控制技術課期末復習資料講

1、控制技術課期末復習資料過程裝備控制技術及應用教學大綱教學內容：第一章 控制系統(tǒng)的基本概念（3學時）概述 控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的方框圖 控制系統(tǒng)的分類 控制系統(tǒng)的過渡過程及其性能指標基本要求：掌握過程控制系統(tǒng)的組成、結構、分類及其過渡過程和性能指標。重 點：準確理解過程控制系統(tǒng)的組成、結構、分類及其過渡過程和性能指標。難 點：正確理解過程控制系統(tǒng)的各組成部分及其作用，控制系統(tǒng)的兩大類性能指標（過渡過程的質量指標和偏差積分性能指標）的定義和含義。第二章 過程裝備控制基礎（9學時）被控對象的特性單回路控制系統(tǒng)復雜控制系統(tǒng) 基本要求：掌握過程控制的基礎理論知識，內容包括被控對象特性、簡單控制系統(tǒng)和復

2、 雜控制系統(tǒng)。重 點：準確理解被控對象特性、單回路控制系統(tǒng)和復雜控制系統(tǒng)的控制基本原理和 結構形式。難 點：正確理解被控對象的數(shù)學描述、特性參數(shù)及其對控制系統(tǒng)的影響，調節(jié)器的 調節(jié)規(guī)律（位式、比例、積分、微分）的數(shù)學表達，比例度、積分時間、微分時 間對系統(tǒng)過渡過程的影響及其調節(jié)規(guī)律的選取，復雜控制系統(tǒng)（串級、前饋、比 值、選擇性、均勻控制系統(tǒng)）的基本原理、主要結構形式及其優(yōu)缺點。第三章過程檢測技術（14學時）測量基本知識誤差基本知識壓力測量溫度測量流量測量液位測量物質成分分析 傳感器概述計算機輔助測試系統(tǒng)基本要求：掌握過程測量的基本概念和誤差基本知識；壓力、溫度、流量、液位、物質成分等參數(shù) 的

3、測量原理、方法及應用；新型傳感器的介紹以及計算機輔助測試系統(tǒng)。重 點：準確理解誤差的基本知識；各類壓力、溫度、流量、液位、物質成分測量儀 表的基本原理及其應用范圍；傳感器的基本概念及組成。難 點：正確理解壓力、溫度、流量、液位、物質成分等參數(shù)的測量原理。第四章過程控制裝置（8學時）1 變送器2. 調節(jié)器3 執(zhí)行器基本要求：掌握過程控制裝置，包括變送器、調節(jié)器和執(zhí)行器的工作原理和特點。重 點：準確理解變送器、調節(jié)器和執(zhí)行器的工作原理和特點。難 點：正確理解變送器、調節(jié)器和執(zhí)行器的工作原理和特點。第五章 計算機控制系統(tǒng)（4.5學時）1 概述2 計算機控制系統(tǒng)的組成及分類3. A/D與D/A轉換器4

4、 直接數(shù)字控制系統(tǒng)5. 計算機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)6. 提高計算機控制系統(tǒng)可靠性的措施基本要求：掌握計算機控制系統(tǒng)，包括計算機控制系統(tǒng)的組成及分類，A/D、D/A轉換器，直接數(shù)字控制系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)以及提高計算機控制可靠 性的措施。重 點：準確理解計算機控制系統(tǒng)的組成及分類，A/D、D/A轉換器，直接數(shù)字控制系統(tǒng)。難 點：正確理解A/D、D/A轉換器的工作原理、主要參數(shù)及選擇原則；直接數(shù)字控 制系統(tǒng)的基本算法及改進算法。第六章 典型過程控制系統(tǒng)應用方案（1.5學時） 單回路控制系統(tǒng)的應用基本要求：單回路控制系統(tǒng)的應用。重 點：單回路控制系統(tǒng)的組成及系統(tǒng)設計。難 點：單回路控制系

5、統(tǒng)的設計（被控參數(shù)及控制系數(shù)選擇、過程檢測控制儀表的選用）。實驗教學：上水箱液位PID整定實驗（4學時）驗證性實驗基本要求：熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理；分析分別用P、PI調節(jié)時的過程圖形曲線；定性地研究P、PI調節(jié)器的參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。重 點：單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理；P、PI調節(jié)器的參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。難 點：P、PI調節(jié)器的參數(shù)整定。第一章控制系統(tǒng)的基本概念1什么叫生產過程自動化？生產過程自動化主要包含了哪些內容？答：利用自動化裝置來管理生產過程的方法稱為生產過程自動化。主要包含：自動檢測系統(tǒng)信號聯(lián)鎖系統(tǒng)自動操縱系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)。2. 自動控制系統(tǒng)主要由哪幾個環(huán)

6、節(jié)組成？自動控制系統(tǒng)常用的術語有哪些？答：一個自動控制系統(tǒng)主要有兩大部分組成： 一部分是起控制作用的全套自動控 制裝置，包括測量儀表，變送器，控制儀表以及執(zhí)行器等；另一部分是自動控制 裝置控制下的生產設備，即被控對象。自動控制系統(tǒng)常用的術語有：被控變量y被控對象內要求保持設定數(shù)值的工藝參數(shù)，即需要控制的工藝參數(shù)，如鍋爐汽包的水位，反應溫度；給定值（或設定值）ys對應于生產過程中被控變量的期望值；測量值ym 由檢測原件得到的被控變量的實際值；操縱變量（或控制變量）m受控于調節(jié)閥，用以克服干擾影響，具體實現(xiàn)控 制作用的變量稱為操縱變量，是調節(jié)閥的輸出信號；干擾f引起被控變量偏離給定值的，除操縱變量

