nèi)部機(jī)理，運(yùn)用已知的定律，原理，建立過(guò)程 的模型。其最大特點(diǎn)是生產(chǎn)設(shè)備還處于設(shè)計(jì)階段就能建立其數(shù)學(xué)模型。 試驗(yàn)法建模：在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)過(guò)程輸入、輸出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即通 過(guò)過(guò)程辨識(shí)與參數(shù)估計(jì)的方法建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，其與機(jī)理分析法相比 較，試驗(yàn)法建模的主要特點(diǎn)是不需要深入的了解過(guò)程的機(jī)理。 最小二乘法建模：基本出發(fā)點(diǎn)是在獲得過(guò)程或系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)后，希 望求得最佳的參數(shù)值，以使系統(tǒng)在最小方差意義上與輸入、輸出數(shù)據(jù)相擬合， 采 用實(shí)際觀察值代替模型的輸入。它是一種過(guò)程離散時(shí)間模型的建模方法。 22 .執(zhí)行器的主要作用P112 在一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)， 并轉(zhuǎn)換成直線 位移或角位移，來(lái)改變閥芯與閥座間的流通截面積以控制流入或流出被控過(guò)程的 流體介質(zhì)的流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)的控制。 23 .執(zhí)行器按工作原理可分為幾類？每一類的特點(diǎn)是什么？ P112 氣動(dòng)執(zhí)行器：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，維修方便，價(jià)格便宜，適用于防火防爆 等場(chǎng)合 電動(dòng)執(zhí)行器：動(dòng)作迅速，信號(hào)便于遠(yuǎn)傳，并便于與計(jì)算機(jī)配合使用。但是它 不適用于易燃易爆等生產(chǎn)廠合。 液動(dòng)執(zhí)行器：液動(dòng)執(zhí)行器的調(diào)節(jié)精度高、響應(yīng)速度快，能實(shí)現(xiàn)高精確度控制。 用于大型場(chǎng)合。 24 .過(guò)程控制的定義P1 根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，采用測(cè)量?jī)x表，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)等自動(dòng)化工具，應(yīng) 用控制理論，設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)控制自動(dòng)化。 25 .最小二乘法參數(shù)估計(jì)的基本原理 P29 從符合要求的模型中找出這樣一個(gè)模型， 即在這個(gè)模型中過(guò)程參數(shù)向量9的 估計(jì)值1能使模型誤差盡可能的小，就是要求估計(jì)出來(lái)的參數(shù)使得觀察方程組的殘差平方 和最小。 26 .過(guò)程建模的主要目的P11 1.設(shè)置過(guò)程控制系統(tǒng)和整定調(diào)節(jié)參數(shù)。2.指導(dǎo)設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝設(shè)備。3.進(jìn)行仿 真實(shí)驗(yàn)研究。4.培訓(xùn)運(yùn)行操作人員。 27 .過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)P3 1 .連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。2.過(guò)程控制系統(tǒng)由過(guò)程檢測(cè)、控制儀表組成。3. 被控過(guò)程是多種多樣的、非電量的。4.過(guò)程控制的控制過(guò)程多屬慢過(guò)程， 而且多 半為參量控制。5.過(guò)程控制方案十分豐富 6.定值控制是過(guò)程控制的一種常用形 式 28 .調(diào)節(jié)器的作用與P、PI、PID調(diào)節(jié)的特點(diǎn) 調(diào)節(jié)器的作用：將生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)的測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較， 得出偏差后根據(jù) 一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號(hào)推動(dòng)執(zhí)行器消除偏差量， 使該參數(shù)保持在給定值附 近或按預(yù)定規(guī)律變化的控制器 1）比例控制規(guī)律（p）:采用怕p控制規(guī)律能很快的的克服擾動(dòng)的影響，使 系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)。