生物过程检测与控制复习材料.doc

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1、第一章自动控制系统的基本概念一、化工自动化的概念化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。1.化工自动化的主要内容自动检测系统；（开环系统）自动信号和连锁保护系统；自动操纵及自动开停车系统；（开环系统）自动控制系统。（闭环系统）2.自动控制系统的基本组成（重点）被控对象、测量与变送装置、控制器、执行器。图示：例：液位自动控制的基本组成（方块图）说明：方块图中的每一个方块都代表一个具体的装置。方块与方块之

2、间的连接线，只是代表方块之间的信号联系，并不代表方块之间的物料联系。方块之间连接线的箭头也只是代表信号作用的方向，与工艺流程图上的物料线是不同的。自动控制系统是一个闭环系统3.自动控制系统的特点（重点）自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环控制系统。4.自动控制系统的分类按照被控变量的给定值是否变化分类：定值控制系统：“定值”是恒定给定值的简称。工艺生产中，若要求控制系统的作用是使被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求被控变量的给定值不变，就需要采用定值控制系统。随动控制系统（自动跟踪系统）：给定值随机变化，该系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定

3、值的变化而变化。程序控制系统（顺序控制系统）：给定值变化，但它是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。这类系统在间歇生产过程中应用比较普通。5.自动控制系统的过渡过程静态：当一个自动控制系统的输入（给定和干扰）和输出均恒定不变时，整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态，系统的各个组成环节如变送器、控制器、控制阀都不改变其原先的状态，它们的输出信号也都处于相对静止状态，这种状态就是静态。动态：从干扰作用破坏静态平衡，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，这种状态叫做动态。过渡过程：系统由一个平衡状态过渡到另

4、一个平衡状态的过程。（由于干扰的存在，系统从静态转向动态，最终又恢复到静态的过程。）常用的干扰形式：阶跃干扰自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的几种形式：非周期发散过程、发散振荡过程、等幅振荡过程、非周期衰减过程、衰减振荡过程。如图所示：6.控制系统的品质指标（重点）控制系统的过渡过程是衡量系统品质的依据。（多数情况下，希望得到衰减振荡过程，在此取这种过程形式讨论控制系统的品质指标。）图示：过渡过程品质指标示意图最大偏差：在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。它是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标。（在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波峰的峰值，图中以A表示。）超调量

5、：表征被控变量偏离给定值的程度。（图中，超调量B是第一个峰值与新稳定值C之差。）衰减比：过渡过程第一个波峰值与同方向上相邻的第二个波峰值之比，常用n:1表示。它是衡量过渡过程稳定性质量的另一个动态指标。（生产实际操作经验表明：为保持有足够稳定裕度且过渡过程有两个波振荡，一般取n=4-10较合适。）余差：当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差。它是反映控制系统控制精度的稳态指标。对定值系统，余差越小，控制精度越高。过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间。它是反映控制快速性的动态指标。在设计和整定系统时，过渡时

6、间越短越好。（一般在稳态值的上下规定一个小范围，当被控变量进入该范围并不再越出时，就认为被控变量已经达到新的稳态值，或者说过渡过程已经结束这个范围一般定为稳态值的±５％<也有的规定为±２％>。）振荡周期或频率：过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。振荡频率也可作为衡量控制过程快速性的品质指标。周期以短为好，振荡频率越高，过渡时间越短。综上所述，对一个比较理想的定值控制系统，在设计和整定参数时，希望被控参数为衰减振荡过程，控制系统余差为零，最大动态偏差越小越好，过渡时间越短越好，衰减比为4-10:1之间。7.影响控制系统过渡过程品质

7、的主要因素一个自动控制系统可以概括成两大部分，即工艺过程部分（被控对象）和自动化装置部分。对于一个自动控制系统，过渡过程品质的好坏，在很大程度上决定于对象的性质。第二章过程特性及其数学模型1．对象的特性（名词解释）用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系。2.参量模型与非参量模型（名词比较）非参量模型：当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，称为非参量模型。非参量模型可以通过记录实验结果来得到，有时也可以通过计算来得到。参量模型：当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。对象的参量模型