生产的统计过程控制

第一篇：生产的统计过程控制

一、统计过程控制的目的1、为产品的品质提供保证

应用统计方法通过对生产过程中的各阶段进行监控，达到保证与改进质量的目的。

2、缩短质量问题的反馈时间

“可靠的产品来自可靠的过程”，稳定状态是生产过程控制的目标。当生产过程发生异常时，运用统计方法可以及时地发出预警信号，由于对整个过程进行了实时控制，预防了不合格的产生，也缩短了质量问题的反馈时间。

3、降低成本

运用统计过程进行控制下的生产是最经济的。产品成本包括生产成本和质量成本，相对来说生产成本较为固定，当到达最低限时，只有通过有效地控制质量成本达到降低产品成本的目的。

4、易于操作，可靠性强

在各个关键控制点和各道工序，经过基础培训的操作员可以根据直观的图表评估生产过程的稳定性。

二、统计过程控制的实施

1、质量策划

质量策划的过程有繁有简，对于塑胶玩具类产品可以是由以下几个步骤完成：

确定产品要求—确定关键过程/变量—确定关键过程控制方法—确定测量指标—人员培训质量策划的输入是客户要求和产品安全标准，输出是生产流程图、作业指导书（包括生产指引和检测指引）、合格的操作和检测人员。在质量策划过程中最重要的工作是确定关键过程/变量和确定相应的控制方法，关键过程是对产品的品质具有决定性的影响。而控制方法又决定了对过程控制的有效性。通常，对下列场合考虑确定有关键过程/变量：

（a）产品的主要质量特性

（b）对产品的质量有重大影响的关键工序

（c）屡屡发生质量问题的场合在塑胶玩具中，注塑过程会被定义为关键过程，注塑过程中的温度、压力和周期定义为关键变量并进行监控。

2、实时的生产评估

在生产过程中，通过以下的步骤完成：

（a）过程数据收集

由指定的操作人员按照作业指导书的要求，在规定的时间记录各个控制点的工作参数，并在相应表格或图表中做出标示。

（b）实时的统计过程监控

主要应用控制图对过程进行监控。保证各关键变量满足各项质量规定，并可根据工序输出的结果有效地评估过程能力。

（c）产品确认

通过对产品的各方面质量性能的检测，进一步对过程能力的加以确认。

3、过程改进

一般在两种情况下，应对过程进行及时改进：

（a）在现场中，控制图上超出控制界限显示异常的情况增多

（b）在产品确认中，发现有不合格品的出现

在这个阶段由品质管理人员召集相关生产部门组成问题解决小组，查找异常发生的根源，并制定及时的纠正措施和后续的预预措施。改进措施应做到“查出异因，采取措施，保证销除，不再出现，纳入标准”。

三、统计过程控制为企业带来的效益

通过利用统计过程控制，为企业降低成本、提高质量，创造竞争优势：

1、改进工序能力，通过实时的控制，尽量减少各工序的变异，从而生产出质量稳定的产品。生管物控论坛

2、降低成本，通过优化工序的设计，使得工序能力满足生产要求，而不只是一味地要求工序能力过高。

3、减少事后发生的损失，当一旦发现过程出现不受控状态，可以隔离相应的产品、减少坏品损失。

第二篇：铸造生产的统计过程控制

铸造生产的统计过程控制

摘要：本文讨论统计过程控制和数据收集带来的好处，它们能够提高各种铸件的质量和降低成本。许多人错误地认为SPC实施困难，既费时、费力和费钱又回报得益不多。实际情况并非如此，SPC和数据收集的实施很容易，而且回报远远超过投资。本文将提供经验判断对质量的影响，并与采用统计方法作比较。本文将回顾SPC的历史和基本原理，数据收集的必要性，以及如何确定最适合每个工序运作的方法。本文还探索可用的简单有效的实施方法，以及提高数据收集过程自动化和效率的基本途径。

