1、精選文檔化工自動化儀表期末復習摘要第一章 自動把握系統概述1.單元組合儀表之間用標準統一信號聯系：氣動儀表（QDZ系列）：20-100kPa氣壓信號；電動儀表信號：（A）DDZ系列：0-10mA直流電流信號；（B）DDZ系列：4-20mA（1-5V）直流電流信號。2.專用術語：被控過程（被控對象）：自動把握系統中，工藝參數需要把握的生產過程、設備或機器。被控變量：被控過程內要求保持設定值的工藝參數。操縱變量：受把握器操縱的用以克服干擾的影響，使被控變量保持設定值的物料量或能量。擾動：除操縱變量外，作用于被控過程并引起被控變量變化的因素。被控過程：鍋爐汽包被控變量：汽包液位操縱變量：水的流量擾動

2、：水壓力、蒸汽流量實例 設定值：工藝參數所要求保持的數值。偏差：被控變量實際值與設定值之差。負反饋：將被控變量送回輸入端并與輸入變量相減3.閉環把握與開環把握：閉環把握：在反饋把握系統中，被控變量的值被送回輸入端，與設定值進行比較，依據偏差進行把握，把握被控變量，這樣，整個系統構成了一個閉環。閉環把握的特點（優點）：按偏差進行把握，使偏差減小或消退，達到被控變量與設定值全都的目的。閉環把握的缺點：把握不夠準時；假如系統內部各環節協作不當，系統會引起猛烈震蕩，甚至會使系統失去把握。開環把握：依據擾動信號的變化來進行把握。開環把握的特點（優點）：不需要對被控變量進行測量，只依據輸入信號進行把握，把

3、握很準時。環把握的缺點：由于不測量被控變量，也不與設定值相比較，所以系統受到其他擾動作用后，被控變量偏離設定值，無法消退偏差，這是開環把握的缺點。4.閉環把握系統的組成（P5）：e(t):偏差u(t):把握作用（把握器輸出）q(t):操縱變量c(t):被控變量y(t):測量值r(t):設定值把握器：比較機構和把握裝置的組合；廣義對象：過程、執行器、檢測變送的組合。5.自動把握系統的分類：定值把握系統、隨動把握系統、程序把握系統。6.自動把握系統的過渡過程及品質指標：定值把握系統過渡過程的形式(階躍擾動)：發散振蕩單調發散等幅振蕩衰減振蕩單調衰減自動把握系統的品質指標：（1）最大動態偏差（ema

4、x）：對于定值把握系統，過渡過程的最大動態偏差是指被控變量第一個振蕩波的峰值與設定值之差。即：圖中的A（2）衰減比n：第一個波的振幅與同方向其次個波的振幅之比。即：注：n1：衰減振蕩；n=1：等幅振蕩；n0 （B）負遷移：xmin 0.6：認為工作特性與抱負特性相同。0.3S0.6：S0.3 （流量特性畸變很大）：節能運行，可以進行靜態非線性補償。把握閥的抱負流量特性1線性2對數3快開快開閥：在開度較小時就有較大流量，隨著開度的增大，流量很快就達到最大，隨后在增大開度時流量的變化很小，故稱為快開特性。（3）工作流量特性：實際上把握閥的前后壓差是變化的。配管系數S：把握閥全開時，把握閥上壓差pv

5、 與系統總壓差p之比。即：。S=1時，系統的總壓差全部降在把握閥上，工作流量特性就表現為抱負流量特性。一般期望S值最小不低于0.3。（4）動態特性：氣動薄膜把握閥膜頭是一個空間，它可以看作為一個氣容，從把握器到氣動薄膜把握閥膜頭間的引壓管線有氣容和氣阻，所以管線和膜頭是一個由氣阻和氣容組成的一階滯后環節，其時間常數的大小取決于氣阻和氣容。（5）把握閥口徑的確定：依據：流通力量。6.閥門定位器（了解）：功能：接受把握器的輸出信號，然后將該信號成比例地輸出到執行機構，當閥桿移動以后，其位移量又通過機械裝置負反饋作用于閥門定位器，它與執行機構組成一個閉環系統。接受閥門定位器，可以增加執行機構的輸出功

