過(guò)程控制技術(shù)及其應(yīng)用復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、第一章控制系統(tǒng)的基本概念什么叫生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化？生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化主要包含了哪些內(nèi)容？答：利用自動(dòng)化裝置來(lái)管理生產(chǎn)過(guò)程的方法稱為生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。主 要包含：自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)自動(dòng)控制 系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由哪幾個(gè)環(huán)節(jié)組成？自動(dòng)控制系統(tǒng)常用的術(shù)語(yǔ) 有哪些？答：一個(gè)自動(dòng)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(dòng)控制裝置，包括測(cè)量?jī)x表，變送器，控制儀表以及執(zhí)行器等； 另一部分是自動(dòng)控制裝置控制下的生產(chǎn)設(shè)備，即被控對(duì)象。自動(dòng)控制系統(tǒng)常用的術(shù)語(yǔ)有：被控變量y被控對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)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(yīng)溫度；給定值（或設(shè)定值）ys對(duì)應(yīng)于

2、生產(chǎn)過(guò)程中被控變量的期望值； 測(cè)量值ym由檢測(cè)原件得到的被控變量的實(shí)際值；操縱變量（或控制變量）m受控于調(diào)節(jié)閥，用以克服干擾影響， 具體實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱為操縱變量，是調(diào)節(jié)閥的輸出信號(hào)； 干擾f引起被控變量偏離給定值的，除操縱變量以外的各種因素； 偏差信號(hào)（e）被控變量的實(shí)際值與給定值之差，即e=ym - y 控制信號(hào)u控制器將偏差按一定規(guī)律計(jì)算得到的量。什么是自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖？它與工藝流程圖有什么不同？答：自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖上是由傳遞方塊、信號(hào)線（帶有箭頭的線 段）、綜合點(diǎn)、分支點(diǎn)構(gòu)成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。其中 每一個(gè)分塊代表系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分，方塊內(nèi)填入表示其自身特性

3、的數(shù)學(xué)表達(dá)式；方塊間用帶有箭頭的線段表示相互間的關(guān)系及信號(hào)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(hào)的聯(lián)系，以便對(duì)系統(tǒng)特性進(jìn)行分析和研究。而工藝流 程圖則是以形象的圖形、符號(hào)、代號(hào)，表示出工藝過(guò)程選用的化工設(shè) 備、管路、附件和儀表自控等的排列及連接，借以表達(dá)在一個(gè)化工生 產(chǎn)中物料和能量的變化過(guò)程，即原料一成品全過(guò)程中物料和能量發(fā)生 的變化及其流向。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，什么是干擾作用？什么是控制作用？?jī)烧哂惺?么關(guān)系？答：干擾作用是由干擾因素施加于被控對(duì)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(duì)象，通過(guò)改變 操縱變量克服干擾作用

4、，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(duì)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。什么是閉環(huán)控制？什么是開(kāi)環(huán)控制？定值控制系統(tǒng)為什么必須是 一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)？答：閉環(huán)控制是指控制器與被控對(duì)象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系 的自動(dòng)控制，即操縱變量通過(guò)被控對(duì)象去影響被控變量，而被控變量 又通過(guò)自動(dòng)控制裝置去影響操縱變量，從信號(hào)傳遞關(guān)系上看，構(gòu)成了 一個(gè)閉合回路。開(kāi)環(huán)控制是指控制器與被控對(duì)象之間只有順向控制而 沒(méi)有反向聯(lián)系的自動(dòng)控制系統(tǒng)。即操縱變量通過(guò)被控對(duì)象去影響被控 變量，但被控變量并不通過(guò)自動(dòng)控制裝置去影響操縱變量，從信號(hào)傳

5、 遞關(guān)系上看，未構(gòu)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(yīng)穩(wěn)定在與給定值相對(duì)應(yīng)的工藝指標(biāo)上， 或在工藝指標(biāo)的上下一定范圍內(nèi)變化，因此需要閉環(huán)控制。另外負(fù)反 饋其反饋信號(hào)的作用方向與設(shè)定信號(hào)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(gè)閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)。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(shè)定值。試畫(huà)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(hào)和輸出信號(hào)是什么？整個(gè)系統(tǒng)的輸入 信號(hào)和輸出信號(hào)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(shí)，該系統(tǒng)如何 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的？答：如圖所示為該控制系統(tǒng)的方框圖。該控制