关键词：SPC，过程控制，质量，数据收集，铸造生产前言

面对今天竞争激烈的市场，质量既是确定的又是有差异的。说它是确定的，因为任何人不能为客户提供质量好的产品将很快从业界消失。但是，质量同样能够让你从竞争对手区分开。结构良好和实施质量管理系统可降低返修量和废品，达到节约成本和得到更低报价。对铸造企业来说，这就需要重新考虑现行的质量和实现质量的最佳方法。

2旧的质量控制方法与新的质量控制方法

2.1旧的质量控制方法

对许多铸造企业来说，质量可简单地用以下方式表示（以熔化为例）:

1）按工序制造过程产品（配料、熔化铁水）；

2）检查产品缺陷（化验）；

3）需要时返工（一次成分不合格，调整）；

4）检验返工产品（重复化验）；

5）进入下一工序（浇注）；

6）回到第一步，重复操作第1到第5步。

这种方式可认为是质量控制的“检验法”。对于利用这种最基本的质量控制系统的企业来说，它们以昂贵的费用：“检验”产品质量，但无助于改正引起产品缺陷的根本原因。我们经常做的事情，就是采用收集基本缺陷数据的方式，这是一种主要将缺陷的产生推回到操作人员的做法。这种错误概念来自认为操作人员通常是产生质量问题的起因。它不能找到产生缺陷的真正原因，而只在缺陷已经产生之后才检验出质量不好的产品，即事后把关。

这种方式同样非常依赖于本身就缺少一致性和准确性的经验判断。经验判断经常会让漏检的缺陷进入下一道工序，如果在组芯中或下芯时发现砂芯缺陷，则返工成本更可观，此时组合砂芯可能要额外的拆卸更换有缺陷的砂芯。更糟糕的是不合格的铸件产品可能引起汽车零部件使用寿命缩短，并失去良好的客户信誉。无论在哪里检验出缺陷，返修和报废的材料都增加了产品的生产成本。

2.2 新的质量控制方法

更好的方法是采用统计过程控制（SPC）法实时监控在铸造生产过程中最容易产生铸件缺陷的关键工序。这里含有用于预防代替检验的概念，并且减少对经验判断的依赖。经验仍然在总体质量方法中起作用，有助于在FEMA分析中由现有过程导致的一贯性缺陷。这使得过程控制首先注意到最能够实施“防犯于未然”的区域，最终检验员不再是查找缺陷的“警察”，而变为帮助工作人员防止缺陷发生的同事。

这种方法同样考虑到生产过程的各个方面，包括人、机、料、法和环境，并且清楚地认识到人只是过程中众多资源之一。这个方法把防止不良质量放在首位，以便减少废品和浪费，最终达到生产率和收益的增加。

3工业与质量历史回顾

19世纪初期，美国工业正在寻找提高生产率的方法来降低成本和增加收益，但没有想到质量对这种关系的冲击力。此时最广泛采用的是1911年泰勒（Fredrick Taylor）在他的著作《科学管理的原理》中提及的技巧。作为一名工业工程师和顾问，他以顾问身份服务于早期的工业家，如亨利•福特等人。他不断寻求提高机器和工人工作效率的方法，他使用的基本假定是大部分工人又笨又懒，金钱是他们主要的动力来源，因而在工人与管理之间应有严格的区分。他观察到工人会放慢他们的作业，害怕工作太有效而变成失业。他相信可以利用工人以金钱作为工作的动力来克服他们的惧怕和提高生产率。基于这种信念，他创立了“计件”工资制，对工人支付定量生产件数的基本工资，对超过定量的生产件数付给额外奖金。现今还有一部分行业使用这种体制。工人被当作机器，他们很快变得疏远和不满足。产品的生产主要根据数据量而不是质量，管理采用“胡萝卜加大棒”的办法来降低成本和增加利润。到19世纪20年代，得益于休哈特（Walter Schewart）博士的工作和努力，质量变成公司降低成本的整体计划的组成部分。他作为西方电气公司工程部的著名科学家，被誉为统计过程控制之父。在1924年他计划了一种抽样图表，“设计用来指示在给定类型的缺陷部件中观察到的变化百分比，这是很有意义的，亦即指出对产品是否满意”。他认为产生缺陷的原因可分为“偶然原因”（生产过程中固有的可预测的变化，现在经常称为“普遍原因”）和“异常原因”（由特殊的不可预测的原因或事件引起的变化，现在经常称为“特殊原因”）。据此应该着重研究和消除异常原因，以便改进质量，但不必浪费资源去解决对整个过程和生产质量影响不大的偶然原因。这种方法亦可用来确定某一工序的固有能力，此时“控制界限”可作为一个工序的合格率的控制线。

