過程控制系統(tǒng)試卷及答案-

1、過程控制系統(tǒng) 試卷C卷 一、填空題（每空1.5分）（本題33分） 1、過程控制系統(tǒng)一般由 控制器 、 執(zhí)行器 、 被控過程 和測(cè)量變送等環(huán)組成。 2、過程控制系統(tǒng)由工程儀表和被控過程兩部分組成。 3、壓力檢測(cè)的類型有三種，分別為：彈性式壓力檢測(cè)、應(yīng)變式壓力檢測(cè)、壓阻式壓力檢測(cè)。 4、氣動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)主要有 薄膜式和活塞式兩大類。 5、根據(jù)使用的能源不同，調(diào)節(jié)閥可分為 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 、 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 和 液動(dòng)調(diào)節(jié) 閥 三大類。 6、過程數(shù)學(xué)模型的求取方法一般有 機(jī)理建模 、 試驗(yàn)建模 和混合建模。 7、積分作用的優(yōu)點(diǎn)是可消除 穩(wěn)態(tài)誤差(余差)，但引入積分作用會(huì)使系統(tǒng) 穩(wěn)定性 下降。 8、在工業(yè)生產(chǎn)中常見

2、的比值控制系統(tǒng)可分為 單閉環(huán)比值控制 、 雙閉環(huán)比值控制 和變比值控制 三種。 9、造成積分飽和現(xiàn)象的內(nèi)因是控制器包含積分控制作用，外因是控制器長期存在偏 差。 二、名詞解釋題（每小題5分）（本題15分） 1、過程控制：指根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)，采用測(cè)量儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī) 等自動(dòng)化工具，應(yīng)用控制理 論， 設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。 2、串級(jí)控制系統(tǒng)：值采用兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值，由副控制器的輸入去操縱調(diào)節(jié)閥，從而對(duì)住被控變量具有更好的控制效果。 3、現(xiàn)場(chǎng)總線：是指將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與工業(yè)控制單元、現(xiàn)場(chǎng)操作站等互聯(lián)而成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，具有全數(shù)字化

3、、分散、雙向傳輸和多分枝的特點(diǎn)，是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)發(fā)展的產(chǎn)物。 三、簡答題（每小題8分）（本題32分） 1、什么是PID，它有哪三個(gè)參數(shù)，各有什么作用?怎樣控制？ 答： PID是比例-積分-微分的簡稱。其三個(gè)參數(shù)及作用分別為： （1）比例參數(shù)KC，作用是加快調(diào)節(jié)，減小穩(wěn)態(tài)誤差。 （2）積分參數(shù)Ki，作用是減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度 （3）微分參數(shù)Kd，作用是能遇見偏差變化趨勢(shì)，產(chǎn)生超前控制作用，減少超調(diào)量，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 2、前饋與反饋的區(qū)別有哪些？ 答：（1）控制依據(jù)：反饋控制的本質(zhì)是“基于偏差來消除偏差”，前饋控制是“基于擾動(dòng)消除擾動(dòng)對(duì)被控量的影響”。 （2）控制作用發(fā)生時(shí)間方面：反饋控

4、制器的動(dòng)作總是落后于擾動(dòng)作用的發(fā)生，是一種“不及時(shí)”的控制；擾動(dòng)發(fā)生后，前饋控制器及時(shí)動(dòng)作。 （3）控制結(jié)構(gòu)方面:反饋為閉環(huán)控制，存在穩(wěn)定性問題，即使閉環(huán)環(huán)節(jié)中每個(gè)系統(tǒng)都是穩(wěn)定的，但閉環(huán)后穩(wěn)定與否，還需要進(jìn)一步分析；前饋屬于開環(huán)控制，各環(huán)節(jié)穩(wěn)定，系統(tǒng)必然穩(wěn)定。 （4）校正范圍方面：反饋對(duì)各種擾動(dòng)都有校核作用；前饋，只對(duì)被校核的前饋擾動(dòng)有校正作用，其他則沒有。 （5）控制規(guī)律方面：反饋通常是P PI PD PID等典型規(guī)律；前饋控制規(guī)律較為復(fù)雜，不好掌握。 3、控制器正反方向判斷 ？ 答：所謂作用方向，就是指輸入作用后，輸出的變化方向。當(dāng)輸入增加時(shí)，輸出也增加，則成該環(huán)節(jié)為“正環(huán)節(jié)”，反之，當(dāng)輸

