气动控制：仪表信号的传输标准：0.02-0.1Mpa
电动控制：DDZ-2信号的传输标准：0-10mADC
DDZ-3信号的传输标准：4-20mADC
计算机控制:DCS、PLC（模拟量4-20mA、1-5V）
FCS（标准协议）
稳定性指标：衰减比（衰减率）
准确性指标：残余偏差，最大动态偏差，超调量
快速性指标：调节时间（振荡频率）
第一章
1、被控对象：即被控制的生产设备或装置
被控变量－被控对象需控制的变量
2、执行器：直接用于控制操纵变量变化。
执行器接收到控制器的输出信号，通过改变执行器节流件的流通面积来改变操纵变量。
常用的是控制阀。
3、控制器（调节器）：按一定控制规律进行运算，将结果输出至执行器。
4、测量变送器：用于检测被控量，并将检测到的信号转换为标准信号输出。
稳态：系统不受外来干扰，同时设定值保持不变，因而被调量也不会随时间变化，整个系统处于稳定平衡的工况
动态：系统受外来干扰或设定值改变后，被控量随时间变化，系统处于未平衡状态。
过度过程：从一个稳态到达另一个稳态的过程。
过渡过程的形式：非周期过程（单调发散和单调衰减）；振荡过程（发散、等幅振荡、衰减振荡）
评价控制系统的性能指标：稳定性、准确性、快速性
稳定性：稳定性是指系统受到外来作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力。
准确性：理想情况下，当过渡过程结束后，被控变量达到的稳态值（即平衡状态）应与设定值一致。
快速性：快速性是通过动态过程持续时间的长短来表征的。
多数工业过程的特性可分为下列四种类型：自衡的非振荡过程；无自衡的非振荡过程；有自衡的振荡过程具有反向特性的过程
放大系数K对系统的影响：控制通道（放大系数越大，控制作用对扰动的补偿能力强，有利于克服扰动的影响，余差就越小）。
扰动通道（当扰动频繁出现且幅度较大时，放大系数大，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；）
滞后时间τ对系统的影响：控制通道（滞后时间越大，控制质量越差）扰动通道（扰动通道中存在容量滞后，可使阶跃扰动的影响趋于缓和，对控制系统是有利的）
工业过程动态特性的特点
（1）对象的动态特性是不振荡的
（2）对象动态特性有迟延。
迟延包括容积迟延、传输迟延。
（3）被控对象本身是稳定的或中性稳定的
（4）被控对象往往具有非线性特性
控制规律：控制器的输出信号随偏差信号的变化而变化的规律。
正作用控制器：y↑，u↑，故Kc为负；反作用控制器：y↑，u↓，故Kc为正
气开阀的增益为正，气关阀的增益为负
比例调节（P调节）动作规律：反应及时，超调量小，有差调节
比例度δ的物理意义：如果输出u直接代表调节阀开度的变化量,那么δ就代表使调节阀开度改变100%，即从全关到全开时所需的被调量的变化范围
δ越大：过渡过程越平稳，残差大，稳定性↑，调节时间↑。
δ减小：振荡加剧，稳定性↓，残差小。
δ减到某一数值时，出现等幅振荡，此时称为临界比例度
积分调节（I调节）的特点：滞后性、无差调节、稳定性差。
增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散的振荡过程．Ti愈小，积分部分所占比重愈大。
比例积分调节的动作规律：利用P调节快速抵消干扰，同时利用I调节消除残差
积分饱和现象：如果调节器能够随着输出的变化而变化，那么偏差e也就会逐渐变化，最后为0,但是如果由于某种原因(如阀门关闭，泵故障)被调量偏差无法消除，而调节器还是试图要校正这个偏差，因此积分项不停增大(绝对值增大)，经过一段时间后，调节器输出将进入深度饱和状态，这种现象称为积分饱和现象
微分调节总是力图抑制被调量的振荡，它有提高控制系统稳定性的作用．适度引入微分动作可以允许稍微减小比例带，同时保持衰减率不变．微分调节具有超前作用。
