（精選）過(guò)程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)答題

1、1 閉環(huán)控制系統(tǒng)分為幾種類型？每種代表什么含義？ 答：（1）定值控制系統(tǒng)，就是系統(tǒng)被控量的給定值保持在規(guī)定值不變或在小范圍附近不變。 （2）程序控制系統(tǒng)，是被控量的給定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化工作。 （3）隨動(dòng)控制系統(tǒng)，是一種被控量的給定值隨時(shí)間任意變化的控制系統(tǒng)。2. 一個(gè)單回路控制系統(tǒng)主要由哪幾個(gè)環(huán)節(jié)組成？作出簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方框圖。答：一個(gè)單回路控制系統(tǒng)主要由測(cè)量元件、變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、和被控過(guò)程等環(huán)節(jié)組成。3.什么是氣開式調(diào)節(jié)閥？什么是氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥？其選擇的原則是什么？ 答：氣開式：執(zhí)行器輸入壓力p>0.02mpa時(shí)，閥開始打開，也就是說(shuō)有信號(hào)壓力時(shí)閥打開，

2、無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥關(guān)。氣關(guān)式則反之，有信號(hào)壓力時(shí)閥關(guān)，無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥開。原則：主要是考慮在不同工藝條件下安全生產(chǎn)的需要。a、考慮事故狀態(tài)時(shí)人身、工藝設(shè)備安全。b、考慮事故狀態(tài)下減少經(jīng)濟(jì)損失，保證產(chǎn)品質(zhì)量。c、考慮介質(zhì)的性質(zhì)。4. 根據(jù)流量特性曲線，分別寫出其對(duì)應(yīng)的流量特性。答：流量特性主要有直線、等百分比（對(duì)數(shù)）、拋物線及快開四種直線特性是指閥門的相對(duì)流量與相對(duì)開度成直線關(guān)系，即單位開度變化引起的流量變化時(shí)常數(shù)。對(duì)數(shù)特性是指單位開度變化引起相對(duì)流量變化與該點(diǎn)的相對(duì)流量成正比，即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的，它隨相對(duì)流量的增大而增大。拋物線特性是指單位相對(duì)開度的變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量值

3、的平方根成正比關(guān)系?？扉_流量特性是指在開度較小時(shí)就有較大的流量，隨開度的增大，流量很快就達(dá)到最大，此后再增加開度，流量變化很小，故稱快開特性。隔膜閥的流量特性接近快開特性，蝶閥的流量特性接近等百分比特性，閘閥的流量特性為直線特性，球閥的流量特性在中啟閉階段為直線，在中間開度的時(shí)候?yàn)榈劝俜直忍匦浴?.什么是積分飽和現(xiàn)象？防止積分飽和的措施都有哪些？所謂積分飽和現(xiàn)象是指若系統(tǒng)存在一個(gè)方向的偏差，PID控制器的輸出由于積分作用的不斷累加而加大，從而導(dǎo)致u(k)達(dá)到極限位置。此后若控制器輸出繼續(xù)增大，u(k)也不會(huì)再增大，即系統(tǒng)輸出超出正常運(yùn)行范圍而進(jìn)入了飽和區(qū)。一旦出現(xiàn)反向偏差，u(k)逐漸從飽和區(qū)

4、退出。進(jìn)入飽和區(qū)愈深則退飽和時(shí)間愈長(zhǎng)。此段時(shí)間內(nèi)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍停留在極限位置而不能隨著偏差反向立即做出相應(yīng)的改變，這時(shí)系統(tǒng)就像失去控制一樣，造成控制性能惡化。這種現(xiàn)象稱為積分飽和現(xiàn)象或積分失控現(xiàn)象。1. 積分分離法2.變速積分 PID 控制算法3.超限削弱積分法4.有效偏差法5.抗積分飽和機(jī)制6.簡(jiǎn)述前饋-反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。1系統(tǒng)綜合了反饋、前饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了他們的缺點(diǎn)因而前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的到了廣泛的應(yīng)用 2引入前饋補(bǔ)償沒有影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性 很顯然前饋無(wú)論加在什么位置都不會(huì)構(gòu)成回路系統(tǒng)的特征式都保持不變因而不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 3引入反饋控制后前饋完全補(bǔ)償條件并沒有改變。7. 什

