过程控制复习资料 (2)

1、试述串级控制系统的的工作原理,它有哪些特点?

2、某加热炉出口温度控制系统，经运行后发现扰动主要来自燃料流量波动，试设计控制系统克服之，如果发现扰动主要来自原料流量波动，应如何设计控制系统以克服之？画出带控制点工艺流程图和控制系统框图。

3、为什么一些液位控制系统中，减小控制器的增益反而使系统出现持续震荡，是从理论角度分析之。

4、液位均匀控制系统与简单液位控制系统有什么异同？那些场合需要采用液位均匀控制系统？

5、某加热炉出口温度控制系统中，副被控变量是炉膛温度，温度变送器的量程都选用0--500℃，控制阀选用气开阀。经调试后系统已经正常运行，后因副回路的的温度变送器损坏，该用量程为200--300℃的温度变送器，问对控制系统有什么影响？

6、题5中，如果损坏的是主回路温度变送器，问改用量程为200--300℃的温度变送器，对控制系统有什么影响？如何解决？

7、某反应器由A和B两种物料参加反应，已知，A物料时供应有余，B物料可能供用不足，他们都可测可控。采用差压变送器和开方器测量它们的流量，工艺要求正常工况时，Fa=300Kg/h,Fb=600Kg/h,拟用DDZ-III型仪表，设计双闭环（相乘方案）控制系统，确定乘法器的输入电流，画出控制系统框图和带控制点的工艺流程图。

8、题7中，控制系统已正常运行，后因两台差压变送器均损坏，改用相同量程的变送器（注：量程能够满足工艺要求），试问控制系统应作什么改动？为什么？

9、什么情况下前馈控制系统需要设置偏置信号？应如何设置？

10、某加热炉出口温度控制系统，原采用出口温度和燃料油流量的串级控制方案，为防止阀后压力过高造成脱火事故，是设计有关控制系统，说明该控制系统是如何工作的？

1．

调节器的Kc值愈大，表示调节作用（），Ti值愈大，表示积分作用（），Td值愈大表示微分作用（）。答案：越强;减弱;增强。

2．

选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）（），干扰通道的放大倍数（增益）（）。答案：增大;减小。

3．

过程控制系统设置的目的，有（）、（）和（）三类。

答案：定值调节;随动调节;程序调节。

4．

简单控制系统由（）、（）、（）和（）四个环节组成。

答案：调节对象;调节器;调节阀;检测变送器

5．

由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来（）。

答案：克服调节对象的惯性滞后（时间常数T）。

6．

调节系统中调节器正、反的作用的确定是依据( )。

答案：实现闭环回路的负反馈

二、是非题

1.

对纯滞后大的调节对象，为克服其影响，可以引入微分调节作用来克服。

答案：╳

2．

当调节过程不稳定时，可增大积分时间或比例度，使其稳定。

答案：√

3．

比例调节过程的余差与调节器的比例度成正比。

答案：√

4．

调节系统投运时，只要使调节器与给定值相等（即无偏差）时，就可进行手，自动切换操作。

答案：╳

5.均匀调节系统的调节器参数整定可以与定值调节系统的整定要求一样。

答案：╳

6．指出下面控制方案合理与否，简要说明理由。

1）离心泵流量调节

答案：不合理。离心泵不能在吸入口安装阀门，否则，当阀门关小时极易产生气蚀现象。

2）电动往复泵流量调节

答案：合理。因为有旁路阀门和泵出口压力调节系统使往复泵可以在其出口直接节流

3)加热炉温度与燃料气压力串级控制

答案：不合理。压力检测点不对，为保证阀前燃油压力稳定会使燃油量变化较大，无法使炉温稳定，应将测压点移到阀后，测烧嘴的背压。

4)氨冷器传热平均温差控制

答案：合理。根据被冷却介质（出口）温度调节氨冷气氨气化侧的整发压力，所以调节NH3气排出量实际上调正了氨冷器的内氨蒸发侧的温度，使传热温差得到调整，即可达到调节出口温度的目的。

