河南工業(yè)大學(xué)過(guò)程控制系統(tǒng)試卷

1、學(xué)院名稱 專業(yè)班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 我密 封 線 內(nèi) 不 要 答 題 密 封 線 學(xué)院名稱 專業(yè)班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 我密 封 線 內(nèi) 不 要 答 題 密 封 線 2013 至 2014學(xué)年第 2 學(xué)期 工業(yè)過(guò)程控制 試卷A卷出卷教師：王偉生 適應(yīng)班級(jí)：自動(dòng)化11011106考試方式：閉卷 本試卷考試分?jǐn)?shù)占學(xué)生總評(píng)成績(jī)的 70 %題號(hào)一二三四五六七八九十總分核分人得分復(fù)查總分 總復(fù)查人 得分評(píng)卷人（本題33分）一、填空題（每空1.5分）1、過(guò)程控制系統(tǒng)一般由 控制器 、 執(zhí)行器 、 被控過(guò)程 和測(cè)量變送等環(huán)節(jié)組成。2、儀表的精度等級(jí)又稱 準(zhǔn)確度級(jí) ，通常用 引用誤差 作為判斷儀表精度等級(jí)的

2、尺度。3、過(guò)程控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)質(zhì)量指標(biāo)主要有 衰減比n 、 超調(diào)量 和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間；靜態(tài)質(zhì)量指標(biāo)有 穩(wěn)態(tài)誤差e ss 。4、真值是指被測(cè)變量本身所具有的真實(shí)值，在計(jì)算誤差時(shí)，一般用 約定真值 或 相對(duì)真值 來(lái)代替。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(guò)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(jiàn)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、Smith預(yù)估補(bǔ)償原理是預(yù)先估計(jì)出被控過(guò)程

3、的 數(shù)學(xué)模型 ，然后將預(yù)估器并聯(lián)在被控過(guò)程上，使其對(duì)過(guò)程中的 純滯后 進(jìn)行補(bǔ)償。工業(yè)過(guò)程控制試卷A 第 1 頁(yè) （ 共 6 頁(yè) ）得分評(píng)卷人（本題15分）二、名詞解釋題（每小題5分）1、衰減比答：衰減比定義為：衰減比是衡量系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程穩(wěn)定性的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。為保證系統(tǒng)足夠的穩(wěn)定程度，一般取衰減比為4:110:1。2、自衡過(guò)程答：當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，無(wú)須外加任何控制作用，過(guò)程能夠自發(fā)地趨于新的平衡狀態(tài)的性質(zhì)稱為自衡性。稱該類被控過(guò)程為自衡過(guò)程。3、分布式控制系統(tǒng)答：分布式控制系統(tǒng)DCS，又稱為集散控制系統(tǒng)，一種操作顯示集中、控制功能分散、采用分級(jí)分層體系結(jié)構(gòu)、局部網(wǎng)絡(luò)通信的計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)。DCS的設(shè)

4、計(jì)思想是“控制分散、管理集中”工業(yè)過(guò)程控制試卷A 第 2 頁(yè) （ 共 6 頁(yè) ）得分評(píng)卷人學(xué)院名稱 專業(yè)班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 我密 封 線 內(nèi) 不 要 答 題 密 封 線 （本題32分）三、簡(jiǎn)答題（每小題8分）1、PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)、對(duì)控制性能各有什么影響？答：(1)比例增益反映比例作用的強(qiáng)弱，越大，比例作用越強(qiáng)，反之亦然。比例控制克服干擾能力較強(qiáng)、控制及時(shí)、過(guò)渡時(shí)間短，但在過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)存在余差；(2)積分時(shí)間反映積分作用的強(qiáng)弱，越小，積分作用越強(qiáng)，反之亦然。積分作用會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，但在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)無(wú)余差；(3)微分時(shí)間反映積分作用的強(qiáng)弱，越大，積分作用越強(qiáng)，反之亦然。微分作用能產(chǎn)生

5、超前的控制作用，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間；但對(duì)噪聲干擾有放大作用。2、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(kāi)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?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。工業(yè)過(guò)程控制試卷A 第 3 頁(yè) （ 共 6 頁(yè) ）3、簡(jiǎn)述“積分飽和現(xiàn)象”產(chǎn)生的內(nèi)因和外因。答：造成積分飽和現(xiàn)象的內(nèi)因是控制器包含積分控制

