南京工业大学过程控制复习
过程控制工程复习资料及习题
总复习第一章的概念1、典型的反馈控制系统基本组成框图：2、自动控制系统基本控制方式：(1)、反馈控制方式；(2)、开环控制方式；(3)、复合控制方式。
3、基本要求的提法：可以归结为稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）。
第二章要求:1、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法；2、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质；3、明确传递函数与微分方程之间的关系；4、能熟练地进行结构图等效变换；5、明确结构图与信号流图之间的关系；6、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数；例1 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数:)()(,)()(1211s R s C s R s C ，)()(,)()(2122S R S C s R s C 。
串连补偿元件放大元件执行元件被控对象反馈补偿元件测量元件输出量主反馈局部反馈输入量－－43213211243211111)()(,1)()()(G G G G G G G s R s C G G G G s G s R s C --=-=例2 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数：)()(,)()(,)()(,)()(s N S E s R s E s N s C s R s C 。
例3：将上图汇总得到：1()i t 2()i t 1()u t ()c t ()r t 1R 2R 1C 2C +_+_+_Ka11C s21C s21R 1R()R s ()C s 1()U s 1()U s 1()U s 1()I s 1()I s 2()I s 2()I s 2()I s ()C s (b)(t)i R(t)u r(t)111=-⎰-=(t)]dti (t)[i C 1(t)u 2111(t)i R c(t)(t)u 221=-⎰=(t)dt i C 1c(t)22+_+_+-11C s21R 21C s11R ()R s ()C s (s)H(s)(s)G G 1(s)(s)G G R(s)C(s)2121+=(s)H(s)(s)G G 1(s)G -N(s)C(s)212+=例4、一个控制系统动态结构图如下，试求系统的传递函数。
过程控制复习
第一章概述1、过程控制系统的组成；四个基本组成部分：被控对象、检测与变送仪表、调节器（控制器）、执行机构。
2、过程控制系统基本结构图;3、控制系统系统的性能指标（工程意义是什么，给出阶跃响应，会计算相应的指标值）第二章被控过程的数学模型1、被控过程的特点；5点2、被控对象的数学模型表达形式3、了解机理法建模中三种水箱的模型的数学表示；4、了解两种测试法建模的方法（作图法、两点法）；要求：掌握机理法的建模步骤，会用机理法对简单对象进行建模。
要求：记住自衡单容对象、双容对象、无自衡单容对象的数学模型及其单位阶跃响应曲线。
时域法测定对象动态特性的数据处理：作图法、两点法（主要针对一阶对象的K、T、τ）第三章执行器1.气动调节阀的结构组成;2.调节阀的正装、反装，气开、气关是如何规定的？3.根据工艺条件，选择调节阀的气开、气关形式；4.调节阀的结构特性（四种）P58、流量特性（理想、工作—串联、并联）P615.习题。
P83---3-4、3-5、3-6。
第四章PID控制原理1. PID的特点2. 比例带的定义。
P86（会计算）3. PID调节规律、参数对调节过程的影响。
4. 数字PID的位置型、增量型算式5. 三种改进的数字PID算法的思路（出发点）、基本原理；6.习题：4-1 ~ 4-10。
