过程控制系统考试知识点总结(2)

9、控制阀的工作原理；流量特性；理想流量特性、工作流量特性。

控制阀体就是依据执行机构输出的推杆位移量来改变阀门的开启程度，从而改变流通阻力以达到控制流体介质流量的目的。控制阀的流量特性，是指控制介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度（即推杆的相对位移）之间的函数关系。理想流量特性：阀前后差压不变时的流量特性（固有流量特性）。工作流量特性：阀装在管道中，前后差压变时的流量特性，也叫实际流量特性。 10、控制阀的流量特性类型、各自特点。

理想流量特性，通常有四种典型形式：

（1）直线特性-流量与阀芯位移成直线关系；

（2）对数特性-流量与阀芯位移成对数关系，引起的流量变化的百分比相等； （3）快开特性-开度较小时流量变化较大，随开度增大很快达到最大值。

（4）抛物线特性-介于直线流量特性与对数流量特性之间，从而弥补了直线流量特性小开度时控制性能差的特点。

11、控制阀的可调比（可控比）。

R=

Qmax

，可调比（可控比），即阀所能控制的流量上限与流量下限之比。Qmin为流量下限，不是泄Qmin

漏。

12、控制阀串联管道工作流量特性的特点。

S=1，理想流量特性。 P全开 P系统 P全关 阀前后压差始终不变。 S P阀 ，特性曲线下移，流量特性畸变。

S太小，流量变化范围减小，对控制不利。

对数变为直线；

S一般不小于0.3。

13、控制阀出厂时标注的为理想流量特性。 五、过程控制系统绪论 1、控制通道、干扰通道。

控制通道：被控量与输入控制作用之间的联系被称为“控制通道”。干扰通道：被控量与扰动之间的联系被称为“干扰通道”。 2、过程控制系统的组成。

直线变为快开；

3、控制器正反作用的确定依据：（控制器±）×（对象±）=（—）。 4、过程控制系统按设定值的形式分类。

定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统 5、过程控制系统的品质指标。

递减比n（衰减比）、动态偏差B1 （最大偏差、最大过调量、超调量）、调整时间 Tc (控制时间、过渡过程时间、恢复时间）、静态偏差C（余差、残余偏差）。 六、过程建模 1、自平衡能力。

自平衡能力：凡受到干扰后，不依靠外加控制作用就能重新达到平衡状态的对象，是具有自平衡能力的对象。否则，是无自平衡能力的对象。

2、过程控制系统被控对象特性三个参数：放大系数、时间常数、滞后时间的求取。 3、阻力和容量的影响。

综上所述，不同过程所具有的阻力，就是被控量y发生变化时，对流量的影响。即

dy

（2-15）dQ

阻力R与T、K的关系： R

以水箱为例：T RC，K kxR因此，阻力与放大系数及时间常数有关。

静态：影响放大倍数

动态： 影响响应速度， 见图2-6。 一般希望对象阻力小些，T较小，响应快，以获得较好的控制效果。

阻力既影响动态又影响静态。

容量只影响反应速度，不影响放大系数，属于动态参数。T=RC容量增大，响应过程相对增长。见图2-8。C↑→T↑。

图2-6 阻力对响应特性的影响

4、多容过程等效为单容过程。

d h1

Q1 Q2 A1dt d h2 Q2 Q3 A2

dt 拉氏变换得： h Q2 1

R1 h

Q3 2

R2

Q1 kx x

Q1(s) Q2(s) A1sH1(s)

Q(s) Q(s) AsH(s)

322 2

H(s) Q2(s )1

R1

H(s)

Q3(s )2

R2

Q1(s )kxX(s)

11

H2(s)A1sR1

kx

11X(s)(1 )(1 A1sR11

kxR2KA2s

11

)(R1A1s 1)(R2A2s 1)(T1s 1)(T2s 1)A2sR2

T1 R1A1T2 R2A2K kxR2

5、时域法过程建模，单容水箱以及双容水箱的过程传递函数。

H(S)K

1. 单容对象的传递函数： W（S）

X(S)Ts 1

K 0s

2. 有纯滞后单容对象的传递函数：W(S) e

Ts 1

K

3. 双容对象的传递函数： W(S)

T1T2S2 (T1 T2）S 1

K

或 W(S)

（T1S 1）(T2S 1）

K

4. 有纯滞后双容对象的传递函数： W(S) e 0S

（T1S 1）(T2S 1）K

5. 多容对象的传递函数： W(S)

（T1S 1）(T2S 1） (TnS 1）

K

6. 带有纯滞后多容对象的传递函数： W(S) e 0S

（T1S 1）(T2S 1） (TnS 1）K

7. 等容对象的传递函数： W(S) n

（TS 1）

K 0S

8. 带有纯滞后等容对象的传递函数： W(S) en

（TS 1）

作业

1、如图所示单容水箱，负载阀的流阻为R2。现以Q1为输入，Q2为输出，求Q2(s)/Q1(s)。

d h

Q Q C2 1dt h

Q2 R2

(s) Q1(s) Q2(s) CsH

H(s) Q1(s) Q2(s) CsR 2Q2(s) Q2(s) R2

Q2(s)11

T R2C

Q1(s)CR2s 1Ts 1

2、如图所示，已知一单容水箱其底面积为C，输入为Qi，输出为h。Qo1和Qo2对应的流阻分别为R1和R2，求H(s)/Qi(s)。

d h Qi Qo1 Qo2 C

dt

h

Qo1

R1

h Q o2 R2

(s) Qi(s) Qo1(s) Qo2(s) CsH

H(s)

Qo1(s)

R1

H(s) Q(s) o2 R2

Qi(s)

H(s)H(s)

CsH(s) R1R2

R1R2

H(s)1KR1 R2

Qi(s)Cs 12

1Ts 1

R1R2R1 R2

K

R1R2RR

T 12C

R1 R2R1 R2

七、单回路控制系统

1、放大系数（干扰通道/控制通道）、干扰通道时间常数、纯滞后时间、控制通道时间常数、纯滞后时间对控制质量的影响。

极点的影响：

1）Td增大，过程变慢，过渡过程时间加长。

2）使过渡过程动态分量减小了Td倍，即超调量减小，控制质量提高。 结论：

干扰通道的时间常数大，或者惯性环节数增加时，控制质量将提高。（对干扰起滤波作用。） 2、选择操纵量的一般原则。

直接参数：能表征产品产量、质量、安全性能等方面的参数。间接参数：与直接参数具有单值关系（P、T等），并有足够灵敏度。 3、控制阀的流量特性的选择。

确定工作流量特性的原则：使广义对象具有线性特性。即：K=KvKo=常数。 4、控制阀的口径计算步骤。

1、根据现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算的最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin。

2、根据系统特点选择S值，然后计算控制阀全开时的压差。

3、根据控制介质类型和工况，选用合适的C值计算公式，求取最大最小流量时的流通能力Cmax、Cmin。

4、根据Cmax值，在所选用的产品形式的标准系列中，选取大于Cmax并接近的一档C值，获得口径值。见表3-6。

5、开度验算。

6、实际可控比验算。

7、上述各项合格，则所选控制阀口径合格，否则，需重定C值和口径，再验算至合格。 5、控制器的选型。PID的作用。 P控制器的选型：

特点：快，输出与偏差成比例，阀门开度与偏差有对应关系，有余差。抗负荷干扰能力强，调节时间短。

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