5)塔釜温度控制

答案：不合理。塔釜为恒定加热量。当受某种扰动使釜温上升时，气开阀将开大，放出一部分重组分物料，塔釜物料的减少，使塔内温度上升更快，从而构成一个正反馈系统，不能正常工作，降温亦如此。

6)精塔釜进料温度控制

答案：不合理。气液混合进料不能采用这种温度控制。因为当改变加热蒸汽量时进料的温度并不变化，只是气液比发生了变化。应改为热焓控制。控制进塔物料的热量。

三、单项选择题

1．

调节系统的稳定性是对调节系统最基本的要求，稳定调节过程的衰减率ζ应是：

A. ζ=0

B. ζ<0

C.0<ζ<1

D. ζ=1

答案：C

2．

一线性调节系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于：

A.干扰作用的形式及强弱。

B.系统本身的结构及参数。

C.干扰作用的形式、强弱和系统本身的结构、参数。

答案：B。

因为线性系统的稳定性，是系统固有的特性。完全由系统本身的结构，参数决定。例如，用代数判据判断线性系统的稳定性是时，其稳定的充分必要条件就是特征方程的所有根都具有负实部，或说都位于S平面的左半部。显然，特征方程的根和输入信号是无关的。

3．

如果甲乙两个广义调节对象的动态特性完全相同（如均为二阶对象），甲采用PI作用调节器，乙采用P作用调节器。当比例带的数值完全相同时，甲，乙两系统的振荡程度相比

A.甲系统的振荡程度比乙系统剧烈。

B.乙系统的振荡程度比甲系统剧烈。

C.甲，乙两系统的振荡程度相同。

答案：A。

4．调节系统中调节器正、反作用的确定是A．实现闭环回路的正反馈。

B．实现闭环回路的负反馈。

C．系统放大倍数恰到好处。

D．生产的安全性。

答案：B

5．

由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来

A. 克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞后τc和纯滞后τ0

B. 克服调节对象的滞后τ0

C. 克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞后τc

答案：C

6.

用变送器的输出直接控制调节阀，能否起调节作用？

A.能

B.不能

C.视控制要求而定

答案：C。所谓控制，指的是把被调参数控制在某一个给定值上，因此系统中要有调节器，使被调参数和给定值在调节器内进行比较，如果两者不等，调节器的输出就去调节阀门开度。但若变送器直接控制调节阀，那就没法给定，也不能按要求的控制规律去调节阀门开度，因此不能把被调参数控制在所需值上，而只能在某个不可调的值上下波动。如果变送器的量程可调，则波动可约束在某个范围，这对要求不高的控制系统，有时也能满足要求。

7.

以下流量系统采用的仪表及投运方法，哪一条理解不够全面？

A. 开停灌隔离液的差压流量计的方法同一般差压流量计的启停方法。

B.差压法测流量采用开方器，一是为了读数线性化，二是防止负荷变化影响系统的动态特性。

C.流量调节系统一般不采用阀门定位器。

D.流量调节系统仅采用PI调节器，不采用PID调节器。

答案：A

8

单纯的前馈调节是一种能对（）进行补偿的调节系统。

A．测量与给定之间的偏差

B．被调量的变化

C．干扰量的变化

答案：C

9、

定值调节是一种能对（）进行补偿的调节系统。

A．测量与给定之间的偏差

B．被调量的变化

C．干扰量的变化

答案：A.

1.

