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自动控制系统主要有哪些环节组成

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2020年4月19日
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1. 自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？
a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。
b控制器：接收变送器送来的信号，与希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。
c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
d被控对象：控制装备所控制的生产设备。
2. 被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置；
被控变量：工艺上希望保持稳定的变量；
操作变量：克服其它干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。
给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值；
干扰变量：造成被控变量波动的变量。
3. 自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~
4. 按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化）
5. 自动控制系统的基本要求：
稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件
快速性：反应系统在控制过程中的性能
准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。
提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改进系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。
6. 控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。
7. 自动系统的控过渡过程及其形式
控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~
形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程，
等幅振荡过程，发散振荡过程
8. 衰减振荡过渡过程的性能指标
衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。（以新稳态值为标准计算）
最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值
余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值与设定值之差。
调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间
振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间
9. 对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~
动态数学模型：表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述
10. 描述对象特性的参数
放大系数K：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。意义:若有一定的输入变化量 Q1经过对象就被放大了K倍变为输出变量 h。K越大，输入变量有一定变化时，对输出量的影响越大。描述了静态性质
时间常数T：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间，就是T， 意义：被控变量受到阶跃作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。
T越大，表对象受干扰后，被控变量变化的越慢，到达新的稳态值所需的时间越长。动态特性
滞后时间：对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速的变化，要经过一段纯滞后时间以后，才开始等量地反应原无滞后时的输出量的变化~ 动态特性
11.测量范围：指仪表按规定的精度进行测量的被测量值得范围。
绝对误差 =X-X0=测量-标准
引用误差 =（绝对误差/量程）*100%
最大引用误差=（最大绝对误差/量程）*100%=+-A%
允许误差（允许最大引用误差）
灵敏度S：表示仪表对被测变量变化的灵敏程度=输出的变化量/输入的变化量S↑,越灵敏
分辨率：（灵敏限和分辨的最小输入变化量）仪表输出能响应
引用误差：（绝对误差/量程）*100%
最大引用误差=（最大绝对误差/量程）*100%
允许误差：允许的最大绝大误差
精度：指测量结果和实际值一致的程度，是用仪表误差的大小来说明其指示值与被测量真值之间的符合程度。数值越大，精度越低。
回差（变差）：（|正行程测量值-反行程测量值|max/量程）*100%
仪表的回差不能超出仪表的允许误差。
12. 可靠性：反映仪表在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力的一种综合性质量指标。
13. 可靠度：R(t)指仪表在规定的工作时间内无故障的概率。
14. 平均无故障时间（MTBF）：仪表在相邻两次故障间隔内有效工作时的平均值。
15. 平均故障修复时间（MTTR）:仪表故障修复所用的平均时间。
16. 有效度：=(MTBF/(MTBF+MTTR))*100% 数值越大，越可靠。
17. 热电偶测温原理：
热电效应（赛贝克效应）：将两种不同的导体或半导体（A,B）连接在一起构成一个闭合回路，当两接点处的温度不同时（T>T0），回路中将产生电动势，这种现象叫~ 回路称为热电偶；导体或半导体称作热电极。电势从高温指向低温。
工作的基本条件：两电极材料不同；两接点温度不同。