5、入增加時(shí)，輸出減少，則稱“反作用”。具體步驟 （1），判斷被控對(duì)象的正/反作用那個(gè)方向，主要由工藝機(jī)理確定。 （2）確定執(zhí)行器的正/反作用方向由安全工藝條件決定。 （3）確定廣義對(duì)象的正/反作用方向 （4）確定執(zhí)行器的正/反作用方向 4、如圖所示的壓力容器，采用改變氣體排出量以維持 容器內(nèi)壓力恒定： (1)調(diào)節(jié)閥應(yīng)選擇氣開式還是氣關(guān)式？請(qǐng)說明原因。 (2)壓力控制器(PC)應(yīng)為正作用還是反作用？請(qǐng)說明原因。 答：(1)應(yīng)選擇氣關(guān)式。因?yàn)樵跉庠磯毫χ袛鄷r(shí)，調(diào)節(jié)閥可以自動(dòng)打開，以使容器內(nèi)壓力不至于過高而出事故。 (2) 調(diào)節(jié)閥應(yīng)選擇氣關(guān)式，則壓力控制器(PC)應(yīng)為反作用。 當(dāng)檢測(cè)到壓力增加時(shí)，控制

6、器應(yīng)減小輸出，則調(diào)節(jié)閥開大，使容器內(nèi)壓力穩(wěn)定。 或： 當(dāng)檢測(cè)到壓力減小時(shí)，控制器應(yīng)增大輸出，則調(diào)節(jié)閥開小，使容器內(nèi)壓力穩(wěn)定。 四、分析與計(jì)算題（第1小題8分，第2小題12分）（本題20分） 1、（本小題8分）如下圖所示的隔焰式隧道窯燒成帶溫度控制系統(tǒng)，燒成帶溫度是被控變量，燃料流量為操縱變量。試分析： (1)該系統(tǒng)是一個(gè)什么類型的控制系統(tǒng)？畫出其方框圖； (2)確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式，并說明原因。 答：(1)該系統(tǒng)是一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)，其方框圖為：(2)當(dāng)調(diào)節(jié)閥氣源出現(xiàn)故障失去氣源時(shí)，為保證系統(tǒng)安全，應(yīng)使閥門處于關(guān)閉位置，故調(diào)節(jié)閥采用氣開式。 2、（本小題12分）如下圖所示的液體儲(chǔ)罐，設(shè)進(jìn)水

7、口和出水口的體積流量分別是 q1 和 qo ， 輸出變量為液位h，儲(chǔ)罐的橫截面積為A 。試建立該液體儲(chǔ)罐的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 H(S)/Qt(S) 過程控制試題庫答案一，填空題1一般一個(gè)簡單控制系統(tǒng)由（檢測(cè)/變送）裝置、（被控對(duì)象）、（調(diào)節(jié)）器和（執(zhí)行）機(jī)構(gòu)組成。2過程控制系統(tǒng)常用的參數(shù)整定方法有：（經(jīng)驗(yàn)法）、（衰減曲線法）、（穩(wěn)定邊界法/臨界比例度法）和（響應(yīng)曲線法）。3在PID調(diào)節(jié)器中，調(diào)節(jié)器的Kc越大，表示調(diào)節(jié)作用（越強(qiáng)），Ti值越大，表示積分作用（減弱），Td值越大表示微分作用（增強(qiáng)）。4常見的過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分為下列幾種典型形式：（操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)）、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、（監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系

8、統(tǒng)）、（集散控制系統(tǒng)）和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。5在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，根據(jù)設(shè)定值的不同形式，又可分為定值控制系統(tǒng)，隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。1）定值控制系統(tǒng)特點(diǎn)：設(shè)定值是（固定不變）；作用：保證在（擾動(dòng)）作用下使被控變量始終保持在設(shè)定值上。2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：設(shè)定值是一個(gè)（變化量）；作用：保證在各種條件下系統(tǒng)的輸出（及時(shí)跟蹤設(shè)定值變化）。3）程序控制系統(tǒng)特點(diǎn)：設(shè)定值是一個(gè)（按一定時(shí)間程序變化的時(shí)間函數(shù)）；作用：保證在各種條件下系統(tǒng)的輸出（按規(guī)定的程序自動(dòng)變化）。6熱電偶溫度計(jì)的基本組成部分部分是（熱電偶）、（測(cè)量儀表）、（連接熱電偶）和（測(cè)量儀表的導(dǎo)線）。7串級(jí)控制系統(tǒng)能迅速克服進(jìn)入（副）回路的擾