当贝尔实验室科学家将休哈特的概念付诸实施时，他的方法使几项废品降低了50％，和节省西方电气公司几百万美元的开销和材料。利用他的统计技术证明通过质量改进能够节约成本和增加利润，并且引起许多大型工业公司的注意。管理部门开始认识到人不能生产出工序所允许的更多的产品和更好的质量。在他1931年的著作《控制产品质量的经济检验》中全文述他的统计抽样方法的研究结果，并且这个结果仍然是现代统计过程控制的基础。一位西方电气公司的同事戴明（Edware Deming）在参加美国作战部和后来在日本讲授质量基本原理时，将休哈特的成果加以扩展。戴明在他的“管理的14项职责”中将统计过程控制和质量论述为管理哲学，并把它作为一种工具使工人参与搞好机构的活动。他采用这种统计工具和管理哲学去鼓励工人负责在他们控制下的工序的质量。休哈特的实践和戴明的哲学相结合至今还在不断提高美国工业的质量和生产率。SPC的基础——各种控制图

过程控制图可分为两大类别：用于测量变量的图表和用于测量属性的图表。根据监控的过程和收集数据的来源，它们的用途各不相同。

变量图的实例：监控型砂紧实率。两碾砂之间通常会出现紧实率的少量变化。比照控制允许值来跟踪这种变化可以确定工序是否在合格范围之内，或者在不合格紧实率的型砂出现能迅速指出那些需要检查或改正的，因“特殊原因”而产生的事件。

属性图的实例：在制芯操作中跟踪有缺陷的砂芯数目，计算在一个班次砂芯成品率。跟踪与控制范围有关的数据可以保证前面各工序的总体质量，或者在下一个缺陷砂芯产生之前指出需要检查和改正芯盒或制芯工艺参数设置。

变量控制图：

最常用的变量控制图表是X控制图和R控制图，它们经常一起使用。X控制图用来监控工序的位置或者工序的计量值，而R控制图用来监控工序的范围或者分布。在正常运用中，获取一个样本的多个读数，然后相加及求平均值后产生绘在图上的数据点。任何落在上控制限（UCL）或下控制限（LCL）之外的数据点表示由于特殊原因引起的不合格的工序变化，在进行下一步生产之前需要检查和改正。

除了数据点超出UCL或LCL表示有特殊原因之外，还有其他规律可指出在没有超出UCL或LCL时存在的特殊原因。这些规律的依据是变量的统计概率，并可以对很快失控的工艺过程作出预先提示。这样就能够在生产出有缺陷产品之前进行检查和改正。一些常用的实例包括：

●2个以上接近UCL或LCL的连接续点

● 6个增加或降低的连续点

●8个在中间值一边的连续点

● 14中间值两边交替出现的连续点

还有其他限制更多的规律，由控制图的特殊区域来决定，而且对于刚开始SPC计划的铸造厂来说还不需要这些规律。这些规律随工序的不同而有差别。应该记住，过多规律可能产生大量的“伪报警”，但规律太少又可能在生产过程中漏检有关的问题。

当第一次建立一个生产工序的X控制图或R控制图时，UCL、LCL和中值数控线必须确定下来而不是随意规定。这就需要实时运行和测量，然后采用测量值计算出UCL、LCL和中间值。为确保计算值为有效性，工序的生产过程必须是稳定的和可重复的，否则所提数据有偏移，在以后可能对生产过程产生错误的反馈。采用著名的平方律可从读数值来验证生产过程的稳定性，具有“钟形曲线”的正态分布即表明生产过程是稳定的。用于生产过程控制的步聚和计算在本文提及的参考书中有许多介绍，当首次建立图表时必须遵守这些文献。属性控制图：