应用定则：a均质导体定则两种均质导体构成的热电偶，其热点势大小与热电极材料的几何形状，直径，长度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与电极材料和两端温度差有关。B中间导体定则：在热电偶测温回路中接入中间导体，只要中间导体两端温度相同，则它的接入对回路的总热电势没有影响。即回路中的总的热电势与引入第三种导体无关。C中间温度定则：在使用热电偶测温时，如果热电偶各部分所受到的温度不同，则热电偶所产生的热电势只与工作端和参考端温度有关，其它部分温度变化（中间温度变化）并不影响回路热电势的大小。
18.在常见的热电偶温度计中，精度最高的是S热电偶；线性最好的是K热电偶；灵敏度较高的是E热电阻。
19.为什么使用补偿导线？
由EAB(t1，t0)=eAB(t)-eAB(t0) 可知 只有当冷端温度t0恒定已知时，热电势才是被测温度的单值函数，测量才有可能。否则会带来误差。但因冷端在设备外，是不恒定的，故要用廉价金属热电偶将原冷端延伸到远离被测对象，且环境温度有比较稳定的地方，即使用补偿导线。补偿导线时应注意：a补偿导线与热电偶型号相匹配；b补偿导线的正负极与热电偶的正负极要相对应，不能接反。C原冷端和新冷端温度在0~100℃范围内d 当新冷端温度T0不等于0时，需进行其它补偿和修正。
20.为什么要进行冷端温度补偿？
EAB(t1，t0)=eAB(t)-eAB(t0) 需保证t0恒定，才可测。采用补偿导线可保证t0恒定，但不是0℃.工业上常见的各种热电偶的分度表或温度-热电势关系曲线都是在冷端温度保持为0℃进行刻度的。因此，在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为0℃，或者是进行一定的修正才能得到准确的测量结果，即冷端温度补偿。
种类：冷端温度保持0℃法 ，冷端温度计算校正法。校正仪表零点法，补偿电桥法，补偿热电偶法
21.热电阻温度计 热电阻效应：物质的电阻率随温度的变化而变化的特性称为~ 金属热电阻称为热电阻，半导体热电阻称为热敏电阻22.常见工业热电阻
铂电阻：Pt10 相应的0℃时的电阻值为R0=10 Pt100
铜电阻：Cu50 和Cu100
23.表压=绝压-大气压
a) 测压弹性原件：弹性膜片（位移小，灵敏度低精度低）；波纹管（灵敏度高，特别是低区,时滞较大，精度一般不高）；弹簧管（适用于不同压力测量范围和测量介质。）
24.应变式压力传感器（压力→电阻）基于导体和半导体的应变效应，即有金属导体或半导体材料制成的电阻体。由她到外力作用产生形变时 ，应变片的阻值也将发生相应的变化。
25.压阻式压力传感器（压力→阻值）（体积小。弹性原件，感压原件分开）根据压阻效应原理制造，其压力敏感元件就是在半导体材料的基片上利用集成电路工艺制成的扩散电阻当她受到外力作用时，扩散电阻的阻值由于电阻率的变化而改变，扩散电阻一般也要依附于弹性元件才能正常工作。
26.电容式差压变送器（压力→电容，高精度，高稳定性和高可靠性，结构坚实）
27.压力仪表的选择：测稳定压力：Pmax<=2/3P上限
测脉动，Pmax <=0.5P上限;测高压，Pmax<3/5P上限，Pmin>1/3P上限
量程系列：1；1.6；2.5；4.0；6.0；
28.完整的压力检测系统：取压口；引压管路；压力检测仪表。
29.流量计
体积流量计a容积式流量计：椭圆齿轮流量计（适于高粘度介质，如沥青）b差压式流量计：节流式流量计（结构简单，便宜，精度不够高，不能用计量仪表），浮子流量计（恒压降，变节流面积 适于小流量，仪器垂直安装，流体必须自下而上流过流量计）c速度式：涡轮流量计（测量精度高，适于油表，水表），涡街流量计（漩涡产生频率）；电磁流量计（测量导电流体，不能测量气体，蒸汽，和电导率低的石油流量。垂直安装时流体自下而上流过仪表；水平安装时两个电极在同一平面）；超声波流量计（不接触测量）‚质量流量计
30.科里奥利质量流量计：直接式流量计，利用流体在振动管中流动时，将产生于质量流量成正比的科里奥利的测量原理。
31.安装三阀组作用：防止差压计或差压变送器单侧受压过载损坏仪表。启用时先开平衡阀3，，开切断阀1，2关3，；停用时，开平衡阀3关12，开3.
32.液体取压点在管路下方，气体取压点在管路上方。
33.物位检测(液位，料位，界位)
电容式物位计：不受真空，压力，温度等环境条件的影响；安装方便，结构牢固，易维修，价格低；超声式物位计，核辐射式物位计，称重式液罐计量仪（测储罐中真实的质量储量。精度高）
34.控制仪表
安能源形式分：气动，电动，液动。
35.气动控制仪表：气源压力0.14MPa 标准传输信号：0.02~0.1MPa
36.DZZ-III型控制器：电动 4~20mA DC为现场传输信号，联络信号1~5V DC 采用24V DC集中供电
28. DZZ-II型：0~10mA DC
37.执行器：作用接收控制器的输出信号，并根据其送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定范围内。
38.执行器组成：执行机构：是执行器的推动装置，它根据输入控制信号的大小，产生相应的输出力F（或输出力矩M）和位移（直线位移l或转角θ，推动调节机构动作）
调节机构：执行器的调节部分，（调节阀）受执行机构的操纵，能够改变调节阀芯与阀座得流通面积，进而改变流量
39.气动执行器：气开式，气关式
40.调节阀的流量系数K:(流通能力)当调节阀全开，阀两端压差为0.1MPa，流体密度为1g/cm3(即5~40℃的水)时，每小时流过调节阀的流体流量，一般以m3/h或t/h计。
41.调节阀的可调比R:指调节阀所能控制的最大流量和最小流量之比。理想可调比：调节阀前后压差一定时的可调比
42.调节阀的流量特性：指被控介质流过阀门的相对流量和阀门相对开度之间的关系Q/Qmax=f（l/L） 取决于阀芯的形状 理想流量特性 前后压差一定时。
工作流量特性：直线流量特性，等百分比~，抛物线~，快开~
43.简单控制系统:指由一个测量变送元件，一个控制器，一个执行机构和一个被控对象所构成的单闭环控制系统。
44.选择被控变量的原则:
a被控变量时工艺中比较重要的变量，应能够进行较频繁的调节。b尽可能选择直接指标，若和直接指标难于测量可选择间接指标作为被控变量c被控变量要求有足够的灵敏度，易于测量，以保证控制精度。d被控变量必须独立可控。
45.操纵变量的选择：
a选择对被控变量有较大影响的输入最为操纵变量
b选择能够快速影响被控变量的输入作为操纵变量
c选择具有相当大调整范围的输入作为操纵变量。
d使控制通道的纯滞后时间/控制通道的时间常数尽量小。
46.