7、以外的各種因素； 偏差信號（e） 被控變量的實際值與給定值之差，即 e=ym - ys 控制信號u控制器將偏差按一定規(guī)律計算得到的量。3. 什么是自動控制系統(tǒng)的方框圖？它與工藝流程圖有什么不同？答：自動控制系統(tǒng)的方框圖上是由傳遞方塊、信號線（帶有箭頭的線段）、綜合 點、分支點構成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。 其中每一個分塊代表系統(tǒng)中 的一個組成部分，方塊內填入表示其自身特性的數(shù)學表達式； 方塊間用帶有箭頭 的線段表示相互間的關系及信號的流向。 采用方塊圖可直觀地顯示出系統(tǒng)中各組 成部分以及它們之間的相互影響和信號的聯(lián)系，以便對系統(tǒng)特性進行分析和研 究。而工藝流程圖則是以形象的圖形、符號、代

8、號，表示出工藝過程選用的化工 設備、管路、附件和儀表自控等的排列及連接， 借以表達在一個化工生產中物料 和能量的變化過程，即原料 -成品全過程中物料和能量發(fā)生的變化及其流向。4. 在自動控制系統(tǒng)中，什么是干擾作用？什么是控制作用？兩者有什么關系？ 答：干擾作用是由干擾因素施加于被控對象并引起被控變量偏離給定值的作用； 控制作用是由控制器或執(zhí)行器作用于被控對象，通過改變操縱變量克服干擾作用，使被控變量保持在給定值，兩者的相同之處在于都是施加于被控對象的作用， 不同之處在于干擾作用是使被控變量偏離給定值，而控制作用是使被控變量接近 給定值。5. 什么是閉環(huán)控制？什么是開環(huán)控制？定值控制系統(tǒng)為什么必

9、須是一個閉環(huán)負 反饋系統(tǒng)？答：閉環(huán)控制是指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的自動控 制，即操縱變量通過被控對象去影響被控變量， 而被控變量又通過自動控制裝置 去影響操縱變量，從信號傳遞關系上看， 構成了一個閉合回路。開環(huán)控制是指控 制器與被控對象之間只有順向控制而沒有反向聯(lián)系的自動控制系統(tǒng)。即操縱變量通過被控對象去影響被控變量，但被控變量并不通過自動控制裝置去影響操縱變 量，從信號傳遞關系上看，未構成閉合回路。定值控制系統(tǒng)要求給定值恒定不變， 控制系統(tǒng)的輸出即被控變量應穩(wěn)定在與給定值相對應的工藝指標上，或在工藝指標的上下一定范圍內變化，因此需要閉環(huán)控制。另外負反饋其反饋信號的作用方

10、 向與設定信號相反，是系統(tǒng)穩(wěn)定工作的基本條件，因此定值控制系統(tǒng)必須是一個 閉環(huán)負反饋系統(tǒng)。6. 在圖1-11的換熱器出口溫度控制系統(tǒng)中，工藝要求熱物料出口溫度保持為某 一設定值。試畫出該控制系統(tǒng)的方框圖；方框圖中各環(huán)節(jié)的輸入信號和輸出 信號是什么？整個系統(tǒng)的輸入信號和輸出信號又是什么？系統(tǒng)在遇到干擾作用（如冷物料流量突然增大 ）時，該系統(tǒng)如何實現(xiàn)自動控制的？答：如圖所示為該控制系統(tǒng)的方框圖該控制系統(tǒng)及各環(huán)節(jié)的輸入、輸出信號如圖所示。整個系統(tǒng)的輸入信號為：給定 值ys,干擾作用f，輸出為熱物料出口溫度T，當冷物料流量增大，則出口溫度y減小，TT檢測后所得ym減小，偏差信號 e=ym-ys1,n十

11、 時的過度過程曲線？答：如圖所示：nx，單調過程10. 表示衰減振蕩過程的控制指標有哪些?答：表示衰減振蕩過程的控制指標有: 最大偏差A指過渡過程中被控變量偏離設定值的最大值，即被控變量第 一個波的峰值與給定值的差。 衰減比n過渡過程曲線上同方向的相鄰兩個波峰之比。 回復時間(過渡時間)ts指被控變量從過渡狀態(tài)回復到新的平衡狀態(tài)的時 間間隔，即整個過渡過程所經歷的時間。 差e(x)指過渡過程終了時被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與設定值之差。 振蕩周期T過渡過程的第一個波峰與相鄰的第二個同向波峰之間的時間 間隔，其倒數(shù)稱為振蕩頻率。第二章過程裝備控制基礎1什么是被控對象的特性？表征被控對象特性的參數(shù)有哪些？

12、它們的物理意義是什么？答：所謂被控對象的特性，是指當被控對象的輸入變量發(fā)生變化時， 其輸出變量 隨時間的變化規(guī)律（包括變化的大小，速度），描述被控對象特性的參數(shù)有放大 系數(shù)K，時間常數(shù)T和滯后時間t 。K被控對象重新達到平衡狀態(tài)時的輸出變化量與輸入變化量之比。由于放大 系數(shù)K反映的是對象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出和輸入之間的關系，所以放大系數(shù) 是描述對象靜態(tài)特性的參數(shù)。T時間常數(shù)是指當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變 化，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間?；虍攲ο笫艿诫A躍輸入作用后，被控變量達到 新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時間。時間常數(shù)T是反映被控變量變化快慢的參數(shù)，因 此是對象的動態(tài)參數(shù)

