湘大过控

1分，共10分）

1、临界比例度法

2、温差电动势

3、3-10

4、移位寄存器

5、硬手动

6、0.5

7、反向 8.PI 9、4：1～10：1 10、0()()(1)s s G s G s e τ-=- 1．调节器参数工程整定法包括有 临界比例度法 、衰减曲线法、反应曲线法。 2．热电偶回路中的热电动势由接触电动势和 温差电动势 两部分组成。

3. 串级控制系统中，为避免主、副回路间的共振，主、副时间常数比0102/T T 在 3-10 范围内。 4． M 序列的产生通常有两种方法，一是用 移位寄存器 产生，二是用软件实现。 5．在DDZ-III 型仪表中，软手动切换到 硬手动 需平衡才能做到无扰动切换。

6．某台测温仪表的测温范围为200～1200℃，根据工艺要求，温度指示值的最大绝对误差不得超过±7℃，应选择仪表的

精度等级为 0.5 级才能满足以上要求。

仪表的精度用仪表的最大引用误差δmax （即仪表的最大允许误差δ允）来表示，即 ?max —仪表在测量范围内的最大绝对误差；

仪表精度等级a （去掉仪表误差的“±”号和“%”）a=0.005，0.02，0.05；0.1，0.2，( 0.4)，0.5； Ⅰ级标准表 Ⅱ级标准表 仪表的基本误差： ?max=仪表量程?a%

目前，我国生产的仪表常用的精确度等级有0.001, 0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5, 4.0等。 精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。

7．对过程施加一阶跃输入信号，若在开始一段时间内，过程的输出先降后升或先升后降，则称其是具有 反向 特

性的被控过程。

8. 当广义过程控制通道时间常数较小，负荷变化不大，但工艺要求无静差时，应选用

PI 调节。

7. 当广义过程控制通道时间常数较大或容量滞后较大，应引入 微分 调节。

9. 为了保证过程控制系统有一定的稳定裕度，一般要求衰减比为 4：1～10：1 。

10.对于大滞后过程，史密斯预估器()s G s 的传递函数为()s G s = 0()()(1)s s G s G s e τ-=- 。

5．某台测温仪表的测温范围为0～500℃，校验该表得到的最大绝对误差为±3℃，则该仪表的精度等级为 1.0 级。 6．对于二阶无延时环节)

1)(1()(21++=

s T s T K s G o

，其中 时间常数(T 1和T 2) 常数的确定一般采用两点法，其阶

跃响应表达式为 )1()(2

1

2

122

11T t

T t

O

O e T T T e T T T x K t y ---+--=

%100m ax

m ax ??=

量程

δ

P （KPa ）

()1

s K G s e

Ts τ-=+???

?

?

?++=?dt de T edt T e K p D

I P 18. 改进型临界比例度法用具有 继电 特性的非线性环节代替比例调节器。

1分，共10分）

1、A

2、B

3、D

4、C

5、A

6、C

7、C

8、B

9、D

10、B

1．下列 不是描述对象特性的参数。 （ ）

(A) 过渡时间 (B) 时间常数

(C) 放大系数

(D) 滞后时间

2． 模拟电流信号与1～5VDC 模拟电压信号为电动单元组合仪表的国际标准。（ ）

(A) 0～10mA DC (B)4～20mA DC (C) 4～10mA DC (D) 4～16mA DC 3. 某DDZ －Ⅲ温度变送器的测量范围是0～1000℃，若将零点迁移到500℃，则迁移前后的灵敏度分别为 mA/o C 。

（ ）

(A) 0.01，0.05 (B)0.05，0.01 (C) 0.16，0.32 (D) 0.016，0.032

传感器输出的变化量 y 与引起该变化量的输入变化量 x 之比的极限值即为其静态灵敏度，其表达式为

S=lim(Δy/Δx)=dy/dx

4． 是以微型计算机为基础、将分散型控制装置、通信系统、集中操作与信息管理系统综合在一起的新型过程控制系统。 (A) 集中控制系统 (B) 分散控制系统 (C) 集散控制系统 (D) 现场总线控制系统 5．左图为一个加热器控制系统，通过将进料与蒸汽进行换热对物料进行加热，希望出料温度恒定。其中已知进料流量为

