过程控制系统答案A
青岛飞洋职业技术学院2009-2010年度第二学期期末考试 过程控制系统 答案(A 卷)
一、 画图题。（10分） 例如：
（1.2）
二、 名字解释（共20分）
略：
三、 写出下列典型函数的拉氏变换（12分） 略 \ 四、方框图化简（15分） 解：
（2.5）
五、计算（15分） 解: 系统的闭环传递函数为
G B (s)=)
()12.0)(11.0()
()
()(s G s s s s G S R S C c c +++=
系统的闭环特征方程为
32()(0.11)(0.21)230100100D s s s s Kp s s s Kp
=+++=+++
列劳斯列阵
320
210030
10030100210030100s s Kp
Kp
s s Kp
?-?
若要使系统稳定，其充要条件是劳斯列表的第一列均为正数，得稳定条件为
100K p >0
030
100*2100*30>-p
K
求得K p 取值范围：0 （3.1） 2. 解：劳斯表为： （3.5）3. 解：（1）由系统的开环幅频特性知： 所以， （2）系统开环对数幅频特性为 从而解得， 系统的开环对数相频特性为： 故系统的相角裕度为 （5.4） 《过程控制系统》（B）卷 一、填空题（每空1.5分）（本题33分） 1、过程控制系统中，有时将、和统称为过程仪表，故过程控制系统 就由过程仪表和两部分组成。 2、仪表的精度等级又称，级数越小，仪表的精度就越。 3、过程控制主要是指连续生产过程，被控参数包括、、、 和成分等变量。 p三种。 4、工业生产中压力常见的表示方法有、和负压(真空度) a 5、调节阀的流量特性有、、和快开流量特性四种。 6、时域法建模是试验建模中的一种，可分为法和法。 7、对于滞后小，干扰作用频繁的系统，PID调节器不应采用作用。 8、分程控制根据调节阀的开闭形式分为两类，即和。 9、DCS的设计思想是分散、集中。 二、名词解释题（每小题5分）（本题15分） 1、串级控制系统 2、现场总线 3、调节阀的流量特性 三、简答题（每小题8分）（本题32分） 1、简述执行器在过程控制系统中的作用。 2、简述单回路控制系统临界比例度法参数整定的步骤。 3、什么是积分饱和现象？ 4、如图所示的锅炉汽包液位控制系统，为保证锅炉不被烧干： (1)给水阀应该选择气开式还是气关式？请说明原因。 (2)液位控制器(LC)应为正作用还是反作用？请说明原因 四、分析与计算题（第1小题8分，第2小题12分）（本题20分） 1、（本小题8分）如下图所示的管式加热炉出口温度控制系统，主要扰动来自燃料流量的波动，试分析： （1）该系统是一个什么类型的控制系统？画出其方框图； （2）确定调节阀的气开、气关形式，并说明原因。 2、（本小题12分）如下图所示液位过程，它有两个串联在一起的储罐。来水首先进入储罐1，然后再通过储罐2流出。试建立系统的动态数学模型 ) ()(2s Q s H i 。（1R 、2R 分别是两个阀门的线性液阻） 精品文档过程控制系统考试试题汇总(预测) 编辑：郭长龙河南工业大学 一：填空题28分 1?过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程、测量变送等环节组成。 2.过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3?过程控制仪表的测量变送环节由传感器和变送器两部分组成。 4.过程检测仪表的接线方式有两种：电流二线制四线制、电阻三线制 5?工程中，常用引用误差作为判断进度等级的尺度。 6?压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测 7?调节阀按能源不同分为三类：气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀&电动执行机构本质上是一个位置伺服系统。 9 ?气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 10. 理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。 11. 过程数学模型的求取方法有三种，分别是机理建模、试验建模、混合建模。 12?PID调节器分为模拟式和数字式两种。 13?造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。 14?自动控制系统稳定运行的必要条件是：闭环回路形成负反馈。 15?DCS的基本组成结构形式是三点一线”。 二：名词解释20分 1?过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2?积分饱和：在积分控制范围内，积分控制输出与偏差的时间积分成正比，当控制输出达到一定限制后就不在继续上升或下降，这就是积分饱和现象。 3?串级控制系统：值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，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 4?比例控制系统：凡是两个或多个参数自动维持一定比例关系的过程控制系统，称为比例控制系统。5均匀控制系统：控制量和被控量在一定范围内都缓慢而均匀的变化的系统，称为均匀控制系统。6?超驰控制系统：指在一个控制系统中，设有两个控制器，通过高低值选择器选出能适应安全生产状态的控制信号，实现对生产过程的自动化控制。 7?分程控制系统：一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上调节阀动作的系统称为分程控制系统。 8?阀位控制系统：是综合考虑快速性、有效性、经济性和合理性的一种控制系统。 9?集散控制系统：是把控制技术、计算机技术、图像显示技术及通信技术结合起来，实现对生产过程的监视控制和管理的系统。 10?现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。 三：简答题32分 1?什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用？怎样控制？ 