使用微分作用时，要注意以下几点：
（1）微分作用的强弱要适当：TD太小，调节作用不明显，控制质量必改善不大。
TD太大，调节作用过强，引起被调量大幅度振荡，稳定性下降。
（2）微分调节动作对于纯迟延过程是无效的。
（3）PD调节器的抗干扰能力很差，这只能应用于被调量的变化非常平稳的过程，一般不用于流量和液位控制系统。
δ越小（KC越大），比例作用越强；TI越小，积分作用越强；TD越大，微分作用越强；TD ＝0，则为PI控制；TI＝∞，则为PD控制；
τ/T<0.2：选择比例或比例积分动作。
0.2<τ/T≤1.0：选择比例微分或比例积分微分动作。
τ/T>1.0：采用简单控制系统不能满足控制要求，应选用复杂控制系统，如串级，前馈控制等．
第三章
控制系统的控制质量的决定因素:被控对象的动态特性
整定的实质: 通过选择控制器参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，实现最佳的控制效果
整定的前提条件：设计方案合理，仪表选择得当，安装正确
IE（误差积分）简单，也称为线性积分准则，但是不能抑制响应等幅波动
IAE（绝对误差积分）：抑制响应等幅波动
ISE（平方误差积分）抑制响应等幅波动和大误差，但是不能反映微小误差对系统的影响ITAE（时间与绝对误差乘积积分）：着重惩罚过度时间过长
常用的工程整定法有以下几种：动态特性参数法；稳定边界法；衰减曲线法；经验法
动态特性参数法（响应曲线法）整定步骤：
（1）在手动状态下，改变控制器输出（通常采用阶跃变化），记录下测量变送环节Gm（s）的输出响应曲线y（t）。
（2）由开环响应曲线获得单位阶跃响应曲线，并求取“广义对象”的近似模型与模型参数；（3）根据控制器类型与对象模型，根据经验公式选择PID参数并投入闭环运行。
在运行过程中，可对增益作调整
稳定边界法（临界比例度法）整定步骤：
1) 使调节器仅为比例控制，比例带δ设为较大值，TI=∞,TD=0,让系统投入闭环运行.
2) 待系统运行稳定后，逐渐减小比例带，直到系统出现等幅振荡，即临界振荡过程．此时的比例带为δcr，振荡周期为Tcr
3) 利用δcr和Tcr值，按稳定边界法参数整定计算公式表，求调节器各整定参数δ,TI, TD 衰减曲线法整定步骤：
1) 使调节器仅为比例控制,比例带δ设为较大值,TI=∞,TD=0,让系统投入运行.
2) 待系统稳定后，作设定值阶跃扰动，并观察系统的响应．若系统响应衰减太快，则减小比例带；反之，若系统响应衰减过慢，应增大比例带. 如此反复, 直到系统出现4:1衰减振荡过程或者如图b所示的衰减比为10：1的振荡过程时 .记录下此时的δ值（设为δs ），以及Ts值（如图a中所示），或者Tr值（如图b中所示）。
经验法：简单可靠，能够应用于各种控制系统，特别适合扰动频繁、记录曲线不太规则的控制系统；缺点是需反复凑试，花费时间长。
临界比例度法：简便而易于判断，整定质量较好，适用于一般的温度、压力、流量和液位控制系统；但对于临界比例度很小
衰减曲线法：优点是较为准确可靠，而且安全，整定质量较高
第四章
1、启动调节阀的执行机构的正反作用形式是如何定义的？在结构上有何不同？
正作用:信号压力增加时，推杆向下移动 (ZMA)；反作用:信号压力增大时，推杆向上移动 (ZMB)。
正作用的执行机构：控制器输出增加，阀杆下移。
反作用执行机构：控制器输出增加，阀杆上移。
2、调节阀的流量系数C是什么含义？如何根据C选择调节阀的口径？
流量系数C:在给定行程下, 阀两端压差为0.1Mpa, 水密度为1g/cm3时, 流经调节阀的水的流量, 以m3/h表示(体积流量)。
流量系数是表示调节阀通流能力的参数。
它根据流量、阀两端的差压和流体的密度等确定。