但有余差。它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制要 求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場(chǎng)合。 2）比例積分控制規(guī)律（PI）:在工程上比例積分控制規(guī)律是應(yīng)用最廣泛的 一種控制規(guī)律。積分能消除余差，它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、 被控參數(shù)不允許有余差的場(chǎng)合。 3）比例微分才S制規(guī)律（PD）:微分具有超前作用，對(duì)于具有容量滯后的控 制通道，引入微分控制規(guī)律（未分時(shí)間得當(dāng)）對(duì)于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，具 有顯著的效果，因此對(duì)于控制通道的時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大的場(chǎng)合， 為了提高 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小動(dòng)態(tài)偏差等可以選用比例微分控制規(guī)律， 如溫度或成分控制， 但對(duì)于純滯后較大，測(cè)量信號(hào)有噪聲或周期性擾動(dòng)的系統(tǒng)，則不宜采用微分控制。 4）比例積分微分控制規(guī)律（PID） : PID在比例的基礎(chǔ)上引入積分可以消除 余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它適用于控制通道時(shí)間常數(shù)或 容量滯后較大、控制要求較高的場(chǎng)合。 29 .何為分程控制P212 由一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)分段分別去控制兩個(gè)或兩個(gè)以上調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的系 統(tǒng)。 30 .控制方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容P142 1.過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。2.被控參數(shù)的選擇。3.控制參數(shù)的選擇。 31 .當(dāng)控制參數(shù)多于一個(gè)時(shí)，由過(guò)程擾動(dòng)通道動(dòng)態(tài)特性的分析控制參數(shù)選擇原則 P146 1.擾動(dòng)通道的時(shí)間常數(shù)Tf愈大，容積愈多，則擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響也 愈小，控制量也愈好。2.干擾通道存在純時(shí)間滯后時(shí)，理論不影響控制質(zhì)量，僅 使被控參數(shù)的響應(yīng)時(shí)間比無(wú)滯后存在時(shí)推遲了 J值。3.擾動(dòng)位置對(duì)擾動(dòng)f起著 濾波作用，所以擾動(dòng)引入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)愈近時(shí)， 則對(duì)其影響愈大；相反， 當(dāng)擾動(dòng)離被控參數(shù)愈遠(yuǎn)時(shí)，則對(duì)其影響愈小。 32 .前饋控制系統(tǒng)的完全補(bǔ)償條件 P191 1.前饋模型 Wm(S用以準(zhǔn)確獲得。2.Wm(S而工程上可以實(shí)現(xiàn)。3.除了可控不 可測(cè)的擾動(dòng)無(wú)其它擾動(dòng)。 33 .PID調(diào)節(jié)器中比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)的大小對(duì)系統(tǒng)控制效 果有何影響1) 比例系數(shù) Kp越大，系統(tǒng)反應(yīng)越靈敏，過(guò)度過(guò)程越快，但穩(wěn)定性下降；積分沒(méi)那時(shí)間 Ti 越大，能克服容量和測(cè)量滯后， 但對(duì)突變信號(hào)反應(yīng)過(guò)猛； 微分時(shí)間Td越小，消除靜差越快， 但穩(wěn)定度下降，振蕩加強(qiáng)。 34 .從靜態(tài)特性角度分析擾動(dòng)通道和控制通道參數(shù)選擇的一般原則 P145 擾動(dòng)通道靜態(tài)放大系數(shù) K愈大，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差也愈大，這表示在相同的 階躍擾作用動(dòng)下，將使被控參數(shù)偏離給定值愈大，顯著地降低控制質(zhì)量。 