5、么是比值控制系統(tǒng)？常見的比值控制方案有哪些？答：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。通常為流量比值控制系統(tǒng)，用來(lái)保持兩種物料的流量保持一定的比值關(guān)系。開環(huán)比值控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，變比值控制系統(tǒng)8. 控制器參數(shù)整定的任務(wù)是什么？常用的整定方法有幾種？答： 控制器參數(shù)整定的任務(wù)是，根據(jù)已定的控制方案，來(lái)確定調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)值（包括比例度，積分時(shí)間，微分時(shí)間）。以便是系統(tǒng)能獲得好的調(diào)節(jié)質(zhì)量。常用的整定法有：臨界比例度法，衰減曲線法，和經(jīng)驗(yàn)湊試法?？刂破鲄?shù)整定的任務(wù)是：根據(jù)已定的控制方案，來(lái)確定控制器的最佳參數(shù)值（包括比例度、

6、積分時(shí)間TI；、微分時(shí)間TD），以便使系統(tǒng)能獲得好的控制質(zhì)量。 控制器參數(shù)整定方法有理論計(jì)算和工程整定兩大類，其中常用的是工程整定法。 屬于控制器參數(shù)工程整定法主要有臨界比例度法、衰減曲線法和經(jīng)驗(yàn)湊試法等。9. 與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？答：1.改善了過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質(zhì)量。2.能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動(dòng)。3. 提高了系統(tǒng)的工作頻率。 對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性較強(qiáng)10.簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中，控制器的正反作用應(yīng)怎樣選擇？11.與反饋控制系統(tǒng)相比，前饋控制系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？ 答：(1)反饋控制的本質(zhì)是基于偏差來(lái)消除偏差，而前饋控制是基于擾動(dòng)來(lái)消除

7、擾動(dòng)對(duì)被控量的影響； (2)反饋控制是“不及時(shí)”的，而前饋控制器可“及時(shí)”動(dòng)作； (3)反饋控制屬閉環(huán)控制，而前饋控制屬開環(huán)控制； (4)反饋控制對(duì)閉環(huán)內(nèi)擾動(dòng)均有校正作用，而前饋控制具有制定性補(bǔ)償?shù)木窒扌裕?#160;(5)反饋控制規(guī)律通常有P、PI、PD、PID等，而前饋控制規(guī)律比較復(fù)雜。12. 串級(jí)控制系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)?主要使用在哪些場(chǎng)合?     答：1.串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為： (1)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，它是由兩個(gè)串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；    &#

8、160;(2)系統(tǒng)的目的在于通過(guò)設(shè)置副變量來(lái)提高對(duì)主變量的控制質(zhì)量；(3)由于副回路的存在，對(duì)進(jìn)入副回路的干擾有超前控制的作用，因而減少了干擾對(duì)主變量的影響；  (4)系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷改變時(shí)有一定的自適應(yīng)能力。 2.串級(jí)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大、干擾作用強(qiáng)而頻繁、負(fù)荷變化大、對(duì)控制質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合。13. 什么是控制通道和擾動(dòng)通道？對(duì)于不同的通道，對(duì)象的特性參數(shù)對(duì)控制有什么不同的影響？對(duì)于一個(gè)被控對(duì)象來(lái)說(shuō)，輸入量是擾動(dòng)量和操縱變量，而輸出是被控變量。由對(duì)象的輸入變量至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱為通道。操縱變量至被控變量的信號(hào)聯(lián)系稱為控制通道；擾動(dòng)量至被控

9、變量的信號(hào)聯(lián)系稱為擾動(dòng)通道。 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于不同的通道，對(duì)象的特性參數(shù)(K、T、t)對(duì)控制作用的影響是不同的。     對(duì)于控制通道：  放大系數(shù)K大，操縱變量的變化對(duì)被控變量的影響就大，即控制作用對(duì)擾動(dòng)的補(bǔ)償能力強(qiáng)，余差也??；放大系數(shù)K小，控制作用的影響不顯著，被控變量的變化緩慢。但K太大，會(huì)使控制作用對(duì)被控變量的影響過(guò)強(qiáng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。     在相同的控制作用下，時(shí)間常數(shù)T大，則被控變量的變化比較緩慢，此時(shí)對(duì)象比較平穩(wěn)，容易進(jìn)行控制，但過(guò)渡過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)；

10、若時(shí)間常數(shù)T小，則被控變量變化速度快，不易控制。時(shí)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(shí)際情況適中考慮。     滯后時(shí)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(zhì)量下降。因此，應(yīng)盡量減小滯后時(shí)間t。     對(duì)于擾動(dòng)通道：  放大系數(shù)K大對(duì)控制不利，因?yàn)?，?dāng)擾動(dòng)頻繁出現(xiàn)且幅度較大時(shí)，被控變量的波動(dòng)就會(huì)很大，使得最大偏差增大；而放大系數(shù)K小，既使擾動(dòng)較大，對(duì)被控變量仍然不會(huì)產(chǎn)生多大影響。  時(shí)間常

