过程装备控制技术及实际应用总复习

2013 过程装备控制技术复习测评1-4一、填空20分1 对控制系统的基本要求：稳定性、快速性、准确性2控制系统的组成:(1)被控对象(2)测量元件和变送器(3)调节器(4)执行器控制系统按输出信号对操纵变量的影响分：开环控制系统和闭环控制系统控制系统按克服干扰的方法分：反馈控制系统、前馈控制系统和前馈反馈控制系统3 过渡过程的基本形式：发散振荡过程、非振荡发散过程、等幅振荡过程和非振荡衰减过程4复杂控制系统分为：串级控制系统、前馈控制系统、分程控制系统、选择性控制系统、均匀控制系统和比值控制系统5 控制系统对象特性参数：放大系数K 时间常数T 滞后时间τ6连续生产过程所遵守的两个最基本的关系连续生产过程所遵守的两个最基本的关系：物料平衡和能量平衡。

7 PID 调节器的参数整定调节器的参数整定：整定内容；调节器的比例度δ，积分时间T1 和微分时间TD。

整定方法；①经验试凑法，②临界比例度法，③衰减曲线法。

8 最常见测量温度的传感器：热电偶和热电阻传感器9仪表的精度等级1.0级表明允许引用误差为1.0%10流量计的分类流量计的分类：A 压差式流量计，B 转子式流量计、C 电磁式流量计二、选择10分1. 程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等.2. 被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响（1）放大系数K 对控制通道，K值大，控制灵敏，但被控变量不易控制，系统不稳定；对干扰通道，K 值越小，相同干扰产生的作用越小，利于控制。

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3 热电偶温度仪表由热电偶、电测仪和连接导线组成。

热电偶是由两种不同的导体或半导体材料焊接而成。

焊接的一端称为热端，与导线连接的一端称为冷端。

4 调节阀的类型根据阀芯的动作形式可分为直行程式和转角式。

属于直行程式的阀有直通双座阀、直通单座阀、角型阀、三通阀、高压阀、超高压阀、隔膜阀等。

属于转角阀的有蝶阀、球阀和凸轮挠曲阀等。

5 按照所用能源调节器可分为直接作用式调节器和间接作用调节器。

6计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类:（1）数据采集和数据处理系统（2）直接数字控制系统（DDC）（3）监督控制系统SCC （4）分级计算机控制系统（5）集散型控制系统7常见的流量特性分类及其使用特性常见的流量特性分类及其使用特性：A.理想流量特性①直线流量特性，在流量小时，流量的变化值大，而流量大时，流量变化的相对值小。

因此具有直线流量特性的调节阀不宜用于负荷变化较大的场合。

②对数流量特性，适应能力强，在工业过程控制中应用广泛。

③快开流量特性，主要用于迅速启闭的切断阀或双位调节系统。

④抛物线流量特性，介于直线流量特性与等百分比流量特性之间。

B.工作流量特性①串联管道工作流量特性②并联管道工作流量特性.8计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成:计算机控制系统是由工业对象和工业控制计算机两大部分组成。

工业控制计算机主要由硬件和软件两部分组成,硬件部分主要包括计算机主机、外部设备、外围设备、工业自动化仪表和操作控制台等;软件是指计算机系统的程序系统。

9 控制系统中常用的调节规律有：P PI和PID调节。

10被控对象的滞后分为纯滞后和容量滞后。

三、简答20分1 在控制系统中，对象的放大系数，时间常数，滞后时间对控制有什么影响？答：对于不同的通道，对象的特性参数（K，T ，τ）对控制作用的影响是不同的。

对于控制通道：放大系数K大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对扰动的补偿能力强，余差也小；放大系数K小，控制作用的影响不显著，被控变量的变化缓慢。

但K太大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降。

在相同的控制作用下，时间常数T大，则被控变量的变化比较缓慢，此时对象比较平稳，容易进行控制，但过渡过程时间较大；若时间常数T小，则被控变量变化速度快，不易控制。

时间常数太大或太小，在控制上都将存在一定困难，因此，需根据实际情况适中考虑。

滞后时间τ的存在，使得控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下降。

因此，应尽量减小滞后时间τ。

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，对被控变量仍然不会产生多大影响。

时间常数T大，扰动作用比较平缓，被控变量变化较平稳，对象较易控制。

纯滞后的存在，相当于将扰动推迟τ0时间才进入系统，并不影响控制系统的品质；而容量滞后的存在，则将使阶跃扰动的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和些，因此，对系统是有利的2 .什么是双位控制，比例控制，积分控制，微分控制，它们各有什么特点？答：①位式控制器的输出只有几个特定的数值，或它的执行机构只有几个特定的位置。

最常见的是双位控制。

，它们输出只有两个数值（最大或最小），其执行机构只有两个特定的位置（开或关）。

位式控制器结构简单，成本较低，易于实现，应用较普遍。

但它的控制作用不是连续变化的，由它所构成的位式控制系统其被控变量的变化将是一个等幅振荡过程，不能使被控变量稳定在某一数值上。

②积分控制（P）是指调节器的输出信号变化量与输入信号变化量e(t)成比例关系：，--比例放大系数，比例控制的伏点是反应快，控制及时，其缺点是当系统的负荷改变时，控制结果有余差存在，即比例控制不能消除余差，因此只在对被控变量要求不高的场合，才单独使用比例控制。