定值调节系统是（）环调节，前馈系统是（）环调节。

A．开，闭

B．闭，开

C．开，开

D．闭，闭

答案：B。

2．

分程调节系统常要加装（）来达到分程的目的。

A．调节器B.变送器C.阀门定位器

答案：C。

3．设制分程调节系统的目的是（）

A．为了满足工艺的特殊要求

B．扩大可调比

C．为了满足工艺的特殊要求，扩大可调比

答案：C4．

在选择性调节系统中防积分饱合一般采用（）方法。

A．限幅法

B．外反馈法

C．积分切除法

答案：c

5．

均匀调节系统调节器参数应为（）。

A．比例度小于100%

B．比例度大于100%

C．比例度等于100%

答案：A。

6．

调节系统在纯比作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比例度（）。

A.增大

B.减小

C.不变

答案：A。

7．

成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（）。

A.PI

B.PD

C.PID

答案：C。

8．

流量、压力调节系统的调节规律，通常选用（）。

A.PI

B.PD

C.PID

答案：A。

9．

液位调节系统的调节规律，通常选用（）。

A.PI

B.PD

C.PID

D.P

答案：D。

10．

要消除系统的稳态误差，调节系统的调节规律，通常选用（）。

A. PI

B.PD

C.P

答案：A。

11．

自动调节系统中实现无扰动切换应满足（）的条件。

A.调节器的输出电流等于遥控给定电流。

B.调节器的输出电流不等于遥控给定电流

C.调节器的输出电流等于调节器给定电流

答案：A。

12．

通常可以用时间常数T和放大系数K来表示一阶对象的特性。现有甲乙两个液体贮罐对象，其甲的截面积大于乙的截面积，假定流入和流出侧的阀门、管道尺寸及配管均相同，那么时间常数T（）。

甲大于乙

乙大于甲

甲乙相等

答案：A

13．

通常可以用时间常数T和放大系数K来表示一阶对象的特性。现有甲乙两个液体贮罐对象，其甲的截面积大于乙的截面积，假定流入和流出侧的阀门、管道尺寸及配管均相同,放大系数K（）。

A. 甲大于乙

B. 乙大于甲

C. 甲乙相等

答案：B。

14.

下面三组记录曲线分别是由于比例度太小，积分时间太短，微分时间太长引起，你能加以鉴别吗？

答案：

a.积分时间太短，

b.比例度太小,

c.微分时间太长。

15.

请判定图所示温度调节系统中，调节阀和调节器的作用型式。

当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时；

A.气关调节阀，正作用调节器；

B.气开调节阀，反作用调节器；

C.气开调节阀，正作用调节器；

D.气关调节阀，反作用调节器.

答案：A

16.

当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时；

A.气关调节阀，正作用调节器；

B.气开调节阀，反作用调节器；

C.气开调节阀，正作用调节器；

D.气关调节阀，反作用调节器.

答案：B

17.

当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为待加热的软化水时；

A.气关调节阀，正作用调节器；

B.气开调节阀，反作用调节器；

C.气开调节阀，正作用调节器

D.气关调节阀，反作用调节器.

答案：C

18.

当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为待加热的软化水时；

A.气关调节阀，正作用调节器；

B.气开调节阀，反作用调节器；

C.气开调节阀，正作用调节器；

D.气关调节阀，反作用调节器.

答案：D

5．

在下述情况下,应选用何种作用方式的调节阀(气开,气关)？

加热炉的燃料油(气)系统,应选用( )式；

加热炉的进料系统,应选用( )式;

油水分离器的排水线上,应选用( )式;

容器的压力调节,若用排出料来调节,应选用( )式,

若用排出料来调节,应选用( )式;

精馏塔的流出线,应选用( )式,精馏塔的回流线,应选用( )式。

答案：气开;气关;气开;气关,气开;气开,气关。

6．

什么是调节对象，给定值和偏差？

答案：自动调节系统的生产设备叫做调节对象或简称对象，而生产中要求保持的工艺指标，称为给定值。对于自动调节系统中，习惯采用给定值X减去测量值Z作为偏差e，即e=X-Z，给定值X大于测量值Z时为正偏差，而给定值X小于测量值Z时为负偏差。

7．

偏差信号的含义在单独讨论调节器时和讨论自动化系统时是否相同？

答案：不一样。

在单独讨论调节器时，偏差信号e是用测量值Z减去给定值X计算的，即e=Z-X;而在自动

化系统中却习惯采用给定值X减去测量值Z来作为偏差信号e的，即e=X-Z。虽然都叫偏差信号，但是，在这两种不同场合，计算方法正好相反，应当注意区别。

8．

有一流量调节系统，信号传输管线很长，因此，系统产生较大的传送滞后。有人设想给调节器后加微分器来改善系统特性，试问这种设想合理否？为什么？若不合理，应采取什么措施合理？

