第七章 过程控制系统习题及答案

第七章 过程控制控制系统习题及答案
一、填空
1. 单回路控制系统由传感器、调节器、执行器和被控对象组成。
2. 一个包含伺服放大器的电动调节阀，实际上是一个以调节器送来的信号为给
定值、阀门位置信号为被控参数的单回路控制系统，该系统所采用的调节规律是
位式调节规律。
3. 单回路控制器常见的五种控制规律是位式控制规律、比例控制规律、比例积
分控制规律、比例微分控制规律及比例积分微分控制规律。
4. 当对象调节通道和测量元件的时间常数T0较大，纯滞后τ很小，即τ/ T0很
小时，应用微分作用可以获得相当良好的效果。
5. 当对象调节通道时间常数T0较小，系统负荷变化较大时，为了消除干扰引起
的余差，除了比例作用外还应采用积分作用。
6. 串级控制系统有两个控制回路。
7. 串级控制系统的内回路是一个随动控制系统，其给定值为外回路中的主调节
器输出。
8. 串级控制系统主要用于控制通道时间常数太大的被控系统。
9. 串级控制系统副调节器一般选择比例调节规律，最好不采用积分调节作用，
他会牺牲副回路的快速性，彻底消除偏差也不是副回路的职责，微分调节作用也
是不能采用的，否则一旦主调节器的输出稍有变化就会引起执行机构的大幅度动
作，加大其磨损。
10. 串级控制系统的主调节器最好包含积分控制作用，以保证干扰被彻底克服。
11. 某个干扰能否用前馈控制系统来克服的前提条件是该干扰信号可测量。
12. 单纯的前馈控制系统能实现良好控制效果的前提是能获得相应干扰通道精
确的数学模型。
二、选择
1. 串级控制系统的副回路一般采用的调节规律是（A）。
（A）比例调节规律 （B）比例积分微分 （C）比例微分 （D）比例积分
2. 对串级控制系统副回路的要求是（B）。
（A）消除稳态误差（B）快速克服主要干扰（C）消除所有干扰（D）消除主干扰
3. 单回路控制系统由（A）组成。
（A）控制器、执行器、变送器和被控对象 （B）控制器、执行器和变送器
（C）输入、反馈、控制器和执行器 （D）PID调节器、变送器和电动调节阀
三、判断
1. 串级控制系统有内外两个控制回路，主副两个调节器、两个执行器和两个被
控对象。（×）
只有一个执行器，一个被控对象被分为了主对象和副对象。
2. 采用一步整定法对串级控制系统进行参数整定是考虑到对副变量控制的要求
不高，允许它在一定范围内变化这一前提，根据经验先将副调节器一次放好，不
再变动，然后按一般单回路控制系统的整定方法直接整定主调节器参数。（√）
3. 由于串级控制系统副回路具有快速性的特点，所以应将所有干扰包含在副回
路中，以使干扰被快速克服。（×）
如果要将副回路包含所有的干扰，则副回路必然变得冗长而失去其快速性的
优点，违背了串级控制系统设计的原则。
4. 串级控制系统中，副回路的控制目的就是稳定副变量。（×）
串级控制系统中副回路目的是快速克服进入副回路的干扰，稳定副变量不是
其目的。
5. 比值控制系统是比例控制系统的另一种说法。（×）
比值控制是指对两种以上物料进行流量控制，使之保持一定的比例关系，而
比例控制特指调节器为比例调节规律的闭环控制系统。
6. 不存在适于所有系统的通用前馈调节器。（√）
7. 本质上前馈控制属于开环控制系统。（√）
8. 一个前馈控制系统只能克服一个干扰。（√）
9. 前馈控制系统可以用PID调节器经过整定后得到良好的效果。（×）
前馈控制器的数学模型与被控系统的干扰通道的数学模型有关，很难用简
单的PID规律来实现，更谈不上有良好的控制效果。
10. 均匀控制系统的作用是实现两种物料的平均问题。（×）
均匀控制系统的作用是实现两种物料的平衡、匹配。
四、简答
1. 简述单回路控制系统的基本组成，并绘制其结构框图。
单回路控制系统是由一个变送器、一个调节器、一个控制器和一个控制对象构成的闭
环控制系统。其
结构框图如图所示。

2. 绘制单回路控制系统的结构框图并简述其工作原理。
单回路控制系统的结构框图如图所示，以定值控制系统说明其工作原理。首
先系统将给定值同由传感器、变送器检测的的被控参数值（称为反馈）进行比较，
获得偏差。该偏差被送到调节器并根据调节器的调节规律产生相应控制输出，再
送到执行器，执行器根据控制信号的大小产生相应的动作（如调节阀阀芯的运
动），时被控参数发生变化。被控参数发生变化后系统的偏差就会发生变化，控
制输出就会发生变化，从而引发新一轮的被控参数变化。一个稳定的控制系统采
用的均是负反馈，因此，最终偏差会越来越小，被控参数会越来越接近给定值而
实现定值控制。
3. 简述单回路控制器常见的四种调节规律及其特点。
单回路控制系统可采用五种调节规律，即位式、比例、比例积分、比例积分
微分调节规律。
位式调节规律的输出为开关量，通过执行器的工作与不工作实现对象参数的
控制，如由伺服放大器构成的阀门位置控制系统采用的就是位式调节规律，通过
电机的正传、反转和停转实现阀门位置的控制。
比例调节规律简单易于实现，但由比例调节规律构成的系统是一个有差系统，
系统存在稳态误差。
比例积分调节规律结合了比例的快速性和积分的准确性，系统快速、无稳态
误差，但作用导致系统的稳定性变差，超调增加振荡加剧。
比例积分微分调节规律不仅加强了调节系统克服干扰的能力，而且系统的稳
定性也显著提高。引人微分作用不仅可以把比例度相应减小，而且还可以把积分
时间缩短，能够使系统应用缩小的比例度不致产生振荡，采用较强的积分作用而
不会造成稳定性的降低。
4. 简述串级控制系统的组成，并绘制其结构框图。
串级控制系统由主、副反馈（变送器），主、副调节器，执行器和主、副对
象构成，构成两个小闭环。其结构框图为：

5. 简述串级控制系统的工作原理。
串级控制系统由主、副两个回路构成，系统的主调节器根据给定值和主参数
（被控参数）间的偏差和自身的调节规律产生输出信号，该信号不是直接送给执
行器，而是送个副回路作为副回路的给定值。副回路根据主调节器送来的控制输
出信号与副反馈的偏差和自身的调节规律产生输出信号，去控制执行器的动作，
快速克服进入副回路的主要干扰，使整个系统对主要干扰的消除速度得以加快。
6. 串级控制系统的副回路是什么控制系统。
串级控制系统的副回路是一个随动系统，它跟随主控制器的输出。
7. 串级控制系统主要用于解决什么问题？
主要用于解决控制通道时间常数大的问题。
8.

9.

10.
11.
12.

给定
副对象

主反馈
+
- 主参数 执行器 副反馈 主对象 主调节器 副调节器 + -

副扰动 主扰动