过程控制总结

第1章

过程控制是指工业生产过程中连续或按照一定周期程序运行的生产和过程自动化。

过程控制系统的定义：为实现对某个工艺参数的自动控制，由相互联系、制约的一些仪

表、装置及工艺对象、设备构成的一个整体。

连续过程：稳态条件下连续完成生产任务的生产过程。

被控量：被控制的过程变量

操作量：用来保持被控量等于或接近设定值的过程变量。

干扰量：能够影响被控量的过程变量。

过程控制系统的基本要求：稳定性、准确性和快速性。

时域控制性能指标包括：衰减比、最大动态偏差与超调量、余差、振荡频率和调节时间、

偏离度。

★过程控制系统由检测变送单元、控制器、执行器和被控过程组成。

过程控制系统的分类：

按过程控制系统结构特点分类：1. 反馈控制系统。2. 前馈控制系统。3. 前馈-反馈复合控制系统。

按设定值信号的特点分类：1. 定值控制系统。2. 随动控制系统。3. 顺序控制系统。

锅炉汽包水位控制系统是定值控制系统。

第2章

自衡：在原平衡状态出现干扰时，无需外加任何控制作用，被控过程能够自发地趋于新

的平衡状态。

无自衡：在原平衡状态出现干扰时，当没有外加任何控制作用时，被控过程不能重新到

达新的平衡状态。

★建立被控过程的数学模型的目的：设计过程控制系统、整定控制器参数；指导生产工艺及其设备的设计；被控过程及新型控制策略的仿真分析和研究；工业过程的故障检测与诊断系统设计。

★数学模型的基本要求：简单、能正确可靠地反映过程输入和输出之间的动态关系。 过程建模的基本方法：解析法，实验辨识法，混合法

解析法：根据被控过程的内在机理，运用已知的静态和动态物料平衡、能量平衡等关系，用数学推理的方法求取被控过程的数学模型。

实验辨识法：根据过程输入、输出的实验测试数据，通过过程辨识和参数估计得出数学模型。

混合法：将机理演绎法和实验辨识法相结合来建立过程的数学模型。

★解析法建模的一般步骤：1. 明确过程的输入变量、输出变量和中间变量。2. 根据建模对象和模型使用目的做出合理假设。3. 根据过程的内在机理，建立静态和动态平衡关系方程。

4. 消去中间变量，求取过程的数学模型。5. 模型简化。

响应曲线法：指通过操作调节阀，使被控过程的控制输入产生一个阶跃变化或方波变化，

得到被控量随时间变化的阶跃响应曲线或脉冲响应曲线；根据输入-输出数据来辨识输入-输出之间的数学关系。

脉冲响应曲线法：在正常工作基础上，给过程施加一个矩形脉冲输入，通过测取相应的

输出变化曲线来估计过程参数。

第3章

★过程控制研究的四大参数：温度、压力、流量、物位。

过程参数检测仪表通常由敏感元件和变送单元构成。

检测仪表的工作特性：指能满足被测参数测量和系统运行需要而应具有的仪表输入/输出

特性，主要通过量程与零点的调整与迁移来实现。

测量误差：可划分为绝对误差和相对误差。

温度检测方法：按测温元件是否与被测介质接触，可分为接触式测温和非接触式测温。 流量：指单位时间内流过某一截面的流体数量。

物位指物料的高度，包括液位、料位、界位。

第4章

★执行器：由执行机构和调节机构组成。

按使用能源不同，分为气动、电动、液动。

按输出位移形式不同，分为转角型、直线型。

按动作规律不同，分为开关型、积分型和比例型。

执行器的执行机构和调节阀组合实现气开和气关两种调节。

调节阀流量特性：介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系。

调节阀的理想流量特性有直线、等百分比、快开、抛物线4种形式。

选择蒸汽锅炉的控制阀门时，为保证失控状态下锅炉的安全，给水阀应选气关式、燃气

阀应选气开式。

第5章

同时具备点燃源、爆炸性物质、空气时，才可能产生爆炸。

引起爆炸性危险气体爆炸的主要点燃源:电火花和热效应。

本安型防爆仪表必须限制能量，可靠地将电路中的电压和电流限制在一个允许的范围内。 ★安全栅：安装在安全场所，是安全场所仪表和危险场所仪表的关联设备，一方面传输信号；另一方面控制流入危险场所的能量在爆炸气体或混合物的点火能量以下，以确保系统的本安防爆性能。