答案：这种设想不合理，因为信号传送滞后是纯滞后，而微分作用不能克服纯滞后。

合理的措施是采用1：1继动器加在信号传输线之间，以增大信号流速，从而减小传输滞后，改善系统特性。

9．

构成一个自动调节对象应具备哪三个条件？

答案：1. 调节对象中的被调节参数是可以连续测量的。

2. 在调节对象中存在着影响被调节参数使之偏离给定值的干扰因素。

3. 在调节对象中至少可以找到一个量是可以进行调节的（即所谓可控的），通过对这个量的调节，将补偿外界干扰对被调参数的影响，使被调节参数维持不变这个量即是所谓的调节参数。

10．

采用PID调节器，在什么情况下需要对纯滞后对象进行补偿？

答案：采用PID调节器的条件是对象纯滞后不能太大。如果对象纯滞后较大，仍采用PID 调节器，就必须考虑纯滞后补偿。纯滞后对象传递函数为

G(s)=KE -τs

根据对象时间常数T、对象增益K、对象纯迟后τ之间的函数关系来决定是否进行补偿。

1.对象纯迟后τ小于对象时间常数T的1/10时，则不用进行纯迟后补偿；

2.当τ大于T/2时，需要考虑补偿；

当τ大于1.5T时，则一定要补偿。

11．

自动调节系统的工作品质用什么指标来衡量？

答案：

1）.最大偏差：指被调参数在过渡过程中偏离给定值的最大幅度。

2）余差：指过渡过程结束后，被调参数的新稳定值与给定值之差。

3）衰减比：是衰减震荡过程前后两个波的峰值之比。

4）震荡周期：是衰减过程震荡一次所需的时间。

5）过渡时间：指从被调参数变化之时起，直到被调参数进入新的稳态值的±5%需要的时间。6）过渡时间：指从被调参数变化之时起，直到被调参数进入新的稳态值的±5%所需要的时间。

1.

定值调节系统的传递系统反映了以干扰量为输入，以被调节量为输出的动态关系，它A．与系统本身的结构参数、扰动量的形式及大小均有关。

B．仅与扰动量的形式和大小有关

C．仅与系统本身的结构参数有关

答案：C,因为凡是能用线性常系数微分方程式描述其输出与输入之间动态关系的系统、环节或元件，均可在零初始条件下，通过拉氏变换得到相应的传递函数。所以它们不过是同一系

统、环节或元件动态特性的不同的数学表达式而已。既然微分方程仅取决于系统、环节或元件本身的特性，那么传递函数也就仅与其本身的结构参数有关而与外输入无关了。

2．

已知下列调节对象：

A.截面积大的贮槽液位

B.截面积小的贮槽液位

C.蒸汽夹套加热器温度

D.蒸汽直接加热器温度

E.管道流量

试判断其中哪个对象滞后最大，哪个最小，请用①─⑤数字按滞后大小顺序标出来.

答案A B C D E

③④①②⑤

3．

试分析如图所示酒精蒸馏塔塔顶温度控制方案，以塔顶温度作为被控变量的合理性。

答：由相律定理

自由度数（F）=组分数（C）+相数（P）-2

∵酒精蒸馏塔内进行酒精与水的分离

组分数=2（即酒精和水两种组分）

且相数=2（呈气、液两相）

∴自由度数=2+2-2=2

由所求得F=2来看似乎应该控制两个参数才合理。但是由图可知，冷凝罐上部通大气，因此实际上已恒定了冷凝罐和蒸馏塔的压力，客观上塔压已被控制，因此用塔顶温度作为被控变量是合理的。

