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1、第1章自动掌握系统概述被控过程（被控对象）：自动掌握系统中，工艺参数需要掌握的生产过程、设施或机器。被控变量：被控过程内要求保持设定值的工艺参数操纵变量：受掌握器操纵的用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。扰动：除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控变量变化的因素。设定值：工艺参数所要求保持的数值偏差：被控变量设定值与实际值之差负反响：将被控变量送回输入端并与输入变量相减 闭环掌握与开环掌握闭环掌握：在反响掌握系统中，被控变量送回输入端，与设定值进行比拟，依据偏差进行掌握被控变量，这样，整 个系统构成了一个闭环。闭环掌握的特点（优点）：按偏差进行掌握，使偏差减小或消退，到达被
2、控变量与设定值全都的目的。闭环掌握的缺点：掌握不够准时；开环掌握：开环掌握的特点（优点）：不需要对被控变量进行测量，只依据输入信号进行掌握，掌握很准时。开环掌握的缺点：系统受到扰动作用后，被控变量偏离设定值，并无法消退偏差，这是开环掌握的缺点。自动掌握系统的组成及方框图控制假设浮自动掌握系统的过渡过程定值掌握系统过渡过程的几种形式（阶跃扰动）书P9发散振荡单调发散等幅振荡衰减振荡单调衰减自动掌握系统的品质指标稳定性、精确性、快速性（1）最大动态偏差（emax）或超调量定值掌握系统最大动态偏差指被控变量第一个波的峰值与设定值之差。随动掌握系统中用超调量表示。超调量定义：第一个波的峰值与最终稳态值
3、之差（2）衰减比n 定义：第一个波的振幅与同方向其次个波的振幅之比（3）余差 定义：掌握系统过渡过程终了时设定值与被掌握变量稳态值之差。（4）回复时间（过渡时间）定义：掌握系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原有稳态值到达新的稳态值所需要的时间。（5）振荡频率（或振荡周期）其倒数称为振荡频率。例题：某换热器的温度调整系统在单位阶跃干扰下的过渡过程曲线如下列图所示。试分别求出最大偏差、衰减比、余 差、过渡时间（设定值为200）。最大偏差：6max =230-200 = 30(2)余差：C = 200 205 二-5袁减比：第一个波的振幅 B = 230 - 205 = 25 其次个波的振幅 B、=
4、 210 - 205 = 5衰减比 n = 25 : 5 = 5 : 1(4)过渡时间：过渡时间与规定的被控变量的限制范围大小有关，假设为2%,就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围为205 x (2%) = 4.1那么，在新稳态值(205)两侧以限制范围为宽度画一区域，只要被控变量不再越出即可。因此，过渡过程为22min.其次章过程特性2.1过程特性的类型掌握通道：操纵变量q对被控变量。的作用途径扰动通道：扰动变量力)对被控变量c的作用途径广义对象特性主要通过响应曲线来呈现多数工业过程的响应曲线可分为四种类型：书P13衡的非振荡过程 2.无自衡的非振荡过程3.有自衡的振荡过程4.具有反向特
5、性的过程2.3 过程特性的一般分析(过程特性参数) 计算P21 2-7放大系数K(1)掌握通道的放大系数K。_ c(8)_ c(oo) c(O)0在相同的负荷下，K。随工作点的增大(操纵变量的增大)而减小；(随动系统)在相同的工作点下，Ko随负荷的增大而减小。(2)扰动通道的放大系数灯Ac(oo) c(oo) c(O)K f = 于于很明显，盼望寸小一些。但是，扰动对系统的影响还要考虑一的大小。时间常数7定义1：在阶跃外作用下，一个阻容环节的输出变化量完成全部变化量的63.2%所需要的时间。定义2：在阶跃外作用下，一个阻容环节的输出变化量保持初始变化速度，到达新的稳态值所需要的时间。(1)掌握