13、。T 滯后時間 是純滯后T 0時間和容量滯后T c的總和。輸入變量的變化落后于輸入變量變化的時間稱為純滯后時間， 純滯后的產生一般 是由于介質的輸送或熱的傳遞需要一段時間引起的。 容量滯后一般是因為物料或 能量的傳遞需要通過一定的阻力而引起的。滯后時間 T也是反映對象動態(tài)特性 的重要參數(shù)。2. 為什么說放大系數(shù)是對象的靜態(tài)特性，而時間常數(shù)和滯后時間是動態(tài)特性？ 答：放大系數(shù)K表達了被控對象在干擾作用下重新達到平衡狀態(tài)的性能，是不 隨時間變化的參數(shù)，所以K是被控對象的靜態(tài)特性參數(shù)。時間常數(shù)反映了被控 對象受到輸入作用后，輸入變量達到新穩(wěn)態(tài)值的快慢，它決定了整個動態(tài)過程的 長短，所以是動態(tài)特性參數(shù)

14、。滯后時間也是描述對象滯后現(xiàn)象的動態(tài)參數(shù)。3. 什么是被控對象的控制通道？什么是干擾通道？答：對一個被控對象來說，輸入量是擾動量和操縱變量，而輸出是被控變量。由 對象的輸入變量至輸出變量的信號聯(lián)系稱為通道。 操縱變量至被控變量的信號聯(lián) 系稱為控制通道；擾動量至被控變量的信號聯(lián)系稱為擾動通道。4. 在控制系統(tǒng)中，對象的放大系數(shù)，時間常數(shù)，滯后時間對控制有什么影響？ 答：對于不同的通道，對象的特性參數(shù)（K，T，t ）對控制作用的影響是不 同的。對于控制通道：放大系數(shù) K大，操縱變量的變化對被控變量的影響就大，即控制作用對擾動的補償能力強，余差也??；放大系數(shù)K小，控制作用的影響不顯著，被控變量的變化

15、緩慢。但 K太大，會使控制作用對被控變量的影響過 強，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。在相同的控制作用下，時間常數(shù) T大，則被控變量的變化比較緩慢，此時 對象比較平穩(wěn)，容易進行控制，但過渡過程時間較大；若時間常數(shù)T 小,則被控 變量變化速度快，不易控制。時間常數(shù)太大或太小，在控制上都將存在一定困難， 因此，需根據(jù)實際情況適中考慮。滯后時間T的存在，使得控制作用總是落后于被控變量的變化， 造成被控 變量的最大偏差增大，控制質量下降。因此，應盡量減小滯后時間T。對于擾動通道：放大系數(shù)K大對控制不利，因為當擾動頻繁出現(xiàn)且幅度較大時，被控變量 的波動就會很大，使得最大偏差增大；而放大系數(shù) k小，即使擾動較大，對被

16、控 變量仍然不會產生多大影響。時間常數(shù)T大，擾動作用比較平緩，被控變量變化較平穩(wěn)，對象較易控制。純滯后的存在，相當于將擾動推遲T0時間才進入系統(tǒng)，并不影響控制系統(tǒng) 的品質；而容量滯后的存在，則將使階躍擾動的影響趨于緩和，被控變量的變化 相應也緩和些，因此，對系統(tǒng)是有利的。5. 試從圖2-58某對象的反應曲線中，表示出該對象的放大系數(shù)，時間常數(shù)和滯 后時間。解：如圖所示:k=H( ) H(O)=H( )H(0)x( ) x(0)qvi55T如圖所示，以起始速率變化至新穩(wěn)態(tài)值所對應的時間,T= ti to , 0 0 , c如圖所示，不存在容量滯后，c 06. 什么是調節(jié)器的控制規(guī)律？調節(jié)器有哪幾

17、種基本控制規(guī)律？ 答：調節(jié)器的控制規(guī)律是指調節(jié)器的輸出信號隨輸入信號變化的規(guī)律或是指控制 器的輸出信號P與輸入偏差信號e之間的關系。常用的基本調節(jié)規(guī)律有：位式，比例，積分，微分等，以及它們的組合控制規(guī)律 如 PI, PD, PID。7什么是雙位控制，比例控制，積分控制，微分控制，它們各有什么特點？ 答：位式控制器的輸出只有幾個特定的數(shù)值，或它的執(zhí)行機構只有幾個特定的 位置。最常見的是雙位控制。，它們輸出只有兩個數(shù)值（最大或最?。?，其執(zhí)行 機構只有兩個特定的位置（開或關）。位式控制器結構簡單，成本較低，易于實現(xiàn)，應用較普遍。但它的控制作用不是 連續(xù)變化的，由它所構成的位式控制系統(tǒng)其被控變量的變化

18、將是一個等幅振蕩過 程，不能使被控變量穩(wěn)定在某一數(shù)值上。 積分控制（P）是指調節(jié)器的輸出信號變化量 與輸入信號變化量e（t）成比例關 系：，-比例放大系數(shù)，比例控制的伏點是反應快，控制及時，其缺點是當系統(tǒng)的負荷改變時，控制結果有余差存在，即比例控制不能消除余差，因此只在對被控變量要求不高的場合，才單獨使用比例控制。 積分控制（I）:調節(jié)器輸出信號的變化量與輸入偏差的積分成正比，即:式中-積分速度，-積分時間。積分規(guī)律的特點是控制緩慢，但能消除余差。由 于輸出變化量總要滯后于偏差的變化， 因此不能及時有效地克服擾動的影響， 加 劇了被控變量的波動，使系統(tǒng)難以穩(wěn)定下來，故不單獨使用積分控制規(guī)律。

19、微分控制（D）-指調節(jié)器輸出信號的變化量與輸入偏差的變化速度成正比。 即。-微分時間。微分控制規(guī)律的特點是有一定的超前控制作用，能抑制系統(tǒng)振蕩，增加穩(wěn)定性；由于其輸出只與偏差的變化速度有關，而與偏差的存在無關，因此，不能克服確定不變的偏差。故也不單獨使用。8 什么是余差？為什么單純的比例控制不能消除余差積分控制消除余差。 答：余差是指過渡過程終了時，被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與測定值之差。比例調節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差具有對應的比例差系，要使調節(jié)器有輸出，就必須要有偏差存在，因此，比例調節(jié)控制不能消除余差。積分控制其輸出 信號的大小不僅與輸入偏差信號的大小有關，還取決于偏差存在時間長短。只要 有偏差