4．

调校调节器时，为什么比例度P，积分时间Ti打在接近最小位置（以不振荡为前提），所校调节器精度会提高？

答案：被校仪表找控制点时微分是关死的，所以实际上只有比例积分作用，故

Δy=1/p(Δx)+Kp/(pTi)∫(Δx)dt

式中：Δy—输出信号，Δx—输入信号，P—比例度，Ti—积分时间

可见，当Δy一定时，如P、Ti减小，则必然会引起Δx减小。

换句话说，当P、Ti减小时，仪表的控制点偏差就小，所校调节器的精度就高。

5．

有一台PI调节器，P=100%，Ti=1分，若将P改为200%时，问：

1、调节系统稳定程度提高还是降低？为什么？

2、动差增大还是减小？为什么？

3、静差能不能消除？为什么？

4、调节时间加长还是缩短？为什么？

答案：∵Δy=Kp(Δx)+Kp/Ti∫(Δx)dt

其中：Δy—输出变化量，Δx—输入变化量，Kp—比例常数，Kp=1/P

当P从100%变为200%、Ti不变时，外界来一干扰信号Δx，输出信号Δy变小，所以

1、稳定程度提高（因为P增大后，Δy变小，不易产生振荡）。

2、动差增大（由于Δy变小后，调节幅度小即调节作用弱，造成动差增大）。

3、静差会消除（因有积分作用存在）。

4、调节时间加长（因Kp是调节器的放大系数，当比例度P增大即Kp减小时，调节器灵敏

度降低，则克服动、静差的时间加长）。

6．

设工艺要求温度保持在150±3℃。当系统在某一幅值的阶跃扰动下，系统在调节的整个过程，记录仪表反映出温度（Z值）某一瞬间的最大超调量是3℃，没有超过工艺要求。问实际的温度（Y值）变化是否也符合工艺要求？实际最大超调量比3℃大还是小？为什么？

答案：

实际温度变化超调量大于3℃，超过工艺要求。由于温度测量的一次元件是惯性时间较大的滞后环节因而调节动态过程瞬时的测量值与真实值是不一样。最大偏差及超调量实际值要大于测量值。

7．

设工艺要求温度保持在150±3℃。当系统在某一幅值的阶跃扰动下，系统在调节的整个过程，记录仪表反映出温度（Z值）某一瞬间的最大超调量是3℃，没有超过工艺要求。问当过度过程结束后，静态测量值能否代表真实值?

答案：当过度过程结束后，静态测量值能代表真实值，因此记录仪表上的记录值是实际温度值.

8．

某装置加热炉出口温控采用由热电偶测温,由于长时期运行热偶保护管有结焦现象，致使热偶的测温时间常数达3分钟（若认为是单容对象），这样，在温度波动时，记录的不是真实温度，问二者之间有什么规律性关系？你采取什么措施补救，能够使记录的温度真实些，又能改善调节质量？

答案：当被测温度相对稳定不变时，所记录温度就是被测温度；当被测温度波动时，所记录温度就不是真实温度，其波动幅度小于真实温度波动幅度，在相位上落后。波动的频率愈高，记录温度波动的幅度就愈小，相位落后愈严重。补救措施是在温度变送器的输出线路上串入一个正微分器，使其实际微分时间等于热偶的时间常数3分钟，这样记录下来的温度就真实些，克服了滞后，也改善了调节品质。

9．

在什么场合下选用比例（P），比例积分（PI）,比例积分微分（PID）调节规律？

答案：比例调节规律适用于负载变化较小，纯滞后不太大而工艺

要求不高又允许有余差的调节系统。

比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小，系统负载变化较大（需要消除干扰引起的余差），纯滞后不大（时间常数不是太大）而被调参数不允许与给定值有偏差的调节系统。

比例积分调节规律适用于容量滞后较大，纯滞后不太大，不允许有余差的对象。

10．

某流量调节系统，调节阀是对数特性，在满负荷生产时，测量曲线平直，改为半负荷生产时，曲线漂浮，不容易回到给定值，是何原因？怎样才能使曲线在给定值上稳定下来？

答案：对一个好的调节系统来说，其总的灵敏度要求是一定的，而整个系统的灵敏度又是由调节对象、调节器、调节阀、测量元件等各个环节的灵敏度综合决定。满负荷生产时，调节阀开度大，而对数阀开度大时放大系数大，灵敏度高，改为半负荷生产时，调节阀开度小，放大系数小，灵敏度低。由于调节阀灵敏度降低，致使整个系统灵敏度降低，因而不易克服外界扰动，引起曲线漂浮。所以，改为半负荷生产时，测量曲线漂浮，不易回到给定值。为使曲线在给定值上重新稳定下来，可适当减小调节器比例带，也即增大调节器放大倍数，以保证调节阀小开度时，整个调节系统灵敏度不至于降低。