9、動(dòng)，改善（主）控制器的廣義對(duì)象特性，容許（副）回路內(nèi)各環(huán)節(jié)的特性在一定的范圍內(nèi)變動(dòng)而不影響整個(gè)系統(tǒng)的控制品質(zhì)。8定值控制系統(tǒng)是按（偏差）進(jìn)行控制的，而前饋控制是按（擾動(dòng)）進(jìn)行控制的；前者是（閉）環(huán)控制，后者是（開）環(huán)控制。9.保證控制系統(tǒng)成為負(fù)反饋10.干擾量的變化11.正確，迅速，可靠12.改善動(dòng)態(tài)性能13.微分二，選擇題1.由于微分調(diào)節(jié)規(guī)律有超前作用，因此調(diào)節(jié)器加入微分作用主要是用來（C）:A.克服調(diào)節(jié)對(duì)象的慣性滯后（時(shí)間常數(shù)T），容量滯后c和純滯后0.B.克服調(diào)節(jié)對(duì)象的純滯后0.C.克服調(diào)節(jié)對(duì)象的慣性滯后（時(shí)間常數(shù)T），容量滯后c3.定值調(diào)節(jié)是一種能對(duì)（A）進(jìn)行補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)。A測(cè)量與給

10、定之間的偏差B被調(diào)量的變化C干擾量的變化D.設(shè)定值的變化4.定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)是（X）環(huán)調(diào)節(jié)，前饋系統(tǒng)是（X）環(huán)調(diào)節(jié)(B)。A開，閉B閉，開C開，開D閉，閉5.調(diào)節(jié)系統(tǒng)在純比作用下已整定好，加入積分作用后，為保證原穩(wěn)定度，此時(shí)應(yīng)將比例度（A）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小6.成分、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律，通常選用（C）。A.PIB.PDC.PID7.流量、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律，通常選用（A）。A.PIB.PDC.PID8.液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律，通常選用（D）。A.PIB.PDC.PIDD.P9.A10.調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正、反作用的確定是根據(jù)(B)：A實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回路的正反饋。B實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回

11、路的負(fù)反饋。C系統(tǒng)放大倍數(shù)恰到好處D生產(chǎn)的安全性。11.單純的前饋調(diào)節(jié)是一種能對(duì)（C）進(jìn)行補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)。A測(cè)量與給定之間的偏差B被調(diào)量的變化C干擾量的變化12.定值調(diào)節(jié)是一種能對(duì)（A）進(jìn)行補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)。A測(cè)量與給定之間的偏差B被調(diào)量的變化C干擾量的變化13.熱電偶溫度計(jì)（C）A)是利用兩個(gè)相互接觸金屬導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)特性進(jìn)行測(cè)溫的。B)是利用兩個(gè)相互接觸金屬導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)特性進(jìn)行測(cè)溫的。C)是利用兩個(gè)相互接觸金屬導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)和接觸電動(dòng)勢(shì)特性進(jìn)行測(cè)溫的。D)是利用兩個(gè)非接觸金屬導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)和接觸電動(dòng)勢(shì)特性進(jìn)行測(cè)溫的。14.下面的敘述中哪一個(gè)是最為合理的（D）A)控制系統(tǒng)的時(shí)間滯后現(xiàn)

12、象主要是由于被控對(duì)象的慣性特性引起的。B)控制系統(tǒng)的時(shí)間滯后現(xiàn)象主要是由于檢測(cè)裝置的安裝位置引起的。C)控制系統(tǒng)的時(shí)間滯后現(xiàn)象對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性無影響。D)以上三種敘述都不完整。15.D16.DCS的中文含意是：（B）A)比例、積分、微分控制。B)分布式控制系統(tǒng)。C)可編程序控制器。D)以上三個(gè)都不正確。三判斷1.2.與DCS相比，F(xiàn)ieldbus的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)之一是實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)徹底的分散3.熱電阻溫度計(jì)需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償才能正常工作。4.PID的含義是比例、積分和微分。5.前饋控制系統(tǒng)是一種定值控制，一般情況下前饋控制可以單獨(dú)使用。6.用Smith補(bǔ)償器來處理大時(shí)延控制對(duì)象時(shí)，不必要提供精確