K
T
滞后时间
控制通道0
K0 大，好
尽量小
小好
干扰通道f
Kf 小，好
大好
无关系
47.控制器控制规律：控制器输入信号与输出信号之间的关系。
双位控制规律
48.比例控制规律P: P=Kce+uo Kc 比例系数↑，比例作用大
比例度=100%/Kc
过小：比例作用太强 发散振荡 易爆炸
临界比例度k：比例度减小到系统出现等幅振荡时；
特点：控制器的输出与偏差成比例，即控制阀门位置与偏差之间具有一一对应关系。纯比例控制系统终了存在余差，反应快 控制及时。适于控制通道滞后较小，负荷变化不大，工艺上没有提出无余差要求。
49.比例积分控制PI P=Kc（e+）
Ti 积分时间 Ti 越大，积分作用越弱 Ti 无限大，无积分作用
比例粗调，积分细调 引入积分作用后，Kc应适当减小。
特点：能够消除余差，有滞后，不可单独使用。适于控制通道滞后较小，负荷变化不大，工艺上不允许有余差。
50.比例微分控制PD P=Kc（e+TD）
TD 微分时间 越大，微分作用越强
特点：超前控制，对不变的偏差不具有控制作用，不可单独使用
可改进控制质量，减小最大偏差，节省控制时间有抑制振荡的效果 。
51.PID比例积分微分控制规律
P=Kc（e++TD）既可快速进行控制，又能消除余差，具有较好的控制性能。适用于容量滞后较大，负荷变化大，控制质量要求较高的控制系统。
52.Kc>0 反作用控制器
53.控制系统的整定：经验整定法，临界比例度法，衰减曲线法 xiangyingquxianfa
任务：对于一个已经设计并安装就绪的系统，对控制器的参数（，Ti，TD）进行调整，使得系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。
54.串级控制系统：由两个控制器串接工作，其中一个控制器的输出是另一个控制器的给定值，共同控制一个执行器的控制系统。
55.特点：a有两个闭合回路，两个控制器，两个测量变送器，主回路定值控制系统，副回路是随动控制系统b主变量：反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺变量。副变量：中间变量，服务于主变量。C由于引入了副回路，改进了对象特性，使控制过程加快，具有超前控制的作用，从而有效地克服滞后，提高了控制质量。D增加了副回路，具有一定的自适应能力，可用于负荷和操作条件有较大变化的场合。综上，当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强而频繁，负荷变化大，简单控制系统满足不了控制质量要求时，采用串级控制系统最适宜。
56.主回路是定值系统，副回路是随动控制系统？
在串级控制系统中，两个控制器是串联工作的，主控制器的输出作为副控制器的给定值，系统经过副控制器的输出去控制执行器动作，实现对主变量的定值控制。
57.主变量的选择：与生产过程密切相关并可直接测量的工艺参数，选质量指标或与产品质量有单值函数关系的变量
副变量的选择：a主副变量之间有一定的内在联系b系统的主要干扰包含在副回路中，使副对象试讲常数尽量小。C应使副回路包含更多的干扰d考虑主副对象时间常数的匹配，防止共振e副回路不应包括大滞后或纯滞后。
58.主控制器选择PI或PID规律，副控制器选择P规律？
主变量是生产工艺的主要控制指标，允许她的波动范围很大，一般要求无余差，因此选PI或PID.
副变量的设置是为了保证主变量的控制质量，并不为维持其稳定。因此在控制过程中，副变量能够在一定范围内变化，故用P规律。未能够快速控制，不引入积分控制；因副回路具有先调，粗调，快调特点，若再引用微分作用会使控制阀的动作过大，反而对控制不利。