过程控制作业答案2014[精品文档]
中级 统计过程控制作业答案
一、单选1、你的答案：标准答案：b2、你的答案：标准答案：a解析：偶然因素是过程固有的难以消除的；异常因素不是过程固有的，容易发现和消除3你的答案：标准答案：d4、你的答案：标准答案：b5、你的答案：标准答案：c6、你的答案：标准答案：c7、你的答案：标准答案：a8、你的答案：标准答案：b解析：由过程能力定义可知，是指过程加工质量的能力，是稳态下的最小波动，因而过程能力指数应在统计控制状态下收集数据。
9、你的答案：标准答案：a解析：在此状态下，过程是无偏移的正态分布，故在此时，不合格品率减小，过程能力指数增大。
10、你的答案：标准答案：c解析：由过程改进策略图可知，改进策略包括判断过程是否处于统计控制状态和评价过程能力两个环节。
是否处于统计控制状态就是判稳。
11、你的答案：标准答案：b解析：过程性能指数是长期的过程能力指数，可以反映出过程当前的实际状态，而不要求在稳态的条件下进行计算12、你的答案：标准答案：d解析：一定面积、一定长度的不合格数时用C图，而当样品规格有变化时，应换算成每单位不合格数控制图，即u图；当控制图的质量指标为不合格品率时，用p控制图，当控制对象为不合格品数时，用np图。
13、你的答案：标准答案：a解析：由于均值控制图中的上、下控制限中包含有极差参数，故必须先做极差控制图，在极差控制图判稳的情况下才能再作均值控制图。
14、你的答案：标准答案：b解析：无论每一种控制图的中心线，其值都为这一参数的均值，故均值图的中心线是其总体均值。
15、你的答案：标准答案：b解析：16、你的答案：标准答案：b解析：手表齿轮轴直径是计量值，其中只有均值－极差控制图是计量值控制图。
17、你的答案：标准答案：c解析：这是均值－极差控制图和均值－标准差控制图应用的区别，由于σ不知只能通过估计获得，故两种控制图分别对极差和标准差的值进行估计。
18、你的答案：标准答案：d解析：休哈特控制图就是要求在偶然因素作用下的稳态，出现异常因素时造成产品质量的波动，故其目的是区分偶然因素和异常因素19、你的答案：标准答案：c解析：我们说U控制图适用于样品规格有变化时的单位不合格数，由于话务员每天的话务量不同，故采用平均差错数时，应适用U控制图。
过程装备控制技术及应用习题及参考答案(修改)
对于扰动通道：
放大系数 K 大对控制不利，因为当扰动频繁出现且幅度较大时，被控变量
的波动就会很大，使得最大偏差增大；而放大系数 k 小，即使扰动较大，对被
过程控制作业答案（精品）
第一章 概述1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。
控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？a.衰减比和衰减率：稳定性指标；b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标；c.余差：稳态准确性指标；d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。
第二章 过程控制系统建模方法习题2.10某水槽如图所示。
其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。
要求：（1） 写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程；（2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。
（1）物料平衡方程为123d ()d HQ Q Q Ft-+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F t∆∆-∆-∆= 而22h Q R ∆∆=， 33hQ R ∆∆=， 代入增量关系式，则有23123()d d R R hh F Q t R R +∆∆+=∆ （2）两边拉氏变换有：23123()()()R R FsH s H s Q s R R ++=故传函为：232323123()()()11R R R R H s KG s R R Q s Ts F s R R +===+++ K=2323R R R R +, T=2323R R F R R +第三章 过程控制系统设计1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料达到所需温度后排出。
试问：（1） 影响物料出口温度的主要因素有哪些？（2） 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？（3） 如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器的正反作用？解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量（2）被控变量：物料出口温度。
过程控制技术课后作业答案详解
过程控制与自动化仪表课后作业详解第一章 P152-1. （1）简述图1-6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
LTLC1Q 2Q A图1-6 控制系统流程图答：1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液位控制器来控制调节阀，从而调节Q 1（流量）来实现液位控制的作用。
2）框图如图1-7所示：控控控LC控控控控控控控A控控控控LT_2()Q t ()1Q t ()r t ()e t ()u t h图1-7 控制系统框图3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e (t )、控制量u (t )；执行器输入输出分别为：控制量u (t )、操作变量Q 1 (t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量Q 1 (t ) 、扰动量Q 2 (t ) ，被控量h ；所用仪表为：控制器（例如PID 控制器）、调节阀、液位测量变送器。
2-3某化学反应过程规定操作温度为800℃，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； 2）说明该系统是否满足工艺要求。
答：1）稳态误差：e(∞)=810-800=10衰减比：n=B 1/B 2=(850-810)/(820-810)=4 最大超调量：σ=(850-810)/810=4.9%假设以系统输出稳定值的2%为标准，则810*2%=16.2，则 过渡过程时间：ts=17min2）由于规定操作温度为800︒C ，而系统稳态值为810︒C 所以不满足工艺要求。