6、通道时间常数距对掌握系统的影响在相同的掌握作用下，过程的时间常数八越大，被控变量的变化越缓慢，此时过程比拟平稳，简洁进行掌握，但 过渡过程时间较长；八越小，被控变量的变化越快，掌握过程比拟灵敏，不易掌握。盼望八适中(2)扰动通道时间常数Tf对掌握系统的影响对于扰动通道，时间常数Tf大，扰动作用比拟平缓，被控变量的变化比拟平稳，过程较易掌握。盼望。大纯滞后工纯滞后包括了两种滞后：纯滞后、容量滞后。(1)纯滞后(时滞)对掌握通道的影响盼望t o小(2)纯滞后(时滞)对扰动通道的影响t o对掌握系统无影响。 盼望十。大过程特性参数的试验测定方法阶跃扰动法(反响曲线法)当过程处于稳定状态时，在过程的输
7、入端施 加一个幅度的阶跃扰动，测量和纪录过程输出变量的数值，画 出输出变量随时间变化的反响曲线，依据响应曲线求得过程特性参数。第三章检测变送第1节概述1.1测量误差P23会计算最大引用误差和确定精度等级。第2节温度检测温度检测方法按测温元件是否与被测对象接触分为：接触式，非接触式。2.3 热电偶(1)测温原理热电效应 P26(3)补偿导线解决参比端温度的恒定问题。补偿导线要求：价格廉价，0100C范围内的热电性质与要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样(4)热电偶参比端温度补偿补偿原理：工作端温度参比端。0,热电势为Eg,。) = Eg)-E) = EO)-E,O)因此 E(e,O) =+ E(
8、8,0)参比端温度补偿方法： 计算法 机械调零法 冰浴法 补偿电桥法：采用参比端温度补偿器 机械调零法热电阻金属热电阻原理：热电阻是采用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。常用热电阻：铜电阻和伯电阻热电偶、热电阻的选用选用原那么：较高温度热电偶中低温区热电阻热电偶不适合测低温缘由有两点：在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪表放大器和抗干扰要求很高。由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温度区内引起的相对误差就很突出。(3)使用热电偶：(1)参比端温度补偿(2 )补偿导线的极性不能接反(3 )分度号应与配接的变送、显示仪表分度号全都(4)在与采纳补偿电桥法进行参
9、比端温度补偿的仪表热电阻：(1)分度号应与配接的变送、显示仪表分度号全都(2)采纳三线制接法第3节流量检测3.1 流量检测的主要方法测体积流量容积法：在单位时间内以标准固定体积对流淌介质连续不断地进行度量，以排出流体的固定容积数来计算流量。速度法：平均流速乘以管道截面积求得流体的体积流量。测质量流量间接法：测出体积流量和密度，经过计算得到。主要有压力温度补偿式质量流量计。直接法：直接测量质量流量。科里奥利力式流量计、量热式流量计、角动量式流量计等。3.2 速度式流量计差压(节流式)流量计采用节流件前后的差压和流速关系，通过差压值获得流体的流速；是用静压差来显示流量大小的一种流量计。差压流量计的