属性图用于不可计量的特性的控制。这些特性通常用“好”或“不好”等来表达，正如在化妆品检验或测试运行中所遇到的情况那样。这种特性称为属性，用简单的计数数据来制表。属性图表有三种主要类型：

●P图，测量某批产品中缺陷部件的百分比

●np图，测量某批产品中缺陷部件的数目

●C图，监控某批产品中缺陷部件的总数

对于X直方图和R曲线图的控制界限要建立在对稳定运行的工艺过程的初始计算上。这是一个连续生产产品的过程，所有的缺陷来自工艺过程内部的固有的普遍原因，而不是由需要

检查和改正的特殊原因所引起来。在某些例子中，例如铁素体球铁Mn的含量，可以规定一个控制上限，当材质缺陷达到不可接受的水平生产时过程必须中断。

其他数据收集方法：

虽然统计过程管理可用来减少，甚至可能取消中间经验判断的操作，但是所有实施的经验判断应尽量收集和编制最有意义的数据。如前所述，当需要建立工序控制点时，这些数据对首先应在何处加强控制提供了巨大的帮助。同时它也提供了与SPC图表、数据相关的反馈，使管理层确信SPC计划正在改进质量和降低成本。

缺陷记录可用来收集目视检查的数据，还可以提供与SPC实施无关的有用数据。合理使用缺陷记录，并配合对过程的周密计划，则缺陷记录可以指明改进过程的方向。记录应设计成易于单个产品缺陷输入，以便减少对总体工作流程的影响，但又能涵盖过程中所能出现的各个缺陷。

缺陷记录中的数据可以一个生产班次为单位计算，将结果制成排列图（Pareto图）格式制成图表。在排列图中缺陷记录按照出现频次从高向低排列，以保证重点改进项目得以优先解决。同样可以直观地反映出那些有效产品缺陷的尝试。使用EXCEL电子表格很容易绘制排列图。

5如何实施SPC

5.1我厂应用SPC的历史和现状

我厂从80年代就开始引进和实施全面质量管理，对过程中影响产品质量的关键工序建立工序质量监控点，对关键的过程指标采用控制图等SPC的应用，但长期以来，一直存在一些认识上的误区。以为收集一些的质量数据，做几个控制图，挂在墙上展示一下，计算一下Cpk，就算使用了SPC，这样其实只能应付公司质量部门的审核，很少有人不觉得这样做是个负担。98年通过QS9000质量体系认证后，我们的客户和体系的要求，必须在过程控制中有效使用SPC，控制计划和作业指导书保留原有的工序质量控制点的应用，为了减少数据收集和统计的“麻烦”，将原有的SPC控制图表人为减少，以利于审核的通过，这些认识都是很初级的，完全没有理解SPC动态过程控制的核心，根本不能达到对过程质量动态、连续监控的目的。

有些人员在接触了SPC后，试图寄望它不只能发现过程的异常波动，更应该给出导致异常的过程要素和原因。如异常情况是由设备、原料或操作上的什么问题引起的？其实这些想法是不切实际的，也是没有理论依据的。SPC工具是用统计学方法对过程质量数据进行处理、使工序质量状态可视化。而可视化的控制图只反映当前过程的运行状态或者未来趋势，并不能反映导致这种状态出现的内在原因。异常原因还要由人去查找，究竟哪道工序是导致异常的根源这样的特殊情况。所以，理想化的期望必将影响质管人员对SPC的信心，也将阻碍工厂实施SPC的进程。

5.2SPC计划

着手开展SPC和数据收集计划时，要留意打好基础以减少执行中出现的问题。采用一次涉及太多问题的“猎枪”法会遇到要求高级支援的困难，占用质量和工程小组的日常生产支持时间，虽然大公司有钱请专人执行和支持SPC和数据收集，较小的公司常会增加现有雇员的任务。最好的方法是全面推广前，先在便于管理的小范围内运行和获得成功的执行经验。

