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1、习题（第四章）Ex1.指控制器的输出信号p与输入信号e之间的关系，即p=f(e)。基本控制规律有位式控制、比例控制、积分控制和微分控制。Ex2.双位控制的输出只有两个特定的数值，对应的执行机构只有两个特定的位置（关或开） 。优点：结构简单、价格便宜、易于实现，应用较普遍；缺点：控制作用不是连续变化的，双位控制系统中被控变量的变化将是一个等幅振荡过程，不能稳定在某一个数值上。Ex3.比例控制是按偏差大小进行控制的，控制器的输出信号p与其输入信号e成正比。当比例控制系统的控制过程结束之后，其被控变量新的稳定值与给定值之间仍存在一定的偏差，即比例控制的余差。余差的产生是由比例控制本身的特性所决定的。
2、因为比例控制作用是与偏差成比例的，只有偏差存在，才能产生控制作用。当系统受到一定的扰动后，为了克服扰动，必定要有一定的控制作用，才能使系统达到新的平衡，所以必定存在与该控制作用相对应的偏差，即余差。Ex4.比例度是控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。相应的输出变化量；输入的最大变化量，即仪表的量程；输出的最大变化量，即控制器输出的工作范。Ex6. 比例度对控制过程的影响：比例度越大，比例控制越弱，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大；比例度越小，比例控制越强，过渡过程曲线越振荡，系统的稳定性和动态性能变差，但余差也越小，提高了系统的静态准确度；比例度过小，可能会出现发散振荡。
3、选择比例度要注意：若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大系数较小，可选择小比例度来提高系统的灵敏度，使过渡过程曲线形状较好；反之，为保证系统的稳定性，应选择大的比例度。Ex7. 积分控制能消除余差的原因：因为积分控制作用的输出与输入偏差的积分成正比，只要有偏差存在，积分控制作用将随时间不断变化，直至偏差完全消除，系统才能稳定下来，所以Ex8. TI就用来表示积分控制强弱的一个参数。TI越小，积分控制作用越强；TI越大，积分控制作用越弱。TI越小，余差消除越快，可提高系统的静态准确度，但会使系统稳定性下降，动态性能变差； TI越大，余差消除越慢； TI时，成为纯比例控制。Ex10. 因为微分控制
4、作用的输出与输入偏差的变化速度成正比，一旦偏差不变化，即使偏差非常大，微分控制也无能为力了，所以微分控制规律不能单独使用。Ex12.P控制：抗干扰能力强、反应快、控制及时，但有余差；I控制：控制缓慢，但能消除余差，不单独使用；D控制：超前控制，不能消除余差，不单独使用。Ex13.采用国际电工委员会(IEC)推荐的统一标准信号；广泛采用集成电路，可靠性提高，维修工作量减少；由电源箱集中统一供给24VDC电源，并有蓄电池作为备用电源；结构合理、功能多样；整套仪表可构成安全火花型防爆系统。Ex14.主要有输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动切换电路、输出电路及指示电路等组成。控制器接收变送
5、器来的测量信号（420mADC或15VDC） ，在输入电路中与给定信号进行比较，得出偏差信号；然后在PD或PI电路中进行PID运算，最后由输出电路转换为420mADC输出。自动与手动切换电路可进行控制器自动与手动操作的选择；指示电路可对控制器的给定值、测量值以及输出值进行指示。Ex17.实现了模拟仪表与计算机一体化；具有丰富的运算控制功能；使用灵活方便，通用性强；具有通讯功能，便于系统扩展；可靠性高，维护方便。Ex18. 数字式控制器的基本构成：由硬件电路和软件两大部分组成，其控制功能主要是由软件所决定。（1）硬件电路：由主机电路、过程输入通道、过程输出通道、人机接口电路以及通信接口电路等部分
6、组成。（2）软件：包括系统软件和用户软件。习题（第五章）Ex1.有三个出入口与工艺管配比控制或旁路控制道联结，可组成分流与合流两种型式。Ex2.三通控制阀现场管道要求直角连接、高压差、介质粘度大、含有少量悬浮物和颗粒状固体。 角形控制阀流路简单，阻力较小不平衡力小、泄露量较最为常用大直通双座控制阀结构简单、泄露小、易小口径、低压差于保证关闭、不平衡力大。直通单座控制阀类型特点主要使用场合。压差大、要求噪音小的场合。对高温、高粘度及含固体颗粒的介质不适用可调范围大、振动小、不平衡力小、结构简单、套筒互换性好、气蚀小、噪音小拢式阀密封性好、重量轻、体介质粘度高、含悬浮物颗粒积小、安装方便凸轮挠曲阀