答：PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为： (1 )比例参数KC,作用是加快调节，减小稳态误差。 (2)积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度 精品文档 《过程控制系统》习题解答 1-1 试简述过程控制的发展概况及各个阶段的主要特点。 答：第一个阶段50年代前后：实现了仪表化和局部自动化，其特点： 1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表 2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统 3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数 4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响 5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题 第二个阶段60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点： 1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统 2、计算机系统开始运用于过程控制 3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制） 4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用 第三个阶段70年代以来：现代过程控制的新阶段——计算机时代，其特点： 1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制 2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用 3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用 4、集散控制系统的广泛应用 第四个阶段80年代以后：飞跃的发展，其特点： 1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展 2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的集中、远动控制中心 3、过程控制的概念更大的发展，包括先进的管理系统、调度和优化等。 1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？ 过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。 一、连续生产过程的自动控制 连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。 二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成 过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。 三、被控过程是多种多样的、非电量的 现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。 四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制 因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。 什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电 桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。 过程控制系统试卷c卷 过程控制系统试卷C卷一、填空题(每空1.5分)(本题33分) 1、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环组成。 2、过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3、压力检测的类型有三种，分别为:弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测。 4、气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。 7、积分作用的优点是可消除稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统稳定性下降。 8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭 环比值控制和变比值控制三种。 9、造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长 期存在偏差。 二、名词解释题(每小题5分)(本题15分) 1、过程控制:指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2、串级控制系统:值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，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 3、现场总线:是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。 三、简答题(每小题8分)(本题32分) 1、什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制, 答: PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为: (1)比例参数KC，作用是加快调节，减小稳态误差。 (2)积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度 (3)微分参数Kd，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。 