20、，調節(jié)器的輸出就不斷變化，偏差存在的時間越長，輸出信號的變化量就 越大，只有存在偏差身先等于的情況下，積分調節(jié)器的輸出信號才能相對穩(wěn)定， 因此積分控制作用是力圖消涂余差。9.為什么積分控制規(guī)律一般不單獨使用？答：積分控制其輸出變化總是滯后于偏差， 不能及時有效地克服擾動的影響，加 劇了被控變量的波動，使系統(tǒng)難以穩(wěn)定下來， 因此工業(yè)過程控制中，通常不單獨 使用積分控制規(guī)律。10 比例、積分、微分、控制分別用什么量表示其控制作用的強弱？并分別說 明它們對控制質量的影響。答:比例一一比例度是反映比例控制器的比例控制作用強弱的參數(shù)。比例度越大，表示比例控制作用越弱。減少比例度，系統(tǒng)的余差越小，最大偏差

21、也越短， 系統(tǒng)的穩(wěn)定程度降低；其過渡過程逐漸以衰減振蕩走向臨界振蕩直至發(fā)散振蕩。 積分控制一一積分時間Ti表示積分控制作用強弱的參數(shù)，積分時間越小，表 示積分控制作用越強。積分時間 Ti的減少，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，動態(tài)性能 變差，但能加快消除余差的速度，提高系統(tǒng)的靜態(tài)準確度，最大偏差減小。 微分控制一一微分時間Td是表示微分控制作用強弱的一個參數(shù)。如微分時間 Td越大，表示微分控制作用越強。增加微分時間 Td，能克服對象的滯后，改善 系統(tǒng)的控制質量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性， 但微分作用不能太大，否則有可能引起系 統(tǒng)的高頻振蕩。11 試畫出在階躍作用下，比例、比例積分、比例積分微分調節(jié)器的輸出特征

22、曲線。AAAtTitt12 比例積分微分調節(jié)器有什么特點?答：比例積分微分調節(jié)器的特點是：在比例調節(jié)的基礎上進行微分調節(jié)可提高 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進行積分調節(jié)可消除余差，所以這種調節(jié)器既能快速進行調節(jié)， 又能消除余差，具有良好的調節(jié)性能。 調節(jié)作用可通過調節(jié)適當?shù)膮?shù)，比例度，積分時間Ti和微分時間Td面改變。13. 在比例積分微分調節(jié)器中可以調整的參數(shù)有哪幾個 ？試說明調下整其中一個 參數(shù)時，對調節(jié)器的控制作用有什么影響？答:在PID調節(jié)器中，比例度、積分時間、微分時間三個參數(shù)可以調整，從而可獲 得較高的控制質量。如比例度增大，則比例控制作用減少弱，當時，PID調節(jié)器成為積分微分調節(jié)器，當Ti積

23、分時間 時，PID調節(jié)器成為比例微分控制器， 當Td時，PID調節(jié)器成為PI即比例積分控制。14. 調節(jié)器參數(shù)整定的目的是什么？工程上常用的整定方法有哪些？答：當一個控制系統(tǒng)設計安裝完成后，系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)及其被控對象各通道的特征 不能改變了，而唯一能改變的就是調節(jié)器的參數(shù)，即調節(jié)器的比例度、積分時間Ti、微分時間Td。通過改變這三個參數(shù)的大小，就可以改變整個系統(tǒng)的性能， 獲得較好的過渡過程和控制質量。調節(jié)器參數(shù)整定的目的就是按照己定的控制系 統(tǒng)求取控制系質量最好的調節(jié)器參數(shù)，工程上常用的整定方法有： 經驗試湊法 根據(jù)被控變量的性質在己知合適的參數(shù)（經驗參數(shù)）范圍內 選擇一組適當?shù)闹底鰹檎{節(jié)器的參

24、數(shù)值，然后直接在運行的系統(tǒng)中，人為地 加上階躍干擾，通過觀察記錄儀表上的過渡曲線，并以比例度、積分時間、 微分時間對過渡曲線的影響為指導，按照某種順序反復試湊比例度、積分時 間、微分時間的大小，直到獲得滿意的過渡過程曲線為止。 臨界比例度法首先求取比例作用下的閉環(huán)系統(tǒng)為等幅振蕩過程時的比例度和振蕩周期Tk，然后根據(jù)經驗公式計算出相應的調節(jié)器參數(shù) 衰減曲線法一一以在純比例下獲得 4： 1衰減振蕩曲線為參數(shù)整定和依據(jù)， 方法同臨界比例度法，獲得4: 1衰減曲線的Ts、，然后求解相應的值。15. 調節(jié)器控制規(guī)律選擇的依據(jù)是什么？答：關于控制規(guī)律選取可歸納為以下幾點： 簡單控制系統(tǒng)適用于控制負荷變化較

25、小的被控變量，如果負荷變化較大，無 論選擇哪種調節(jié)規(guī)律，簡單控制系統(tǒng)都很難得到滿意的控制質量，此時，應 設計選取用復雜的控制系統(tǒng)。 在一般的控制系統(tǒng)中，比例控制是必不可少的，當廣義對控制通道時間常數(shù) 較少，負荷變化較小，而工藝要求不高時，可選擇單純的比例規(guī)律，如貯罐 液位，不太重要的壓力等參數(shù)控制。 當廣義對象控制通道時間常數(shù)較，負荷變化較小，而工藝要求無余差時，可選用比例積分調節(jié)規(guī)律，如管道壓力，流量等參數(shù)的控制。 當廣義對象控制通道時間常數(shù)較大或容量滯后較大時，應引入微分作用，如 工藝充許消除余差，可選用比例微分調節(jié)規(guī)律；如工藝要求無余差時，則選 用PID調節(jié)規(guī)律，如溫度，成分，PH等參數(shù)