7、球阀阀心与阀体都呈球型体高粘度和污秽介质大口径、大流量、低压差、含少量纤维或悬浮颗粒状介质结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小、泄漏量大蝶阀强酸、强碱、强腐蚀性、高粘度、含悬浮颗粒状的介质结构简单、流阻小、流通能力大、耐腐蚀性强。隔膜控制阀Ex3.因为双座阀的阀体内有两个阀芯和阀座，当流体流过的时候，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反而大小近于相等，可以互相抵消，所以说双座阀产生的不平衡力比单座阀的小。Ex4.控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（或相对位移）之间的关系，即：控制阀的理想流量特性是在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性。它取决于阀芯的形状，是一个
8、控制阀固有的特性。常用的控制阀的理想流量特性有：直线、等百分比（对数） 、抛物线及快开特性。Ex5.等百分比流量特性与直线特性相比所具有的优点：等百分比流量特性的控制阀，其放大系数随相对流量的增加而增加，在同样的行程变化值下，流量小时，流量变化小，控制平稳缓和；流量大时，流量变化大，控制灵敏有效。Ex6.实际应用中，控制阀前后的压差会随着阀的开度的变化而变化（Q, p） ，这时的流量特性称为工作流量特性。串联管道中，阀全开时，实际Qmax，所以实际R;并联管道中，阀全关时，实际Qmin，所以实际R。Ex8.阻力比s表示控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比。当s=1时，说明系统总压差全部降在控制
9、阀上，所以控制阀在工作过程中，随着阀开度的变化，阀两端的压差是不变的，故工作流量特性与理想流量特性是一致的。当s0，则为“正迁移” ；反之，当H=0 时，p t0 后，则输出变化量为零超前控制。 当偏差固定不变时，微分控制的输出为零；这样的控制结果不能消除偏差，因此不能单独使用。比例积分控制：控制及时且能消除余差 当对象滞后很大时，可能控制时间较长，最大偏差也较大比例积分微分：快速进行控制消除余差，具有较好的控制性能3.3.比例度比例度 指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数3.为什么会有余差？为什么会有余差？它是比例控制规律的必然结果。原来系统处于平衡，进水量与出水量相等
10、，此时控制阀有一固定的开度，当 tt0 时出水量有一阶跃增大量于是液位下降，引起进水量增加，只有当进水量增加到与出水量相等时才能重新建立平衡、而液位也才不再变化。但是要进水量增加。控制阀必须开大，阀杆必须上移，而阀杆上移时浮球必然下移。因为杠杆是一种刚性的结构，这就是说达到新的平衡时浮球位置必定下移，也就是液位稳定在一个比原来稳念值(即给定值)要低的位置上，其差值就是余差。%100minmaxminmaxpppxxe3.什么是积分时间积分时间 TI？试述积分时间对控制过程的影响。 答：（1） KI代表积分速度（2）采用积分时间 TI来代替 KI，TI=1/KI 积分时间对控制过程的影响：（1）
11、积分时间 TI越短，积分速度 KI越大，积分控制作用越强。反之，积分时间越长，积分作用越弱（2）TI过大，积分作用不明显，余差消除很慢；TI小易于消除余差，但系统振荡加剧第五章第五章 执行器执行器1. 执行器执行器：其作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而达到控制要求 2.气动执行器气动执行器由执行机构和控制机构两部分组成。气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式两种正作用执行机构（ZMA 型）：信号压力增大，阀杆向下运动。反作用执行机构（ZMB 型）：信号压力增大，阀杆向上运动。控制阀的结构形式：直通单座控制阀、直通双座控制阀、角形控制阀、三通控制阀3.控制阀的流量特性控制阀的流