7、参考题（7-1）有一台PI调节器，δ=100%，Ti=1分，若将P改为200%时：（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：∵ΔU=Kp*e+Kp/Ti∫edt其中：ΔU—输出变化量，e—输入变化量，Kp—比例常数，Kp=1/δ;当δ从100%变为200%、Ti不变时，偏差e不变，输出信号ΔU变小。
所以：（1）稳定程度提高（因为δ增大后，ΔU变小，不易振荡）。
（2）动差增大（由于ΔU变小后，调节幅度小即调节作用弱，造成动差增大）。
2012-2013 南京工业大学 机械学院 过程装备与控制工程 09级 成套技术试卷
南京工业大学过程装备成套技术试题（A）卷（开）2012--2013 学年第1 学期使用班级控制0901-0905
班级学号姓名
2.问答题（每题5分，共30分）
2.1 过程工业工艺装置投资费用用什么方法估算比较方便，又可以获得比较正确的结果？影响这个方法估算结果正确性的关键因素是什么？
2.2 绝热结构由哪几层构成？每一层各起什么作用？保冷和保温的绝热有何不同？
2.3 有一液体输送管线，一个阀门离泵站2100m，压力波在该流体中的传播速度为1400m/s，某日发生紧急情况，阀门突然关闭，关阀时间前后共2秒。
试问管道会什么危险现象？试提出2条在同类紧急情况下可降低损害的建议。
（本题无需做精确计算）
2.4 图中A，B两处的管子有什么特殊功能？
两者各有什么特点？
2.5 下面的符号表示什么？分别写出指定字母与数字的含义。
它在正规图形上应标注在什么位置？
2.6 根据右图回答下列问题
①图中和是位于上方的管道。
②图中箭头表示
③E点表示管道
④F点表示管道
3. 根据下面的管道平面布置简图中各管段标高和长度尺寸，绘制管道空视图（单独一页，格式要规范）（共20分）
各管段长度分别为：A=2.2m，B=4.5m，C=1.1m，
D=1.1m，E=3.0m，F=4.2m，
G=5.2m，H=1.8m 阀门0.9m，
管段B和H上各有一支座，形式和位置各人自行确定。
过程控制复习要点和习题答案(3,4)
第三章调节器1．掌握P、PI、PD，PID调节的特点，各调节规律定义公式，其阶跃响应。
积分时间的大小相应的积分作用怎样？微分时间的大小其作用怎样？比例度如何求取？2．无扰动切换是指什么？3．了解微分先行的PID算法主要用于解决什么问题？对什么有微分作用？4．了解比例先行的PID算法有什么特点？5．掌握PID微分方程及差分方程？6．掌握调节器的正反作用判断。
执行器7．掌握解执行器的作用、类型、由哪两部分组成？各部分的作用是什么？8．了解气动执行器和电动执行器各有什么特点？9．掌握什么是气开阀，什么是气关阀。
按什么原则、如何来选择气开或气关方式？10．掌握调节阀流量特性的定义；理想流量特性的定义、分类和特点；11．工作流量特性的定义，串联管道中调节阀流量特性的变化12．S值是指什么？S值的大小对流量特性的影响？13．掌握选择调节阀的流量特性的三原则？14．了解电－气转换器起什么作用？为什么要用阀门定位器？15．掌握构成一个安全火花型防爆系统的充要条件是什么？安全火花型防爆系统的组成结构。
16．了解防爆栅有哪几种类型？17．了解危险场所分为哪几类？危险程度最高的是哪一类？第一类危险场所又分为哪几级？第四章控制对象的特性测试1.掌握利用机理法建立单容/双容对象的数学模型。
2.掌握什么是具有自衡能力的对象？具有滞后的一阶二阶特性的表示式；什么是无自衡能力的对象？具有滞后的一阶二阶特性的表示式。
3.掌握什么是飞升曲线？单容对象或多容对象的飞升曲线可用哪些参数来表征？4.掌握如何测定飞升曲线和方波响应曲线？测得方波响应曲线后如何获得飞升曲线(获取飞升曲线的原理和方法)。
5.掌握由飞升曲线来确定一阶对象，了解确定二阶对象的传递函数的方法。
6.掌握测定对象动特性的方法分类第三次作业（P108）1（2）某比例积分调节器的输入，输出范围均为4~20mA DC，若设ó=100%，T1=2MIN，稳态时其输出为6mA，若在某一时刻输入阶跃增加1mA，试求经过4min后调节器的输出。
