过程装备控制技术样题

陕西科技大学过程装备控制技术复习大纲

1.工业生产对过程装备控制的基本要求；过程装备控制的主要参数；流程工业的四大参量．

2.控制系统的组成，简单控制系统方框图、各组成环节及其输入、输出、系统各参量的作用。（方

框图中具体实现控制作用的变量）

3.控制系统的分类：按给定值、按输出信号的影响、按系统克服干扰的方式。

4.控制系统过渡过程的定义；阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点；评价控制系统的

性能指标。

5.被控对象特性的定义；连续生产过程所遵循的两个最基本的关系；单容液位对象的自衡特性；

有自衡和无自衡作用单容液位对象的区别；被控对象特性的描述形式；一阶被控对象；描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响（区分控制通道和干扰通道）

6.单回路控制系统参数选择的原则（被控变量、操纵变量、检测变送环节）；基本的调节规律；

位式、比例、积分、微分调节规律的调节原理（数学表达式）及其调节特点（简单水槽液位控制系统）；PID调节器的参数整定：整定内容、整定方法（临界比例度法）。

7.复杂控制系统的分类；串级控制系统的工作原理、结构组成（主环、副环、粗调、细、调）、

工作特点、适用对象（串级控制系统的应用示例）；主、副回路的选择依据（让主要干扰位于副回路）；

8.前馈控制的控制原理（方框图）；一种前馈作用只能克服一种干扰；前馈控制相较于反馈控制

的特点；前馈-反馈控制系统

9.系统误差、随机误差和粗大误差的含义及减小误差的方法；仪表的绝对误差、相对误差与引

用误差；仪表的精度等级。（习题3-6）

10.流量的概念；流量计的分类和基本工作原理；压差式流量计的工作原理；结构上的核心部件；

常见的节流装置分类。液位的概念；液位计的分类；静压式和电容式液位计的工作原理11.变送器的作用、分类；气动变送器和电动变送器的区别；常用的标准信号（电压、电流和气

压信号）；常见的气动元件和组件。

12.安全火花的定义；自动化仪表的防爆结构类型及各自特点；本质安全防爆系统的构成及工作

原理。

13.执行器按工作能源的分类；电动执行机构按照输入位移不同可分为角行程和直行程两种；调

节阀的理想流量特性和工作流量特性；常见的流量特性分类及其使用特点；管道串联时调节阀的工作特性；调节阀的选型内容；调节阀的可调比。

14.为什么经常会出现电-气和气-电转换现象；常用的电-气转换部件；电气转换器及电气阀门定

位器的区别、作用及工作原理。

15.计算机控制系统的基本组成；计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点；计算机在过程

控制中的应用分类。

16.DDC是最基本的计算机控制系统；计算机控制系统PID算法与模拟PID算法实现的区别；

DDC的理想PID算法的三种表达式；DDC系统的概念及其主要特点。

17.可编程控制器的特点、基本工作原理、编程表达方式。

18.单回路控制系统应用：侧重于操纵变量的选择。

总体思路：

注重概念，注重定性分析，实验内容

题型：

填空题（25x1）判断改错题（5x2）简答题（5x4）综合分析计算题（4题,45分）TIP:样题第四大题3小题(牛奶干燥)及课本习题1.6(换热器出口温度控制系统)必考!

2005-2006过程装备控制技术试卷

一、填空题（25分）

1、工业生产对过程装备的基本要求是（）、（）和（）等。

2、压差式流量计的核心部件是（）常见的节流装置有（）、（）、（）等。

3、液位是指（），常用的液位计有（）、（）、（）等。

4、在PID调节器中，需要整定的参数为（）、（）和（）。

5、调节阀的选型主要包括（）、（）、（）和（）等内容。

6、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为（）、（）、（）、（）等几

种类型。

7、PLC的程序表达方式常采用（）、（）和（）等方法。

二、判断改正题（10分）

1、一单纯比例控制的液位对象，只要比例度选择的合适，系统就能跟踪并最终稳定到设定值。

()

2、自动调节系统中，滞后的存在总不利于调节的。（）

3、时间常数越大，表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越短。（）

4、控制系统中直接产生控制作用的是控制信号。（）

5、串联管路中，随S值下降，调节阀的等百分比流量特性畸变趋近于直线特性。

三、简答题（20分）

1、何为调节器参数的工程整定法，并简述临界比例度法进行参数整定的过程。

2、试简要分析计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点。

3、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。

4、何为单容液位对象的自衡作用，并简要分析产生自衡作用的原因。

四、分析计算题（45分）

1、如图为一简单水槽液位控制系统，要求：（10分）

（1）画出本控制系统方框图。

（2）系统被控变量、控制变量和检测变送环节各

是什么？

（3）系统调节机构的输入、输出量各是什么，属

哪种调节规律，并推导出节规律的数学表达式。

2、聚合釜温度与流量的串级控制系统，如图所示，

(10分)

