过程控制系统期末考题及答案

过程控制系统试题及答案（全班仅一份）
1、什么是控制系统的过渡过程？研究过渡过程有什么意义？
（1）系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为系统的过渡过程。

（2）对设计、研究、整定和改进调节系统都具有重要的意义。

2、在控制系统中，被控变量的选择应遵循什么原则？
（1）尽可能选择对产品的质量和产量、安全生产等具有决定性作用，可直接测量的参数作为被控参数。

（2）当不能用直接参数作为被控变量时，应选择与直接参数有单值对应关系的间接变量作为被控参数。

（3）必须考虑到工艺过程的合理性以及国内外仪表的生产的现状。

3、在控制系统中，操纵变量的选择应遵循什么原则？
（1）控制变量应具有可控性、工艺操作的合理性、经济性。

（2）控制通道放大系数Ko要适当大，时间常数To要适当小，纯滞后时间越小越好。

（3）干扰通道放大系数Kf应尽可能小，时间常数Tf要大一些，干扰作用点位置要远离被控量，靠近控制阀为好。

4、过程控制系统有哪些特点？
（1）被控对象的多样性。

（2）对象存在滞后。

（3）对象特性的非线性。

（4）控制系统比较复杂。

5、什么是控制规律?常用的控制规律有哪些？它们各有什么特点？
（1）控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律。

（2）控制系统中常用的控制规律有比例(P)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)控制规律。

（3）比例控制规律：它的特点是控制及时，反应快速，控制结果有余差。

比例积分控制规律：它的特点是能够消除余差，但是控制作用比较缓慢、控制不及时。

比例积分微分控制规律：微分作用对于克服容量滞后有显著效果，在比例作用的基础上加上微分作用能提高系统的稳定性，加上积分作用能消除余差，因而可以使系统获得较高的控制质量。

6、自动控制系统主要有哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？
（1）由被控对象、检测变送单元、控制器和执行器组成。

（2）被控对象：是指控制的生产设备或装置。

检测变送装置：检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。

控制器：接受检测装置送来的信号与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。

执行器：能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。

7、简述控制阀气开、气关形式的选择原则，并举例说明
(1)首先要从生产安全出发。

例如，锅炉的汽包液位控制系统中的给水调节阀应选用气关式。

这样，一旦气源中断，也不致使锅炉内的水蒸干。

(2)从保证产品质量出发。

例如，精馏塔的回流调节阀应在出现故障时打开，使生产处于全回流状态，防止不合格产品的蒸出，从而保证塔顶产品的质量，因此，选择气关阀。

(3)从降低原料、成品和动力的损耗来考虑。

如控制精馏塔进料的调节阀就常采用气开式，一旦调节阀失去能源，就不再给塔进料，以免造成浪费。

(4)从介质的特点考虑。

精馏塔塔釜加热蒸汽调节阀一般选气开式，以保证在调节阀失气时能处于全关状态，从而避免蒸汽的浪费和影响塔的操作。

8、什么是试验法建模? 该方法有何特点?
（1）试验法建模是在实际的生产过程中，根据过程输入、输出的实验数据，即通过过程辨识与参数估计的方法建立被控过程的数学模型。

9、控制器的正反作用方式选择的依据是什么？
（1）为保证整个控制系统构成负反馈的闭环系统，系统的开环放大倍数必须为负，即（控制器±）×（执行器±）×（被控对象±）=“－”。

10、简述过程控制系统控制器的衰减曲线法的工程整定法。

（1）工程整定法是指已经投运的实际控制系统中，通过试验或探索来确定控制器的最佳参数。

11、何谓单回路系统？说明组成单回路系统各部分的作用。

（1）由一个被控对象，一个检测变送装置，一个控制器，一个执行器组成的单闭环负反馈控制系统称为单回路系统。

（2）被控对象：是指控制的生产设备或装置。

检测变送装置：检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。

控制器：接受检测装置送来的信号与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。

执行器：能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。

12、何为串级控制？画出一般串级控制系统的典型方框图，并指出它在结构上与简单控制系统有什么不同？
（1）串级控制系统由用两只调节器串联起来工作，其主调节器的输出作为副调节器的给定值的系统。

（3）串级控制系统增加了一个测量变送器与一个控制器。

（2）
13、工业上实际使用的控制规律主要有哪几种？试分别简述他们的适用场合。

（1）比例控制规律、比例积分控制规律、比例积分微分控制规律。

(2)比例控制规律:适用于控制通道滞后较小，时间常数不太大，扰动幅度较小，负荷变化不大，控制质量要求不高，允许有余差的场合。

比例积分控制规律:适用于控制通道滞后小，负荷变化不太大，工艺上不允许
有余差的场合。

比例积分微分控制规律:适用于容量滞后大、负荷变化大、控制质量要求较高的场合。

14、某生产过程中，冷物料通过加热炉对其进行加热。

热物料温度必须满足生产工艺要求，故设计下图所示温度控制系统流程图。

试画出其框图，并确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用。

（3）系统方框图：
答案：
（1）当系统出现故障时应停止输送
燃料，调节阀应选用气开式。

（2）根据安全要求，调节阀选气
开式为“+”，温度变送器一般
为正，当调节器增加时，温度值
增加，故被控对象为“+”，为
了保证闭环为负。

所以调节器应
为负作用。

温度控制器调节阀
温度变送器
设定值
15、对于下图所示的加热炉串级控制系统，试画出系统的结构框图，
并分析其工作过程。

（1）结构框图：
注： 为出口温度控制器， 炉膛温度控制器。

（考试时必须要填进去）
（2）工作过程：当扰动或负荷变化使炉膛温度T2升高时，由于副调节器是反作
用，它的输出减小，调节阀是气开式，阀的开度变小，造成料量减小，以使炉膛
温度下降。

同时当炉膛温度升高时，引起炉出口温度T1升高，因为主调节器是
反作用，使副控制器给定值降低，通过副回路调节，减小燃料量，降低炉膛温度，
保证炉出口温度恒定。

16、在某锅炉运行过程中，必须满足汽—水平衡关系，故汽包液
位是一个十分重要的指标。

当液位过低时，汽包中的水易被烧干
引起生产事故(甚至会产生爆炸危险)
，故设计下图液位控制系
加热炉 出口温度测量变送器
炉膛温度测量变送器 炉膛温度 出口温度
＋ ＋
（1）系统方框图：
液位控制器控制阀锅炉汽包
设定值
液位测量变送器
（2）根据生产安全原则，当系统出现故障时应该停止输送燃料，调节阀应选用气关式。

即无气时调节阀打开。

保证在控制出现故障时，汽包不会干烧。

（3）调节阀选择气关式故“－”；被控对象，通过给水增加时，液位也会增加。

所以被控变量为“＋”，根据判别式，调节器应为正作用。