是选择阀门口径的参数。
调节阀口径选定的具体步骤：确定主要计算数据：正常流量Qn，正常阀压降△pn，正常阀阻比Sn，运行中可能出现的最大稳定流量Qmax
3、什么事调节阀的结构特性、理想流量特性和工作流量特性？如何选择调节阀的流量特性？
调节阀的结构特性：阀芯与阀座间节流面积与阀门开度之间的关系。
理想流量特性：在调节阀前后压差固定(△p=常数)情况下得到的流量特性。
工作流量特性：调节阀在实际使用条件下，其流量q与开度l之间的关系．此时阀压降不是常数.选择调节阀的流量特性是：1. 从改善控制系统控制质量考虑。
2. 从配管状况(S100)考虑。
调节阀的作用:接受调节器送来的控制信号,调节管道中介质的流量(即改变调节量),从而实现生产过程的自动化．
调节阀的分类：气动, 电动和液动三类．
气动执行机构有薄膜式和活塞式两种．常见的气动执行机构均为薄膜式
阀(或称阀体组件)它由阀体、上阀盖组件、下阀盖组件和阀内件组成
气开阀：信号压力增加，流量增加；气关阀：信号压力增加，流量减小
阀门定位器的功能：定位功能；改善阀的动态特性；改变阀的流量特性；改变气压作用范围，满足分程控制要求；用于阀门的反向动作
阀芯形状有快开（灵敏度最差，很少使用），直线，抛物线（特性与等百分比接近）和等百分比四种。
主要使用直线和等百分比两种。
直线结构特性的特点：①斜率在全行程范围内是常数。
②阀芯位移变化量相同时,节流面积变化量也相同。
③直线特性的调节阀在开度变化相同的情况下：当流量小时，流量的变化值相对较大，调节作用较强，易产生超调和引起振荡；流量大时，流量变化值相对较小，调节作用进行缓慢，不够灵敏。
等百分比结构特点：①曲线的放大系数是随开度的增大而递增的.。
②在同样的开度变化值下：流量小时（小开度时）流量的变化也小（调节阀的放大系数小），调节平稳缓和.。
流量大时（大开度时）流量的变化也大（调节阀的放大系数大），调节灵敏有效。
③无论是小开度还是大开度，相对流量的变化率都是相等的，流量变化的百分比是相同的.
流过调节阀的流量的决定因素有:①阀的开度。
②阀前后的压差。
③所在的整个管路系统的工作情况。
调节阀在选型时应该注意以下几点：(1) 选择调节阀的结构形式和材质。
(2) 选择流量特性。
(3) 选择阀门口径
第五章
1、试分析串级控制系统的特点，及其应用场合。
（1）副回路（内环）具有快速调节作用，它能有效地克服二次扰动的影响；（2）由于内环起了改善对象动态特性的作用，因此可以加大主调节器的增益，提高系统的工作频率。
（3）对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应能力。
串级控制系统主要应用于：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、对控制质量要求较高的场合。
串级控制系统：就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。
通用串级控制系统的方框图：见教材P107图5.11
串级控制系统具有较好的控制性的原因：1) 在系统结构上, 它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统. 其中主回路是定值控制，副回路是随动控制。
2) 副回路的引入，大大克服了二次扰动对系统被调量的影响。
3) 副回路的引入, 提高了整个系统的响应速度,使其快速性得到了提高。
4) 串级控制系统对负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力．副回路的设计主要是如何选择副参数．其设计原则为：副参数的选择应使副对象的时间常数比主对象的时间常数小，调节通道短，反应灵敏；副回路应包含被控对象所受到的主要干扰；尽可能将带有非线性或时变特性的环节包含于副回路中。