2、前馈与反馈的区别有哪些, 答:(1)控制依据:反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”，前馈控制是“基于扰动消除扰动对被控量的影响”。 (2)控制作用发生时间方面:反馈控制器的动作总是落后于扰动作用的发生，是一种“不及时”的控制;扰动发生后，前馈控制器及时动作。 (3)控制结构方面:反馈为闭环控制，存在稳定性问题，即使闭环环节中每个系统都是稳定的，但闭环后稳定与否，还需要进一步分析;前馈属于开环控制，各环节稳定，系统必然稳定。 (4)校正范围方面:反馈对各种扰动都有校核作用;前馈，只对被校核的前馈扰动有校正作用，其他则没有。 (5)控制规律方面:反馈通常是P PI PD PID等典型规律;前馈控制规律较为复杂，不好掌握。 过程控制系统试卷C卷 一、填空题（每空1.5分）（本题33分） 1、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环组成。 2、过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3、压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测。 4、气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。 7、积分作用的优点是可消除稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统稳定性下降。 8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭 环比值控制和变比值控制三种。 9、造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长 期存在偏差。 二、名词解释题（每小题5分）（本题15分） 1、过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2、串级控制系统：值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，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 3、现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。 三、简答题（每小题8分）（本题32分） 1、什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？ 答：PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为：（1）比例参数KC，作用是加快调节，减小稳态误差。（2）积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度（3）微分参数Kd，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。 2、前馈与反馈的区别有哪些？ 答：（1）控制依据：反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”，前馈控制是“基于扰动消除扰动对被控量的影响”。 过程控制系统复习题 一.选择题（每题2分，共10题，共20分） 1.过程控制系统由几大部分组成，它们是：( C ) A.传感器、变送器、执行器 B.控制器、检测装置、执行机构、调节阀门 C. 控制器、检测装置、执行器、被控对象 D. 控制器、检测装置、执行器 2. 在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是( B )。 A .变送器 B. 控制器, C. 控制阀 D. 被控对象 3. 串级控制系统主、副对象的时间常数之比，T01/T02＝( )为好，主、副回路恰能发挥其优越性，确保系统高质量的运行。 A. 3～10 B. 2～8 C. 1～4 D. 1～2 4. 过渡过程品质指标中，余差表示( )。 A.新稳态值与给定值之差 B.测量值与给定值之差 C.调节参数与被调参数之差 D.超调量与给定值之差 5.PID调节器变为纯比例作用，则( )。 A. 积分时间置∞、微分时间置∞ B. 积分时间置0、微分时间置∞ C. 积分时间置∞，微分时间置0 D. 积分时间置0，微分时间置0 6.( )在阀芯行程比较小时，流量就比较大，随着行程的增加，流量很快地达到最大。 A. 快开流量特性 B. 线性流量特性 C. 抛物线流量特性 D. 等百分比流量特性 7.闭环控制系统是根据( )信号进行控制的。 A.被控量 B.偏差 C.扰动 D.给定值 8.衡量控制准确性的质量指标是( )。 A.衰减比 B.过渡过程时间 C.最大偏差 D.余差 9.对象特性的实验测取常用的方法是( )。 A.阶跃响应曲线法 B.频率特性法 C.比例积分法D．最小二乘法 10.用于迅速启闭的切断阀或两位式调节阀应选择( )的调节阀。 A.快开特性B．等百分比特性C．线性 D.抛物线特性 11.调节具有腐蚀性流体，可选用( )阀。 A.单座阀 B.双座阀 C.蝶阀D．隔膜阀 12.调节阀接受调节器发出的控制信号，把( )控制在所要求的围，从而达到生产过程的自动控制。 A. 操纵变量 B.被控变量 C. 扰动量 D. 偏差 13.串级调节系统主调节输出信号送给( )。 A．调节阀B．副调节器 C. 变送器 D. 主对象 14.在阶跃扰动作用下，过程控制系统的过渡过程出现的形式如下，( )是一种稳定控制系统 A.发散振荡过程 B.等幅振荡过程 C.衰减振荡过程 D.非振荡发散过程 15. 串级控制系统参数整定步骤应为( )。 A. 先主环，后副环 B.先副环后主环 C.只整定副环 D.没有先后顺序 16. 引起被调参数偏离给定值的各种因素称( )。 A.调节 B.扰动 C.反馈 D.