6、率，改善把握閥的性能。目前較多使用電動把握器，把握閥較多使用氣動把握閥。閥門定位器的作用：（1）改善閥的靜態特性（2）改善閥的動態特性：轉變了閥原來的一階滯后特性，減小時間常數，使之成為比例特性。一般地，氣壓傳送管線超過60m時，應接受閥門定位器。（3）改善閥的流量特性通過改善反饋凸輪的外形（4）用于分程把握（5）用于閥門的反向動作可轉變閥的氣開、氣關特性7.把握閥流量特性的選擇：選擇原則：使整個廣義對象具有線性特征。8.把握閥氣開、氣關的選擇：選擇原則：平安原則。第六章 把握器（調整器）1.概述：把握器是把握系統的核心。作用：把握執行器，轉變操縱變量，使被控變量符合生產要求。分類：按能源形式

7、分類：氣動、電動；按信號類型分類：模擬式、數字式；按結構形式：基地式、單元組合式、組裝式、集散把握系統。2.基本把握規律：定義：是指把握器的輸出信號與輸入信號之間的關系。把握器的輸入信號e(t)：是測量值y(t)與被控變量的設定值之差 ，即e(t)=y(t)-r(t)；把握器的輸出信號u(t)：是送往執行機構的把握命令。把握規律就是把握器的輸出信號u(t)隨輸入信號e(t)變化的規律。3.PID把握算法：（1）比例度：定義：把握器輸入的變化相對值與相應的輸出變化相對值之比的百分數，表達式為：（必記）（其中，C為儀表系數）（具體而言：使把握器的輸出變化滿刻度時，輸入信號必需轉變全量程的百分之幾）

8、。對于單元組合儀表，有：。比例度對系統過渡過程的影響：在擾動（如負荷）及設定值變化時有余差存在。 比例度愈大，過渡過程曲線愈平穩，余差也愈大。比例度愈小，過渡過程曲線振蕩愈厲害。當比例度減小到某一數值時，系統會消滅等幅振蕩，此時的比例度稱為臨界比例度k。在擾動作用下，主要取決于余差，小則余差小，所以最大偏差也小；在設定作用下，最大偏差取決于超調量，小則超調量大，所以最大偏差就大。（參見右圖）（2）比例把握特點（存在余差）：是最基本、最主要、應用最普遍，它能快速克服擾動的影響，使系統很快穩定。適用場合：擾動幅度較小、負荷變化不大、過程時滯較小或把握要求不高的場合。（3）積分作用特點：（A）消退余

9、差，卻降低了系統的穩定性（B）落后性：積分把握作用總是滯后于偏差的存在。積分時間TI定義：在階躍偏差作用下，把握器的輸出達到比例輸出的兩倍所經受的時間，就是積分時間TI 。積分時間TI越大，直線越平坦，說明積分作用越弱。隨著TI減小，則積分作用增加，消退余差較快，但把握系統的振蕩加劇，系統的穩定性下降。積分飽和：積分飽和指的是一種積分過量現象。解決積分飽和問題的常用方法是接受PI-P把握規律。另外，還有積分限幅法，變速積分法等。（4）微分作用特點（超前把握）：抱負微分器在階躍偏差信號作用下的開環輸出特性是一個幅度無窮大、脈寬趨于零的尖脈沖，輸出只與偏差的變化速度有關。微分時間TD越大，微分作用

10、越強。由于微分在輸入偏差變化的瞬間就有較大的輸出響應，因此微分把握被認為是超前把握，適用于容量滯后。（5）實際PID把握：（必記）式中第一項為比例（P）部分，其次項為積分（I）部分，第三項為微分（D）部分。Kc為比例增益，KD為微分增益；TI為積分時間；TD為微分時間，A為階躍信號。適當的微分作用：在負荷變化猛烈、擾動幅度較大或過程容量滯后較大的系統中，適當引入微分作用，可在肯定程度上提高系統的把握質量。如右圖所示：TD太小：對系統的把握指標沒有影響或影響甚微，如曲線1；TD適當：系統的把握指標將得到全面的改善，如曲線2；TD過大：引入的微分作用太強，可能導致系統產生猛烈的振蕩，如曲線3。 假