10、安装使用节流件的安装节流件安装的垂直度、同轴度及与测量管之间的连接都有严格的规定。特别状况的综合安装介质为液体时：差压变送器应装在节流装置下面，取压点应在工艺管道的中心线以下引出。当差压变送器放在节流装置之上时，要装置贮气罐。介质为气体时：差压变送器应装在节流装置的上面，防止导压管内积聚液滴，取压点应在工艺管道的上半部引出。介质为蒸汽时：应使导压管内布满冷凝液，因此在取压点的出口处要装设凝液罐，其它安装同液体。介质具有腐蚀性时：可在节流装置和差压变送器之间装设隔离罐。其他速度式流量计详细见书P34-363.4质量流量计1、直接式质量流量传感器科里奥利质量流量传感器第4节压力检测4.1 压力单位
11、及压力检测方法(2)压力的表示方法P40(3)压力的检测方法弹性力平衡方法：基于弹性元件的弹性变形特性。弹性元件受到被测压力作用而产生变形，而因弹性变形产生的弹性力与被测压力相平衡。重力平衡方法(活塞式、液柱式)：活塞式压力计将被测压力转换成活塞上所加平衡祛码的质量来进行测量的，测 量精度高，测量范围宽，性能稳定牢靠，一般作为标准型压力检测仪表来校验其他类型的测压仪表。机械力平衡法物性测量法常用压力检测仪表(1)弹性式压力表：弹性式压力表是以弹性元件受压后所产生的弹性变形作为测量基础的。(4)压力传感器(电气压式压力仪表)：是能够检测压力并供应远传信号的装置。详细见书P42应变片式压力传感器压
12、电式压力传感器压阻式压力传感器电容式压力传感器集成式压力传感器第5节物位检测应变片式压力传感器压电式压力传感器压阻式压力传感器电容式压力传感器集成式压力传感器第5节物位检测基于金属导体或半导体材料的应变效应而工作。电阻受到外力，电阻值会发生变化。 基于压电效应工作的。它是基于压阻效应工作的，即当它受压时，其电阻值随电阻率的转变而变化。其测量原理是将弹性元件的位移转换为电容量的变化。它是将微机械加工技术和微电子集成工艺相结合的一类新型传感器5.1物位检测的主要方法和分类按工作原理主要有以下几种类型：P45直读式 静压式 浮力式 电气式 辐射式第6节成分、物性检测1、热导式气体分析仪热导式检测技术
13、是依据待测组分的导热率与气体组分的导热系数有明显的差异这一特性工作的。2、热磁式氧含量分析仪热磁式检测技术是采用被测气体混合物中待测组分比其它气体有高得多的磁化率以及磁化率随温度上升而降低等 热磁效应来检测待测气体组分的的含量3、红外式气体成分分析仪红外式成分检测是依据气体对红外线的汲取特性来检测混合气体中某一组分的含量，由此构成的检测仪器称为红外线气体分析仪第8节变送器8.1变送器的量程、零点迁移量程迁移：目的是使变送器输出信号的上限值与测量范围的上限值相对应。零点迁移：目的是使变送器输出信号的下限值与测量范围的下限值相对应。第4章显示仪表4.0显示仪表概述类型：模拟式显示仪表数字式显示仪表
14、新型显示仪表（屏幕）4.1模拟式显示仪表电子电位差计配热电偶 P77功能：与温度、流量、压力、差压、成分等变送器配接，可以测量和显示能转换成毫伏及直流电压信号的工艺变量。 原理：电压补偿原理用电压来补偿未知电压，使测量线路的电流等于零。用这种方法测量电压比拟精确，由于没有电流通过 测量线路，也就不存在线路电阻影响问题。电子自动平衡电桥配热电阻P79功能：对能转换成电阻值的各种变量进行测量、显示、纪录。原理：电桥平衡原理第五章执行器5.0概述作用：接收掌握器输出的掌握信号，转变操纵变量，使生产过程按预定要求正常进行。组成：执行机构和调整机构执行机构：执行机构是指依据掌握器掌握信号产生推力或位移的