给定 过程控制系统习题 答案 什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统一般是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常见的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常见三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。 电阻测温信号经过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。 大幅度的零点调整叫零点迁移。实用价值是：有些工艺的参数变化范围很小，例如，某设备的温度总在500～1000度之间变化。如果仪表测量范围在0 ～1000度之间，则500℃以下测量区域属于浪费。因为变送器的输出范围是一定的。可经过零点迁移，配合量程调整，使仪表的测量范围在500～1000℃之间，可提高测量精度。 过程控制系统考试试题 汇总 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988） 过程控制系统考试试题汇总（预测） 编辑：郭长龙河南工业大学 一：填空题 28分 1．过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程、测量变送等环节组成。 2．过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3．过程控制仪表的测量变送环节由传感器和变送器两部分组成。 4．过程检测仪表的接线方式有两种：电流二线制四线制、电阻三线制5．工程中，常用引用误差作为判断进度等级的尺度。 6．压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测 7．调节阀按能源不同分为三类：气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀8．电动执行机构本质上是一个位置伺服系统。 9．气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 10. 理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。 11. 过程数学模型的求取方法有三种，分别是机理建模、试验建模、混合建模。 12．PID调节器分为模拟式和数字式两种。 13．造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。 14．自动控制系统稳定运行的必要条件是：闭环回路形成负反馈。15． DCS的基本组成结构形式是“三点一线”。 二：名词解释 20分 1.过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2．积分饱和: 在积分控制范围内，积分控制输出与偏差的时间积分成正比，当控制输出达到一定限制后就不在继续上升或下降，这就是积分饱和现象。 3.串级控制系统：值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，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 4.比例控制系统：凡是两个或多个参数自动维持一定比例关系的过程控制系统，称为比例控制系统。 5均匀控制系统：控制量和被控量在一定范围内都缓慢而均匀的变化的系统，称为均匀控制系统。 6.超驰控制系统：指在一个控制系统中，设有两个控制器，通过高低值选择器选出能适应安全生产状态的控制信号，实现对生产过程的自动化控制。 7.分程控制系统：一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上调节阀动作的系统称为分程控制系统。 8.阀位控制系统：是综合考虑快速性、有效性、经济性和合理性的一种控制系统。 第 2 章思考题与习题 2-1某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃0 201 402 604 806 1001 2）该表精度； 3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？ 2-2一台压力表量程为0～10MPa，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa 正行程0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 2）基本误差； 3）该表是否符合1.0 级精度？ 2-3某压力表的测量范围为0～10MPa，精度等级为1.0 级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa，试问被校压力表在这一点上是否符合1 级精度，为什么？ 解答： 1）基本误差= ?100% 最大绝对误差?max＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：=5.08 - 5 ?100% = 0.8% 10 0.8％<1％，所以符合1.0 级表。 2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？ 解答： 1） 2） 2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为 1) 1.0 级，0～250mA 2）2.5 级，0～75mA 现要测量 50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答： 分析它们的最大误差： 1）?max ＝250×1％＝2.5mA ；= ± 2.5 ?100% = ±5% 50 2）?max ＝75×2.5％＝1.875mA ；= ± 1.875 ?100% = ±3.75% 50 选择 2.5 级，0～75mA 的表。 2-11 某 DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为 200～1000℃，输出为 4～20mA 。当变送器输出电流为 10mA 时，对应的被测温度是多少？ 