13、的對(duì)象數(shù)學(xué)模型。7.被控對(duì)象特性是指被控對(duì)象輸入與輸出之間的關(guān)系。8.串級(jí)控制系統(tǒng)中的副控制器給定值是由主控制器的輸出決定的，所以副控制器相當(dāng)于一個(gè)閉環(huán)定值控制系統(tǒng)。9.衰減比n表示系統(tǒng)過渡過程曲線變化兩個(gè)周期后的衰減快慢。10.熱電阻溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)一樣，測(cè)溫時(shí)需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。11.一個(gè)單回路控制系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行器、檢測(cè)變送裝置和被控對(duì)象組成。12.在比值控制系統(tǒng)中，一般選擇易調(diào)節(jié)的量為主變量，易測(cè)量的量為副變量。18.DDC的中文含義是直接數(shù)字控制。 19.被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是描述被控對(duì)象輸入輸出關(guān)系動(dòng)態(tài)特征的。 20.串級(jí)控制系統(tǒng)適用于容量滯后較小的生產(chǎn)工藝過程。 21.前饋控制

14、系統(tǒng)一般可單獨(dú)使用，因?yàn)槠淇刂凭雀撸也皇芡饨绺蓴_影響。 22.前饋控制與定值控制的原理相同，都是以偏差進(jìn)行調(diào)解的。 23.被控對(duì)象的存滯后時(shí)間常數(shù)是由于其自身的慣性特性引起的。 24.在串級(jí)控制中，副控制器的輸入值為主控制器的輸出。 四簡答題 13.什么是定值控制系統(tǒng)？答案：定值控制系統(tǒng)是指設(shè)定值恒定不變的控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)的作用是克服擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，使被控變量最終回到設(shè)定值或其附近.以后無特殊說明控制系統(tǒng)均指定值控制系統(tǒng)而言。 14.什么是隨動(dòng)控制系統(tǒng)？ 答案：隨動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)定值是不斷變化的，隨動(dòng)控制系統(tǒng)的作用是使被控變量能夠盡快地,準(zhǔn)確無誤地跟蹤設(shè)定值的變化而變化。 15.

15、什么是程序控制系統(tǒng)？ 答案：程序控制系統(tǒng)的設(shè)定值也是變化的，但它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即設(shè)定值按一定的時(shí)間程序變化。 16.什么是調(diào)節(jié)(被控)對(duì)象，給定值和偏差？ 答案：自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備叫做調(diào)節(jié)對(duì)象或簡稱對(duì)象，而生產(chǎn)中要求保持的工藝指標(biāo)，稱為給定值。對(duì)于自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，習(xí)慣采用給定值R減去測(cè)量值Y作為偏差e，即e=R-Y，給定值R大于測(cè)量值Y時(shí)為正偏差，而給定值R小于測(cè)量值Y時(shí)為負(fù)偏差。 17.簡述建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型兩種主要方法:（每寫出1 種方法的得2分） 答案： 一是機(jī)理分析法：機(jī)理分析法是通過對(duì)對(duì)象內(nèi)部運(yùn)動(dòng)機(jī)理的分析，根據(jù)對(duì)象中物理或化學(xué)變化的規(guī)律(比如三大守恒定律等)，在忽略一些

16、次要因素或做出一些近似處理后推導(dǎo)出的對(duì)象特性方程。通過這種方法得到的數(shù)學(xué)模型稱之為機(jī)理模型，它們的表現(xiàn)形式往往是微分方程或代數(shù)方程。 二是實(shí)驗(yàn)測(cè)取法：實(shí)驗(yàn)測(cè)取法是在所要研究的對(duì)象上，人為施加一定的輸入作用，然后，用儀器測(cè)取并記錄表征對(duì)象特性的物理量隨時(shí)間變化的規(guī)律，即得到一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)曲線。然后對(duì)這些數(shù)據(jù)或曲線進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，求取對(duì)象的特性參數(shù)，進(jìn)而得到對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。 18. 寫出一個(gè)帶有純時(shí)間滯后的一階慣性線性定常被控對(duì)象的傳遞函數(shù)表達(dá)式,說明個(gè)參數(shù)含義 K放大系數(shù) 滯后時(shí)間 慣性時(shí)間常數(shù) 19.答：如果有一個(gè)輸入量作用于過程，通過過程后被放大K倍。 20.答：時(shí)間常數(shù)越大，系統(tǒng)