最主要的干扰，有人据此设计了如图所示的控制系统。这是一个 控制系统。 （ ）

(A) 前馈 (B) 反馈 (C) 闭环 (D) 单回路

6. 如图，曲线A 、B 、C 表示了差压式液位计的零点迁移情况，那么曲线C 代表

是 。 （ ）

(A) 正迁移 (B) 无迁移 (C) 负迁移 (D) A 、B 、C 答案都不正确

7．下列关于时间常数T 的说法，错误的是 。 （ ）

(A) 对于干扰通道，时间常数大则利于调节 (B) 对于控制通道，时间常数大则系统较为稳定

(C) 对于控制通道，时间常数小则系统难以震荡，易于控制 (D) 对于几个环节串联的过程，时间常数相差大则对稳定性有利

8. 某一调节器，它的T I =∞，T D 及δ分别放在任一中间位置，则调节器具有 作用。（ ）

(A) 比例调节 (B) 比例微分 (C) 比例积分 (D) 比例积分微分

9. 下列传递函数中，表示无自衡特性的过程为 。 （ ）

(A)01()1

K G s T s =+ (B)01()1s K G s e T s τ-=+ (C)012()(1)(1)K G s T s T s =++ (D)0

12()(1)K G s T s T s =+

自平衡: 当输入量改变时，被调量能够自动稳定在新的位置上，则该过程是自平衡的．

自

衡过程

: (带纯迟延的一阶惯性环节)

1K

h

μρ?==?()s

K

G s e Ts

τ-=

自平

衡

率

: K---对象的静态增益

非自平衡: 当输入改变后, 不平衡不因被调量的变化而改变

, 因而被调量将以固定的速度一直变化下去而不会自动地在

新的水平上恢复平衡.它是中性平衡的． 非自衡过程:

10. 下面关于补偿导线说法不正确的有 。 （ ）

(A) 补偿导线与对应的热电偶在0～100℃的温度范围内有相同的热电特性 (B) 补偿导线无极性

(C) 不同的热电偶用的补偿导线也不同

(D) 热电偶测温时使用补偿导线是为了将冷端延伸到温度比较恒定的地方 1． 流量特性是指单位行程变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量成正比关系。

（ ）

(A) 直线 (B) 对数 (C) 快开 (D) 指数

2.如图所示的液位控制系统是一个 控制系统。 （ ）

(A) 定值 (B) 随动 (C) 程序 (D)随机

三、判断题：在对应括号中，对的画√，错的画×（每小题1分，共10分） 1 错；2 错；3 对；4 错；5 对；6 错；7错；8对；9 错；10 对

1．热电偶感受温度的工作状态端点称为“冷端”，而另一端称为“热端”。 （ ） 2．现场仪表设计成了安全火花型的系统就是安全火花防爆系统。 （ ） 3．涡街流量计的原理是一定条件下流体的流量与漩涡出现频率存在定量关系。 （T ） 4．P 调节是有差调节，PD 调节是无差调节。 （ ） 5．对于前馈-反馈复合控制，系统的稳定性完全由反馈控制回路确定。 （T ） 6．在系统设计时不宜选用快速测量仪表。 （ ） 7．串级控制系统中，主回路所包含的过程是整个过程的全部。 （ ） 8. 确定调节阀气开、气关作用的主要依据是生产的安全性。 （ T ） 9．串级控制系统的主调节器具有“粗调”的作用，副调节器具有“细调”的作用。（ ） 10.简单控制系统是只对一个被控参数进行控制的单回路闭环控制系统。 （ T ） 2. 对于二阶振荡过程，超调量与衰减比有单值对应关系。 （ T ） 4. 扰动量总是力图使被控过程按照某种期望的规律变化，而控制输入一般总是影响被控过程偏离期望运行状态。

（ ）

9. 在一个多变量的控制系统中，一个被控变量只受一个控制变量影响的过程称为无耦合过程。

（ T ）

10.当一个单回路控制系统组成后，过程各通道的静态与动态特性已定，此时,系统控制过程的品质就取决于调节器各个参数值的设置。 （T ）

8分，共16分）

1．什么是调节阀的流量特性？其理想流量特性有哪几种？各是怎样定义的？

1、调节阀的流量特性，是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系。 即

max

()q l

f q L

=（q/qmax —相对流量，l/L — 相对开度）………..（2分）

调节阀的理想流量特性有直线流量特性、对数流量特性、快开流量特性。…… （3.5分）

直线流量特性，是指控制阀的相对流量与阀门相对开度成直线关系，即阀杆单位行程变化所引起的流量变化是常数。用

数学式表示为：max max q d q K l d l ??

???=?? ???

……………………（5分）

对数流量特性，是指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系。用数学式表示为：

max 1max max V

q d q q K K q l d l ?? ???==??

???

…………………………………(6.5分) 快开流量特性，是指开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大。用数学式表示为：

1max 2max max q d q q K q l d l -?? ???

??=

????? ?

??