解答： 1000 - 200 = 20 - 4 T ； T=500 ?C 。 10 2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为 1.2 ±0.05MPa ，可选用的弹簧管压力计精度有 1.0、1.5、 2.0、2.5 和 4.0 五个等级， 可选用的量程规格有 0～1.6MPa 、0～2.5MPa 和 0～4MPa 。请说明选用何种精度和量程（见附录 E ）的弹簧管压力计最合适？ 解答： 1） 工作原理： 2） 根据题意：压力范围为 1.2＋0.5 MPa ，即允许的最大绝对误差?max ＝0.05 过程控制系统试题 一、填空题（20'） 1、典型的过程控制系统由控制器、执行机构、被控对象和测量变送装置等环节构成。 2、对过程控制系统的基本性能要求有三点，分别为稳定性、快速性、和准确性。 3、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、液动调节阀和电动调节阀三大类。 4、扰动通道静态放大系数越大，则系统的稳态误差越大。控制通道的静态放大系数越大，表示控制作用越灵敏，克服扰动能力越强。 5、串级控制系统主回路一般是一个定值控制系统，副回路一般是一个随动控制系统。 6、常用的解耦控制设计方法有前馈补偿解耦、反馈解耦法、对角解耦法、单位阵解耦法。 二、单项选择题（10'） 1、在过程控制系统过渡过程的质量指标中,( C )是衡量系统快速性的质量指标。 A）最大偏差B）衰减比C）振荡周期D）余差 2、下列叙述中不是串级控制系统的特点的是( C ) A．结构上由两个闭环组成B．对二次扰动有很明显的克服作用C．系统中有两个调节阀D．提高了整个系统的响应速度 3、串级控制系统系统中存在的二次扰动来源于它的（B） A）主回路B）副回路C）主副回路都有D）不能确定 4、下面前馈控制系统中对过程的控制质量没有影响的是（D） A）控制通道放大倍数Ko B）扰动通道放大倍数Kf C）扰动通道时间常数D）扰动通道纯滞后时间 5、用于迅速启闭的切断阀或两位式调节阀应选择( A )特性的调节阀。 A、快开特性 B、等百分比特性 C、线性 D、抛物线特性 三、判断题（10'） 1、串级控制系统中应使主要和更多的干扰落入副回路。（√） 2、过程控制系统的偏差是指设定值与测量值之差。（√） 3、扰动量是作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素（×）答案：扰动量是除操纵变量外作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。 4、对干扰通道时间常数越小越好，这样干扰的影响和缓，控制就容易。（×） 答案：时间常数越大越好，这样干扰的影响和缓，控制就容易 5、串级控制系统中主调节器以“先调”、“快调”、“粗调”克服干扰。（×）答案：串级控制系统中主调节器以“慢调”、“细调”作用，使主参数稳定在设定值上，副调节器则以“先调”、“快调”、“粗调”克服干扰。 6、测量滞后一般由测量元件特性引起，克服测量滞后的办法是在调节规律中增加积分环节。（×） 答案：微分作用能起到超前调节的作用，因此能克服纯滞后；积分作用能克服余差。 第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1 过程控制系统试题10套 过程控制系统试题一 一、选择题,10×3分, 1、过程控制系统由几大部分组成,它们是,( ) A.传感器、变送器、执行器 B.控制器、检测装置、执行机构、调节阀门 C. 控制器、检测装置、执行器、被控对象 D. 控制器、检测装置、执行器 2、在过程控制系统过渡过程的质量指标中, ( )反映控制系统稳定程度的指标 A.超调量 B.衰减比 C.最大偏差 D.振荡周期 3、下面对过程的控制质量没有影响的是: ( ) A .控制通道放大倍数K B.扰动通道放大倍数K Of C.扰动通道时间常数 D.扰动通道纯滞后时间 4、在对象特性中,( )是静特性。 A. 放大系数Κ B. 时间常数T C.滞后时间τ D.传递函数 5、选择调节参数应尽量使调节通道的( ) A.功率比较大 B.放大系数适当大 C.时间常数适当小 D.滞后时间尽量小 6、在简单控制系统中,接受偏差信号的环节是( )。 A .变送器 B. 控制器, C. 控制阀 D. 被控对象 7、下列说法正确的是( )。 A. 微分时间越长,微分作用越弱, B. 微分时间越长,微分作用越强, C. 积分时间越长,积分时间越弱, D. 积分时间越长,积分时间越强。 8、调节阀按其使用能源不同可分为( )三种。 A,电动 B,液动 C,气动 D,压动 9、打开与控制阀并联的旁路阀,会使可调比(A)。 A.变小 B.变大 C.不变 D. 为零 10、串级控制系统主、副对象的时间常数之比,T/T,( )为好,主、副0102 回路恰能发挥其优越性,确保系统高质量的运行。 A. 3,10 B. 2,8 C. 1,4 D. 1,2 二、判断题,10×2分, 1、过程控制系统中,需要控制的工艺设备(塔、容器、贮糟等)、机器称为被控对象。( ) 2、调节阀的结构形式的选择首先要考虑价格因素。( ) 3、当生产不允许被调参数波动时,选用衰减振荡形式过渡过程为宜。( ) 4、临界比例度法是在纯比例运行下进行的。通过试验,得到临界比例度δ和临K界周期T,然后根据经验总结出来的关系,求出调节器各参数值。( ) K 5、一般来说,测量变送环节的作用方向总是正的。( ) 6、均匀控制系统单从结构上看与简单控制是不同的。( ) 7、采取分程控制通常可以提高控制阀的可调比。( ) 8、积分饱和通常不影响控制系统品质。( ) 9、干扰进入调节系统的位置离调节阀越近,离测量元件越远,调节质量越好。( ) 10、串级调节系统要求对主参数和副参数均应保证实现无差控制。( ) 三、简答题,4×5分, 1、按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪几类, 2、何为控制阀的理想流量特性和工作流量特性,常用的调节阀理想流量特性有 哪些, 3、前馈控制与反馈控制的区别有哪些, 过程控制系统试题10套第一套答案 过程控制系统试题一 —、选择题（10X3分） 1、过程控制系统由儿大部分组成，它们是：（） A.传感器、变送器、执行器 B.