实施SPC前，先开始检查现有的数据，寻找产生铸件主要缺陷的关键过程。如果没有过硬的数据，也可非正式评估某一个正在花费技术人员许多时间去解决问题的过程。它通常会是某一方面如砂芯质量的问题，并随着设备、原材料、方法、人力和工作环境本身的变化而变化。一旦选择某一过程作为重点，即入下一个步骤。

根据所监控的过程来决定你要收集变量数据还是属性数据。这些作为运作选择适当的控制图表。如果收集变量数据，通常使用X直方图和R曲线图。如果收集属性数据，往往选择P或NP图，在这两大类图中还有各种不同式的样图，技术人员和质量工程师在开发和需要进一步深入时会再使用这些图。

在开展SPC工作初期，可用人工计算数据和作图，而不要用电子数据表格的图表或自动软件包。人工作图让操作人员对数据收集过程有实际的感受。并且最终获得主宰过程和参与数据收集的感受，经过一段时间之后，系统可停止对操作人员的数据收集任务和理顺整个SPC过程。

必须对操作人员提供为什么和怎样实施SPC和数据收集的充分训练。以小组活动的形式解释清楚他们承担的特定过程的变化对最终产品总质量的影响。然后，对统计过程管理作审查，使用简单的练习来说明过程内的变化，以及如何监控让他们制作测试图图表和跟踪过程数据。直至他们懂得数据收集的重要性和他们过程的作用。如果培训获得成功，负责该计划的质量和工程小组在真正实施和执行时就比较容易了。

5.3 SPC和数据收集的方法

只要提供可用于改善现行过程有意义的数据，任何统计过程管理和数据收集方法都可以使用。

开始起动一个计划时，特别当员工没有SPC经验时，最好使用人工方法进行运作，与经费多少或易于使用无关，人工方法为在机构内执行统计过程管理和观念提供坚实的基础。有一种错误概念认为，SPC需要高级数学技巧，实际上对于任何会用小型计算器的人员来说，所用大部分计算都是很简单的。

对于我厂现阶段的实际情况来说，人工方法就足够了，虽然利用基于电子表格EXCEL的控制图可提高效率。电子数据表格本身可做大量数字的数据收集工作，也可生成控制图，而无需对数据点作连线的例行事务。最后，它还是提供数据可在局域网内实时存取的方法，便于信息的查阅。

5.4SPC实施步骤流程

6网络化SPC是过程质量系统的必然选择

铸件的质量是每个工序产品质量的累积，有时微量元素较小的变化也能影响整个产品的使用性能。要全面提升企业的过程质量控制能力，必须从每一个操作、每一道工序的处理做起，形成自始至终的过程控制闭环，实现全面过程质量控制，达到休哈特理论中的全稳生产线。只有形成这样的控制局面，才能保证企业范围生产过程的可控态。有了稳定的工序状态，才会有稳定的产品质量。

过程质量控制不但要处处有，还要人人参与。它不只是现场操作工的事情，企业各层的质量管理人员都应积极参与到这一工作中去，从而形成互相分工、互相关联、互相监督的全员化

网络型过程质量保证体系。SPC只有在企业的真正需求的前提下，把网络技术、数据库技术与SPC科学结合了起来，才能为企业提供了一个全面的过程质量解决方案。

基于大型数据库的网络化SPC系统，是实现企业全面过程质量控制的优选方案。它以企业局域网设施为基础，以大型数据库为平台，以质量数据采集系统、SPC现场动态监控系统、质管员监督分析系统、管理层质量查阅系统等为应用框架，构成了功能完整、运行有效的企业网络化SPC过程质量控制系统。针对企业生产过程质量参数多（包括产品和工艺参数，计量和计数参数等），数据采集连续性、高频度的情况，只有大型数据库系统能够承担数据的管理工作。网络化的系统框架，可以把质量监控点布置到从办公室到生产现场的任何角落，是全面过程质量系统的思想基础。