判断系统是否属于安全火花型防爆系统的充分必要条件：危险场所的仪表必须设计成安

全火花型；安全场所的仪表与危险场所的仪表之间必须有安全栅，从而限制送往危险场所的电压、电流，保证进入危险场所的电功率在安全范围内。

第6章

PID 控制原理：本质上是一种负反馈控制，特别适用于过程的动态性能良好而且控制性能

要求不太高的情况。

★PID 控制参数整定：根据被控过程特性和系统要求确定调节器的比例度δ、积分时间T I 和微分时间T D ，使系统的过渡过程达到满意的控制品质。

控制参数指标：系统瞬态响应ψ=0.75～0.9（衰减比n=4:1～10:1）。

★控制器参数整定的方法分为三类：理论计算整定法、工程整定法、自整定法。

第7章

★串级控制系统主回路是定值控制系统，副回路是随动控制系统。

串级控制系统：是一种常用的复杂控制系统，可以有效改善控制品质。由两个或两个以

上的控制器串联组成，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值。

串级控制系统的主要特点：1. 对进入副回路的二次干扰有很强的抑制能力。2. 能有效改善

控制通道的动态特性，提高系统的工作频率。3. 对负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力。

串级控制系统的应用范围：1. 用于容量滞后较大的过程。2. 用于纯滞后较大的过程。3. 用

于干扰变化剧烈而且幅度大的过程。4. 用于参数互相关联的过程。5. 用于克服被控过程的非线性。

前馈控制系统：是按照引起被控变量变化的干扰大小进行控制的，在干扰出现时进行控

制，在偏差出现前把干扰影响消除。

大滞后过程控制系统：在被控过程的动态特性中，既包含纯滞后τ，又包含惯性时间常

数T ，若τ/T >0.3，即为大滞后过程。

★比值控制系统分单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、开环比值控制系统。

★选择性控制系统是把工艺生产过程的限制条件所构成的逻辑关系叠加到正常自动控制系统的一种控制方法。

分程控制系统：将控制器的输出信号分段，去控制两个或两个以上的调节阀，以使每个

调节阀在控制器输出的某段信号范围内全行程动作。

第9章

计算机过程控制系统：是计算机技术与工业生产过程相结合的产物，是生产过程自动化

的基本内容。

计算机过程控制系统的分类：单回路或多回路控制器、可编程序逻辑控制器、工业控制

计算机、集散控制系统和现场总线控制系统。

集散控制系统的通信网络：1. 实时性强2. 长时间的高可靠性3. 高抗干扰能力4. 网络结构

的层次性和开放性

★现场总线：在过程自动化和制造自动化中，实现智能化现场设备与高层设备之间互连的、全数字、串行、双向传输的、多分支结构的通信系统。

现场总线的特点：1. 开放性2. 互操作性3. 智能化4. 分散化5. 环境适应性。

★计算机过程控制系统体系结构发展的三个阶段，集中控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统。

第10章

过程控制系统设计要求：安全性（最基本）、稳定性（前提）、经济性。

★被控变量选择中的直接变量：直接反映产品质量与产量，又便于测量的参数。

间接变量：与直接工艺参数有单值函数关系的间接工艺参数。

两者的关系：1. 尽量选用对产品的产量、安全稳定生产、经济运行等具有决定作用，并且可以直接检测的工艺参数作为直接变量。2. 当直接变量难以获得，或检测滞后较大时，选取与直接变量具有单值函数关系的间接变量作为被控变量。间接变量对直接变量应具有较高的控制灵敏度。

气动执行器的气开、气关形式选择：控制器输出信号为零或气源中断时使生产过程处于

安全状态；在系统安全运行的条件下，综合考虑节能、控制便捷等因素。

调节规律选择的一般原则：1. 当广义过程的控制通道时间常数较大或容量滞后较大时，

应引入D 调节；当工艺容许有静差时，选用PD 调节；当工艺要求无静差时，选用PID 调节。2. 当广义过程的控制通道时间常数较小、负荷变化不大且工艺要求允许有静差时，选用P 调节。3. 当广义过程的控制通道时间常数较小、负荷变化不大，但工艺要求无静差时，选用PI 调节。4. 当广义过程的控制通道时间常数很大且纯滞后时间较大、负荷变化剧烈时，简单控制系统难以满足工艺要求，应采用复杂控制系统或其他控制方案。