自动化仪表与过程控制-考试题资料讲解

1什么是过程控制系统? 其基本分类方法有哪几种

答：过程控制是指在工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和PH等这样一些过程变量的系统。

按过程控制系统的结构特点可进行如下分类：1）反馈控制系统：反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差的目的。 2）前馈控制系统：前馈控制系统直接根据扰动量的大小进行工作，扰动是控制的依据。由于它没有被控量的反馈，所以也称为开环控制系统。 3）前馈—反馈控制系统(复合控制系统)：开环前馈控制的最主要的优点是能针对主要扰动及时迅速地克服其对被控参数的影响；对于其余次要扰动，则利用反馈控制予以克服，使控制系统在稳态时能准确地使被控量控制在给定值上。按给定值信号的特点可进行如下分类： 1）定值控制系统：就是系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在小范围附近不变。2) 程序控制系统：它是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作的。控制的目的就是使系统被控量按工艺要求规定的程序自动变化。 3) 随动控制系统：它是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。其主要作用是克服一切扰动，使被控量快速跟随给定值而变化。

2—51DDZ-III型调节器的输入回路主要起什么作用？采用偏差差动电平移动电路有什么好处？如果不采用偏差差动电平移动电路行不行？为什么？

P74DDZ-III型的输入回路功能：输入电路的主要作用是获得与输入信号Ui和给定信号Us只差成比例的偏差信号。采用偏差差动电平移动电路的好处是不仅保证输入回路的运算放大器以零伏为基准的输入信号DC1~5V输入信号作用下，能使其工作在规定的共模输入电压范围内，同时能保证该调节器的比例微分电路、比例积分电路等运算电路满足输入电压范围要求。

3-3简单归纳过程控制系统设计的主要内容。答：过程控制系统设计包括系统的方案设计、工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容

3-4通常过程控制系统设计步骤应包括哪些？1）建立被控过程的数学模型2）选择控制方案3）控制设备选型4）实验（和仿真）

3-5、什么叫单回路系统？控制方案设计包括哪些内容？怎样理解方案设计是系统设计的核心？只有一个闭环回路的简单控制系统叫单回路控制系统；过程控制系统设计包括系统的方案设计，工程设计，工程安装和仪表调校，调节器参数整定四个主要内容；控制方案是系统设计得核心，若控制方案不正确，则无论如何选用何种先进的过程控制仪表或计算机系统，无论其安装如何细心，都不可能是系统在工业生产过程中发挥良好的控制作用，甚至系统不能运行

前馈控制：①前馈控制器是基于扰动来消除扰动对被控量的影响；②扰动发生后，前馈控制器及时动作，对抑制被控量由于扰动引起的动、静态偏差比较有效；③前馈控制属于开环控制；④只适合用来克服可测而不可控的扰动，而对系统的其他扰动无抑制作用；⑤前馈控制

器的控制规律，取决于被控对象的特性。

4-30、什么是分程控制？怎样实现分程控制？在分程控制中需注意哪些主要问题? 答：（1）在工业生产过程中，有时会遇到一个控制器去操纵几只阀门，若按输出信号的不同区间操作不同的阀门，这样的控制系统叫做分程控制系统。（2）借助每个执行器上的阀门定位器，通过调整各个阀门的全行程动作范围来实现分程控制。（3）需要注意的问题：①尽量选用对数调节阀；②采用分程信号重叠法；③调节阀的泄漏量的大小。

5-1、什么是集散控制系统，集散控制系统的特点有哪些？

集散控制系统是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统特点：1）控制设备的分散 2）监事和管理操作的集中 3）开放的系统结构

4-30、什么是分程控制？怎样实现分程控制？在分程控制中需注意哪些主要问题?