11．

一个流量调节回路采用PI调节器，当工艺因某种原因改为副线操作，且提量后，若二次表仍长时间在“自动”状态，问调节器的输出会产生什么现象？为什么？

答案：在这种状况下，调节器输出会跑向最大或最小的极限值。因为改副线操作后，调节器回路处于开环状态，提量后又存在偏差，而流量调节系统PI的积分时间往往设置较短，当偏差存在一段时间后，在积分作用下，输出必然跑到极限值。

12．

流量调节系统，采用孔板测流量，变送器讯号没用开方器直接送往调节器。如果生产负荷（流量）变化较大时，调节器的参数不作任何变动情况，应选用什么样的阀特性来补偿，使调节质量仍保持不变？

答案：∵孔板测量的讯号与流量之间关系为P=KQ2.Kp=dP/dQ=2KQ,系统对象的放大倍数Kp是随着负荷增加而增加。在管路阻力损失很小时，选用快开阀。在理想状态，快开阀的流量特性是Kv随Q的增加而减少，使Kp、Kv不变。如管路阻损严重，由于畸变使对数特性变为线性，可选用线性阀来近似。

13.

为什么压力、流量的调节一般不采用微分规律？温度、成分调节多采用

微分规律？

答案：对压力、流量等参数来说，对象调节通道时间常数T0较小，而负荷又变化较快，这时微分作用和积分作用都要引起震荡，对调节质量影响很大。而对于温度、成分更这些测量通道和调节通道时间常数大的系统来说，采用微分规律这种超前作用能够收到较好的效果。14．

炉出口温度调节，当适当引入微分作用后，有人说比例度可以比微分时小些，积分时间也可短些，对吗？为什么？

答案：这样说是对的。因为微分作用是超前的调节作用，其实质是阻止被调参数的变化，提高系统的稳定性，适当的减小比例度和积分时间有利于提高系统的质量。

15．

一般常规调节系统在负合变动或变动较大时，为什么调节质量会变坏？如何解决？

答案：般常规调节系统中的调节参数只能人工调节，在工艺正常运行是调整好的PID参数，只能保证在这种状态下的调节质量，而调节对象特性都为非线性的，在负荷工况变动较大时，对象特性将发生变化，因此原来的调节器参数就不再适应，这时要根据具体情况重新整定调节器参数才有可能使调节质量变好

16．

在串级调节系统中出现共振，应采取什么办法消除？

答案：由于共振现象是串级调节系统整定参数中可能出现的现象，当调节系统除向共振现象时，应适当增加积分时间，或增大主、付调节器的比例度，便可消除这种共振现象。

17．

为什么在串级调节系统中，当副回路是采用差压法测流量时，如果没采用开方器，测量时会出现什么现象？怎样克服？

答案：会出现震荡现象。克服的方法是副回路流量测量要采用开方器。

18．

什么叫积分饱和，积分饱和对调节系统有什么的影响。

答案：由于积分的作用，其调节器输出将不断的上升或下降，甚至超出统一信号的范围，这种现象称为积分饱和。

积分饱和会使调节器不能及时动作（因为在死区间）造成事故。

19．工业控制中为什么不用纯前馈，而选用前馈加反馈。

答案：因为实际对象中干扰往往不止一个，而且有的变量用现有的检测技术尚不能直接测量出来。因此纯前馈应用在工业控制中就会带来一定的局限性。未了克服这一问题，采用前馈加反馈调节系统，此时选择对象中的最主要的干扰或反馈调节不能克服的干扰作为前馈变量，再用反馈调节补偿其他干扰带来的的影响，这样的调节系统能确保被调参数的稳定和及时有效地克服主要干扰。