控制器、检测装置、执行机构、调节阀门 C. 控制器、检测装置、执行器、被控对象 D.控制器、检测装置、执行器2、在过程控制系统过渡过程的质量指标中，（）反映控制系统稳定程度的指标 A.超调量 B.衰减比 C.最大偏差 D.振荡周期3、下面对过程的控制质量没有影响的是：（） A .控制通道放大倍数K B.扰动通道放大倍数K OfC.扰动通道时间常数D.扰动通道纯滞后时间4、在对象特性中，（）是静特性。 A.放大系数K B.时间常数T C.滞后时间T D.传递函数5、选择调节参数应尽量使调节通道的（） A.功率比较大 B.放大系数适当大 C.时间常数适当小 D.滞后时间尽量小6、在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是（）。 A .变送器B.控制器C.控制阀D.被控对象7、下列说法正确的是（）。 A.微分时间越长，微分作用越弱； B.微分时间越长，微分作用越强； C.积分时间越长，积分时间越弱； D.积分时间越长，积分时间越强。8、调节阀按其使用能源不同可分为（）三种。 A（电动B（液动C（气动D（压动9、打开与控制阀并联的旁路阀，会使可调比⑷。 A.变小 B.变大 C.不变 D.为零10、串级控制系统主、副对象的时间常数之 比，T/T,（）为好，主、副回0102 路恰能发挥其优越性，确保系统高质量的运行。 A. 3, 10 B. 2,8 C. 1,4 D. 1,2 二、判断题(10X2分) 1、过程控制系统中，需要控制的工艺设备(塔、容器、贮糟等)、机器称为被控对象。(Y) 2、调节阀的结构形式的选择首先要考虑价格因素。(N) 3、当生产不允许被调参数波动时，选用衰减振荡形式过渡过程为宜。(N) 4、临界比例度法是在纯比例运行下进行的。通过试验，得到临界比例度§和临K界周期T,然后根据经验总结出来的关系，求出调节器各参数值。(Y) K 5、一般来说，测量变送环节的作用方向总是正的。(Y) 6、均匀控制系统单从结构上看与简单控制是不同的。(N) 7、采取分程控制通常可以提高控制阀的可调比。(Y) 8、积分饱和通常不影响控制系统品质。(N) 9、干扰进入调节系统的位置离调节阀越近，离测量元件越远，调节质量越好。(Y) 10、串级调节系统要求对主参数和副参数均应保证实现无差控制。(N) 三、简答题(4X5分) 1、按照设定值的不同形式，过程控制系统可分为哪儿类， 解答，按照设定值的不同形式乂可分为： ,1,.定值控制系统定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统.定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响，使被控变量最终回到设定值或 其附近.以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言.，2, ?随动控制系统 过程控制系统知识点总结 考试题型 一、判断题（共10分） 二、单选（20分） 三、填空（10分） 四、简答题（5小题，共20分） 五、分析计算题（4小题，共40分，每题10分） 一、概论 1、过程控制概念：五大参数。 过程控制的定义：工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。 2、简单控制系统框图。 控制仪表的定义：接收检测仪表的测量信号，控制生产过程正常进行的仪表。主要包括：控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表及装置。 控制仪表的作用：对检测仪表的信号进行运算、处理，发出控制信号，对生产过程进行控制。 3、能将控制流程图（工程图、工程设计图册）转化成控制系统框图。 4、DDZ -Ⅲ型仪表的电压信号制，电流信号制。QDZ-Ⅲ型仪表的信号制。它们之间联用要采用电气转换器。 5、电信号的传输方式，各自特点。 电压传输特点： 1). 某台仪表故障时基本不影响其它仪表； 2). 有公共接地点； 3). 传输过程有电压损耗，故电压信号不适宜远传。 电流信号的特点： 1).某台仪表出故障时，影响其他仪表； 2).无公共地点。若要实现仪表各自的接地点,则应在仪表输入、输出端采取直流隔离措施。 6、变送器有四线制和二线制之分。区别。 1、四线制：电源与信号分别传送，对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求。 2、两线制：节省电缆及安装费用，有利于防爆。活零点，两条线既是信号线又是电源线。 第一个字母：参数类型 T ——温度（Temperature ） P ——压力（Pressure ） L ——物位（Level ） F ——流量（Flow ） W ——重量（Weight ） 第二个字母：功能符号 T ——变送器（transmitter ） C ——控制器（Controller ） I ——指示器（Indicator ） R ——记录仪（Recorder ） A ——报警器（Alarm ） 加热炉 （2）什么是过程控制系统？试用方框图表示其一般组成。 答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、 压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 过程控制系统的一般性框图如图１-1所示: 图１－1 过程控制系统的一般性框图 （3)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？ 答：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。 １）模拟仪表的信号:气动0．０2 ~0.1MPa；电动Ⅲ型：4~20mAＤC或1~5V DＣ。 2）数字式仪表的信号:无统一标准。 (4)试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。 答：加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示: 图1-2 加热炉过程控制系统流程 （5)过程控制系统的单项性能指标有哪些?各自是如何定义的? 