主回路的主要任务是：满足主参数的定值控制要求。
副回路的主要任务是：要快速动作以迅速抵消落在副环内的二次干扰。
共振现象：如果主回路的工作频率接近副回路的谐振频率，则副回路将呈现出很高的增益和较大的相位滞后，这时反过来将严重影响主回路的稳定性，从而使主副参数长时间地大幅度地波动的现象。
为避免共振现象，一般：Wd2>3Wd1；Td1>3Td2;一般选取：Wd2=（3~10）Wd1；
Td1=（3~10）Td2
串级控制系统常采用的整定方法：逐步逼近法和两部整定法。
常见的比值系统：单闭环比值控制系统和双闭环比值控制系统
比值控制系统：用来实现两个或以上物料之间保持一定比值关系的过程控制系统
教材P120公式（5-27）和（5-30）
第六章
1、前馈控制和反馈控制各有什么特点？为什么采用前馈控制-反馈复合系统能较大地改善系统的控制品质？
反馈控制的特点：基于偏差来消除偏差；“不及时”的控制；存在稳定性问题；对各种扰动均有校正作用；控制规律通常是P、PI、PD或PID等典型规律。
前馈控制的特点：(1) 前馈控制是按干扰作用的大小进行控制的，如果控制作用恰倒好处,一般比反馈控制及时。
(2) 前馈控制属于开环控制系统。
(3) 前馈控制使用的是依对象特性而定的专用控制器。
(4) 一种前馈控制作用只能克服一种干扰
前馈－反馈控制的优点：1) 增加了反馈回路，简化了前馈控制系统，只需要对主要的干扰进行前馈补偿，其他干扰可由反馈控制予以校正。
2) 反馈回路的存在,降低了前馈控制模型的精度要求。
3) 负荷或工况变化时,对象特性也要变化,可由反馈控制加以补偿,具有一定的自适应能力
反馈控制系统的不足:在被控对象呈现大迟延,多干扰等难以控制的特性,而又希望得到较好的过程响应时,反馈控制难以得到好的效果．(稳定性,准确性,快速性)
前馈控制系统的不足之处:
1)静态准确性难保证要达到高度的静态准确性, 需要有准确的数学模型, 精确的测量
仪表和计算装置, 而且, 模型中的系数也可能随运行条件而变化．
2) 前馈控制是针对具体的扰动进行补偿的,一种前馈控制作用只能克服一种干扰.
3) 属于开环控制，对被调量无检验
反馈控制的优点(PID控制)：①原理简单, 使用方便,不需知道对象的确切模型。
②适应性强。
③鲁棒性强, 控制品质对被控对象特性的变化不敏感
前馈控制与常规PID空制的比较：①前馈控制比PID空制及时，能更早地校正偏差。
②前馈控制超调量小。
③前馈控制作用时间短。
静态前馈空制除了有较高的控制精度外，还具有固有的稳定性和很强的自身平衡倾向．如料液没流量后，蒸汽也会自动关断．
静态前馈控制缺点：①负荷变化时都有一段动态不平衡过程，表现为瞬时温度误差。
②如果负荷情况与当初调整系统时的情况不同,就有可能出现残差.
可以采用前馈控制的过程的特点：①扰动通道和调节通道的传递函数性质相近
②如果有纯迟延，在数值上比较接近
第七章
相对增益的定义：令某一通道uj→ yi 在其它系统为开环时的放大系数与该通道在其它系
统均为闭环时的放大系数之比，用λij表示。
第一放大系数pij：在其它控制量ur (r≠j)均不变的前提下，uj 对yi 的开环增益
第二放大系数pij：在利用控制回路使其它被控量yr(r≠i) 均不变的前提下，uj 对yi 的开环增益
相对增益与耦合程度：当通道的相对增益接近于1，例如0.8< λij<1.2，则表明其它通道对该通道的关联作用很小;无需进行解耦系统设计；当相对增益小于零或接近于零时，说明使用本通道调节器不能得到良好的控制效果。
或者说，这个通道的变量选配不适当，应重新选择；当相对增益0.3＜λ＜0.7或λ＞1.5时，则表明系统中存在着非常严重的耦合。
需要考虑进行解耦设计或采用多变量控制系统设计方法。