15、装置。调整机构：调整机构是依据执行机构输出信号去转变能量或物料输送量的装置，通常指掌握阀。按工作能源分类：液动 电动 气动常用气动，液动很少使用。5.1 执行机构气动执行器的执行机构和调整机构是统一的整体。气动执行机构气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式。正作用形式：信号压力增大，推杆向下。反作用形式：信号压力增大，推杆向上。电动执行机构在防爆要求不高且无合适气源的状况下可以使用电动执行器。5.2 掌握阀掌握阀（调整阀）结构调整阀是一个局部阻力可以转变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，转变了阀芯与阀座之间的流通面积，即转变 了阀的阻力系数，被调介质的流量也就相应地转变，从而到达调整工艺参数的目的
16、。掌握阀正作用、反作用正作用：阀芯向下，阀杆向下，流通面积削减。反作用：阀芯向上，阀杆向下，流通面积增大。气动掌握阀的气开、气关特性气关阀：输入气压越高，阀门开度越小，而在失气时那么全开，称FO型；气开阀：输入气压越高，阀门开度越大，而在失气时那么全关，称FC型。执行器如气动薄膜掌握阀的执行机构（正、反）和调整机构（正、反）有四种组合形式，可以实现气开和气关式两 种调整。正正和反反为气关式，正反和反正为气开式。掌握阀的气开与气关选择主要从工艺生产平安要求动身，考虑原那么是：信号中断时，应当保证设施和操作人员的平安。掌握阀类型直通单座阀 直通双座阀隔膜掌握阀三通掌握阀： 套筒型掌握阀：5.3 气
17、动薄膜掌握阀的流量特性流量特性是指流过阀门的调整介质的相对流量与阀杆的相对行程（阀门的相对开度）之间的关系。流量特性通常用两种形式表示抱负特性即在阀的前后压差固定的条件下，流量与阀杆位移之间的关系，它完全取决于阀的结构参数。工作特性即在工作条件下，阀门两端压差变化时，流量与阀杆位移之间的关系。抱负流量特性定义：掌握阀的前后压差不变时得到的流量特性。特点：完全取决于阀的结构参数类型：线性(直线)、对数(等百分比)、快开(1)线性流量特性线性流量特性：是指掌握阀的相对流量与相对开度成线性关系。阀杆单位行程变化所引起的相对流量变化是常数。(2)对数流量特性(等百分比)对数流量特性是指单位行程相对变化
18、所引起的相对流量变化，与此点的相对流量成正比关系。(3)快开特性这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随开度的增加，流量很快就到达最大，随后再增加开度时流量变化 甚小，故称为快开特性。主要用于快速启闭的切断阀或双位掌握系统中。工作流量特性定义：实际上掌握阀的前后压差是变化的，此时得到的掌握阀的相对流量与相对开度之间的关系称为工作流量特性。 配管系数S：掌握阀全开时，掌握阀上压差4pv与系统总压差Ap之比。S=1时，系统的总压差全部降在掌握阀上，工作流量特性就表现为抱负流量特性。S减小会带来两个不利后果：可调比R会变得越来越小。(2)流量特性畸变，趋近快开特性(0.3S0.6:认为工作特性与抱负
19、特性相同。特别状况SV0.3:如：有力量限制的流体输送泵；阀门定位器的作用(1)改善阀的静态特性(2)改善阀的动态特性转变了阀原来的一阶滞后特性，减小时间常数，使之成为比例特性。一般地，气压传送 管线超过60m时，应采纳阀门定位器。(3)改善阀的流量特性通过改善反响凸轮的外形(4)用于分程掌握(5)用于阀门的反向动作可转变阀的气开、气关特性5.6气动薄膜掌握阀的选用结构形式及材质的选择依据：工艺条件调整介质特性当掌握阀前后压差较小，要求泄漏量也较小的场合应选用直通单座阀；当掌握阀前后压差较大，并且允许有较大泄 漏量的场合选用直通双座阀；当介质为高粘度，含有悬浮颗粒物时，为避开粘结堵塞现象，便于