6、系統(tǒng)及各環(huán)節(jié)的輸入、輸出信號(hào)如圖所示。整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)為：給定值ys，干擾作用f，輸出為熱物料出口溫度T，當(dāng)冷物料流量增大，則出口溫度y減小，TT檢測(cè)后所得y減小，偏 m差信號(hào)e=yys0，輸入調(diào)節(jié)器后產(chǎn)生控制信號(hào)u，使執(zhí)行器或調(diào)節(jié)閥 加大閥門(mén)開(kāi)度，使溫度T升高，從而實(shí)現(xiàn)控制。圖1-12為貯糟液位控制系統(tǒng)，工藝要求液位保持為某一數(shù)值，（1）試畫(huà)出該系統(tǒng)的方框圖；（2）指出系統(tǒng)中被控對(duì)象，被控變量，操縱變量，干擾作用各是什 么？qv2qv2液位測(cè)量變送裝置（2）該系統(tǒng)中被控變量對(duì)象為貯槽；被控變量為貯槽液位；操縱變 量為出水流量；干擾作用為：進(jìn)水流量，大氣溫度等。什么是自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)度過(guò)程？

7、在階躍干擾作用下有哪幾種基 本形式？其中哪些能滿足自動(dòng)控制的要求，哪些不能，為什么？ 答：對(duì)于任何一個(gè)控制系統(tǒng)，擾動(dòng)作用是不可避免的，系統(tǒng)受到擾動(dòng) 作用后，其平衡狀態(tài)被破壞，被控變量就要發(fā)生波動(dòng)，在自動(dòng)控制作 用下經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，使被控變量回復(fù)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，即系統(tǒng)從一個(gè) 平衡狀態(tài)進(jìn)入另一個(gè)平衡狀態(tài)之間的過(guò)程稱為系統(tǒng)的過(guò)度過(guò)程。在階 躍干擾作用下，其過(guò)度過(guò)程曲線有：發(fā)散振蕩過(guò)程等幅振蕩過(guò)程衰減振蕩過(guò)程非振蕩 的單調(diào)過(guò)程。其中衰減振蕩和非振蕩的單調(diào)過(guò)程屬于穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò) 程，能滿足自動(dòng)控制的要求，其它的不能。試畫(huà)出衰減比分別為n1,n8時(shí)的過(guò)度過(guò)程曲線？ 答：如圖所示：表示衰減振蕩過(guò)程的控制指標(biāo)有哪

8、些？答：表示衰減振蕩過(guò)程的控制指標(biāo)有：最大偏差A(yù)指過(guò)渡過(guò)程中被控變量偏離設(shè)定值的最大值，即 被控變量第一個(gè)波的峰值與給定值的差。衰減比n過(guò)渡過(guò)程曲線上同方向的相鄰兩個(gè)波峰之比。回復(fù)時(shí)間（過(guò)渡時(shí)間）ts指被控變量從過(guò)渡狀態(tài)回復(fù)到新的平 衡狀態(tài)的時(shí)間間隔，即整個(gè)過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間。差e（8 ）指過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之 差。振蕩周期T過(guò)渡過(guò)程的第一個(gè)波峰與相鄰的第二個(gè)同向波峰之 間的時(shí)間間隔，其倒數(shù)稱為振蕩頻率。第二章過(guò)程裝備控制基礎(chǔ)什么是被控對(duì)象的特性？表征被控對(duì)象特性的參數(shù)有哪些？它們 的物理意義是什么？答：所謂被控對(duì)象的特性，是指當(dāng)被控對(duì)象的輸入變量發(fā)生變化時(shí)， 其輸出變

