過(guò)程控制工程基礎(chǔ)習(xí)題及答案

1、精品西南科技大學(xué)成教學(xué)院德陽(yáng)教學(xué)點(diǎn)自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制練習(xí)題及參考答案班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：成績(jī):一、填空題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)量上和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間匕；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

2、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。10、隨著控制通道的增益 K的增加，控制作用 增強(qiáng)、克服干擾的 能力最大 ，系統(tǒng)的余差 減小，最大偏差 減小。11、從理論上講，干擾通道存在純滯后，不影響 系統(tǒng)的捽制質(zhì)量。12、建立過(guò)程對(duì)象模型的方法有 機(jī)理建模 和 系統(tǒng)辨識(shí)與參數(shù)估 計(jì)。13、控制系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)變送環(huán)節(jié)的基本要求是準(zhǔn)確、訊諫和可14、控制

3、閥的選擇包括 結(jié)構(gòu)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擇。15、防積分飽和的措施有 對(duì)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。16、如果對(duì)象擾動(dòng)通道增益Kf增加，擾動(dòng)作用 增強(qiáng)，系統(tǒng)的余差 增大，最大偏差增大。17、在離心泵的控制方案中，機(jī)械效率最差的是通過(guò)旁路控制。二、名詞解釋題1、衰減比答：衰減比n定義為:BB2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 4:110:12、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

4、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)綜合感謝下載載精品控制系統(tǒng)。DCS勺設(shè)計(jì)思想是“控制分散、管理集中”三、簡(jiǎn)答題1、電氣閥門定位器有哪些作用答：改善閥的靜態(tài)特性改善閥的動(dòng)態(tài)特性改變閥的流量特性用于分程控制用于閥門的反向動(dòng)作2. 簡(jiǎn)述串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。答： （ 1）副回路的選擇必須包括主要擾動(dòng)，而且應(yīng)包括盡可能多的擾動(dòng)； （ 2）主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)應(yīng)匹配；（ 3）應(yīng)考慮工藝上的合理性和實(shí)現(xiàn)的可能性；（ 4）要注意生產(chǎn)上的經(jīng)濟(jì)性。3. 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？答：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由一

5、個(gè)被控對(duì)象，一個(gè)檢測(cè)元件和變送器，一個(gè)調(diào)節(jié)閥和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成。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)，輸出到控制器?？刂破饔糜趯z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)回路中的最終元件，直接用于改變操縱量，以克服干擾，達(dá)到控制的目的。4. 前饋控制和反饋控制各有什么特點(diǎn)？為什么采用前饋- 反饋復(fù)合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)？答 : 前饋控制的特點(diǎn)是: 根據(jù)干擾工作; 及時(shí) ; 精度不高 , 實(shí)施困難 ; 只對(duì)某個(gè)干擾有克服作用. 反饋的特點(diǎn)作用依據(jù)是偏差; 不及時(shí) : 精度高 , 實(shí)

6、施方便 , 對(duì)所有干擾都有克服作用. 由于兩種控制方式優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ) , 所以前饋- 反饋復(fù)合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì).5、PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp、Ti、Td對(duì)控制性能各有什么影響？ p答：(1)比例增益Kp反映比例作用的強(qiáng)弱，Kp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TI 反映積分作用的強(qiáng)弱，TI 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； 微分時(shí)間Td反映積分作用的強(qiáng)弱，Td越大，積分作用越強(qiáng)，反之亦然。微分作用能產(chǎn)生超前的控制作用，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間；

7、但對(duì)噪聲干擾有放大作用。6、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感謝下載載精品動(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。7、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

8、斷增 加或減小，直到極限值引起積分飽和。8、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?；颍寒?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。9、在制藥工業(yè)中，為了增強(qiáng)藥效，需要對(duì)某種成分的藥物注入一定量的鎮(zhèn)定劑、緩沖劑， 或加