第二章P711-3 某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ 所以仪表精度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：%22.0%10010010002±=⨯-±=δ仪表精度等级至少0.2以上。
过程装备控制技术及应用习题及参考答案(1)
1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。
主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。
2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。
自动控制系统常用的术语有：被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值；操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。
其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。
采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。
而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
4.在自动控制系统中，什么是干扰作用？什么是控制作用？两者有什么关系？答：干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是由控制器或执行器作用于被控对象，通过改变操纵变量克服干扰作用，使被控变量保持在给定值，两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用，不同之处在于干扰作用是使被控变量偏离给定值，而控制作用是使被控变量接近给定值。
过程控制系统作业答案(全)
串级控制系统
2、某一温度-压力串级控制系统采用两步法整 定控制器参数，测得4：1衰减过程的参数为： δ 8% 、 100 s 、δ 40% 、 T 10 s T 主控制器采用PI控制规律，副控制器采用P控 制，确定系统整定参数。
s1
s1
s2
s2
（1）4:1衰减法参数整定表
（2）临界比例度法参数整定表
74
R Z —
E
Wc(s)
M
s Wo(s)e
C +
Smith预估补偿器
Ws(s)
S +控制框图，其中Wo(s)为一 阶惯性。根据此图。 (1)推导Smith补偿器Ws(s)。 (2)设M点为阶跃信号，试定性画出C、S、Z点 波形。 (3)Smith补偿器的滞后补偿是针对系统输出C 还是对反馈Z？ 滞后补偿是针对反馈Z。
K R1 R 2 R1 R 2 R1 R 2 R1 R 2
R1 R 2 K R1 R 2 1 R1 R 2 Cs Qi ( s ) Ts 1 Cs 1 R1 R 2 R1 R 2 H (s) 1 1
T
C
串级控制系统
1、下图为造纸系统某一工艺段的温度串级控 制系统，以保持网前箱出口温度稳定。 （1）画出该控制系统的方框图。
串级控制系统
（2）如工艺要求在故障情况下切断蒸汽的供应，试 选择蒸汽阀的气开和气关方式。 答：气开阀。 （3）确定主副温度调节器的正反作用。 答：主控制器反作用；副控制器反作用。 （4）结合图，试说明为什么串级控制方案比网前箱 出口温度单回路控制方案控制效果好。 答：该方案在滞后时间较小的混合箱出口设置了副温 度传感器，组成混合箱出口副温度控制器，把主要干 扰纳入了副回路，副回路通道短，滞后时间小，控制 作用及时，能够有效提高控制质量。
南京工业大学过程控制题库及参考答案.
1、题库一填空1、一般过程控制系统是由[<被控对象>] 和[<自动装置>]两部分组成。
2、一般过程控制系统中自动装置是由[<测量变送器>]、控制器、[〈控制阀〉]三个环节组成。
3、过程控制系统按设定植的形式不同分为定植控制系统、[〈随动控制系统〉]和[〈程序控制系统〉]。
4、定植控制系统是指过程控制系统的[〈设定植〉]恒定不变，工艺生产中要求控制系统的[〈被控变量〉]保持在一个标准值上不变。
5、过程控制系统按控制系统的结构特点分为[〈反馈控制系统〉]，前馈控制系统和[〈前馈-反馈控制系统〉]。
6、过程控制系统按控制系统的任务分为比例控制、[〈均匀控制〉]、[前馈控制〉]。
7、过程控制系统按自动化装置的不同分类分为[〈常规控制系统〉]和[〈计算机控制系统〉]。
8、过程控制系统按是否形成闭合回路分为[〈开环控制系统〉]和[〈闭环控制系统〉]。
9、过程控制系统按控制系统的功能分为比值、[〈均匀〉]、分程和[〈选择性控制系统〉]。
10、表征生产设备是否正常运行而需要加以控制的物理量是[〈被控变量〉]；受控制装置操纵，并使被控变量保持在设定植的物理量是[〈操纵变量〉]。
11、把系统的输出信号对控制作用有直接影响的控制系统称为[〈闭环控制系统〉]；把把系统的输出信号对控制作用没有影响的控制系统称为[〈开环控制系统〉]。
12、过程控制系统按调节器的控制规律分为比例、[〈比例积分〉]、比例微分、[〈比例积分微分〉]控制系统。
13、过程控制系统性能的好坏，不仅取决于系统[〈稳态时的控制精度〉]，还取决于[〈瞬态时的工作状况〉]。
14、对过程控制系统的基本性能要求有三点，分别为[〈稳定性〉]，准确性和[〈快速性〉]。
15、过程控制系统是由6种基本典型环节组成，它们分别为一阶环节、[〈二阶环节〉]、比例环节、积分环节、微分环节和[〈纯滞后环节〉]。
16、被控对象的特性就是[〈被控对象〉]的输出变量与[〈输入变量〉]之间的关系。
（完整版）过程控制习题与答案
（完整版）过程控制习题与答案第1章绪论思考题与习题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：控制器，被控对象，执⾏机构，检测变送装置。
1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（⼲扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？解答：被控对象⾃动控制系统中，⼯艺参数需要控制的⽣产过程、设备或机器等。
被控变量被控对象内要求保持设定数值的⼯艺参数。
操纵变量受控制器操纵的，⽤以克服扰动的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。
扰动量除操纵变量外，作⽤于被控对象并引起被控变量变化的因素。
设定值被控变量的预定值。
偏差被控变量的设定值与实际值之差。
1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪⼏类？解答：按照设定值的不同形式⼜可分为: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.随动控制系统随动控制系统的设定值是不断变化的.随动控制系统的作⽤是使被控变量能够尽快地,准确⽆误地跟踪设定值的变化⽽变化3.程序控制系统程序控制系统的设定值也是变化的，但它是⼀个已知的时间函数，即设定值按⼀定的时间程序变化。