6、作用，外因是控制器長(zhǎng)期存在偏差。在偏差長(zhǎng)期存在的條件下，控制器輸出會(huì)不斷增加或減小，直到極限值引起積分飽和。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(kāi)式還是氣關(guān)式？請(qǐng)說(shuō)明原因。(2)壓力控制器(PC)應(yīng)為正作用還是反作用？請(qǐng)說(shuō)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(kāi)，以使容器內(nèi)壓力不至于過(guò)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)，控制器應(yīng)減小輸出，則調(diào)節(jié)閥開(kāi)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(kāi)小，使容器內(nèi)壓力穩(wěn)定。工業(yè)過(guò)程控制試卷

7、A 第 4 頁(yè) （ 共 6 頁(yè) ）得分評(píng)卷人學(xué)院名稱 專業(yè)班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 我密 封 線 內(nèi) 不 要 答 題 密 封 線 （本題20分）四、分析與計(jì)算題（第1小題8分，第2小題12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(huà)出其方框圖；(2)確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式，并說(shuō)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(kāi)式。2、（本小題12分）如下圖所示的液體儲(chǔ)罐，設(shè)進(jìn)水口和出水

8、口的體積流量分別是 和 ，輸出變量為液位，儲(chǔ)罐的橫截面積為 。試建立該液體儲(chǔ)罐的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 。工業(yè)過(guò)程控制試卷A 第 5 頁(yè) （ 共 6 頁(yè) ）答：液位的變化滿足動(dòng)態(tài)物料平衡關(guān)系：液罐內(nèi)蓄液量的變化率單位時(shí)間內(nèi)液體流入量單位時(shí)間內(nèi)液體流出量： (2分)以增量形式表示各變量偏離起始穩(wěn)態(tài)值的程度。即： （式1）(2分)由重力場(chǎng)中無(wú)粘性不可壓縮流體定常流動(dòng)的伯努利方程：(2分)得：故 (2分)對(duì)非線性項(xiàng)進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，并取線性部分：(1分)將上式代入（式1），得：整理并省略增量符號(hào)，得微分方程：(1分)經(jīng)拉氏變換可得傳遞函數(shù)為： (2分)工業(yè)過(guò)程控制試卷A 第 6 頁(yè) （ 共 6 頁(yè) ）2008

9、 至 2009 學(xué)年第 1 學(xué)期 工業(yè)過(guò)程控制 試卷B卷出卷教師： 適應(yīng)班級(jí)：自動(dòng)化05010504考試方式：閉卷 本試卷考試分?jǐn)?shù)占學(xué)生總評(píng)成績(jī)的 70 %題號(hào)一二三四五六七八九十總分核分人得分復(fù)查總分 總復(fù)查人 得分評(píng)卷人（本題33分）一、填空題（每空1.5分）1、過(guò)程控制系統(tǒng)中，有時(shí)將 控制器 、 執(zhí)行器 和 測(cè)量變送環(huán)節(jié) 統(tǒng)稱為過(guò)程儀表，故過(guò)程控制系統(tǒng)就由過(guò)程儀表和 被控過(guò)程 兩部分組成。2、儀表的精度等級(jí)又稱 準(zhǔn)確度級(jí) ，級(jí)數(shù)越小，儀表的精度就越 高 。3、過(guò)程控制主要是指連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，被控參數(shù)包括 溫度 、 壓力 、 流量 、 物位 和成分等變量。4、工業(yè)生產(chǎn)中壓力常見(jiàn)的表示方法有

10、絕對(duì)壓力pa 、 表壓力p 和負(fù)壓(真空度)三種。 5、調(diào)節(jié)閥的流量特性有 直線流量特性 、 對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性 、 拋物線流量特性 和快開(kāi)流量特性四種。6、時(shí)域法建模是試驗(yàn)建模中的一種，可分為 階躍響應(yīng)曲線 法和 矩形脈沖響應(yīng)曲線 法。7、對(duì)于滯后小，干擾作用頻繁的系統(tǒng)，PID調(diào)節(jié)器不應(yīng)采用 微分 作用。8、分程控制根據(jù)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)閉形式分為兩類，即 同向動(dòng)作 和 異向動(dòng)作 。9、DCS的設(shè)計(jì)思想是 控制 分散、 管理 集中。工業(yè)過(guò)程控制試卷B 第 1 頁(yè) （ 共 6 頁(yè) ）得分評(píng)卷人（本題15分）二、名詞解釋題（每小題5分）1、串級(jí)控制系統(tǒng)答：串級(jí)控制系統(tǒng)，就是采用兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，