9、入一定量的酸、堿， 使藥物呈酸性或堿性。這種注入過(guò)程一般都在混合槽中進(jìn)行。工藝要求生產(chǎn)藥物與注入劑混合后的含量必須符合規(guī)定的比例，同時(shí)在混合過(guò)程中不允許藥物流量突然發(fā)生變化，以免混合過(guò)程產(chǎn)生局部的化學(xué)副反應(yīng)，為此設(shè)計(jì)如下圖所示的控制系統(tǒng)。試分析：1 圖中停留槽的作用是什么？2 圖中有幾個(gè)控制系統(tǒng)，分別是什么系統(tǒng)，各系統(tǒng)的作用如何？答 : 停留槽的作用是穩(wěn)定藥物流量, 防止其發(fā)生急劇變化. 圖中共有兩個(gè)控制系統(tǒng), 一個(gè)是停留槽液位與出口流量的均勻控制系統(tǒng), 是藥物流量緩慢變化; 另一個(gè)是藥物與添加劑的比值控制系統(tǒng), 保持二者的比例關(guān)系.四、分析與計(jì)算題1、有一臺(tái)溫度變送器，量程為 400-600

10、 C,輸出為4 20mA當(dāng)溫度從500變化到550時(shí)，變送器從多少變?yōu)槎嗌?？答?00c時(shí)輸出為：(20 4) X (500400) / (600400) +4 =12mA500c時(shí)輸出為：(20 4) X (550400) / (600400) +4= 16mA即：當(dāng)溫度從500c變化到550c時(shí)，變送器從12m儂為16mA2. 某儀表的測(cè)量范圍為200-600 ， 儀表的精度為0.5 級(jí)， 在 600該儀表指示為604，問(wèn)該儀表是否超差？答：某儀表的測(cè)量范圍為 200-600 ，儀表的精度為0.5 級(jí)，在600該儀表指示為604，問(wèn)該儀表是否超差？(600 ( 200) >0.5=4

11、 C該儀表不超差。3. 某測(cè)量?jī)x表的測(cè)量范圍是+200+500精度等級(jí)為為5.0， 求當(dāng)其示值為200和500時(shí), 被測(cè)點(diǎn)的真實(shí)溫度(真值)大約為多少？3、答：某測(cè)量?jī)x表的測(cè)量范圍是+200+500, 精度等級(jí)為為5.0，求當(dāng)其示值為200和500時(shí), 被測(cè)點(diǎn)的真實(shí)溫度(真值) 大約為多少？ max=± 5.0%( 500-200) =± 15示值為200時(shí)真值在185和 215之間示值為500時(shí)真值在485和 515之間感謝下載載精品4、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

12、具方框圖；(2)確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式，并說(shuō)明原因。設(shè)定的i：控制器劑控制器二次干擾由次干擾必洞粒惻變送IL檢測(cè)變送答：(1)該系統(tǒng)是一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)，具方框圖為:(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。5、如下圖所示的液體儲(chǔ)罐，設(shè)進(jìn)水口和出水口的體積流量分別是 qi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)模型且國(guó) Qi(s)感謝下載載完整解答過(guò)程如下(含評(píng)分標(biāo)準(zhǔn))：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)液體流入量一單位時(shí)間內(nèi)液體 流出量： dhA qi qo dt（2

13、分）d hdtqiqo以增量形式表示各變量偏離起始穩(wěn)態(tài)值的程度。即:式(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:Pl2Vi2gziP22V22gz2（2 分）得：v 2gh故q° A'vA'、頌k h（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:將上式代入.d hA qdt（式1）,得:h R整理并省略增量符號(hào)，得微分方程:RA 曲 h Rqdt(1分) 經(jīng)拉氏變換可得傳遞函數(shù)為:H(s) R Qi(s) RAs 1(2 分)什么是過(guò)程控制？過(guò)程控制是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱。過(guò)程控制的特點(diǎn)1，系統(tǒng)由被控過(guò)程與系類化生產(chǎn)的自動(dòng)化儀表組成2，被控過(guò)程復(fù)雜

14、多樣，通用控制系統(tǒng)難以設(shè)計(jì)3，控制方案豐富多彩，控制要求越來(lái)越高4, 控制過(guò)程大多屬于慢變過(guò)程與參量控制5，定值控制是過(guò)程控制的主要形式過(guò)程參數(shù)檢測(cè)儀表通常由傳感器和變松器組成。測(cè)溫儀表的選用原則1，儀表精度等級(jí)應(yīng)符合工藝參數(shù)的誤差要求2，選用的儀表應(yīng)能操作方便、運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)、合理，在同一工程中應(yīng)盡量減少一起的品種和規(guī)格3，儀表的量程應(yīng)大于工藝要求的實(shí)際測(cè)溫范圍，但也不能太大。4，熱電偶是測(cè)溫儀表的首選檢測(cè)元件，但當(dāng)在低溫測(cè)量時(shí)還是選用熱電阻元件合適5，對(duì)裝有保護(hù)套管的測(cè)溫元件，保護(hù)套管的耐壓等級(jí)應(yīng)不低于所在管線或設(shè)備的耐壓等級(jí)，其材料根據(jù)最高使用溫度及被測(cè)戒指的特性確定壓力是指作用于單位面