控制通 道的靜態(tài)放大系數(shù)Ko愈大，表示控制作用愈靈敏，克服擾動(dòng)的能力愈強(qiáng)，控制效 果與顯著。因此，確定控制參數(shù)時(shí)，使控制通道的放大系數(shù)Ko大于擾動(dòng)通道的放 大系數(shù)K是合理的，當(dāng)這一要求不能滿足時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)Kc的值來(lái)補(bǔ)償，是KoKc 值遠(yuǎn)大于K. 35 .寫出兩種PID的改進(jìn)方法并分析其控制原理 P161 (1)積分項(xiàng)的改進(jìn)①積分分離②抗積分飽和③消除積分不靈敏。 (2)微分項(xiàng)的改進(jìn)①偏差平均②測(cè)量值微分先行 36 .控制方案的設(shè)計(jì)核心 控制方案設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。若控制方案設(shè)計(jì)不正確，則無(wú)論選用何種 先進(jìn)的過(guò)程控制儀表或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 具安裝如何細(xì)心，都不可能使系統(tǒng)在工業(yè)生 產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮良好的作用，甚至系統(tǒng)不能運(yùn)行。 37 .液位過(guò)程建模推導(dǎo) (1)單容過(guò)程：?jiǎn)稳葸^(guò)程是指只有一個(gè)貯蓄容量的又具有自平衡能力的過(guò)程。 dh q〔-q2=A — dt dLh d匚 h △h △ q2=— R2 R2 K0 R2CS 1 -T0S 1 ①將式變成增量形式△ q1-4q2=A-d- =C-d-② , h o 一 _ 、 H (S) 或R2=—— 將①②式進(jìn)行拉氏變 W0(s)=一^ q2 Qi(S) T0液位過(guò)程時(shí)間常數(shù) ，T0 = R2C2 K0 液位過(guò)程的時(shí)間常數(shù)， Ko=R2 C液位過(guò)程的容量系數(shù) (2)多容過(guò)程：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，被控過(guò)程往往由多個(gè)容積和阻力構(gòu)成的過(guò)程稱為多容 過(guò)程 雙容過(guò)程：/q -% dt p2 R2  d.：h2 兇2 -「。3 = C2 dt 3(S) 1/R3 △ h2 J不 根據(jù)上述公式的拉氏變換，畫出框圖 雙容過(guò)程數(shù)學(xué)模型為 Wo(s) ?、蒧 Ko 一 Qi(s) 一 (TiS 1)(T2s 1) 式中Ti---第一只水箱的時(shí)間常數(shù)，Ti=R2Cl; T2---第二只水箱的時(shí)間常數(shù)，T2=R3C2; K0---過(guò)程的放大系數(shù)，K)=R3； C、C2---分別為兩只水箱的容量系數(shù)。 1.非自衡過(guò)程建模 (1)單容過(guò)程： 1 傳遞函數(shù)：Wo(s)二 TaS (2)多容過(guò)程： c 1 傳遞函數(shù)：Wo(S)二 TaS(Ts 1) 38 .時(shí)域分析法建模中，已知試驗(yàn)曲線，如何采用計(jì)算法確定過(guò)程特性參數(shù) K、T、 T ? P19 (1)靜態(tài)放大系數(shù)&=以過(guò) (2)時(shí)間常數(shù)T y*(t)=" 在曲線上取 xo y(二) 二 上兩個(gè)點(diǎn)求得y*(t1)y*(t2)T1,T2求出平均值T與T。y*⑴=1—eT0 39 .前饋-反饋復(fù)合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)前饋?zhàn)饔玫耐耆a(bǔ)償條件 40.簡(jiǎn)單系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中 空制參數(shù)選擇的原則 過(guò)程控制通道的放大系數(shù) K0要適當(dāng)大一些是因?yàn)殪o態(tài)放大系數(shù) K0越大，系 統(tǒng)的靜態(tài)偏差值就越小，控制作用越靈敏，克服擾動(dòng)的能力越強(qiáng)，控制效果越好； 時(shí)間常數(shù)T0要適當(dāng)小一些是因?yàn)榭刂仆ǖ罆r(shí)間常數(shù)大小反映了控制變量克服干 擾對(duì)被控參數(shù)影響的快慢程度，若控制通道時(shí)間常數(shù)太大，控制變量的控制影響 緩慢，對(duì)被控參數(shù)的偏差校正不及時(shí)，動(dòng)態(tài)偏差大，系統(tǒng)過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)，控制品質(zhì) 差。