過程控制期末試題及其答案

1、1 .過程控制期末試題及其答案2 .從理論上講，干擾通道存在純滯后不影響 系統(tǒng)的控制質(zhì)量。3 .離心泵的控制方案有 直流節(jié)流法、改變泵的轉(zhuǎn)速n改變旁路回流量。效率最差的是改變旁路回流量 。4 .隨著控制通道的增益Ko的增加，控制作用增強 ，克服干擾能力最大，最大偏差減小系統(tǒng)的余差減小5 .控制器的選擇包括結構材質(zhì)的選擇、口徑的選擇、流量特性的選擇和正反作用的選檢6 .防積分飽和的措施有對控制器的輸出限幅、限制控制器積分部分的輸出和積分切除法。7 .如果對象擾動通道增益Kf增加.擾動作用.增強.，系統(tǒng)的余差.增大.，最大偏差J曾大8 .簡單控制系統(tǒng)的組成，各部位的作用是什么？解答：簡單控制系統(tǒng)由

2、檢測變送裝置、控制器、執(zhí)行器及被控對象組成。檢測變送裝置的作用是檢測被控變量的數(shù)值并將其轉(zhuǎn)換為一種特定輸出信號?？刂破鞯淖饔檬墙邮軝z測裝置送來的信號，與給定值相比較得出偏差，并按某種運算規(guī) 律算出結果送往執(zhí)行器。執(zhí)行器能自動地根據(jù)控制器送來的控制信號來改變操縱變量的數(shù)值，以達到控制被控變量的目的。被控對象是指需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設備或裝置9 .氣動執(zhí)行器由 調(diào)節(jié) 機構和 執(zhí)行 機構兩部分組成，常用的輔助裝置有閥門 定位器和手輪機構。10 .調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正反作用的確定依據(jù)是 保證控制系統(tǒng)成為負反饋 。11 .被控變量是指工藝要求以一定的精度保持恒定 或隨某一參數(shù)的變化而變化的參數(shù)。12

3、.反應對象特性的參數(shù)有 放大倍數(shù)、時間常數(shù)、和 純滯后時間。13 .自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)常用參數(shù)整定方法有哪些？常用的參數(shù)整定方法有！經(jīng)驗法*衰減曲線法*臨界比例度法*反應曲線法）動態(tài)特性參數(shù)法,穩(wěn)定邊界法，衰減曲線法 ,經(jīng)驗法。14 .檢測變送環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)的影響主要集中在檢測元件的滯后和信號傳遞的滯后問題上15 .什么是對象數(shù)學模型，獲取模型的方法有哪些？答：對對象特性的數(shù)學描述就叫數(shù)學模型。機理建模和實驗建模系統(tǒng)辨識與參數(shù)估計。解析法）和（實驗辨識法）機理建模：由一般到特殊的推理演繹方法，對已知結構、參數(shù)的物理系統(tǒng)運用相應的物理定律或定理，根據(jù)對象或生產(chǎn)過程的內(nèi)部機理，經(jīng)過合理的分析簡化而建立起

4、描述系統(tǒng)各物理 量動靜態(tài)性能的數(shù)學模型。實驗建模步驟：1確定輸入變量與輸出變量信號；2測試；3對數(shù)據(jù)進行回歸分析。16 .簡述被控量與操縱量的選擇原則。.答：一、（1）被控量的選擇原則：必須盡可能選擇表征生產(chǎn)過程的質(zhì)量指標作為被控變量；當沒有合適的質(zhì)量指標時，應選擇與質(zhì)量指標由單質(zhì)對應關系的間接指標作為被控量 ；間接指標必須有足夠的靈敏度；1 /7被控變量的選擇還應考慮工藝過程的合理性及所用測量儀表的性能、價格等因素操縱變量選擇的原則操縱變量應是控制通道放大系數(shù) K0較大者；應使擾動通道的時間常數(shù)越大越好，而控制通道的時間常數(shù)適當小一些。控制通道純滯后時間則越小越好，并盡量使擾動遠離被控變量而