26、控制。 如果被控對象傳遞參數(shù)可用近似，則可根據(jù)對象的可控比t/T選擇哪個調節(jié) 器的調節(jié)規(guī)律。當t/T時，選用P或PI；當 時，選PD或PID ;當 時，采 用簡單控制系統(tǒng)往往不能滿足控制要求，這時應選用復雜控制系統(tǒng)。16. 設計控制系統(tǒng)時，必須確定和考慮哪些方面的問題？答：設計一個控制系統(tǒng)，首先應對被控對象做全面的了解。 除被控對象的動靜態(tài) 特征外，對于工藝過程，設備等也需要比較深入的了解；在此基礎上，確定正確的控制方案， 包括合理地選擇被控變量與操縱變量， 選擇 合適的檢測變送元件及檢測位置， 選用恰當?shù)膱?zhí)行行器，調節(jié)器以及調節(jié)器控制 規(guī)律待，最后將調節(jié)器的參數(shù)整定到最佳值。17 什么是串級

27、控制系統(tǒng)？它有什么特點？什么情況下采用串級控制？答：串級控制系統(tǒng)是由其結構上的特征面得出的。它是由主、副兩個控制器串接工作的，主控制器的輸出作為副控制器的給定值，副控制器的輸出操縱控制閥， 以實現(xiàn)對主變量的定值控制。它的特點有：能迅速克服進入副回路的干擾。 能改善被控對象的特征，提高 了系統(tǒng)克服干擾的能力。主回路對副對象具有“魯棒性”，提高了系統(tǒng)的控制 精度。串級控制系統(tǒng)主要就用于：對象的滯后和時間常數(shù)很大，干擾作用強面頻 繁，負荷變化大，對控制質量要求較高的場合。18. 串級控制系統(tǒng)中心副回路和主回路各起什么作用？為什么？兩個答：在系統(tǒng)結構上，串級控制系統(tǒng)是由兩個串聯(lián)工作的控制器構成的雙閉環(huán)

28、控制 系統(tǒng)。一個閉環(huán)系統(tǒng)在里面，稱為副環(huán)或副回路，在控制系統(tǒng)中起“粗調”的作 用；一個閉環(huán)在外面，稱為主環(huán)或主回路，用來完成“細調”的任務，以保證被 控變量滿足工藝要求。由于串級控制系統(tǒng)由兩套檢測變送器、兩個調節(jié)閥、被控對象和一個調節(jié)閥組成，其中兩個調節(jié)閥器串聯(lián)起來工作，前一個調節(jié)器的 輸出作為后一個調節(jié)器的給定值， 后一個調節(jié)器的輸出才送給調節(jié)閥。 因此一個 是粗調，一個是細調。19. 圖2-59是聚合釜溫度與流量的串級控制系統(tǒng)。 說明該系統(tǒng)的主、副對象，主、副變量，主、副調節(jié)器各是什么? 試述該系統(tǒng)是如何客觀實現(xiàn)其控制作用？解：該系統(tǒng)的主對象：聚合釜副對象：冷卻水進口管路主變量：聚合釜溫度

29、副變量：冷卻水流量主調節(jié)器：溫度調節(jié)器副調節(jié)器：流量調節(jié)器如圖所示：冷卻水流量若減小，首先由流量檢測變送，經流量調節(jié)閥調整冷卻水閥門開度，開度增加；同時由于流量減少使聚合釜由溫度 T升高。從而使溫度穩(wěn)定在工橄要求范圍內20 什么是前饋控制系統(tǒng)？應用在什么場合？答：前饋控制又稱擾動補償，它是測量進入過程的干擾（包括外界干擾和設定值 變化），并按其信號產生合適的控制作用去改變操縱變量，使被控變量維持在設 定值上。前饋控制主要用于下列場合：干擾幅值大面頻繁，對被控變量影響劇烈， 單純反饋達不到要求時；主要干 擾是可測不可控的變量；對象的控制通道滯后大，反饋控制不即時，控制質量差時，可采用前饋一反饋控

30、制系統(tǒng)，以提高控制質量。21. 什么是比值控制系統(tǒng)？它有哪幾種類型？答：實現(xiàn)兩個或兩個以上的參數(shù)符號一定比例關系的控制系統(tǒng)， 稱為比值控制系 統(tǒng)，它主要有定比值控制系統(tǒng)和變比值控制系統(tǒng)。其中定比值系統(tǒng)有三類： 開環(huán) 比值控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。22. 選擇性控制系統(tǒng)的特點是什么？應用在什么場合？答：選擇性控制系統(tǒng)的特點是使用選擇器，可以在兩個或多個調節(jié)器的輸出端， 或在幾個變送器輸出端對信號進行選擇，以適應不同的工況，主要應用在對不穩(wěn)定工況的控制，可以保證生產工藝過程的安全操作，盡量減少開，停車中的不穩(wěn)定工況。23. 均勻控制的目的和特點是什么？答：均勻控制系統(tǒng)的目的

31、是為了解決前后工序的供求矛盾，使兩個變量之間能夠互相兼顧和協(xié)調操作。均勻控制系統(tǒng)的特點是其控制結果不像其他控制系統(tǒng)那 樣，不是為了使被控變量保持不變可，而是使兩個互相聯(lián)系的變量都在允許的范 圍內緩慢地變化。第三章過程檢測技術1. 寫出測量方程式，以及測量三要素，并舉例說明。答：測量方程式： 為被測量，x為測量值，u為測量單位。測量過程三要素為：測量單位，測量方法，測量儀器與設備。舉例：如液柱式溫度計測量溫度。2. 簡述直接測量法與間接測量法的定義，指出它們的異同及使用場合？答：直接測量法一指被測量與單位能直接比較得出比值， 或者儀表能直接顯示出 被測參數(shù)值的測量方法；間接測量法一通過測量與被測