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？为什么说研究控制系统的动态⽐其静态更有意义？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。
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第一章 概述
1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。
控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件
1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统
1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？
a.衰减比和衰减率：稳定性指标；
b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标；
c.余差：稳态准确性指标；
d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。
第二章 过程控制系统建模方法
习题2.10
某水槽如图所示。
其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。
要求：
（1） 写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程；
（2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。
（1）物料平衡方程为123d ()d H
Q Q Q F
t
-+= 增量关系式为 123d d H
Q Q Q F
t
∆∆-∆-∆= 而22h Q R ∆∆=
， 33
h Q R ∆∆=， 代入增量关系式，则有23123
()d d R R h
h F Q t R R +∆∆+=∆ （2）两边拉氏变换有：
23
123
()()()R R FsH s H s Q s R R ++
=
故传函为：
232323123
()()()11R R R R H s K
G s R R Q s Ts F s R R +===
+++ K=2323
R R R R +, T=23
23R R F R R +
第三章 过程控制系统设计
1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料达到所需温度后排出。
试问：
（1） 影响物料出口温度的主要因素有哪些？
（2） 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？
（3） 如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器
的正反作用？
解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量
（2）被控变量：物料出口温度。
因为其直观易控制，是加热系统的控制目标。
操作变量：蒸汽流量。
因为其容易通过控制阀开闭进行调整，变化范围较大且对被
控变量有主要影响。
（3）由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态，所以控制阀选择气关式。
控制
器选择正作用。
2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统，要求锅炉不能烧干。
试画出该系统的框图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？
解：系统框图如下：
由于锅炉不能烧干故选择气关式，增益为负控制器选择正作用。
克服干扰过程：当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，锅筒液位下降，具有正作用后调节器输出信号减小，使气关型的阀门开度增大，从而使给水流量增大，进而使锅筒液位升高，克服蒸汽流量干扰的影响。
3.如下图所示为精馏塔温度控制系统，它通过调节进入再沸器的蒸汽量实现被控变量的稳定。
试画出该控制系统的框图，确定控制阀的气开、气关型式和控制器的正、反作用，并简述由于外界干扰使精馏塔温度升高时该系统的控制过程（此处假定精馏塔的温度不能太高）。
解：系统框图如下：
根据题意阀门选择气开型，增益为正控制器为反作用。
克服干扰过程：
当外界干扰使蒸馏塔温度升高时，具有反作用的调节器输出信号减小，使得气开型的阀门开度减小，蒸汽流量随之减小，使精馏塔温度降低，克服干扰的影响。
第四章 PID 调节原理
习题4.2 试总结调节器P, PI, PD 动作规律对系统控制质量的影响。
习题4.7 某电动比例调节器的测量范围为100~200o C ，其输出为0~10mA 。
当温度从140o C 变化到160o C 时，测得调节器的输出从3mA 变化到7mA 。
试求出该调节器比例带。
解：
m a x
m i n m a x
m i n /()(160140)/(200100)100%100%
50%
/()(73)/(100)e e e u u u δ---=
⨯=⨯=---
习题4.9某水槽液位控制系统如图所示。
已知，F=1000cm 2，R=0.03s/cm 2，调节阀为气
关式，其静态增益|K v |=28cm 3/s·mA ，K m =1mA/cm 。
（1） 画出系统的传递方框图；
（2） 调节器为比例调节器，其比例带δ=40%，试分别求出扰动ΔQd=56cm 3/s 以及定值扰
动Δr=0.5mA 时，被调量h 的残差；
（3） 若δ改为120%，其他条件不变，h 的残差又是多少？比较（2）（3）的计算结果，
总结δ值对系统残差的影响；
（4） 液位调节器改用PI 调节器后，h 的残差又是多少？
解：(1)
(2)系统动态方程
增量关系式为
又
所以有
液位对象
对上式进行拉氏变换，得到
从而得到单容液位过程的具体传递函数为
由系统方框图可得液位输出对于扰动输入和设定值输入的传递函数分别为：
扰动为时，余差（这部分用到终值定理）：
扰动为时，余差：
若，则有{过程的增益为正，气关式阀门增益为负，检测器增益为正，由负反馈系统全部各个环节（包括比较环节）增益乘积为负可判断控制器增益为负}。
{过程的增益为正，气关式阀门增益为负，检测器增益为正，由负反馈系统全部各个环节（包括比较环节）增益乘积为负可判断控制器增益为负。
}
将，，以及其它条件代入上式，可得。