5、靠近調(diào)節(jié)閥；當廣義過程的控制通道由幾個一階滯后環(huán)節(jié)組成時，要避免各個時間常數(shù)相等或相接近的情況；工藝上的合理性和方便性。二、被控變量的正確選擇是關系到系統(tǒng)能否達到預期控制效果的重要因素，它選擇的一般原則是：(1)被控變量應能代表一定的工藝操作指標或是反映工藝操作狀態(tài)重要變量；(2)被控變量應是工藝生產(chǎn)過程中經(jīng)常變化，因而需要頻繁加以控制的變量；(3)被控變量應盡可能選擇工藝生產(chǎn)過程的直接控制指標，當無法獲得直接控制指標信號，或其測量或傳送滯后很大時，可選擇與直接控制指標有單值對應關系的間接控制指標；(4)被控變量應是能測量的，并具有較大靈敏度的變量；(5)被控變量應是獨立可控的；(6)應考慮工

6、藝的合理性與經(jīng)濟性，以及國內(nèi)外儀表生產(chǎn)的現(xiàn)狀。操縱變量的選擇應遵循原則(1)操縱變量應是工藝上允許加以控制的可控變量；(2)操縱變量應是對被控變量影響諸因素中比較靈敏的變量，即控制通道的放大系數(shù)要大一些，時間常數(shù)要小一些，純滯后時間要盡量小；(3)操縱變量的選擇還應考慮工藝的合理性和生產(chǎn)的經(jīng)濟性。被控變量選擇的一般原則是：1)直接參數(shù)法 在盡可能的情況下，選擇對產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行等 具有決定性作用，可直接測量的參數(shù)作為被控參數(shù)。2)間接參數(shù)法當不能用直接參數(shù)作為被控變量時，應選擇與直接參數(shù)有單值對應關系 的間接變量作為被控參數(shù)。3)被控變量必須具有足夠的靈敏度和變化數(shù)值。4)

7、被控變量的選擇必須考慮到工藝過程的合理性、經(jīng)濟性，以及國內(nèi)外儀表生產(chǎn)的現(xiàn)狀。操縱變量的選擇應遵循原則1)控制變量應具有可控性、工藝操作的合理性、經(jīng)濟性。2)控制通道放大系數(shù)Ko要適當大一些，時間常數(shù)To要適當小一些，純滯后時間越小 越好。3)干擾通道放大系數(shù)Kf應盡可能小，時間常數(shù)Tf要大一些，干擾作用點位置要遠離 被控量，即靠近執(zhí)行器為好。4)過程本身若存在多個時間常數(shù)，應盡量設法使他們越錯開越好。17 .模糊控制器的設計是否依賴被控對象的精確數(shù)學模型？模糊控制器的設計(不依賴)被控對象的精確數(shù)學模型。18 .某電動比例調(diào)節(jié)環(huán)器的測量范圍為 100200 C,其輸出為420mA.當測得電 流

8、為16mA,溫度問多少度？200 100 T20 416 4 T=175 C19 .設置均勻控制系統(tǒng)的目的和其特點是什么？目的是:對表征前后設備供求矛盾的兩個變量均勻協(xié)調(diào)，統(tǒng)籌兼顧.特點是:表征前后供求矛盾的兩個變量都應該是緩慢變化的；前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個 變量都應保持在工藝操作所允許的范圍內(nèi).把比例度和積分時間都整定得比較大，控制作用弱，從而達到均勻控制的目的使前后設備在物料供求上相互均勻、協(xié)調(diào)20 .為什么采用前饋-反饋復合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)？利用了前饋調(diào)節(jié)的及時性和反饋調(diào)節(jié)的靜態(tài)準確性。前饋控制和反饋控制各有什么特點？為什么采用前饋-反饋復合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的