32、量有一定函數(shù)關系的其他 物理量，然后根據(jù)函數(shù)關系計算出被測量的數(shù)值，稱為間接測量法。相同之處在于都是對工業(yè)生產中一些物理量的測量，都包含測量三要素。不同之處在于直接 測量測量過程簡單方便，應用廣泛；間接測量過程較復雜，只有在誤差較大或缺 乏直接測量儀表時才采用。3. 測量儀表的主要性能指標有哪些？傳感器的主要特性有哪些？答：測量儀表的主要性能指標有技術， 經濟及使用三方面的指標，其中技術方面 的有：誤差，精度等級，靈敏度，變差，量程，響應時間，漂移等；經濟方面的 有：使用壽命，功耗，價格等；使用方面的有：操作維修是否方便，運行是否可 靠安全，以及抗干擾與防護能的強弱，重量體積的大小，自動化程度

33、的高低等。 傳感器的主要特性有：準確性，穩(wěn)定性，靈敏性。4. 舉例說明系統(tǒng)誤差，隨機誤差和粗大誤差的含義及減小誤差的方法。答：系統(tǒng)誤差是由于測量工具本身的不準確或安裝調整得不正確，測試人員的分辨能力或固有的讀數(shù)習慣，測量方法的理論根據(jù)有缺陷或采用了近似公式等原因產生的測量值與真值的偏差。系統(tǒng)誤差的絕對值和符號或者保持不變，或者在條 件變化時按某一規(guī)律變化。如儀表零位未調整好會引起恒值系統(tǒng)誤差。隨即誤差是由于測量過程中大量彼此獨立的微小因素對被測值的綜合影響而產生的測量 值與真值的偏差，其絕對值和符號以不可預料的方式變化。如氣溫的變化。粗大誤差一是由于測量操作者的粗心，不正確地操作，實驗條件的突

34、變或實驗狀況未 達到預想的要求而匆忙實驗等原因造成的明顯地歪曲測量結果的誤差。減小誤差的方法：系統(tǒng)誤差：應盡量減少或消除系統(tǒng)誤差的來源。首先檢查儀表本身的 性能是否符號要求；其次仔細檢查儀器是否處于正常工作條件，如環(huán)境條件及安裝位置等是否符合技術要求，零位是否正確；此外還應檢查測量系統(tǒng)和測量方法 本身是否正確。隨即誤差：由于摩擦，間隙，噪聲等都會產生隨機誤差，因此 首先從結構，原理上盡量避免采用存在摩擦的可動部分；采用減小噪聲的裝置， 并采用抗干擾能力強的測量儀器。對于粗大誤差應端正科學研究態(tài)度，并認真 分析數(shù)據(jù)，剔除壞值。5. 試述絕對誤差，相對誤差及引用誤差的定義，舉例說明各自的用途。答：

35、絕對誤差一儀表指示值與被測變量的真值之間的代數(shù)差，即x x A，可表示儀表基本誤差限：a。相對誤差一測量的絕對誤差與被測變量的約定真值（實際值）之比，即用-100%6%，可表示儀表的基本誤差限與絕對誤差相比較，相對誤差x更能說明測量結果的精確程度，如溫度升測量顯示值為57C，時間溫度為60C， 則：=57-60=-3 100%5.0%， 60若實際為30C，測量顯示值為27C，則：=-3C， 100%10.0%，顯然此時的相對誤差比前者大。30引用誤差一絕對誤差與儀表的量程之比，用引用誤差表示的儀表基本誤差限為：q - 100% d%， s如溫度計的量程為100C，貝U其引用誤差q100%10

36、03%，根據(jù)允許引用誤差值的大小可劃分儀表的精度等級。6.檢定一只量程為5A的電流表，結果如下：輸入量/A12345示量/A1.101.983.014.085.02(1) 試求儀表各示值的絕對誤差，實際相對誤差，示值相對誤差和引用誤差(2) 確定儀表的精度等級。解： 1-1.102-1.983-3.014.-4.085-5.02絕對誤差：x x人；相對誤差：，A0示值相對誤差：xx，引用誤差：q Sx所以數(shù)值計算列表如下:Ao12345X1.101.983.014.085.02x x A00.1-0.020.010.080.02X 入0.1-0.010.00330.020.004X0.091-

37、0.01010.00330.01960.004X q S0.020.0040.0020.040.004儀表的精度等級Qqmax 2%，故該儀表的精度等級為27.對某物理量經過20次測量，得到如下數(shù)據(jù):324.08324.03324.02324.11324.14324.07324.11324.14324.19324.23324.18324.03324.01324.12324.08324.16324.12324.06324.21324.14分別用3準則和肖維耐準則判斷有無粗差，并求該測量的計算平均值X，標準差和極限誤差，寫出測量結果表達式1 n解：n=20，平均值X = xin i 11 2020

38、 i 1Xi324.11 ，剩余誤差：ViXi X ，即:-0.03-0.08-0.0900.03-0.0400.030.080.120.07-0.080.01-0.030.050.01-0.050.10.03標準差max 0.121Vi20.064，標限誤差n 1 i 1(1)3準則：3 =0.192, Vmax 0.12 3因此該組數(shù)中無壞值。(2) 肖維耐準則：依表3-1可知n=20時，k =2.240.14336，Vmax 0.12 k ，故該組數(shù)中無壞值。極限誤差max0.12，測量結果:x0 x 324.118.用一溫度計測量某介質溫度，40%的讀數(shù)誤差小于0.5，用線性插值法估計