过程控制工程复习的主要内容
过程控制工程复习的主要内容
1、常规的基于机理的系统建模，由原理方程绘制过程的方框图，
根据方框图求控制通道、干扰通道、传递函数。
2、单回路控制系统：方框图的绘制，调节阀的形式选择（气开、
气关），控制器正反作用的选择，基于响应曲线法的控制器参数整定。
3、串级控制系统：方框图的绘制，调节阀的形式选择（气开、气
关），控制器正反作用的选择，根据给定的工艺条件设计串级控制系统。
4、前馈控制系统：方框图的绘制，前馈控制器的计算，根据给定
的工艺条件设计基于前馈的控制系统（前馈+反馈，前馈+串级）。
5、比值控制系统：方框图的绘制，比值器比值系数与流量比之间
关系的计算，根据给定的工艺条件设计比值控制系统，正常工作条件下变送器的输出信号的计算。
流量信号与变送器输出信号之间的关系试卷中不提供，比值器的输入输出关系试卷中也不提供。
6、选择控制：方框图的绘制，根据给定的工艺条件设计选择控制
系统，选择器的确定，控制器正反作用的确定。
7、分程控制：方框图的绘制，调节阀的形式选择（气开、气关），
根据给定的工艺条件设计分程控制系统，控制器正反作用的确定。
8、大纯滞后过程的控制的基本思想，Smith控制器的设计思路。
9、锅炉水位的双冲量控制，累加器中系数的确定方法。
10、作业，期中考试中涉及到的内容必须掌握。
11、反应釜温度控制实验的基本内容必须掌握。
12、监控软件的设计思想必须掌握，WinCC的基本特性需要掌握。
13、均匀控制，多回路控制系统的分析与设计，内模控制本次考试
不涉及。
函授《过程控制》习题集王丽华
南京工业大学继续教育学院《过程控制 》习题集2011学年第一学期 使用班级：H 化本081、HY 自升本101、HY 自升本091习题集1一、填空题1．在自动控制系统中，能够测量某物理量的大小并把它转化为一种特定信号的自动化装置是 （测量元件及变送器）。
2．过渡过程终了时，被调参数所达到的新的稳态值与给定值之差叫做（余差）。
3．在研究对象的动态特性时，将（被调参数）看作对象的输出量，而将（干扰作用和调节作用）看作对象的输入量。
4．自动调节系统方块图中,给定值R,测量值M 和偏差e 三者之间的关系是（E=R-M ）。
5．积分时间愈（短），积分作愈强。
6.可用一阶微分方程式描绘其动态特性的对象称为（一阶对象）。
二、单项选择题1．在如图所示的水槽液位控制系统中，（ C ）是被控变量。
A. 进水流量B. 出水流量C. 水槽液位D. 水槽2．下列（A ）不是描述对象特性的数。
A.过渡时间B.时间常数C.放大系数D.滞后时间3．下列关于积分饱和的说法，错误的是（ D ）。
A.调节器处于开环工作状态是出现积分饱和现象的必要条件 B.调节器具有积分作用才会出现积分饱和现象C.积分饱和状态时，调节器的输出将达到最大或最小的极限值D.只有在选择性调节系统中才会出现积分饱和现象4．串级调节系统中，副回路一般采用（ A ）调节规律。
A.比例B.比例积分C.比例微分D.比例积分微分5．如图所示为丙烯冷却器的控制方案示意图，图中所采用的控制系统为（ D ）控制系统。
A. 串级B. 均匀C. 分程D. 选择6．在合成纤维锦纶生产中，熟化罐的温度是一个重要的参数，其期望值是一已知的时间函数，则熟化罐的温度控制系统属于（ D ）。
A. 定值控制系统B. 随动控制系统C. 正反馈控制系统D. 程序控制系统三、判断改错题（判断下列各题，在题后的括号内，对的打“√”，错的打“×”。
）1．每个控制系统都有相应的方块图，同一形式的方块图只能代表一个控制系统。
过程控制0607级试卷
南京工业大学过程控制试题（A ）卷（闭）2006--2007学年第 1学期使用班级 化工0401-0408 班级学号姓名一、 填空题（每空2分，共20分）1．DDZ-Ⅱ型仪表由220V 交流电压单独供电，DDZ-Ⅲ型仪表由统一供电。
2．对PID 调节器而言，当积分时间I T →∞，微分时间0D T =时，调节器呈调节特性。