9、控 制品質(zhì)？答:前饋控制的特點是：根據(jù)干擾工作；及時;精度不高，實施困難;只對某個干擾 有克服作用.反饋 的特點作用依據(jù)是偏差；不及時:精度高，實施方便，對所有干擾都有克服作用.由于兩種控制方式 優(yōu)缺點互補，所以前饋-反饋復合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì).21 .簡述過程控制系統(tǒng)設計步驟。(1)熟悉和理解生產(chǎn)對控制系統(tǒng)的技術要求與性能指標(2)建立被控過程的數(shù)學模型(3)選擇控制方案(4)過程控制裝置選型(5)實驗(和仿真)22 .簡述串級控制系統(tǒng)的特點。答：1、改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率2 、對二次干擾有很強的克服能力。3 、提高了對一次擾動的克服能力和對回路常數(shù)變化

10、的自適應能力。審級控制系統(tǒng)的主要特點為：(1)在系統(tǒng)結構上，它是由兩個申接工作的控制器構成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；(2)系統(tǒng)的目的在于通過設置副變量來提高對主變量的控制質(zhì)量(3)由于副回路的存在，對進入副回路的干擾有超前控制的作用，因而減少了干擾對主變量的影響；(4)系統(tǒng)對負荷改變時有一定的自適應能力。1)串級控制系統(tǒng)由于副回路的存在 ，能夠迅速克服進入副回路的擾動的影響 ；2)串級控制系統(tǒng)由于副回路的存在，改善了對象的特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；3)串級控制系統(tǒng)由于副回路的存在 ，使對象非線性特性線性化，提高了系統(tǒng)的自適應能力；4)能夠更精確控制操縱變量的流量 .5)可以實現(xiàn)靈活的操作方式選擇串級

11、控制系統(tǒng)有哪些主要特點？為什么說串級控制系統(tǒng)能迅速克服進入副回路 的擾動？答案：用級控制系統(tǒng)的結構特點：由兩個或兩個以上的控制器串聯(lián)連接，一個控制器的輸出 是另一個控制器的設定。由兩個或兩個以上的控制器、相應數(shù)量的檢測變送器和一個執(zhí)行器 組成。當擾動進入副回路后，首先，副被控變量檢測到擾動的影響，并通過副回路的定值控 制作用，及時調(diào)節(jié)操縱變量，使副被控變量回復到副設定值，從而使擾動對主被控變量的影 響減少。即副環(huán)回路對擾動進行粗調(diào)，主環(huán)回路對擾動進行細調(diào)。因此，用級控制系統(tǒng)能迅 速克服進入副回路擾動的影響。特點：主控制器輸出改變副控制器的設定值，故副回路構成的是隨動系統(tǒng)，設定值是變化的。在審級

12、控制系統(tǒng)中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進入副回路的擾動，而且又能 改善過程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細調(diào)”的作用，從而使其控 制品質(zhì)得到進一步提高。23 .簡述模糊控制器的設計步驟。定義輸入/輸出變量定義所有變量的模糊化條件設計控制規(guī)則庫設計模糊推理結構選擇精確化策略24 .控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入偏差信號之間的關系，控制器有哪些 基本控制規(guī)律？解答：基本控制規(guī)律：開關控制、比例控制、比例積分控制、比例微分控制和比例積分微分控制。試述過程控制系統(tǒng)中常用的控制規(guī)律及其特點。答：控制系統(tǒng)中常用的控制規(guī)律有比例（P）、比例積分（PI）、比例積分微分（PID）

13、控制規(guī)律。比例控制規(guī)律是控制器的輸出信號與它的輸入信號（給定值與測量值的偏差）成比例。它的特 點是控制及時，克服干擾能力強，但在系統(tǒng)負荷變化后，控制結果有余差。比例積分控制規(guī)律是控制器的輸出信號不僅與輸入信號成比例，而且與輸入信號對時間的積 分成比例。它的特點是能夠消除余差，但是積分控制作用比較緩慢、控制不及時。比例積分微分控制規(guī)律是在比例積分的基礎上再加上微分作用，微分作用是控制器的輸出與 輸入的變化速度成比例，它對克服對象的容量滯后有顯著的效果。什么是調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律？基本控制規(guī)律有哪幾種？各有什么特點？答：調(diào)節(jié)器的輸出信號隨著它的輸入偏差信號變化的規(guī)律叫控制規(guī)律?；究刂埔?guī)律有：雙位控制