20、清洗应选用角型掌 握阀。流量特性的选择选择步骤：(1)依据过程特性，选择阀的工作特性；(2)依据配管状况，从所需的工作特性动身，推断抱负流量特性。选择原那么：使整个广义对象具有线性特征。第六章掌握器概述掌握器的分类按能源形式： 气动电动 按信号类型： 模拟式数字式按结构形式：基地式 单元组合式 组装式集散掌握系统基本掌握规律基本概念基本掌握规律：P102双位掌握(开关掌握) 比例掌握积分掌握微分掌握连续PID掌握算法抱负PID掌握器的运算规律数学表达式：Au(t) = (力+ 微 J e(t)dt + TD-式中第一项为比例(P)局部，其次局部为积分(I)局部，第三局部为微分(D)局部。Kc为
21、掌握器比例增益，Ti 为积分时间，力为微分时间，这三个参数大小可以转变，相应转变掌握作用大小和规律。.1比例掌握分析(P)(1)比例掌握规律=Kce(t)比例增益Kc衡量比例掌握作用强弱的变量。在实际中，习惯上使用比例度5表示比例掌握作用的强弱。比例度5P104(会计算)定义：掌握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，在单元组合仪表中(如DDZ-III)比例度 等于Kc倒数。.2比例积分掌握分析(PI)积分掌握规律 为了消退余差积分作用的落后性：积分掌握作用总是滞后于偏差的存在，所以在工业生产中很少单独使用。经常将比例作用和积分作用相结合组 成比例积分掌握作用来使用。比例积分掌
22、握规律积分时间TI定义：在阶跃偏差作用下，掌握器的输出到达比例输出的两倍所经受的时间，就是积分时间TI。(4)积分饱和及防止积分饱和指的是一种积分过度现象。.3比例微分掌握(PD)(1)微分掌握规律纯粹的微分掌握是无益的，因此常将微分掌握与比例掌握结合在一起使用。(2)比例微分掌握规律实际比例微分掌握器在幅度为A的阶跃偏差作用下的开环输出特性，t 其中 T-TD/KDA =K,A + KcA(KD-l)exp(-家)微分增益KD微分增益KZ)是固定不变的，只与掌握器的类型有关。KD1,称为正微分。KZ)1的，称为反微分器，它的掌握 作用反而减弱。这种反微分作用运用于噪音较大的系统中，会起到较好
23、的滤波作用。6、71、TD对过渡过程曲线的影响比例度6比例度越大(比例作用越弱)，过渡过程越平缓，余差越大；比例度越小，过渡过程振荡越激烈，余差越小，5 过小，甚至成为发散振荡的不稳定系统。(2)积分时间71积分时间越大(积分作用越弱)，过渡过程越平缓，消退余差越慢；积分时间越小(积分作用越强)，过渡过程振 荡越激烈，消退余差快。微分时间TD微分时间越大(微分作用越强)，过渡过程趋于稳定，最大偏差越小，但微分时间太大(微分作用太强)，又会增 加过渡过程的波动。.4比例积分微分掌握(PID)抱负比例积分微分掌握(PID)实际比例积分微分掌握(PID)会计算P158 6-7在幅度为A的阶跃偏差作用
24、下，实际PID掌握可看成是实际的比例、积分和微分三局部作用的叠加，即tKtAw(O = KcA 1+ + (/CD-l)exp(上)例：某台PID掌握器偏差为1mA时、输出表达式为 = 2 + 8H“t单位为分钟)。试问：(1)这是什么掌握规律？(2)求出掌握器各个掌握参数。(3)画出其开环输出特性图。解：A = 2 + 8/Au(t) = K,A +1(KOexp(-筝)(1) PD掌握规律。由fKCA = 2/ u(t) KcA(Kd-1) = 8皇=1解之得：Kc=2, Kd=5, 7d=5o开环输出特性曲线：由于KcA=2, KcKdA=10所以曲线如右图所示掌握器“正，“反”作用选择分析： 假如阀的气开、气关特性发生转变，掌握器的正、反作用也应当发生转变。假设阀门选用气关阀： 七个fy个fe个入出一阀开度出一个 假设阀门选用气开阀： LTfyTfeT L 阀开度 u第七章简洁掌握系统简洁掌握系统设计案例会设计简洁的掌握系统 例题P169 7-8掌握器参数整定详细见书P165J67临界比例度法衰减曲线法阅历法