建立网络化SPC软件，使数据更便于输入，用基于电子数据表格的数据输入图表，能自动求出过程运行中的读数之和并且计算上下控制界限。它可24小时收集数据和自动作出图表，包括X直方图和R曲线图。系统驻留在屏幕打印机旁边的专用计算机内，并且可通过局域网获得可视的数据。SPC系统有多种型式和大小，从互联网获得的免费软件和共享软件到200～1000美元的软件包，提供所需要的各种图表和输出方式。软件包具有许多用户配置选项和作图规则，并考虑到多道工序或多条生产线的监控。最高级的和数据收集是全部硬件/软件结合的集成，它把设备直接连接到软件和网络。这些软件可预设告警界限和用户实施的规则，以及当某一过程超出控制范围时自动告知适当的人员。这种解决方案的价格较高。

7总结

仍然使用质量控制的“检测”方法的铸造企业不但浪费时间和金钱，而且面对我们的对手失去竞争优势。统计控制过程和数据收集对我厂在改进质量和降低成本方面都有很大帮助。如果从结构和逻辑性方面着手的话，实施人工SPC和数据收集计划是较简单和有效的。在此基础上计划可以升级，通过基于自已编制的电子数据表、便宜的现成软件包来实现。不管怎样，统计过程控制和数据收集对任何过程和产品都有用处，这时毫无疑问的事情。

参考文件：

〔1〕公司内部QCD教育手册：质量管理

〔2〕爱肯锡公司培训讲义：统计过程控制

第三篇：统计过程控制SPC学习与总结

SPC统计过程控制总结

1、均值极差图无论是数据采集时还是日常监控，每个子组数据都应是连续采集的；

2、对于R图（包括S图、MR图）判异准则通常只有超出控制限这一条，换句话说就是所要监控的是子组数据是否符合要求；

3、对于均值图的判异（包括单值图）不应过于教条于判异准则，要结合过程实际情况（如周期性波动），思考均值图波动的原因以及过程可能会出现的情况；

4、控制图只关注于过程是否受控，不与产品特性是否符合规范要求相联系；

5、在计算控制图控制限时要视实际情况而定，要判断控制图异常数据产生的原因，仅踢走由特殊原因产生之数据，如果异常原因不可避免应视其为普通原因予以考量（见12）；

6、Cpk的前提是过程稳定受控，即需先以控制图监控其过程之状态，并排除特殊原因继而达到过程稳定受控，且可计算Cpk；

7、判异准则通常不可仅用超出控制限点此一条，至少还应有链，即七点连续上升或下降及中心线一侧，若仅有超出控制限点，不可称其为控制图；

8、过度调整即不正常干预，对实际处于统计受控的过程采取措施，将一个变差或错误视为一种特殊原因，但事实上此原因属系统性即为普通原因；

9、七点连续上升或下降，通常在5、6点时就应采取措施，已达到对过程的及时控制；

10、控制限通常不必做定期调整，但当过程有重大变化之情况，且导致控制限发生永久性变化，则需进行控制限调整；

11、单值-移动极差图在日常使用中，每张控制图的第一点应与上张图的最后点相减；

12、同5，控制限计算时不一定要把所有的超差（特殊原因）踢出，如果超差是知其原因，且不可避免并可预测，则不应踢出；

13、控制图特性的选择应结合关键特性，分析潜在失效原因，且参数有足够代表性，即过程的绝大变差能通过此特性反映出来；

14、验收设备所做的Cmk，对具体操作人员没有要求；

15、分析异常原因应从“人、机、料、法、环、测”进行分析，“机”通常可最先排除，而原因是“测”的因素可能最多；

16、控制图只是一种预测的工具，置信区间以猜大之原则；

17、对于非正态分布的过程，可采取中心极限定理之方法，扩大子组n值(均值极差图)；

第四篇：过程控制实验报告

电子科技大学自动化学院

标准实验报告

（实验）课程名称：过程控制系统

学生姓名：学号：指导教师：庄朝基

实验地点：清水河主楼 C2-110

实验时间：2011年11月

实验报告

一、实验室名称：智能控制实验室

二、实验项目名称：

三、实验学时：

四、实验原理：

五、实验目的：

六、实验内容：

七、实验器材（设备、元器件）：

八、实验步骤：

九、实验数据及结果分析：

十、实验结论：

十一、总结及心得体会：

十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：

第五篇：过程控制知识点总结

绪论 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

第二章

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3 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4 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。