11、如要求引入微分作用后仍舊保持原來的衰減比n，則可適當減小把握器的比例度。適用場合：用于時滯大的場合，特殊是在溫度把握系統。抱負微分器在階躍偏差信號作用下的開環輸出特性階躍偏差下的積分把握器開環輸出特性階躍偏差作用下的實際比例微分開環輸出特性階躍偏差作用下的比例把握器的開環輸出特性（6）P、I、D開環輸出特性：實例 某臺PID把握器偏差為1mA時，輸出表達式為（t單位為分鐘）。試問：（1）這是什么把握規律？（2）求出把握器各個把握參數。（3）畫出其開環輸出特性圖。解：；又有。（1） PD把握規律。（2） 解之得：KC=2，KD=5，TD=5。（3）開環輸出特性曲線：為KCA=2，KCKDA=10

12、曲線如右圖所示：4.模擬式把握器：（1）DDZ-型電動單元把握器：輸入信號為來自變送器或轉換器的15V直流測量信號，設定信號為15V直流信號，兩者相比較得到偏差信號，然后對此信號進行PID運算后，輸出15V或420mA直流把握信號給執行器，以實現對工藝變量的把握。（2）把握器的工作狀態有“自動”、“軟手動”、“硬手動”及“保持”四種：軟手動微調；硬手動粗調；保持無擾動切換（輸出值保持不變）。（3）把握器的“內”“外”設定開關：內定值把握；外隨動把握。（4）把握器的“正”、“反”作用開關：由u和e的方向打算，同向為正作用。當把握器置于“正”作用時，把握器的輸出隨著正偏差的增加而增加。把握器“正”

13、、“反”作用開關不能任憑選擇，要依據工藝要求及把握閥的氣開、氣關狀況來打算，保證把握系統為負反饋。 實例 如圖所示的液位把握系統，假如閥的氣開、氣關特性發生轉變，把握器的正、反作用也應當發生轉變。假設閥門選用氣關閥：假設液位上升：要使液位下降：e和u同向（箭頭同向）選正作用把握器。假設閥門選用氣開閥：假設液位上升：要使液位下降：e和u反向（箭頭反向）選反作用把握器。蒸汽加熱反應釜實例 如圖蒸汽加熱反應釜把握系統，工藝要求釜內溫度不得過高，試確定調整器的正、反作用。解：（1）確定把握閥的氣開、氣關特性：工藝要求釜內溫度不得過高，也就是說，供氣中斷時熱源關斷應選氣開閥。（2）確定調整器的正、反作用

14、： 把握器應選反作用第七章 簡潔把握系統1.被控變量的選擇原則：（1）合理性與獨立性：盡量選擇能直接反映產品質量的變量作為被控變量。（2）直接指標與間接指標：所選被控變量能滿足生產工藝穩定、平安、高效的要求。（3）可測與可控：必需考慮自動化儀表及裝置的現狀。2.操縱變量的選則原則：（1）操縱變量必需是工藝上允許調整的變量。（2）操縱變量應當是系統中全部被控變量的輸入變量中對被控變量影響最大的一個。把握通道的放大系數K要盡量大一些，時間常數T適當小些，滯后時間盡量小。（3）不宜選擇代表生產負荷的變量作為操縱變量。（4）工藝上的合理性和便利性。3.選擇把握規律時留意：（1）微分作用對過程的容量滯后

15、有效，而對過程把握通道存在純滯后無效。（2）積分把握可以消退余差，但會帶來積分飽和。 4.把握器的參數整定：（1）臨界比例度法：先將把握器設置為純比例作用，比例度放在較大位置，將系統投入閉環把握，然后逐步減小比例度并施加干擾作用，直至把握系統消滅等幅振蕩的過渡過程。求得臨界比例度k，臨界振蕩周期Tk。依據k和Tk查表找把握器應當接受的參數值。（注：把握系統工作在非線性區，不適用）（2）衰減曲線法：將把握器先設置為純比例作用，并將比例度放在較大的位置上。將系統投入閉環把握，在系統穩定后，逐步減小比例度，轉變設定值以加入階躍干擾，觀看過渡過程的曲線，直至衰減比n為4:1。這時的比例度為S，衰減周期