……………………………………………. (8分) 2. 前馈控制有何特点和局限性？什么是静态前馈补偿？

1) 前馈控制是一种开环控制；……………………………………………. ………….(1分) 2）前馈控制比反馈控制及时；………………………………………………………..(2分) 3）前馈补偿器为专用补偿器，由输出完全不变性的条件所决定；………………..(3分)

（2）前馈控制虽然是克服干扰对输出的一种及时有效的方法，但实际上，它却做不到完全补偿，因为有如下局限性： 1）前馈控制只能抑制可测干扰对被控参数的影响，对不可测干扰无法实现前馈控制；

…………………………………………………………………………………………… (4分)

2）不能对每个干扰实现补偿：实际生产过程中，影响被控参数变化的干扰因素很多，不可能对每一个干扰设计和应用一

套前馈补偿器；………………………………(5分)

3）补偿器难以精确得到，即使得到有时物理上也难以实现：前馈补偿器的数学模型由过程的动态性能G F (s )和G 0(s )决定，

而G F (s )和G 0(s )的精确模型很难得到，即使得到，由其确定的补偿器有时在物理上也难以实

现。…………………………………… …(6分)

静态补偿：由干扰通道的静态放大系数和控制通道的静态放大系数的比值决定，即：

()00(0)/(0)B F B G G G K =-=-…………………………………………………………..(8分)

1、什么是检测仪表的灵敏度？某DDZ －Ⅲ温度变送器的测量范围是0～1000℃，若将零点迁移到500℃，迁移前后变送器的灵敏度会怎样变化？

1、已知DDZ －Ⅲ温度变送器测量范围是0～1000℃，输出电流为4～20mA DC ，则迁移前的灵敏度为

若将零点迁移到500℃，则测量范围是500～ 1000℃ ，输出直流电流仍为4～20mA ，则零点迁移后的灵敏度为

2 何谓串级控制系统？与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？

2、串级控制系统是以一个时间常数较小的副回路做内环，以时间常数较大的主回路作外环，组成的双闭环控制系统。…………………………………………………………………………………….(3分) 与单回路控制系统相比，串级控制系统有如下特点：

1）能迅速克服进入副回路的二次扰动，当扰动进入副回路时，还未等它影响到主参数，副调节器就开始动作，减小扰动影响；………………………………………………….………………………(5分)

2）改善了过程的动态特性，提高了系统的工作频率；提高了系统的控制质量，主要表现在增大了系统的静态增益，减小了系统的时间常数；………………………………………………..…………(8分)

3）能适应负荷和操作的剧烈变化，对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。……………………………………………………………………………………..…………..….(10分)

10分，共40分）

1. 右图中，设A 1为理想运算放大器，

(1) 试证明该电路的输出V o1是V s 与V i 之差的两倍，

即V 01=2（V s －V i ）。

(2) 说明该电路在DDZ-Ⅲ型全刻度指示调节器中的作用。

1、A 1为理想运算放大器，列出F 和T 点两输入节点的电流方程：

011()2F B i F F V V V V V O V R R R

-+--+=

……………………………………………………. (2分) S T T T B

V V O V V V R R R

---+=

……………………………………………………………….(4分) 又因为V T =V F …………………………………………………………………………… (5分) 代入经整理化简得V 01=2（V s －V i ），得证。………………………………………… .(7分) 该电路是DDZ-Ⅲ型全刻度指示调节器的输入电路，主要作用有：…………………(8分) 1）获得与输入信号V i 和给定信号V s 之差成比例（放大两倍）的偏差信号…………(9分)

2）将偏差信号进行电平移动：两个以零伏为基准的输入电压，转换成以B V 为基准的偏差电压，实现电平移动。………………………………………………………………(10分)

2. 如右图，贮槽中液位高度h 为被控量，流入量q 0流过长为l 的管道后流量为q 1，流出量q 2为过程的干扰，设C 为贮槽截面积，R 2为阀2的阻力系数。 (1) 以q 1为过程的输入量，求过程的传递函数1()

()()

H s G s Q s =

； (2) 设流体流过长为l 的管道的时间为0τ，以q 0为过程的

输入量，求过程的传递函数00()

()()

H s G s Q s =。 2、(1)物料平衡关系有：

12dh

q q C

dt

-= (1) …………………. (2分) 写为增量形式为12d h

q q C

dt

??-?= (2) ………………………………………...(3分) 又22h q R ??=

，代入上式得：221d h R C h R q dt

?+?=? （3）…………………….(4分) 进行拉普拉斯变换，并写成传递函数形式

212()()()11

R H s K

G s Q s R Cs Ts =

==++( 2T R C = 2K R =) （4）…………………….(6分)