控制器 r(t) 执行器被控过程 检测变送装置 y(t) _ f(t) e(t)u(t)q(t) z(t) TC PC 给定值 阀管道加热炉 热油出口温 度 PT 燃油压力 _ TT _ 干扰2干扰1 AC AT 燃油 PT PC TC TT 引风机 烟气 冷油入口 热油出口 火嘴 送风机 空气 1 100%() y y σ= ?∞答:1）单项性能指标主要有:衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 2)各自定义为：衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 超调量σ:第一个波峰值 1 y 与最终稳态值y(∞）之比的百分数： 最大动态偏差A ：在设定值阶跃响应中,系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度; 静差,也称残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y(∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差; 调节时间s t :系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的5%±（2%±）范围内所需要的时间； 振荡频率 n ω:过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷)之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率； 上升时间p t :系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间; 峰值时间 p t ：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。 （9)两个流量控制系统如图１-4所示。试分别说明它们是属于什么系统?并画出各自的系统框图。 图１-4 两个流量控制回路示意图 答：系统1是前馈控制系统,系统2是反馈控制系统。系统框图如图１-５如下： 系统1 系统2 图１-5 两个流量控制回路方框图 (１0)只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？ 答:1）不是这样。 2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。 (11）构成安全火花型防爆控制系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？ 答：1)是的。 2)因为安全火花型防爆系统必备条件之一为:现场仪表必须设计成安全火花型。 2.综合练习题 （3）某化学反应过程规定操作温度为80±５℃,最大超调量小于或等于5％,要求设计的定值控制系统,在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图1-８所示。要求:１）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间； 测量变送 被控过程 执行器测量变送 被控过程 执行器 《过程控制系统》试题（A ）答案 误差种类 产生原因 对测量结果影响 随机误差 主要由于检测仪器或测量过程中某些未知或无法控制的随机因素综合作用的结 果。 随机误差的变化通常难以预测，因此无法通过实验方法确定、修正和消除，但可通过多次测量比较发现随机误差服从的统计规律。这样，就可以用数理统计方法，对其分布范围做出估计，得到随机误差影响的不确定度。 系统误差 测量所用的工具（仪器、量具等）本身性能不完善或安装、布置、调整不当而产生的误差；因测量方法不完善、或者测量所依据的理论本身不完善；操作人员视读方式不当造成的读数误差等。 系统误差产生的原因和变化规律一般可通过实验和分析查出，因此，测量结果中系统误差可被设法确定并校正消除。 粗大误差 粗大误差一般由外界重大干扰或仪器不正确的操作 等引起。 正常的测量数据应是剔除了粗大误差的数据，所以通常测量结果中不包含由粗大误差引起的测量误差。 一、（20分）答： （5分） 1. 影响物料出口温度的主要因素有：物料的入口温度和流量；蒸汽的入口温度、流量和压力；搅拌速度。 温度控制系统原理框图如下： TC 搅拌器 物料入口 蒸汽 冷凝水 出口 图1 （5分）2. 当要求出口温度准确控制时，应选择比例积分控制规律。比例作用可以减小余差；积分作用可以消除误差，使出口温度准确。 （5分）3. 当控制器的积分时间常数增大时，积分作用变弱，系统稳定性变好，控制精度下降，调节速度变快。原理：积分作用是当有误差时不断累加，其过程比较缓慢，积分时间常数增大，积分作用减弱，则积分作用的过程要相对加快，对系统的控制作用要变得相对及时，因此调节速度快，系统稳定性加强；但是积分作用的减弱将使得余差变大，则控制精度降低。 （5分）4. 比例增益应增加，而积分时间常数要减小。 原因：由于微分作用的加入使系统稳定性增加，动态响应过程缩短，因此可以适当提高比例增益，加强积分作用，即减小积分时间常数。 二、（20分） 答： （5分）1. 控制方案见工艺流程图。 （5分）2. 系统的主要干扰量有燃料气流量和压力波动、原油入口的流量和温度。其中燃料气流量和压力波动的干扰在副回路中，当燃料气压力出现波动时，可通过副回路及时调整，克服干扰。 （5分）3. 控制阀采用气开阀：当燃烧气压力增大时，出口温度升高，因此主控制器为反作用；当阀开大时，压力增大，为满足负反馈，副控制器为反作用。 （5分）4. 在系统稳定的情况下，燃料气压力突然升高时，造成PC 输入量增大，因为PC 为反作用，所以PC 输出量减小，因控制阀为气开阀，所以阀开度减小，燃料气压力降低。同时当燃料气压力升高时，在副回路还没有来得及调整时，原油出口温度有较小升高，TC 输入量增大，因为TC 为反作用，所以TC 输出量下降，控制阀开度减小，同样使燃料压力下降，从而使原油出口温度降低。 物料出 口温度 温度控制器控制阀 换热器 温度变送器 设定值 燃烧气 出口温度 炉膛温度 原油 TC PC过程控制系统试卷B
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