串级复杂控制系统考试试卷答案
石化公司维修公司（仪表维修工） 串级复杂控制系统考试试卷答案
（考试时间： 年 月 日 考试时长： 120 分钟）
一、填空题（每空1分，满分 30分）
1.串级控制系统是由主、副两个控制器串接工作的。主控制器的输出作为副控制器的
给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。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；
2.串级控制系统的目的在于通过改变副变量来提高对主变量的控制质量
由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响；系统对负荷改变时有一定的自适应能力。
3.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。
4.在串级控制系统中，主、副调节器的作用是不同的。主调节器是定值控制，副调节器是随动控制。系统对二个回路的要求有所不同。主回路一般要求无差，主调节器的控制规律应选取PI 或PID 控制规律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差，一般情况选取P 控制规律而不引入 I 或 D 控制。如果引入 I 控制，会延长控制过程，减弱副回路的快速控制作用；也没有必要引入 D 控制，因为副回路采用 P 控制已经起到了快速控制作用，引入D 控制会使调节阀的动作过大，不利于整个系统的控制
控制作用的特点是保证过程的稳定性。
I 控制作用的特点是保证控制过程作无差控制。 D 控制作用的特点是补偿控制对象的迟延和惯性
6.过度过程要有较好的稳定性和快速性一般希望调节过程具有较大的衰减比，超调量要小些，调节时间越短越好，又要没有余差
二、简答题（共 6 题，每题5分，满分 30 分）
1. 简述串级控制系统的投用步骤 参考答案：
（1）将副调节器“内、外”给定置外给定，“自动、手动”放在“手动”。 主调节器“内、外”给定置内给定，“自动、手动”放在“手动”，并把“正、反”作用开 关分别放在正确位置，调节器参数分别放在预定值。 （2）用副调节器手动控制
（3）当主参数接近给定值，副参数也较平稳后，调节主调节器手动输 出，使副调节器偏差为零，将副调节器由手动切到自动。 （4）调节主调节器给定值，使主调节器偏差为零 （5）将主调节器由手动切到自动。
2.简述串级控制系统主、副控制器作用方式的选择依据 参考答案：
（ 主控制器± ） （ 副对象± ） （ 主对象± ） ＝ （ — ）
因此：当主、副变量同向变化时，主控制器应选反作用方式，反向变化则应选正作用方式。
副控制器作用方式选择：
（ 副控制器± ） （ 控制阀± ） （ 副对象± ） ＝ （ — ） 3. 简述单回路控制系统的投用步骤 参考答案：
1. 设置好控制器正反作用和Ｐ、Ｉ、Ｄ参数。
2. 先手动控制使测量值逐步接近给定值，并保持测量值稳定
3. 按无扰动切换（指手、自动切换时阀上信号基本不变）的要求将控制器切入自动
4. 简述单回路控制系统的“4 :1衰减振荡”参数整定方法 参考答案：
在系统闭环情况下：Ti 放到最大, Td 放到零，δ从大（100%）往小变化,用改变设定值的方法，每改变一次δ施加一阶跃干扰,直至出现4 :1（或10:1)衰减振荡为止，如下图示,记录此时的比例度δs 和振荡周期Ts 。 根据δS 和TS ，按表中的经验公式计算各参数值。
5.请说出自动控制回路P 、I 、D 工程整定方法 参考答案： 临界比例度法 衰减曲线法
响应曲线法 经验法
6.简述“经验法”PID 参数调整方法 参考答案：
经验法是工人、技术人员在长期的生产实践中总结出来的一种整定方法。它是按被控变量的性质提出控制器参数的合适范围。实质是“看曲线、调参数”
三、计算题：（共 2 题，每题6分，满分 12 分）
1.某控制系统采用临界比例度法整定参数。已测得临界比例度δk=20%，临界周期 Tk =4Min ，求当控制系统采用P 、PI 、PID 调节规律时的P 、I 、D 值 参考答案：
P 调节规律: P= 2*20%=40%
PI 调节规律: P=*20%=44% I=*4= Min
PID 调节规律: P=*20%=34% I=*4=2 Min D=*4= Min
2.某控制系统采用4 :1衰减振荡临界法整定参数。已测得比例度δs=10%，振荡周期Ts=4Min ，求当控制系统采用P 、PI 、PID 调节规律时的P 、I 、D 值 参考答案：
P 调节规律: P= 10%
PI 调节规律: P=*10%=12% I=*4=2Min
PID 调节规律: P=*10%=8% I=*4= Min D=*4= Min
四、论述题：（共 2 题，每题10分，满分 20 分）
1．论述串级控制系统 “两步整定法” 参数整定 参考答案：
实际操作中，一般用两步法，先整定副回路，再整定主回路。如蒸馏塔温度和加热蒸汽的串级，一般先整定副回路，再整定主回路。
两步整定法是按主副回路分别整定，第一步先整定副回路，第二步整定主回路。步骤如下。
（1）工艺稳定，主副回路均在纯比例调节规律运行的条件下，将主调节器比例度置于100%，逐渐减小副调节器的比例度，当副回路达到4∶1的衰减震荡过程时，记下副调节器的比例度δ2S 和过渡周期T 2S 。
（2）将副调节器比例度固定在δ2S ，逐渐减小主调节器的比例度，当主回路达到4∶1衰减振荡过程时，记下主调节器的比例度δ1S 和过渡周期T 1S 。 （3）根据求出的δ2S 、T 2S 、δ1S 、T 1S ，按表计算出主副调节器的比例度、积分时间和微分时间。
（4）按“先副后主”、“先比例次积分后微分“的原则，将计算得出的调节器参数加到调节器上。
（5）观察记录曲线，进行适当的调整。 2．论述串级控制系统 “一步整定法” 参数整定
（1）根据副变量的类型，按下表的经验数据选择好副控制器的比例度。 表 一步整定法的控制器参数经验数据
（2）将副控制器参数置于经验值，然后按单回路控制系统中任一整定方法整定主控制器参数。
（3）观察控制过程，根据主、副控制器放大系数匹配的原理，适当调整主、
副控制器的参数，使主变量控制质量最好。
（4）若出现振荡，可加大主（或副）控制器的δ，即可消除。如出现剧烈振荡，可先转入遥控，待产生稳定之后，重新投运和整定。
得 分 评分人
五、绘图题：（共 1 题，满分 8 分）
1.绘出液位-流量串级控制自控流程图（位号按自动设计要求自己定义），并画出串级控制控制系统方框图 参考答案：
副变量类型 副控制器放大系数K C2 副控制器比例度δ
（%） 温度 5～ 20～60 压力 3～ 30～70 流量 ～ 40～80 液位
5～
20～80
+-
x 2
z 2
e 2+-x 1
e 1
z 1
y 1
主调节器
副调节器执行器副对象
副变送器
主对象
主变送器
y 2