③积分控制（I）：调节器输出信号的变化量与输入偏差的积分成正比，即：式中--积分速度，--积分时间。

积分规律的特点是控制缓慢，但能消除余差。

由于输出变化量总要滞后于偏差的变化，因此不能及时有效地克服扰动的影响，加剧了被控变量的波动，使系统难以稳定下来，故不单独使用积分控制规律。

④微分控制（D）--指调节器输出信号的变化量与输入偏差的变化速度成正比。

即。

--微分时间。

微分控制规律的特点是有一定的超前控制作用，能抑制系统振荡，增加稳定性；由于其输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的存在无关，因此，不能克服确定不变的偏差。

故也不单独使用。

3比例、积分、微分、控制分别用什么量表示其控制作用的强弱？并分别说明它们对控制质量的影响。

答：①比例——比例度是反映比例控制器的比例控制作用强弱的参数。

比例度越大，表示比例控制作用越弱。

减少比例度，系统的余差越小，最大偏差也越短，系统的稳定程度降低；其过渡过程逐渐以衰减振荡走向临界振荡直至发散振荡。

②积分控制——积分时间T I表示积分控制作用强弱的参数，积分时间越小，表示积分控制作用越强。

积分时间T I的减少，会使系统的稳定性下降，动态性能变差，但能加快消除余差的速度，提高系统的静态准确度，最大偏差减小。

③微分控制——微分时间T D是表示微分控制作用强弱的一个参数。

如微分时间T D越大，表示微分控制作用越强。

增加微分时间T D，能克服对象的滞后，改善系统的控制质量，提高系统的稳定性，但微分作用不能太大，否则有可能引起系统的高频振荡。

3 热点偶有那些特点？用普通导线和补偿导线作热电偶的延长线，效果有何不同？试证明补偿导线的补偿作用。

答：热电偶的特点有：测量精度教高，性能稳定；结构简单，易于制造，产品互换性好；将温度信号转换成电信号，便于信号远传和象现多点切换测；测量范围广，可达－200～2000℃，形式多样，适用于各种测量条件。

选用补偿导线要求其在一定温度范围内与所连接的热电偶具有相同的热电特性，型号相配，极性连接正确。

补偿导线的作用证明：如图所示：回路中电势为：E＝Eab（t，t1）＋Ecd（t1，t0）由补偿导线的性质得：Ecd（t1,t0）=Eab(t1,t0)∴E ＝Eab （t ，t1）＋Eab （t1，t0）＝Eab （t ，t0）补：用普通导线做热电偶得延长线要求引入两端得温度相同热电势不同，故一般接热电偶的冷端，因此冷端温度依然是现场温度。

而用补偿导线却可以将冷端温度现场温度分开，利于测量。

4 ．PID 调节器是由哪些基本部分组成的？试分析各部分所完成的功能。

答：PID 调节器的基本组成有输入电路，运算电路和输出电路组成。

输入电路是检测偏差信号，信号经滤波电路后输出导PID 运算电路。

（输入电路包括偏差检测电路，内给定稳压电源电路，内外给定切换开关，正反作用开关及滤波电路等）。

PID 运算电路：根据整定好的参数用以对偏差信号进行比例，微分和积分的运算，是调节器实现PID 控制规律的关键环节。

输出电路：将运算电路的输出信号做最后一次放大，或者作为运算电路之回路中放大器的组后一级，提供调节器的输出信号。

四、分析计算 20分1．有一电动比例调节器，器输入电流范围为4～20mA ，输出电压范围是1－5V 。

试计算当比例度规定在40％时，输入电流变化4mA 所引起的输出电压变化量为多少?解：∵maxmin max min0.4e x x p p p δ-==- 即 42040.451u-=∆- 2.5u V ∆=即：输出电压变化量为2.5V2 6.某被控对象有5个模拟量控制回路和3个模拟量检测监视回路，试为该对象设计一个监督计算机控制系统方框图。

解：方框图见：3．已知模拟调节器的传递各数G （S ）=（1+0.17S ）/0.085S ，现在要用数字PID 算法来实现，试分别写出相应的位置式和增量式PID 算法表达式，设采样周期为To=0.2S.解：由G （S ）=10.170.085s s +，可得：p K =1 I T =0.17 D T =0.085 ∴位置式 u(k)= p K {e(k)+0()[()(1)]k Di IT T e i e k e k T T =+--∑} 代入 T=0.2 ∴ u(k)= {e(k)+00.20.085()[()(1)]0.170.2k i e i e k e k =+--∑} 增量式：∆u(k)= p K [()(1)]e k e k --+()[()2(1)(2)]I D K e k K e k e k e k +--+-其中：10.20.17I p I T K K T ⨯== 10.0850.2D D p T K K T ⨯== ∴ ∆u(k)= [()(1)]e k e k --+10.210.085()[()2(1)(2)]0.170.2e k e k e k e k ⨯⨯+--+-五、综合 30分试分析四线制变送器与两线制变送器与电源的连接方式并画出示意图。

答：电动变送器输出信号与电源的连接方式有两种：四线制和两线制，四线制中，供电电源通过两根导线接入，另两根导线与负载电阻R2相连，输出0～10mA DC 信号。

这种连线方式中，同变送器连接的导线共有4根，成为四线制，如图（a ）所示。