因此，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要求控制通道時(shí)間常數(shù)小一些，使被控參數(shù)對(duì)控 制變量的反應(yīng)靈敏，控制及時(shí)，從而獲得良好的控制品質(zhì)； 擾動(dòng)通道的Kf應(yīng) 盡可能小是因?yàn)楦蓴_通道的靜態(tài)放大系數(shù)越大，外部擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響越 大，所以 Kf越小越好；Tf要大是因?yàn)閒(t)產(chǎn)生最大動(dòng)態(tài)偏差隨著Tf的增大而減少，系 統(tǒng)控制品質(zhì)提高。 41 .根據(jù)純滯后時(shí)間和過(guò)程時(shí)間常數(shù)進(jìn)行控制規(guī)律選擇的原則 P147 時(shí)間常數(shù)的大小反應(yīng)了控制作用的強(qiáng)弱， 反應(yīng)了控制器的矯正作用克服擾動(dòng) 對(duì)被控參數(shù)的影響的快慢。時(shí)間常數(shù)太大，則控制作用太弱，控制不能及時(shí)，系 統(tǒng)過(guò)渡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，控制質(zhì)量下降，若時(shí)間常數(shù)太小，雖控制作用強(qiáng)、控制及時(shí)， 克服擾動(dòng)影響快，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短，但易引起系統(tǒng)震蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，亦 不能保證控制質(zhì)量。所以時(shí)間常數(shù)要適當(dāng)小一點(diǎn)，使其矯正及時(shí)， 又能獲得較好 的控制質(zhì)量。純滯后時(shí)間的使超調(diào)量增加， 使被控參數(shù)的最大偏差增大，引起系 統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)下降。純滯后時(shí)間越小越好， 在有純滯后的情況下，純滯后時(shí)間 和過(guò)程時(shí)間常數(shù)的比值應(yīng)小于1.若其比值過(guò)大，則不利于控制。 42 .前饋控制的系統(tǒng)框圖及原理與特點(diǎn) P190 特點(diǎn)：1.前饋控制器是“基于擾動(dòng)來(lái)消除對(duì)被控制量的影響”。 2.擾動(dòng)發(fā)生 后，前饋控制器及時(shí)動(dòng)作，對(duì)抑制被控量由于擾動(dòng)引起的動(dòng)靜態(tài)偏差比較有效。 3.前饋控制屬于開環(huán)控制，所以只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn) 定。4.只適合用來(lái)克服可測(cè)而不可控的擾動(dòng)，而對(duì)系統(tǒng)中的其他擾動(dòng)無(wú)抑制作用。 5 .前饋控制的控制規(guī)律取決于被控象的特性，因此，往往控制規(guī)律比較復(fù)雜。 前饋控制系統(tǒng)框圖 43 .以定值系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線為例，說(shuō)明其階躍響應(yīng)性能指標(biāo)的物理意義 題5 44 .位置型PID和增量型PID算式的表達(dá)形式及它們的主要區(qū)別 P160 .. ...T K . . Td . 位置型 PID算式：u(k) = Kc{e(k) + Z e(j) + [e(k)—e(k-1)]}① Ti Jzo T T k，Tdp 增量型 pid 算式：u(k-1) = Kc{e(k-1)+TZ e(j)+L[e(k —1) —e(k —2)]}② T" T ①-②得：Au(k) = KC[e(k) -e(k -1)] + K[e(k) + KD[e(k) -2e(k-1) +e(k-2)] K c：比例增益 Ki ：積分增益 K d：微分增益 位置型PID算式的動(dòng)作是連續(xù)的，任何瞬間的控制器輸出 u(t)都對(duì)應(yīng)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位 置。增量型PID算式并沒(méi)有改變位置型 PID算是的本質(zhì)，此時(shí) u(k)仍通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器作用 于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如果只輸出位置增量 A u(k),那么必須采用具有保持歷史位置功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 位置型PID算式的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字 PID控制器的輸出u(k)通常都送給D/A轉(zhuǎn)換器；缺點(diǎn)：算 式不夠方便，因?yàn)橐奂悠?e(j),不僅要占用較多的存儲(chǔ)單元，而且不便于編程序。 增量型PID算式的優(yōu)點(diǎn)：編程序簡(jiǎn)單，占用存儲(chǔ)單元少，運(yùn)算速度快；缺點(diǎn)：