39、該溫度升的標準差，并計算誤差小于 0.75的概率。解：( 1)(z)p| x|2 z蘭z=e2dzz2e 2 dz 1 ，z 0.520.6985z 0.530.7019由此推得0.7時，z 0.5205由已知條件知(z)0.4，查概率積分表得:匸e 2 dz0.7時 z=0.5205,0.96 1z 0.5 0.5205，得：(2) z 0.75，得：z 0.781查表得：z 0.78時，(z) = 2 0.7823 1 =0.5646即誤差小于0.75,概率為0.56469. 現(xiàn)有精度等級為1.5A級，2.0B級和2.5C級的三塊儀表，測量范圍分別為0: 100 C，50: 550 C和1

40、00: 500 C，現(xiàn)需測量500 C左右的溫度，要求測量的相對誤差不超過2.5%，選用哪塊表合適？解：根據(jù)測量范圍，選擇 B，C兩塊表，A表排除。B 表:q=2%=.02=irmax0.02 550( 50)12 Cmax125000.024 2.4% 2.5%故B表合適。C 表：q=2.5%=0.025=-maxmax0.025 500 ( 100)15 C155000.033%2.5%故C表不合適。綜上所述選用B表即2.0級，量程 的儀表。10. 檢定一臺測量范圍為 的位移測量儀表，結果如下:（1）試畫出上下行程的輸入輸出特性曲線；（2）求該儀表的線性度（以上行曲線為例）；（3）確定該表

41、的回差（遲滯誤差）解：已知數(shù)據(jù)：位移 /mm 0 0.51.0 1.52.02.53.0 3.5 4.04.55.05.5上行程示值/mm:0 0.340.691.061.411.772.042.452.813.67 4.07 4.37下行程示值/mm：0 0.400.771.141.52 1.902.272.653.023.72 4.06 4.376.03.203.3854.543.532.521.510.500123456（1）如圖所示，上下行程曲線（2） LhmaxYmax2.04 0.7199 360.01995 100%2%（3）hmaxYmax2.272.0463.8%11 概述膨

42、脹式溫度計的工作原理與主要特點：答：膨脹式溫度計是利用物體熱脹冷縮的性質來測溫的。主要特點：玻璃液體：結構簡單，使用方便，測量精度高，價格低廉；測量上限 和精度受玻璃質量的限制，易碎，不能遠傳。雙金屬；結構緊湊，牢固，可靠； 測量精度較低，量程和使用范圍有限。12熱點偶有那些特點？用普通導線和補償導線作熱電偶的延長線，效果有何不 同？試證明補償導線的補償作用。tn答：熱電偶的特點有：測量精度教高，性能穩(wěn)定；結構簡單, 易于制造，產品互換性好；將溫度信號轉換成電信號，便于 信號遠傳和象現(xiàn)多點切換測；測量范圍廣，可達200 2000C，形式多樣，適用于各種測量條件。選用補償導線要 求其在一定溫度范

43、圍內與所連接的熱電偶具有相同的熱電 特性，型號相配，極性連接正確。補償導線的作用證明： 如圖所示：回路中電勢為：E= Eab （t，t1 ）+ Ecd （t1，t0 ）由補償導線的性質得：Ecd （t1,t0 ） =Eab（t1,t0） E= Eab （t，t1 ）+ Eab （t1，t0 ）= Eab （t，t0 ）補：用普通導線做熱電偶得延長線要求引入兩端得溫度相同熱電勢不同，故一般接熱電偶的冷端，因此冷端溫度依然是現(xiàn)場溫度。 而用補償導線卻可以將冷端溫 度現(xiàn)場溫度分開，利于測量。13用兩只分度號為K的熱電偶測量A區(qū)與B區(qū)的溫差，連接方法如圖3 79所示。若 （1）tA 220C0 ， t

44、B 20C0（2） tA 200C0， tB 500C試分別求兩種情況下的示值誤差，并解釋為何與實際溫差不同 解：查熱電偶分度號表：K 型熱電偶:20 C 200 C 220 C 500E:0.798mv 8.137mv 8.937mv 20.640mv E=8.938-0.798=8.140mv反查K熱電偶分度號表:201 C -8.177mv內析求得： t=200.075 C(2) E=20.640-8.137=12.503 C反查 K分度號表:307-12.498 C ; 308-12.539 C內析求得: t=307.12 C分析原因：低溫度下熱電勢與溫度線性關系較好，高溫時誤差較大。

45、14. 用分度號為S的熱電偶與動圈儀表構成的測溫系統(tǒng)，冷端補償器的平衡點溫 度在 20C .圖 3-80 中,t=1300 C , t1=80 C ,t2=25 C ,t0=30 C；動圈儀表的機 械零位為0C,試求：(1)儀表的示值溫度是多少；(2)如何處理可使示值與實際溫 度相符；(3)把補償導線改為銅線時，示值變?yōu)槎嗌?？?如圖所示：z(1)查S型熱電偶的分度號表：t/ C 13003025E/mv13.1550.173 0.142由 E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)即 E(1300,30) = E(1300,0)-E(30,0)=13.155-0.173=12.982mv查

46、表,12.982mv時對應的溫度為t=1286 C ,即儀表顯示的溫度為1286 C 。(2) 由于補償電橋是在20 C時平衡的，因此須將儀表的機械零位預先調到20 處，即可使示值與實際溫度相符。t0 t1 80C。(3) 若將補償導線改為銅線，則，則 E(1300,80)=E(1300,0)-E(80,0)=13.155-0.502=12.653mv查表12.653mv時對應的溫度為t=1258.5 C ,即示值變?yōu)?258.5 Co15. 用分度號為Cu50的熱電阻測得某介質的溫度為 84C，但經檢定，該電阻R0=50.4Q ,電阻溫度系數(shù) a =4.28 X 10-3/ C .試求介質的

