化工仪表及自动化相关概念复习

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1、化工仪表及自动化相关概念1、自动控制系统的组成：被控对象、测量元件与变送器、自动控制器、执行器。2、方块图的结构特点:（见书上图）3、控制系统分类与特点：①闭环系统：信号构成回路，输出信号引回到输入端，对控制作用有影响。（反馈：输出信号返回到输入端。负反馈：反馈信号取负值，与输入信号值相反。）②开环系统：信号不构成回路，系统的输出信号对输入信号无影响。③定值控制系统：给定值恒定不变。（例：液位控制系统）作用：克服扰动对被控变量的影响，使被控变量回到设定值。④随动控制系统（自动跟踪系统）：给定值不断地随机变化。（例：比值控制系统）作用：使被控变量能够尽快、准确无误地跟踪设定值

2、的变化而变化。⑤程序控制系统（顺序控制系统）：给定值是变化的，已知的时间函数。（例：金属热处理的温度控制）作用：使被控变量能够尽快、准确无误地跟踪设定值的变化而变化。4、对象特性参数的特点：①放大系输K：K=输出变化量/输入变化量控制通道：干扰通道：K在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。讨论：稳态参数（只与初、终态有关，而与中间态无关）描述对象静态特性的参数K大，表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大控制通道：放大系数Ko大，则操纵变量的变化对被控变量的影响越大，控制作用对扰动的补偿能力强，余差也小。放大系数Ko小，则对控制不利，当扰动作用大时

3、，被控变量的波动就会很大。干扰通道：放大系数Kf小，减少干扰作用，对被控变量的影响小。②时间常数T：时间常数—对象受到阶跃作用输入参数变化后，输出达到新稳态值的63.2%所需的时间。讨论：动态参数，反映被控变量变化快慢；T增大，对象惯性增大；T减小，对象惯性下降。控制通道：To大，则被控变量的变化速度慢，易控制，但过渡时间较长。To小，则被控变量变化速度快，不易控制。干扰通道：Tf大，则扰动作用比较平缓，被控变量变化较平稳，较易控制。③滞后时间τ:输入变化后，输出滞后一段时间才开始变化，这段时间称之为τ即表示对象输出变量的变化落后于输入变量变化的时间。讨论:τ是动态参数，是

4、反映对象动态特性的重要参数。控制通道:τ的存在，使得控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下降，应尽量减小它。干扰通道:τ的存在，相当于扰动推迟时间才进入系统，并不影响控制系统的品质。τ的存在，则使阶跃干扰的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和些。包括：传滞落后—对象输出变量的变化落后于输入变量变化的时间。产生的主要原因：介质的输送需要一段时间而引起的。例如：测量元件或测量点选择不当，物料传送设备安装不当。有、无纯滞后的一阶阶跃响应曲线纯滞后对象的特性：当输入量发生变化时，其输出量不是立即反映输入量的变化，而是要经过一段纯滞后时间τ以后，才

5、开始等量地反应原无滞后时的输出量的变化。无纯滞后的对象特性：有纯滞后的对象特性：容量滞后：对象在受到阶跃输入作用后，被控变量开始变化很慢，后来才逐渐加快，最后又变慢直至逐渐接近稳定值。属于信息传递滞后。物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起。具有容量滞后对象的反应曲线5、操纵变量定义及选择原则：操纵变量：用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。对象静态特性对选择操纵变量的影响：控制通道：放大系数Ko适当大Ko的大小表征了操纵变量对被控变量的影响程度。Ko越大，表示控制作用对被控变量影响越显著，使控制作用更为有效。Ko越大越好，但有时Ko越大会引起控制系统不稳定。

6、干扰通道：放大系数Kf尽量小表示干扰对被控变量的影响不大，过渡过程的超调量不大。对象动态特性对选择操纵变量的影响：控制通道：时间常数适当小（但不宜过小，否则易引起振荡），使之反应灵敏，控制及时，从而获得良好的控制质量。滞后时间尽量小，否则会使超调量增加。干扰通道：时间常数越大，表示干扰对被控变量的影响越缓慢，这是有利于控制的。存在纯滞后，表明干扰对被控变量的影响推迟了一段时间。操纵变量的选择原则：操纵变量应是可控的，既工艺上允许调节的变量;操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏；考虑工艺的合理性与生产的经济性。简单控制系统设计：确定控制方案：根据工艺要求确定被控变

7、量，操纵变量，控制规律以构成控制系统。例：水槽液位控制（被控变量：液位；操纵变量：出口流量 ）画出控制系统结构方块图和结构原理图确定执行器气开，气关形式：以安全为原则，确定气开、气关形式。例：为避免控制系统故障时水溢出水槽，选气关。 确定控制器的正、反作用形式原则：保证系统是一个负反馈系统。各环节乘积应为“—”执行器气开“+”、气关“—”控制器正作用“+”、反作用“—”6、一阶对象定义：对象的动态特性可以用一阶微分方程式来描述。积分对象定义：对象的输出参数与输入参数对时间的积分成比例关系。二阶对象定义：对象的动态特