11、主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值，由副控制器的輸出去操縱調(diào)節(jié)閥，從而對(duì)主被控變量具有更好的控制效果。2、現(xiàn)場(chǎng)總線答：現(xiàn)場(chǎng)總線，是指將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如數(shù)字傳感器、變送器、執(zhí)行器等）與工業(yè)過(guò)程控制單元、現(xiàn)場(chǎng)操作站等互連而成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。具有全數(shù)字化、分散、雙向傳輸?shù)忍攸c(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。3、調(diào)節(jié)閥的流量特性答：調(diào)節(jié)閥的流量特性指介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系：為相對(duì)流量，即調(diào)節(jié)閥某一開(kāi)度的流量與全開(kāi)流量之比；為相對(duì)開(kāi)度，即調(diào)節(jié)閥某一開(kāi)度的行程與全行程之比。工業(yè)過(guò)程控制試卷B 第 2 頁(yè) （ 共 6 頁(yè) ）得分評(píng)卷人學(xué)院名稱 專業(yè)班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 我密 封 線 內(nèi)

12、不 要 答 題 密 封 線 （本題32分）三、簡(jiǎn)答題（每小題8分）1、簡(jiǎn)述執(zhí)行器在過(guò)程控制系統(tǒng)中的作用。答：執(zhí)行器接受控制器輸出的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換成位移（直線位移或角位移）或速度，用于控制流入或流出被控過(guò)程的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)的自動(dòng)控制。2、簡(jiǎn)述單回路控制系統(tǒng)臨界比例度法參數(shù)整定的步驟。答：1.在閉環(huán)控制系統(tǒng)里，將控制器置于純比例作用下（= ， =0），從小到大逐漸增大控制器的比例增益KC，直到出現(xiàn)等幅振蕩曲線為止。2.此時(shí)的比例度稱為臨界比例度，相鄰兩個(gè)波峰間的時(shí)間間隔，稱為臨界振蕩周期。 據(jù)此確定控制器參數(shù)。3.根據(jù)和值，采用經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出調(diào)節(jié)器各個(gè)參數(shù)。 4.按“先P后I最后

13、D”的操作程序?qū)⒖刂破髡▍?shù)調(diào)到計(jì)算值上。若不夠滿意，可作進(jìn)一步調(diào)整。工業(yè)過(guò)程控制試卷B 第 3 頁(yè) （ 共 6 頁(yè) ）3、什么是積分飽和現(xiàn)象？答：具有積分作用的控制器在單方向偏差信號(hào)的長(zhǎng)時(shí)間作用下，其輸出達(dá)到輸出范圍上限值或下限值以后，積分作用將繼續(xù)進(jìn)行，從而使控制器脫離正常工作狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為積分飽和。4、如圖所示的鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)，為保證鍋爐不被燒干：(1)給水閥應(yīng)該選擇氣開(kāi)式還是氣關(guān)式？請(qǐng)說(shuō)明原因。(2)液位控制器(LC)應(yīng)為正作用還是反作用？請(qǐng)說(shuō)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(kāi)，以保證鍋爐不被燒干。(2) 調(diào)節(jié)閥應(yīng)選擇氣關(guān)式，則液位控制

14、器(LC)應(yīng)為正作用。當(dāng)檢測(cè)到液位增加時(shí)，控制器應(yīng)加大輸出，則調(diào)節(jié)閥關(guān)小，使汽包液位穩(wěn)定?；颍寒?dāng)檢測(cè)到液位減小時(shí)，控制器應(yīng)減小輸出，則調(diào)節(jié)閥開(kāi)大，使汽包液位穩(wěn)定。工業(yè)過(guò)程控制試卷B 第 4 頁(yè) （ 共 6 頁(yè) ）得分評(píng)卷人學(xué)院名稱 專業(yè)班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 我密 封 線 內(nèi) 不 要 答 題 密 封 線 （本題20分）四、分析與計(jì)算題（第1小題8分，第2小題12分）1、（本小題8分）如下圖所示的管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)，主要擾動(dòng)來(lái)自燃料流量的波動(dòng)，試分析：（1）該系統(tǒng)是一個(gè)什么類型的控制系統(tǒng)？畫(huà)出其方框圖；（2）確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式，并說(shuō)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(kāi)式。2、（本小題12分）如下圖所示液位過(guò)程，它有兩個(gè)串聯(lián)在一起的儲(chǔ)罐。來(lái)水首先進(jìn)入儲(chǔ)罐1，然后再通過(guò)儲(chǔ)罐2流出。