（1）画出控制系统方框图。

（2）说明该系统的主、副对象，主、副变量，主、副调节器各是什么？

（3）分析系统不采用简单温度控制而采用串级温度、流量控制的原因。

*3、如图为一牛奶干燥过程流程图，要保证产品质量，需严格控制干燥器的温度，试分析：（15分）

（1）影响干燥器温度的因素有哪些？

（2）合理选择系统控制变量，并说明原因。

（3）画出控制系统方框图。

4、检定一只量程为5A的电流表，结果如下：（10分）

输入量/A12345

示值/A 1.10 1.98 3.01 4.08 5.02

(1)试求仪表各示值的绝对误差、实际相对误差、示值相对误差和引用误差。

(2)确定仪表的精度等级

过程装备控制技术试卷标准答案

一、填空题（25×1）

1、安全性；经济性；稳定性

2、节流装置；孔板；喷嘴；文都利管

3、容器内液体介质液面的高低；浮力式；静压式；电容式；光纤式；

4、比例度；积分时间；微分时间

5、阀的口径选择；型式选择；固有流量特性选择；材质选择

6、直接数字控制系统；监督控制系统；分级控制系统；集散控制系统

7、梯形图；语句表；逻辑功能图

二、判断改正题（5×2）——判断1分，改正1分

1、错误。单纯的比例控制不可能消除余差。

2、错误。控制通道的滞后总是不利的，但干扰通道中的容量滞后可以缓和干扰的影响，对控

制系统有利。

3、错误。时间常数越大，表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越长。

4、错误。控制系统中直接产生控制作用的是操纵变量。

5、正确。

三、简答题（4×5）

1、所谓的工程整定法，就是避开被控对象的特性和数学描述，在被控对象运行时，直接在控

制系统中，通过改变调节器参数，观察被控变量的过渡过程，来获取调节器参数的最佳数值。

临界比例度法整定参数的步骤是：首先将调节器的积分、微分作用全部去除，在纯比例作用调节比例度，直至得到等幅振荡的阶跃干扰过渡过程，此时的比例度和振荡周期称为临界比例度和临界周期，最后按照相应的经验公式计算出调节器各参数的整定数值。临界比例度法参数整定是以闭环系统得到4:1衰减比，且有合适的超调量为目标的。

2、计算机直接控制系统与常规模拟控制系统的基本结构相同，有关调节原理和调节过程也相

同，都是基于“检测偏差、纠正偏差”的控制原理。不同之处在于计算机控制系统中，控制器对控制对象的参数、状态信息的检测和控制结果的输出在时间上是断续的，对检测信号的分析计算是数字化的，而在模拟控制系统中则是连续的。

3、本质安全防爆型是指在正常和故障状态下，电路及设备产生的火花能量都不足于引起爆炸

的防爆类型。它由两种场所、两种电路组成，即安装在危险场所的本质安全电路及安装在非危险场所的非本质安全电路，两者间采用防爆安全栅隔离。仪表的防爆性能是靠电路设计来实现和保证：采用低的工作电压和小的工作电流；用防爆安全栅将危险与非危险场所电路隔开；现场和控制室之间仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。

4、单容液位对象的自衡作用是指当输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量

变化时，在没有人为干预的情况下，被控对象的自身能重新恢复平衡的特性。产生的原因主

要是出口阀的流量特性，即在流出变化量很小的情况下，流出量与液位成正比关系，即：

四、计算题

1、（1）——（3

分）（2）系统被控变量是水槽液位，控制变量是杠杆的位置移动，检测变送环节是浮球装置。——（3分）

（3）系统调节机构的输入是液位偏差e，输出量是阀门开度的变化，属于典型的比例调节器，

调节规律的数学表达式为：——（

2、（1）串级控制系统方框图为：——（4分）

（2）系统的主对象是釜体对象，副对象是冷却水流量对象；主变量是釜内温度，副变量是冷却水流量；主控制器是温度控制器，副控制器是流量控制器。——（3分）

（3）因系统控制的温度对象滞后较大，尤其是带有夹套传热，简单的单回路温度控制系统难以达到控制要求。而采用串级控制，将主要干扰集中与副回路，可有效的克服干扰作用，提高控制质量。——（3分）

3、（1）影响干燥器温度的主要因素有乳液流量、旁路空气流量、加热蒸汽量等。——（5分）

（2）综合考虑通道的特性和工艺的可调整性，选择旁路空气流量为被控变量最为合适，其调节通道的滞后较小，调节的工艺性也最好。——（5分）

（3）控制框图略——（5分）

4、(1)测量的绝对误差为：△X=X-A 0，得到各示值的绝对误差为：——（2分）

△X 1=0.1；△X 2=-0.02；△X 3=0.01；△X 4=0.08；△X 5=0.02；

测量的相对误差为：δ=△X/X*100%，其中X 为约定真值，若用输入量代替，则为实际相对误差；若用示值代替，则为示值相对误差。

据此可得到各示值的实际相对误差为：——（2分）

δ1=10%、δ2=-1%、δ3=0.33%、δ4=2%、δ5=0.4%

示值相对误差分别为：δ1=9.1%、δ2=-1.01%、δ3=0.2%、δ4=1.96%、δ5=0.398%

仪表的引用误差为：q =△X/S*100%，其中S 为仪表量程，5A 。

据此可得到各示值的引用误差为：——（2分）

q 1=2%、q 2=-0.4%、q 3=2%、q 4=1.6%、q 5=0.4%

(2)——（4分）

仪表的精度等级通常根据引用误差限来评定。以上计算得到的各示值的引用误差，不应超出其精度等级所确定的引用误差限。故有精度等级为2级。

s

v R H

q =2