3．在相同的条件下，用同一仪表对某一工艺参数进行正反行程的测量，相同的被测量值得到的正反行程测量值的最大差值称为。
4．由于系统中物料或者能量的传递需要克服一定的阻力而产生的滞后被称为___________。
5．在被控对象的输入中，_______________应该比干扰变量对被控变量的影响更大。
6．按照给定值对控制系统进行分类，如果给定值按事先设定好的程序变化，则控制系统为_______________。
7．当系统的最大超调量与最大偏差相等时，系统的余差值等于___________。
8．确定调节阀气开气关型式主要应考虑________________。
9．常用的抗积分饱和措施有限幅法和____________。
10．与反馈控制能够克服所有干扰不同，前馈控制能够克服_________种干扰。
二、 单项选择题（在下列每小题四个备选答案中选出一个正确答案，并将其字母标号填入题干的括号内。
每小题2分，共30分） 11．下列（ ）不是测量仪表的技术性能指标。
A．仪表精度Ｂ．灵敏度Ｃ．响应时间Ｄ．测量方法12．对于始点为0℃的电子电位差计，当输入端短路时，仪表指针应指在（）。
A．始点B．室温C．终点D．原位置13．下列利用热电效应测温的温度计是（）温度计。
A. 双金属B. 压力式C. 热电偶D. 热电阻14．．DDZ–Ⅲ型仪表现场传输信号为4～20mADC，而控制室的联络信号为电压，那么电流与电压之间的转换电阻为（）。
A．200ΩB．250ΩC．500ΩD．750Ω15．一般认为，多次测量中任何一次测量的极限误差为（）。
过程控制考试提纲复习总结
第一章1.过程控制是指工业生产过程中连续的或按一定周期程序运行的生产过程自动化。
2.所谓过程，就是采用化学和物理方法将原料加工成产品的过程，她涉及到（过程操作）和（设备运行）两个方面。
根据过程特性，可以将其划分为（连续）、（间歇）两种形式。
3.过程变量可以划分为三类：（1）被控量：被控制的过程变量，被控制量的期望值称为设定值。
（2）操作量：用来保持被控量等于或接近设定值的过程变量。
（3）干扰量：能够影响被控量的过程变量。
4.过程控制的性能要求：稳定性、快速性、准确性是一个控制系统性能好坏的集中反映。
5.时域控制性能指标主要包括：衰减比、最大动态偏差与超调量、余差、振荡频率和调节时间、偏离度等。
（1）衰减比：相邻同方向两个波峰的幅值之比（控制系统的稳定性指标，用来衡量一个振荡过程的衰减程度）建议随动控制系统的衰减比为10:1，定制控制系统的衰减比为4:1.（n=y1/y2>1 系统稳定；<1，系统不稳定；=1，系统临界稳定（2）最大动态偏差与超调量：系统瞬时偏离给定值的最大程度（最大动态偏差）（3）余差：（静差）衡量控制系统稳态准确性。
余差：是指过渡过程结束后，被控量稳态值与设定值r之间的最终稳态偏差e（无穷）（4）振荡频率和调节时间（5）偏离度6.过程控制系统框图：7.按过程控制系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3)前馈—反馈复合控制系统按设定值信号的特点分类：（1）定制控制系统（2）随动控制系统（3）顺序控制系统第二章1.自衡特性过程：原平衡状态出现干扰时，无需外加任何控制作用，被控过程能够自发地趋于新的平衡状态的过程。
2.无自衡特性过程：原平衡状态出现干扰时，没有外加任何控制作用，被控过程就不能重新达到新的平衡状态的过程。
3.建立数学模型的目的：设计过程控制系统，整定控制器参数；指导生产工艺及其设备的设计；被控过程及新型控制策略的仿真分析和研究；工业过程的故障检测与诊断系统设计。
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自动化学院 李 果
考试题型:
1.填空题（2*10 ，共20分） 2.单项选择题（2*10 ，共20分） 3.判断改错题（2*10，共20分） 4.简答题（5*2，共10分） 5.分析计算题（10*3，共30分）