(2)

由于流过管道的时间为0τ，由（3）式得00()d h

T

h K q t dt

τ?+?=?-…………(8分) 进行拉普拉斯变换，并写成传递函数形式000()()()1

s

H s K G s e Q s Ts τ-==+………………(10分)

3. 在某加热炉温度串级控制方案中，主调节器采用PID 控制规律，副调节器采用P 控制规律。为了使系统运行在最佳状

态，采用两步整定法整定主、副调节器参数，按4：1衰减曲线法测得：

%452=s δ，s T s 202=，170%s δ=，110min s T =，请用两步整定法求主、副调节器的整定参数（要求写出整定步骤）。 3、 1）置主调节器参数为%100=δ

的纯比例作用，副调节器为纯比例作用，按4：1衰减曲线法，测得：%452=s δ，

s T s 202=；…………………………………(1.5分)

2）将副调节器比例度置于45%，用4：1衰减曲线法测得主回路中：%701=s δ，

110min s T =；…………………………………………………………………..(3分)

3）运用4：1衰减曲线法计算公式

主调节器：56.08.011==s δδ，……………………………………………(4.5分)

min 33.01==s I T T ，…………………………………………………………….(6分) min 11.01==s D T T ；………………………………………………………….(7.5分)

副调节器：45.022==s δδ；………………………………………………….(9分)

4）将上述参数按先副后主，先比例后积分，最后微分的程序，设置主、副调节器的参数，观察其响应曲线，必要时进行调整，直至最佳。………………………………(10分)

4、如右图，两种料液q 1和q 2在管道中均匀混合，以产生一种成分为a 的混合物，要求对混合物的总流量q 和成分a 进行控制，混合物的

成分a 控制为质量百分数45%，试求： （1）用相对增益矩阵表示其耦合程度。

（2）设被控过程01101200210221

1()1

1K K Ts Ts G s K K Ts Ts ??

??++=?

?

??++??

，试用对角矩阵法设计其解耦装置。

4、由图写出系统的静态关系式为

11212q a q q q q q ?

=

?

+??=+?

…………………………………….. (2分) 设相对增益矩阵为1122a q a q λλλλλ??

=?

???

，

式中222

111121111|()11'|a q a

q const

k q q q a a k q const q q

λ?=?+=

===-?=?……………………………………..(4分) 由相对增益矩阵的性质得：21112111111a a q a q a a a a a λλλλλλ?

=-=-+=?

=-=??==-?

……………………………..(5.5分)

因为a =0.45，则0.550.450.450.55λ??

=

????

……………………………………..…………………..(6分)

采用对角矩阵设计法，期望的等效过程特性为：()()1102201()0

1p P D p K Ts G s G s G s K Ts ??

?

+== ? ? ?

+?

?

………………….. ……………………………………..………………………………...(8分) 则解耦装置的数学模型为

()02211

012221002111

01122

1()()p p D P p p K K K K G s G s G s K K K K --??

==

?-???

式中，011

022012021K K K K ?=-…………………………………………………………(10分)

14分）

液氨带入冰机造成事故，采用温度——液位串级控制。

(1)此串级控制系统的主、副被控变量各是什么？

(2)设计一温度——液位串级控制系统，完成控制方案（在右图中，将控制系统示意图补充完整）。

(3)试画出温度——液位串级控制系统的方块图；

(4)确定气动调节阀的气开、气关形式，说明原因；

(5)确定主副调节器的正反作用，并说明原因。

(6)（1）主被控变量为铜液出口温度，副被控变量为液位。………………………….. (2分)

(7)（2）串级控制系统的示意图如下所示：

(8)

……………………………………..(4分)

(9)（3）方块图如下所示：

(10)

(11)………………………………………………………………………………………...(8分)

(12)（4）当气源中断时，为了确保氨冷器内有一定的汽化空间，应该选择气开调节阀；

(13)……………………………………………………………………………………..(10分)

(14)（5）a）副调节器（液位控制器作用方向）的确定：

(15)调节阀为气开式（K V为正）；当调节阀开度增大，则液位升高，故K O2为正；…..(11分)

(16)为保住副回路为负反馈，则K C2为正，故副调节器（液位控制器）为反作用；…..(12分)

b）主调节器（温度控制器）作用方向的确定：

(17)当调节阀开度增大，铜液出口温度降低，故K O1为负，…………………………….(13分)

(18)为保证主回路为负反馈，则K C1为负，故主调节器（温度控制器）应该为正作用。

(19)……………………………………………………………………………………………(14分)