15、積上的力，即物理上的壓強(qiáng)流量單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)工藝管道某截面的流體數(shù)量稱為瞬時(shí)流量，而把某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)工藝管道某截面的流體總量稱為累計(jì)流量調(diào)節(jié)器的功能1，偏差顯示2，輸出顯示3，內(nèi)外給定的選擇4，正反作用的選擇5，手動(dòng)切換操作6，其他功能執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行器的氣開(kāi)，是指當(dāng)氣壓信號(hào)p>0.02MPa時(shí)，閥門由關(guān)閉逐漸打開(kāi)；氣關(guān)相反調(diào)節(jié)閥的流量特性是指控制介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與閥門相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系理想流量特性是指當(dāng)調(diào)節(jié)閥前后壓差一定是獲得的流量特性理想流量特性主要有三種，直線流量特性，對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性，快開(kāi)流量特性直線流量特性是指流過(guò)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與閥門的

16、相對(duì)開(kāi)度成直線關(guān)系， 即閥桿單位行程變化所引起的流量變化是常數(shù)。適用于中等開(kāi)度，且負(fù)荷變化不大的過(guò)程對(duì)數(shù)流量特性是指單位行程變化所引起的相對(duì)流量變化與該點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系，適用于負(fù)荷變化打的過(guò)程快開(kāi)流量特性是指小開(kāi)度時(shí)就有較大的流量，隨著開(kāi)度的增大，流量很快達(dá)到最大流量特性的選擇必須保證系統(tǒng)總的放大系數(shù)在整個(gè)操作范圍內(nèi)保持不變。有自衡特性當(dāng)原來(lái)處于平衡狀態(tài)的過(guò)程出現(xiàn)干擾時(shí)，其輸出量在無(wú)人或無(wú)控制裝置的干預(yù)下，能夠自動(dòng)回復(fù)到原來(lái)或新的平衡狀態(tài)單容過(guò)程。只有一個(gè)儲(chǔ)存容積的過(guò)程M序列的產(chǎn)生方法通常有兩種，一是用移位寄存器產(chǎn)生，二是用軟件實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)控制參數(shù)的確定原則1,選擇結(jié)果應(yīng)使控制通道

17、的靜態(tài)增益 K0盡可能大，時(shí)間常數(shù)T 0 , 選擇恰當(dāng)。2 ,控制通道的純滯后時(shí)間t 0應(yīng)盡可能的小， 一般t與T 0的比值 小于0.3.3 ,干擾通道的靜態(tài)增益K f應(yīng)盡可能的小； 時(shí)間常數(shù)T f應(yīng)盡可能 的大，其個(gè)數(shù)盡可能的多；擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的位置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離被控參 數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥。4,當(dāng)廣義被控過(guò)程有幾個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成時(shí)，應(yīng)盡可能的設(shè) 法使幾個(gè)時(shí)間常數(shù)中的最大與最小的比值盡可能的大， 一邊盡可能提 高系統(tǒng)的可控性。調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇原則調(diào)節(jié)器的正反作用方式選擇串級(jí)控制將兩個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)在一起工作、各自完成不同任務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，就稱 為串級(jí)控制結(jié)構(gòu)串級(jí)控制系統(tǒng)的控制效果1 ,能迅速客服進(jìn)入副回路的干擾2 ,能改善控制通道的動(dòng)態(tài)特性，提高工作頻率3 ,能適應(yīng)負(fù)荷和操作條件的劇烈變化串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1 ,對(duì)進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的一致能力。2 ,能改善控制通道的動(dòng)態(tài)特性、提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力。3 ,對(duì)非線性情況下的負(fù)荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。串級(jí)控制系統(tǒng)的適用范圍1,容量滯后較大的過(guò)程2 ,純滯后較大的過(guò)程3 ,干擾變化劇烈、幅度大的過(guò)程4 ,參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過(guò)程5,非線性過(guò)程串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路的設(shè)計(jì)