简单控制系统
给定值Ｒ 偏差Ｅ
调节器
Ｐ
执行器 Ｑ
－
干扰f 被控变量
对象
测量值Ｚ 测量元件及变送器
用传递函数表示为：
W （ S） E P （ （ SS） ） K（ P1T1ISTDS）
比例度对系统过渡过程的影响
积分时间对过Байду номын сангаас过程的影响
微分时间对过渡过程的影响
DDZ—Ⅱ型仪表由220V交流电压供电 DDZ—Ⅲ型仪表由24V直流电源供电
调节器参数整定
整定方法
理论计算方法 临界比例度法
工程整定方法 衰减曲线法
热电阻温度计测量范围在-200—500度。 适用于测量液体、气体、蒸汽及固体表面的 温度。
热电阻的三线制接法
电位差计测量桥路原理
平 衡 电 桥 测 温 原 理
压力的测量及变送 弹性元件
流量的检测及变送
测量流量的方法很多，一般可分 为三大类:
1. 速度式 2. 容积式 3. 质量式
常见的标准节流装置示意图
f(t)sint,F(s)s2 2
数学模型
机理建模 实验建模
阶跃扰动法 矩形脉冲法 周期扰动法
过程特性参数： 放大系数K 时间常数T 滞后时间
纯滞后τ0 容量滞后τc
(1)控制通道放大系数K0 (2)扰动通道放大系数Kf
No Image
过渡过程几种形式：
过渡过程的品质指标：
•最大偏差Ａ •超调量 •衰减比n •余差c •过渡时间ts •其它指标
过渡过程性能指标示意图
执行器
气开式是输入气压越高时开度越大， 而在气源断开时则全关，故称FC型；
气关式是输入气压越高时开度越小 ，而在气源断开时则全开，故称FO型。
气动控制阀气开, 气关组合方式图
不同流量特性的阀芯形状 1—快开；2—直线；3—抛物线；4—等百分比
检测元件及变送器
按测量误差本身的性质和出现的特点 ，可将测量误差分为:
•系统误差
•偶然（随机）误差
随机误差的正态分布曲线
仪表的性能指标
1. 精度 2.非线性误差 3.变差 4.灵敏度和灵敏限 5.分辨力 6.响应时间
温度测量的基本方法：
• 利用物质热胀冷缩的特性测温 • 利用工作物质的压力随温度变化的原理测温 • 利用热辐射原理测温 • 应用热电效应测温
热电偶温度计
热电偶温度计由三部分组成：
1.热电偶 2.测量仪表 3.导线
补偿导线的作用
冷端温度补偿
1.计算方法 2.冰浴法 3.机械调0法 4.补偿电桥法
思考题：
如图所示的两种测温方法，问A表和B 表的指示值哪一个高?为什么?
热电阻温度计
热电偶温度计适用于测量500度以上的 较高温度，对于在300度以下中、低温区， 使用热电偶测温就不恰当。
零点迁移分为:
〔1)正迁移
〔2)负迁移
（1）正迁移
(2)负迁移
考试安排： 时间 : 13周 星期1 5-6节 考场 : 厚学300
本周五前把实验报告收齐交至自动化学院514
答疑时间： 12周 星期1 下午1点 地点： 同和409
调节器
调节器的基本调节规律有位式控制、 比 例 控 制 (P) 、 积 分 控 制 (I) 、 微 分 控 制 (D)4种.
各种调节器的控制规律均是由这些基 本控制规律组合而成的，如比例积分PI、 比例积分微分PID等。
理想PID调节器的调节规律可用下式表示：
pKp(eT1I 0tedtTDdd)et
经验法
（1）临界比例度法
（2）衰减曲线法 4：1衰减曲线法
10：1衰减曲线法
方块图 传递函数
控制系统分析
常用函数的拉氏变换：
单位阶跃函数： 单位脉冲函数： 单位斜坡函数：
f(t)1(t),F(s)1 s
F(s)L[(t)]1
f(t)t,F(s) 1 s2
单位抛物线函数： 正弦函数：
f(t)12t2,F(s)s13
物位的检测及变送
物位是液位、料位、界位的总称。物 位仪表种类很多，常用的有以下几种: 直读式 静压式 浮力式 机械接触式 电气式 声学式 射线式 光学式
零点迁移
在实际应用中，由于安装及其他原 因，在液位为零时，变送器的输出如果 不 等 于 20kPa ， 为 了 提 高 测 量 精 度 ， 必 须正确选择变送器量程，进行零点迁移 。