47、實際溫度。解：在-50 C150C的范圍內，銅電阻與溫度是線性關系：Rt Rto 1 t to查得他 t = 84C 時 R= 67.97 Q刖 67.9750.41 4.28 10 3 t 0即：t 81.5C016. 用U型管壓力計（封液為水銀）測溫度管道中水的壓力。壓力計在管道下面1.5M （至肘管端口）處，壓力計同大氣一側肘管內水銀面距口80mm兩管水銀面高度h=140mm求水的表壓力（Pa）解：如圖所示：1-1截面壓力相等，即：P/K水 g(hi h2 h3)= Pa水銀gh3表壓P表 Pk Pa7水艮 gh3水 g h1 h2 h33313.6 109.8 0.14 1 109.8

48、1.5 0.08 0.141803.2 Pa17四個應變片R1, R2（在上面），R3,R4 （在下 面）如圖3-81所示貼于梯形片簧，片簧以懸臂形 式固定。（1）畫出應變片接成直流氣橋形式的電路圖；（2）當片簧受力P的作用時，貼片處產生350卩的應變，供橋電壓10V,R R2 Rs R4 R，應變片靈敏系數(shù)為2,求電橋輸出參考：化工測量及儀表范玉文主編P31Q R-R2R3R4 RUoR2 Ri4R2(R2R4u R-R2R4R3-(1 2 4 3)4R18.液體式壓力計有哪些主要類型？試分析其誤差答：液柱式壓力計主要有：U型管壓力計，單管壓力計和微壓力計。以U型管壓力計：誤差產生主要有以下

49、幾方面： a讀數(shù)誤差，消除視察。b溫度 變化產生液體p變化，產生測量誤差，故須修正。c安裝誤差：當U型管安裝 不直時會產生安裝誤差。d毛細現(xiàn)象，修正19 試述彈簧管壓力計彈簧管結構特點與測壓原理。答：彈簧管壓力計由彈簧管壓力感應元件和放大指示機構兩部分組成，前者是彎成圓弧狀的空心管子，一端固定(作為壓力輸入端)；另一端自由，作為位移輸 出端，接放大指示機構。其它是由拉桿，齒輪及指針組成。測壓原理：在彈性范圍內，彈簧管自由端的位移與被測壓力之間近似線性關系， 即通過測量自由端的位移，可直接測得相應的被測壓力大小。20 已知被測壓力在范圍0.71MPa內波動，要求測量的絕對誤差不得超過0.02MP

50、a,試選定彈簧管壓力的量程和精度等級。 可供選用的壓力計量程系列為：0 0.6MPa; 02.5MPa.maxM min1s32 s30.71s 2.1MPas 1.5MPa故選用01.6MPa精度等級：max故選用精度等級為0.02100%1.2501.6MPa的儀表。21 轉子流量計顯示流量的形式有幾種，是如何分度的。答：轉子流量計顯示流量的形式有 3種，一種是玻璃轉子流量計，其錐型管是電 玻璃制成，并在管壁標有流量刻度，直接根據(jù)轉子的高度進行讀數(shù)；另一類為電 運轉轉子流量計，即將轉子的位移信號轉變?yōu)殡娦盘?；另一種為氣動運轉式轉子 流量，將轉子的位移信號變?yōu)閴毫π盘?，進行遠距離傳送。22

51、標準節(jié)流裝置有哪幾部分組成，對各部分有哪些要求？答：標準節(jié)流裝置有：節(jié)流元件，取壓裝置和前、后管道三部分組成。標準節(jié)流 裝置的設計、加工、安裝和使用都有規(guī)定的技術要求， 規(guī)定和數(shù)據(jù)，可參見GB/T 262423 試比較節(jié)流裝置與轉子流量計在工作原理與使用特點上的異同點。答：工作原理使用特點節(jié)流裝置利用節(jié)流元件前后的差壓與流速之間的關 系，獲得被測流量的大小使用已標準化、系列化， 使用范圍：管徑為501000mm測量范圍 1.5100000m3/h,但使用 產生的壓力損失大，精度 1 2%轉子 流量 計基于力平衡原理，利用錐形管內的轉子把流 體的流速轉換成轉子的位移，進而獲得被測 流量的大小。相

52、同點：都是測流速然后得流量。使用已系列化，測量時若 介質變化，應修正，可測 小流量，結構簡單，維修 方便，壓力損失小。缺點： 機械傳逆信號，儀表性能 和準確度難以提高，轉子 易卡死，測量管徑范圍 4150mm測量范圍： 0.0013000m3/h,精度土 12.5%24 從渦輪流量計得基本原理分析其結構特點，輸出信號方法和使用要求。答：渦輪流量計得基本原理：流體對置于管內渦輪得作用力，使渦輪轉動，其轉動速度在一定流速范圍內與管內流體得流速成正比。其結構主要由：渦輪、導流器、磁電轉換裝置，外殼以及信號放大電路等部分組成。輸出信號方法：將葉輪轉動時得轉速轉換成脈動電信號輸出， 經進一步放大整形 后獲得分撥信號，對其進行脈沖計數(shù)和單位換算可得到積累流量； 通過頻率一一 電流轉換單元可得到瞬時流量。使用要求：僅適用潔凈得被測介質，通常在渦 輪前要安裝過濾裝置；流量計前后需由一定的直管段長度， 流量計的轉換系數(shù)？ 一般在常溫下用水標定的，當介質的密度和粘度發(fā)生變化時需重新標定或進 行補償。25.已知：流體為過熱蒸汽