16、為TS，最終，查表得出把握器應當接受的參數值。（注：加干擾前，把握系統必需處于穩定的狀態；階躍干擾的幅值不能大；不行以過渡過程波動頻繁）（3）閱歷整定法：閱歷法整定把握器參數的關鍵是“看曲線，調參數”。（A）比例度：比例度越大，過渡過程越平緩，余差越大； 比例度越小，過渡過程振蕩越激烈，余差越小，過小，甚至成為發散振蕩的不穩定系統。（B）積分時間TI：積分時間越大（積分作用越弱），過渡過程越平緩，消退余差越慢； 積分時間越小（積分作用越強），過渡過程振蕩越激烈，消退余差快。（C）微分時間TD：微分時間越大，微分作用越強。第八章 簡單把握系統1.常用的簡單把握系統有：串級、均勻、比值、分程、選擇

17、性、前饋、多沖量等。2.串級把握系統（只有一個執行器）：（1）串級把握系統的基本原理和結構：思想：把時間常數較大的被控對象分解為兩個時間常數較小的被控對象。例如：加熱爐溫度串級把握系統【P171】（2）組成原理：將原被控對象分解為兩個串聯的被控對象。以分解后的兩個被控對象的中間變量作為副被控變量，構成一個副回路（簡潔把握系統）。將原被控變量作為主被控變量構成主回路。主把握系統把握器的輸出信號作為副把握系統把握器的設定值，副把握系統的輸出信號作為主被控對象的輸入信號。（3）系統的工作方式：副環既是隨動又是定值把握系統；主環是定值把握系統。（4）副被控變量的選擇原則：必需保證它是操縱變量到主被控變

18、量通道中的一個適當中間變量；使主要擾動作用于副對象上，使副對象包含適當多的擾動；主、副對象的時間常數不能太接近。副把握器把握規律一般選擇P把握，而且比例度選的較小。（5）正、反作用選擇：副把握器正、反作用的選擇依據調整閥的氣開、氣關形式來確定。主把握器正、反作用的選擇依據副被控變量對主被控變量的影響關系來確定（與氣開、氣關無關）。實例 下圖所示的加熱爐溫度-壓力串級把握系統，試分別確定主、副把握器的正、反作用。解：（1）閥的氣開、氣關特性：依據平安原則，當供氣中斷時，應使把握閥處于全關閉狀態，不致燒壞加熱爐，所以應選氣開閥。（2）副把握器的正、反作用：選擇反作用。（3）主把握器的正、反作用：主

19、把握器應選反作用（T與P反向）。結論：副調整器正、反作用的選擇要依據閥門的氣開、氣關特性；主調整器正、反作用的選擇與閥門的氣開、氣關形式無關。（6）系統投運：將主把握器設定為內設定方式，副把握器設定為外設定方式。參數整定：兩步整定法：先整定副把握器，后整定主把握器。一步整定法：只整定主把握器，副把握器的參數按閱歷值設定。（7）串級把握系統適用場合：接受簡潔把握質量較差，或要求被控變量的誤差范圍很小，簡潔把握系統不能滿足工藝要求。當對象的滯后較大，干擾比較猛烈、頻繁的狀況。簡單把握系統中用的最多的一種。3.均勻把握系統（與簡潔定值系統外形全都）：（1）均勻把握的目的：從把握方案動身，解決前后工序

20、供求沖突，達到前后兼顧協調工作（如使液位和流量均勻變化）。（2）接受均勻把握的前提條件：系統需要把握的兩個或多個變量的要求不是很高，可以在肯定范圍內波動。（3）均勻把握的特點：表征前后供求沖突的兩個變量在把握過程中都應當是緩慢變化的。前后相互聯系又相互沖突的兩個變量應保持在所允許的范圍內波動。（4）實現方法：通過把握器的參數整定來實現。（5）留意：微分作用與均勻沖突，故不能接受微分作用。（6）與定值把握系統區分：區分在于把握器的把握規律選擇和參數整定。均勻把握系統要求：不選擇微分作用，參數整定上一般比例度大于100%，積分時間要長，才能滿足均勻把握。均勻把握系統所把握的變量允許有肯定波動，對余