12、量特性： 理想流量特性：不考虑控制阀前后压差变化时得到的被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度间的关系称为理想流量特性，取决于阀芯的形状，主要有直线等百分比（对数）抛物线快开等几种。工作流量特性：考虑阀前后压差变化得到的被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度间的关系。分为串联管道的工作流量特性 阻力比 s：表示控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比并联管道的工作流量特性 并联管道中的分流比 x ：表示并联管道控制阀全开时的流量与总管最大流量之比。p 为一定时，x 为不同数值当x1，即旁路阀关闭时，控制阀的工作流量特性与理想流量特性相同。 随着x值的减小，即旁路阀逐渐打开，虽然控制阀本身的
13、流量特性变化不大，但可调范围大大降低了串、并联管道中控制阀工作情况比较串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管道的影响尤为严重串、并联管道都会使控制阀的可调范围降低，并联管道的影响尤为严重串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加。串、并联管道会使控制阀的放大系数减小（即信号变化引起的流量变化值减小） 。串联管道控制阀若处于打开度，s 值的降低会对放大系数影响严重；并联管道时控制阀若处于小开度，则 x 值降低对放大系数影响更为严重。5.气动执行器的气开、气关型式及其选择原则气开、气关型式及其选择原则 气开式： 有压力信号，阀开；无压力信号，阀闭。气关式： 有压力信号，阀关；无
14、压力信号，阀开。原则：阀关安全：选择气开阀；阀开安全：选择气闭阀。5.5.电动执行器有角行程、直行程和多转式等类型第六章第六章 简单控制系统简单控制系统1.简单控制系统简单控制系统:是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个被控对象所构成的单闭环控制系统，因此也称为单回路控制系统。 简单控制系统的方块图方块图：edtKpI2.被控变量被控变量：指生产过程中希望借助自动控制保持恒定值的变量。直接指标控制：被控变量本身就是需要控制的工艺指标（温度、压力、流量、液位、成分等） 。间接指标控制：与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的另一变量。被控变量选择原则被控变量选择原则：（1）被控
15、变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般都是工艺过程的重要参数；（2）被控变量在工艺操作中经常要受到一些干扰影响而变化。为维持被控变量的恒定，需要较频繁的调节；（3）尽量采用直接指标作为被控变量，必要时可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量；(4)被控变量应能被检测出来，并具有足够大的灵敏度；（5）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状；（6）被控变量应是独立可控的。3.操控变量操控变量：在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量操纵变量。操纵变量的选择原则操纵变量的选择原则：（1）操纵变量应是可控的，即工艺上允
16、许调节的变量；（2）操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏 （即较大的放大倍数；较短的滞后时间） ；（3）符合工艺的合理性和生产的经济性。4.目前工业上常用的控制器主要有三种控制规律：比例控制规律（P） 、比例积分控制规律（PI）和 比例积分微分控制规律（PID）5.比例控制器的特点比例控制器的特点：控制器的输出与偏差成比例，即控制阀门位置与偏差之间有一一对应关系。 适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，工艺上没有提出无差要求的系统。6.比例积分控制器特点比例积分控制器特点：由于在比例作用的基础加上积分作用，而积分作用的输出是与偏差的积分成比例，只要偏差存在，控制器的输出就会不断变化，直至消除偏差为止。适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，工艺参数不允许有余差的系统。7.比例积分微分控制器特点比例积分微分控制器特点：输出与输入偏差的变化速度成比例，对克服对象的滞后有显著的效果。适用于容量滞