答：（1）在工业生产过程中，有时会遇到一个控制器去操纵几只阀门，若按输出信号的不同区间操作不同的阀门，这样的控制系统叫做分程控制系统。（2）借助每个执行器上的阀门定位器，通过调整各个阀门的全行程动作范围来实现分程控制。（3）需要注意的问题：①尽量选用对数调节阀；②采用分程信号重叠法；③调节阀的泄漏量的大小。

5-1、什么是集散控制系统，集散控制系统的特点有哪些？

集散控制系统是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制

的集中分散控制系统，简称DCS系统

特点1系统构成灵活 2操作管理便捷 3控制功能丰富

4信息资源共享 5安装调试方便 6安全可靠性高

3-6什么是直接参数与间接参数？他们有何关系?选择被控参数应遵循哪些基本原则？

直接参数，直接反应生产过程中产品质量和产量又以直接测量的参数

间接参数，间接反映产品质量和产量又与直接参数有着单值函数关系，有足够大的测量灵敏度的参数

间接参数必须与直接参数有单值函数关系

被控参数的选择原则：1）直接参数法2）间接参数法3）被控变量必须具备足够的灵敏度和变化数值4）被控变量的选择必须考虑到工艺过程的合理性，经济性，以及国内外仪表生产的现状。

4-2、与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？

答：①改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；②对二次干扰有很强的克服能力；③提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。

3-24、下图为液位控制系统原理图。生产工艺要求汽包水位一定必须稳定。画出控制系统框图，指出被控过程、被控参数和控制参数。确定调节阀的流量特性、气开、气关形式和调节器的控制规律及其正反作用方式

解：控制系统框图如下图所示。被控过程为汽包；被控参数是汽包的液位；控制参数为给水的流量。汽包的过程特性为一阶带时延特性，即过程为非线性特性。因此，调节阀流量特性选择对数特性调节阀。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。

调节阀：选择气关式调节阀，故KV为“－”；

被控对象：按工艺要求分析，通过给水增加时，被控制参数的液位也会增加。所以

K0为“＋”；

变送器一般视为正作用。

控制器的正、反作用判断关系为：(3)

（控制器“？”）·（控制阀“－”）·（对象“＋”）＝“－”根据判断关系

式，调节器应为正作用。

3-22、一个热交换器，用蒸汽将进入其中的冷水加热至一定温度，生产工艺要求热水温度应保持定值（ｔ±１摄氏度），试设计一个单回路控制系统。

答：

1、选择被控变量：热水的温度

2、选择控制参数：（冷水的流量、加热蒸汽的流量）

3、选择调节阀的气开、气关型式

4、选择控制器的控制规律和正反作用

5、选择测量变送器

6、画出系统流程图和结构图

3-23、在某生产过程中，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，故设计图所示

温度控制系统流程图，画出控制框图，指出被控过程、被控参数和控制参数。确定调节阀的流量特性、气开、

气关形式和调节器控制规律及其正、反作用方式。

被控过程为加热炉；被控参数是热物料的温度；控制参数为燃料的流量。

加热炉的过程特性一般为二阶带时延特性，即过程为非线性特性。因此，调节阀流量特性选择对数特性调节

阀。

根据生产安全原则，当系统出现故障时应该停止输送燃料，调节阀应选用气开式。即无气时调节阀关闭。

控制器的正反作用的选择应该在根据工艺要求，原则是：使整个回路构成负反馈系统。控制器的正、反作用判断

关系为：

（控制器“±”）〃（控制阀“±”）〃（对象“±”）＝“－”

调节阀：气开式为“＋”，气关式为“－”；

控制器：正作用为“＋”，反作用为“－”；

被控对象：按工艺要求分析，通过控制阀的物量或能量增加时，被控制量也随之增加为“＋”；反之随之降

低的为“－”；变送器一般视为正作用。

根据安全要求，调节阀选气开式Kv为正，温度变送器Km一般为正，当调节器增加时，温度值增加，故过程（对

象）为正，为了保证闭环为负。所以调节器应为负作用。

4-9、在某生产过程中,冷物料通过加热炉进行加热,根据工艺要求,需对热物料的炉出口温度进行严格控制,在运

行中发现燃料压力波动大,而且是一个主要扰动,故设计如图所示系统流程图,要求:

1.由系统控制流程图画出框图;

2.确定调节阀的气开、气关形式；

3.确定控制器的正、反作用方式。

答：（1）见下图

（2）由于发生重大事故时立即切断燃料油的供 应，从工艺的安全性考虑，调节阀选择气开式， 保证无气时调节阀关闭

（3）主调节器选择PI （或PID ）控制规律， 副调节器选择P 调节规律。

由于燃料增加加热炉温度必然增加，

所以过程为正。调节阀气开式为正，可知主副调节器都选择正作用方式。

4-16、冷凝器温度前馈-反馈控制系统方框图如下图所示。已知扰动通道特性61.05()411

s pd

e G

s s -=+，控制通道特性80.94()551s

pc e G s s -=+，温度调节器使用PI 规律。试求该前馈-反控制系统中前馈控制器的数学模型

()ff G s 。

解：由右图所示的前馈-反馈控制系统的传递函数为

)()(1

)()()()(1)(F(S)(S)

s

G S G S G S G s G S G S G Y pc c pc ff

pc c pd +++=

将不变性条件 0)(≠S F 时，要求Y （S ）=0。 s s s pc pd ff pc ff pd e S S e S S e S G S G S G S G S G S G Y 2861

411551.194.0155*14105.1)()()(.0)()()(0F(S)

(S)++-=++-=-=?=+?=--

4-17、

4-32、在某化学反应器内进行气相反应，调节阀A 、B 分别用来控制进料流量和反应生成物输出流量，为控制反

应器内压力，设计如图所示的分程控制系统，试画出框图，并确定调节阀的气开、气关形式和调节器的作用方式？

从安全角度，A 阀气开、B 阀气关 调节器反作用

4-28、在某生产过程中，需求参与反应的甲，乙两种物料保持一定比例。若已知正常操作时，甲流量3

17q m h =，乙流量2250q L h =，两个流量均采用孔板测量并配用开方器，甲流量的测量范围为0~103

m ,乙流量的测

量范围为0~300L h 。根据要求设计保持21q q

比值的控制系统，试采用DDZ-Ⅲ型仪表组成系统时的比值系数K 。

答：因为两个流量均采用孔板测量并配用开方器，所以流量与测量信号成线性关系。。。

2

.1/300/10*/7/250*33max 2max 112max 2max 1≈===h L h m h m h L Q Q Q Q Q Q k K

采用DDZ 型仪表组成系统时的比值系数K=1.2

2-6如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h 为被控参数，C 为容量系数，并设R1、R2、R3

均为线性液阻，要求： （1）列出过程的微分方程组；

（2）求过程的传递函数W0（S ）＝H （S ）/Q1（S ）；

（3）画出过程的方框图。

考试类型及分值分布（同期末）

单项选择题15个，合计30分(注：空格序号不是题序号)

简答题6个，合计30分

分析计算4个，合计40分

选择题分布于课本各章节小知识点（涉及调节阀，PID控制规律，选择控制，串级控制及分程控制等章概念，单回路设计中参数选择和控制器选择）

简答及分析计算主要参照习题

涉及过程控制系统概念，分类，DDZ-III型模拟调节器，单回路控制系统设计，前馈控制，分程控制，集散控制等简答题

过渡过程性能指标计算

单回路控制，前馈控制，比值控制设计（模型，框图，调节器的工作方式，调节阀，被控量，控制量，被控过程）

参考

1-3,2-53,3-6,3-24,4-2,4-18,4-30，4-31,5-1

4-28（课本208页公式错误，参考209页上方描述，课本211公式4-60错误，K也应是平方）（部分题目会有所变化，不完全一致，请认真审题）