21、差無要求。4.比值把握系統：（1）目的：是為了實現幾種物料按肯定比例混合，使生產平安、正常地進行。（2）定義：實現兩個或兩個以上參數符合肯定比例關系的把握系統，稱為比值把握系統。（3）主動量與從動量：主動量（主流量）：在需要保持比值關系的兩種物料中，必有一種物料處于主導地位，稱此物料為主動量(FM)。從動量（從流量）：另一種物料按主物料進行配比，在把握過程中隨主物料而變化，因此稱為從動量(FS)。（4）比值把握系統分類：單閉環比值把握系統、雙閉環比值把握系統、變比值把握系統。（5）單閉環比值把握系統與串級把握系統的區分：結構上：沒有主對象、主把握器；本質區分：串級中，副變量是操縱變量到主被控變

22、量之間的一個中間變量，會影響主被控變量，在比值中，從動量不會影響主動量。（6）特點：從動量把握系統既是一個隨動把握系統又是一個定值把握系統。單閉環比值把握系統能克聽從動量的波動，使其隨主動量的變化而變化，使它們保持比值關系。（7）雙閉環比值把握系統：雙閉環把握系統實際上是由一個定值把握系統和一個隨動把握系統組成，它不僅能保持兩個流量之間的比值，而且能保證總流量不變。適用場合：主要應用于總流量需要調整的場合。5.分程把握系統（需要閥門定位器）：（1）分程把握系統方塊圖及其特性：（2）分程把握系統的特點：簡潔把握系統：一個把握器的輸出信號只把握一個執行器。分程把握系統：一個把握器的輸出信號同時把握

23、幾個工作范圍不同的執行器。（3）分程的實現：是通過閥門定位器或電氣閥門定位器來實現的，將調整器的輸出信號分為幾段，每段把握一個閥門動作。（4）分程把握的應用：提高把握閥的可調比；交替使用不同的把握方式；滿足生產過程不同階段的需要。（5）把握閥的可調范圍R的計算：實例 設大、小兩個調整閥的最大流通力量分別為CAmax=100，CBmax=4，可調范圍RA=RB=30，兩個閥均為氣開閥，試求兩個閥并聯后的可調范圍。解：可得小閥的最小流通力量為當大、小閥并聯組合在一起時，閥的最小流通力量為0.133，最大流通力量為104，所以調整閥的可調范圍為 6.前饋把握系統（可測不行控）：（1）概念：反饋把握（

24、閉環把握）：把握器依據被控變量與設定值的偏差來進行把握。存在的問題：當被控變量偏離設定值，產生偏差后才進行把握，使得把握作用滯后。前饋把握（開環把握）：把握器依據擾動或設定值的變化按補償原理進行工作。特點：擾動產生后，被控變量還未變化之前，依據擾動的大小施加把握，把握超前。（2）反饋與前饋的對比：前饋把握特點：(1)是開環把握系統(2)把握準時(3)只能克服所測量的擾動反饋把握特點：(1)是閉環把握系統(2)把握滯后(3)可克服全部擾動（3）接受前饋把握系統的條件：擾動可測但是不行控。變化頻繁且變化幅度大的擾動。擾動對被控變量影響顯著，反饋把握難以準時克服。第九章 計算機把握系統1.計算機把握

25、系統的進展（記住縮寫及名稱）：時間縮寫名稱最初DDC直接數字把握系統（集中把握系統）20世紀70年月DCS集散把握系統（集中管理、分散把握）20世紀60年月PLC可編程規律把握器20世紀末FCS現場總線把握系統目前及將來CIMS計算機集成制造系統CIPS計算機集成過程系統2.集散把握系統：（1）定義：集散把握系統又稱為分散型把握系統（Distributed Control System）,簡稱為DCS系統，是對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散把握的一種全新的分布式計算機把握系統。（2）主要特征：集中管理和分散把握。（3）具體有以下幾個方面：分級遞階結構；接受微機靈能技術；豐富的功能軟件包；接受局部網絡通信技術；友善的人機接口；高牢靠性