11、數(shù)T大，擾動(dòng)作用比較平緩，被控變量變化較平穩(wěn)，對(duì)象較易控制。純滯后的存在，相當(dāng)于將擾動(dòng)推遲0t時(shí)間才進(jìn)入系統(tǒng)，并不影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)；而容量滯后的存在，則將使階躍擾動(dòng)的影響趨于緩和，被控變量的變化相應(yīng)也緩和些，因此，對(duì)系統(tǒng)是有利的。14. 作出串級(jí)控制系統(tǒng)的方塊圖。15.如何選擇串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器的正、反作用? 答副控制器的作用方向與副對(duì)象特性、控制閥的氣開、氣關(guān)型式有關(guān)，其選擇方法與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中控制器正、反作用的選擇方法相同，是按照使副回路成為個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)的原則來(lái)確定的。 主控制器作用方向的選擇可按下述方法進(jìn)行：當(dāng)主、副變量在增加(或減小時(shí))，如果要求控制閥的動(dòng)

12、作方向是一致的，則主控制器應(yīng)選“反”作用的；反之，則應(yīng)選“正”作用的。 從上述方法可以看出，串級(jí)控制系統(tǒng)中主控制器作用方向的選擇完全由工藝情況確定，或者說(shuō)，只取決于主對(duì)象的特性，而與執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式及副控制器的作用方向完全無(wú)關(guān)。這種情況可以這樣來(lái)理解：如果將整個(gè)副回路看作是構(gòu)成主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)，副回路這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入就是主控制器的輸出(即副回路的給定)，而其輸出就是副變量。由于副回路的作用總是使副變量跟隨主控制器的輸出變化而變化，不管副回路中副對(duì)象的特性及執(zhí)行器的特性如何，當(dāng)主控制器輸出增加時(shí)，副變量總是增加的，所以在主回路中，副回路這個(gè)環(huán)節(jié)的特性總是“正”作用方向的。由圖可見

13、，在主回路中，由于副回路、主測(cè)量變送這兩個(gè)環(huán)節(jié)的特性始終為“正”，所以為了使整個(gè)主回路構(gòu)成負(fù)反饋，主控制器的作用方向僅取決于主對(duì)象的特性。主對(duì)象具有“正”作用特性(即副變量增加時(shí)，主變量亦增加)時(shí)，主控制器應(yīng)選“反”作用方向，反之，當(dāng)主對(duì)象具有“反”作用特性時(shí)，主控制器應(yīng)選“正”作用方向。16. 控制器的P、PI、PD、PID控制規(guī)律各有什么特點(diǎn)？答：比例控制規(guī)律 適用于控制通道滯后較小，時(shí)間常數(shù)不太大，擾動(dòng)幅度較小，負(fù)荷變化不大，控制質(zhì)量要求不高，允許有余差的場(chǎng)合。如貯罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽壓力的控制等。  比例積分控制規(guī)律  引入積分作用能消除

14、余差。適用于控制通道滯后小，負(fù)荷變化不太大，工藝上不允許有余差的場(chǎng)合，如流量或壓力的控制。   比例微分控制規(guī)律 引入了微分，會(huì)有超前控制作用，能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，最大偏差和余差減小，加快了控制過(guò)程，改善了控制質(zhì)量。適用于過(guò)程容量滯后較大的場(chǎng)合。對(duì)于滯后很小和擾動(dòng)作用頻繁的系統(tǒng)，應(yīng)盡可能避免使用微分作用。 比例積分微分控制規(guī)律 可以使系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量，它適用于容量滯后大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合，如反應(yīng)器、聚合釜的溫度控制。17. 在過(guò)程控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用。檢測(cè)元件和變送器用于檢測(cè)被控變量，并將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，

15、輸出到控制器。控制器用于將檢測(cè)變送器的輸出信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差，并把偏差信號(hào)按一定的控制規(guī)律運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果輸出到執(zhí)行器。執(zhí)行器是控制系統(tǒng)回路中的最終原件，直接用于改變操縱量，以克服干擾，達(dá)到控制的目的。18. 分析在什么場(chǎng)合下選用比例，比例積分，比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律？（1）比例調(diào)節(jié)規(guī)律適用于負(fù)荷變化較小，純滯后不太大而工藝要求不高又允許有余差的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（2）比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律適用于對(duì)象調(diào)節(jié)通道時(shí)間常數(shù)較小、系統(tǒng)負(fù)荷變化較大（需要消除干擾引起的余差）、純滯后不大（時(shí)間常數(shù)不是太大）而被調(diào)參數(shù)不允許與給定值有偏差的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（3）比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律適用于容量滯后較大，純滯后不太大，不允