14、：輸出不是最大，就是最小，只有兩個位置。比例控制：控制作用及時，有余差。積分控制：具有消除余差的作用。微分控制：具有超前調(diào)節(jié)的作用25 .已知對象控制通道階躍響應曲線數(shù)據(jù)如下表所表示，調(diào)節(jié)量階躍變化為u=50。時間min00,20,40.60.81,01.2被調(diào)量2CXJ.1201.1204 .Q22- oH251.02SC.0302.5時間min1.41.61.S2.02 1被調(diào)量318.0329.53368339,。340.5340. S1 .用一階慣性環(huán)節(jié)加純遲延近似對象，求出K、T和p值2 .應用動態(tài)特性參數(shù)法選擇 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)。答：1.由實驗數(shù)據(jù)畫出對象的階躍響應曲線為:解法一；

15、由圖可得；3 =。,855=。所以，PID調(diào)節(jié)器參數(shù)為：4=2 * 0一7口 = 0 5f = 0.5解法二；有作圖法可以求出 Av 34 1- 200.1X = = 2. ISIS. T = 0>At- 505 *5.64 * 36 = 2.87%=1,2 min0.6 = 0,3 min7 = 1.5- 0.4 = l.lmia0.8 5 2.56 20.4 = 87. 108* 0 .4 = 0.8min,5*0,4= 0.2 min<5 = 0.8 5sr =T - 2 2r - 2所以 P】D調(diào)節(jié)器參數(shù)為，一丁 o.5r = 026.下圖為管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)。試確定：

16、1 .這是一個什么系統(tǒng)？畫出具方框圖。2 .調(diào)節(jié)閥的作用形式；調(diào)節(jié)器的正反作用方式；3 .分析系統(tǒng)的可能經(jīng)受的擾動及主要擾動；4 .簡述當擾動或負荷變化使爐膛溫度 T2升高時該串級控制系統(tǒng)工作過5 .如果燃料油的管道壓力經(jīng)常波動，上述系統(tǒng)應如何改進？畫出改進后的 結構原理圖.答:1、這是個審級控制系統(tǒng)，其方塊圖如下.副干擾 主干擾2、調(diào)節(jié)閥為氣開式，主、副調(diào)節(jié)器都為反作用；3、可能經(jīng)受的擾動有被加熱物料的流量、溫度、成分的變化，燃料油的管道壓力、流量、成分的變化及環(huán)境溫度的變化。主要擾動應該是被加熱物料的流量、溫度等。4、該審級控制系統(tǒng)工作過程：當擾動或負荷變化使爐膛溫度 T2升高時，由于副調(diào)

17、節(jié)器是反作用，它的輸出減小，調(diào)節(jié) 閥是氣開式，閥的開度變小，造成料量減小，以使爐膛溫度下降。同時當爐膛溫度升高時， 引起爐出口溫度T1升高，因為主調(diào)節(jié)器是反作用，使副控制器給定值降低，通過副回路調(diào) 節(jié)，減小燃料量，降低爐膛溫度，保證爐出口溫度恒定。T1J T2J Q 燃 J 一閥的開度變小PC2J ；/T1 T-e1(=T1 T-r1) T -PC1 J一e2T T (=T2 T - r2 J ) f1 -T2 T -e2(=T2 T -r2) T - PC2 J f閥的開度變小一 Q燃 ；T" T2 5、應該選擇燃料油流量作為副變量，出口溫度為主變量，組成審級控制 系統(tǒng)，如右圖所示:燃料油27.如果某反應器最大壓力為1.0MPa,允許最大26對誤差為0.01MPa,使用一 臺測量范圍為01.6MPa,精度為2級的壓力表來 進行測量，問是否符合工 藝要求？若采用一臺測量范圍為 01.0MPa,精度為1級的壓力表，能符合 要求嗎？解答：工藝要求：最大壓力為1.0MPa,允許最大名對誤差為0.01MPa分別求出兩臺儀表的最大允許誤差，進行判斷。1)精度為1級，量程為01.6MPa的表，其最