17、反應(yīng)越慢，T越小，系統(tǒng)反應(yīng)越快。 21.答：當(dāng)輸入量輸入受控過程時(shí)，受控變量并沒有馬上動(dòng)作，而是需要一定的時(shí)間才發(fā)生變化。 22.答：機(jī)理分析法是通過對(duì)過程內(nèi)部運(yùn)行機(jī)理的分析，根據(jù)其物理或化學(xué)變化規(guī)律，在忽略一些次要因素或做出一些近似處理后得到過程特性方程，其表現(xiàn)形式往往是微分方程或代數(shù)方程。這種方法完全依賴先驗(yàn)知識(shí)，所得到的模型稱為理模型。機(jī)理分析法一般限于簡單過程的數(shù)學(xué)模型建立。 23.簡述用機(jī)理分析方法建立被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的步驟 機(jī)理建模的一般步驟如下：1) 根據(jù)實(shí)際工作情況和生產(chǎn)過程要求，確定過程的輸入變量和輸出變量。2) 依據(jù)過程的內(nèi)在機(jī)理，利用適當(dāng)?shù)亩ɡ矶?，建立原始方程?3)

18、確定原始方程式中的中間變量，列寫出中間變量與其他因素之間的關(guān)系。 4) 消除中間變量，即得到輸入輸出變量的微分方程。 5) 若微分方程是非線性的，則需要進(jìn)行線性處理。 6) 標(biāo)準(zhǔn)化，將于輸入有關(guān)的各項(xiàng)放在等號(hào)右邊，與輸出有關(guān)的各項(xiàng)放在等號(hào)左邊，并按降冪排序。 24簡述建立被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 實(shí)驗(yàn)測(cè)取法是在所要研究的對(duì)象上，人為施加一定的輸入作用，然后，用儀 器測(cè)取并記錄表征對(duì)象特性的物理量隨時(shí)間變化的規(guī)律，即得到一系列實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)曲線。然后對(duì)這些數(shù)據(jù)或曲線進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，求取對(duì)象的 特性參數(shù)，進(jìn)而得到對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。 25建立被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的常用實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法有哪些？ 主要

19、有階躍信號(hào)法和矩形脈沖法 26.什么叫絕對(duì)壓力、表壓及真空度?它們的相互關(guān)系是怎樣的? 答案： 絕對(duì)壓力：絕對(duì)真空下的壓力稱為絕對(duì)零壓，以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)來表示的壓力叫絕對(duì)壓力。 表壓力：當(dāng)絕對(duì)壓力大于大氣壓力時(shí)，絕對(duì)壓力高于大氣壓力的數(shù)值稱為表壓力，簡稱表壓。 真空度：當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，絕對(duì)壓力低于大氣壓力的數(shù)值稱為真空度或負(fù)壓。27.簡述PID調(diào)節(jié)器cK、iT和dT的作用是什么？ 答案：在PID調(diào)節(jié)器中，cK越大，表示調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，iT值越大，表示積分作用減弱，dT值越大表示微分作用增強(qiáng)。 28.有一流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，信號(hào)傳輸管線很長，因此，系統(tǒng)產(chǎn)生較大的傳送滯后。有人設(shè)想給調(diào)節(jié)器后加微分器來改善系統(tǒng)特性，試問這種設(shè)想合理否？為什么？若不合理，應(yīng)采取什么措施合理？ 答案：這種設(shè)想不合理，因?yàn)樾盘?hào)傳送滯后是純滯后，而微分作用不能克服純滯后。 解決這一問題合理的措施是采用1：1繼動(dòng)器加在信號(hào)傳輸線之間，以增大信號(hào)流速，從而減小傳輸滯后，改善系統(tǒng)特性。 29.利用微分作用來克服控制系統(tǒng)的信號(hào)傳遞滯后的設(shè)想是否合理與正確？ 答案：這種設(shè)想不合理，因?yàn)樾盘?hào)傳送滯后是純滯后，而微分作用不能克服純滯后。合理的措施是采用1：1繼動(dòng)器加在信號(hào)傳輸線之間，以增大信號(hào)流速，從而減小傳輸滯后，改善系統(tǒng)特性。 30.通常在什么場(chǎng)合下選用比例（P），