16、許有余差的對(duì)象。20. 臨界比例度的意義是什么？為什么工程上控制器所采用的比例度要大于臨界比例度？改變控制器的比例度會(huì)改變系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程形式，當(dāng)控制系統(tǒng)在階躍輸入作用時(shí)，能使系統(tǒng)產(chǎn)生 等幅震蕩過(guò)渡過(guò)程的比例度的數(shù)值 稱為臨界比例度。當(dāng)實(shí)際的比例度小于臨界比例度的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)不穩(wěn)定，這是生產(chǎn)上不允許的。所以工程上控制器所采用的比例度要大于臨界比例度。21. 按照設(shè)定值的不同形式，過(guò)程控制系統(tǒng)可分為哪幾類？按照設(shè)定值的不同形式又可分為: 1定值控制系統(tǒng)  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

17、回到設(shè)定值或其附近.以后無(wú)特殊說(shuō)明控制系統(tǒng)均指定值控制系統(tǒng)而言. 2.隨動(dòng)控制系統(tǒng)  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(wú)誤地跟蹤設(shè)定值的變化而變化 3.程序控制系統(tǒng)  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。22.何為控制閥的理想流量特性和工作流量特性？常用的調(diào)節(jié)閥理想流量特性有哪些？假定閥前后壓差保證不變時(shí)，調(diào)節(jié)閥的流量特性稱為理想流量特性，它只取決于閥芯形狀，實(shí)際使用中，閥前后壓差總是變化的，此時(shí)調(diào)節(jié)閥的流量特性稱為工作流量特性，它取決

18、于閥芯形狀和配管狀況常用的是直線、等百分比、快開三種23前饋控制與反饋控制的區(qū)別有哪些？前饋控制對(duì)控制器的要求非常嚴(yán)格，即前饋控制系統(tǒng)中的人必須具有開發(fā)的意識(shí)；而反饋控制可以利用信息流的閉合，調(diào)整控制強(qiáng)度，因而對(duì)控制器的要求相對(duì)較低。24. 串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副變量應(yīng)如何選擇？答  主變量的選擇原則與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中被控變量的選擇原則是一樣的。  副變量的選擇原則是： (1)主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系，副變量的變化應(yīng)在很大程度上能影響主變量的變化； (2)通過(guò)對(duì)副變量的選擇，使所構(gòu)成的副回路能包含系統(tǒng)的主要干擾； (3)在

19、可能的情況下，應(yīng)使副回路包含更多的主要干擾，但副變量又不能離主變量太近； (4)副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的匹配，以防“共振”的發(fā)生。25.什么是均勻控制系統(tǒng)？它有何特點(diǎn)？答均勻控制系統(tǒng)是為了解決前后工序的供求矛盾，使兩個(gè)變量之間能夠互相兼顧和協(xié)調(diào)操作的控制系統(tǒng)。 均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是其控制結(jié)果不像其它控制系統(tǒng)那樣，不是為了使被控變量保持不變，而是使兩個(gè)互相聯(lián)系的變量都在允許的范圍內(nèi)緩慢地變化。均勻控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器一般都采用純比例作用，且比例度很大，必要時(shí)才引入少量的積分作用。26.對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T指的是什么？答案:對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T，是表示擾動(dòng)后被測(cè)量完成其變化過(guò)程所需

20、時(shí)間的一個(gè)重要參數(shù)，即表示對(duì)象慣性的一個(gè)參數(shù)。T越大，表明對(duì)象的慣性越大。27.比例控制作用有何特點(diǎn)？答：比例作用的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作快。它的輸出無(wú)遲延地反映輸入的變化，是最基本的控制作用。缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)結(jié)束后被控量有靜態(tài)偏差。18  圖1-2所示，是某溫度記錄儀上面畫出的曲線圖，試寫出最大偏差、衰減比、余差、振蕩周期，如果工藝上要求控制溫度為（40±2 0C），哪么該控制系統(tǒng)能否滿足要求？解答： 最大偏差：e max= 4540 = 5       

21、60; 衰減比：n = B / B= 4 / 1 .                余差：C = 4140 = 1                    振蕩周期:T= 18 5&