9、量隨時(shí)間的變化規(guī)律（包括變化的大小，速度），描述被控 對(duì)象特性的參數(shù)有放大系數(shù)K，時(shí)間常數(shù)T和滯后時(shí)間t。K被控對(duì)象重新達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)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(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出和輸入之間 的關(guān)系，所以放大系數(shù)是描述對(duì)象靜態(tài)特性的參數(shù)。T時(shí)間常數(shù)是指當(dāng)對(duì)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(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間?；虍?dāng)對(duì)象受到階躍輸入 作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時(shí)間。時(shí)間常數(shù)T是 反映被控變量變化快慢的參數(shù)，因此是對(duì)象的動(dòng)態(tài)參數(shù)。T 滯后時(shí)間是純滯后T0時(shí)間和容量滯后T 的總和。輸入變量的變化落后于輸入變量變化的時(shí)間稱為純滯

10、后時(shí)間，純滯后 的產(chǎn)生一般是由于介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時(shí)間引起的。容量 滯后一般是因?yàn)槲锪匣蚰芰康膫鬟f需要通過(guò)一定的阻力而引起的。滯 后時(shí)間T也是反映對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的重要參數(shù)。為什么說(shuō)放大系數(shù)是對(duì)象的靜態(tài)特性，而時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間是動(dòng) 態(tài)特性？答：放大系數(shù)K表達(dá)了被控對(duì)象在干擾作用下重新達(dá)到平衡狀態(tài)的性 能，是不隨時(shí)間變化的參數(shù)，所以K是被控對(duì)象的靜態(tài)特性參數(shù)。時(shí) 間常數(shù)反映了被控對(duì)象受到輸入作用后，輸入變量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值的快 慢，它決定了整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程的長(zhǎng)短，所以是動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。滯后時(shí)間 也是描述對(duì)象滯后現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)參數(shù)。什么是被控對(duì)象的控制通道？什么是干擾通道？答：對(duì)一個(gè)被控對(duì)象來(lái)說(shuō)，輸入量

11、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)量至被控變量的信號(hào)聯(lián) 系稱為擾動(dòng)通道。在控制系統(tǒng)中，對(duì)象的放大系數(shù)，時(shí)間常數(shù)，滯后時(shí)間對(duì)控制有什 么影響？答：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

12、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)間較大；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)楫?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，即 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I。時(shí)間

13、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。試從圖2-58某對(duì)象的反應(yīng)曲線中，表示出該對(duì)象的放大系數(shù)，時(shí) 間常數(shù)和滯后時(shí)間。解：如圖所示:k= H(8)- H (0)二 H(8)- H (0) 工(8)- x(0)AVt0tT如圖所示，以起始速率變化至新穩(wěn)態(tài)值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，T二 t - t，T = 0T如圖所示，不存在容量滯后，/. T = 0什么是調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律？調(diào)節(jié)器有哪幾種基本控制規(guī)律？答：調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)變化的規(guī)律 或是指控制器的輸出信號(hào)P與輸入偏差信號(hào)e之間的

14、關(guān)系。常用的基本調(diào)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。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(diǎn)？答：位式控制器的輸出只有幾個(gè)特定的數(shù)值，或它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有 幾個(gè)特定的位置。最常見(jiàn)的是雙位控制。，它們輸出只有兩個(gè)數(shù)值（最 大或最小），其執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有兩個(gè)特定的位置（開(kāi)或關(guān)）。位式控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，易于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用較普遍。但它的控 制作用不是連續(xù)變化的，由它所構(gòu)成的位式控制系統(tǒng)其被控變量的變 化將是一個(gè)等幅振蕩過(guò)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(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)變化量與輸入信號(hào)變化量 e（t）成比例關(guān)系：

15、，一比例放大系數(shù)，比例控制的伏點(diǎn)是反應(yīng)快， 控制及時(shí)，其缺點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷改變時(shí)，控制結(jié)果有余差存在，即 比例控制不能消除余差，因此只在對(duì)被控變量要求不高的場(chǎng)合，才單 獨(dú)使用比例控制。積分控制（I）：調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的變化量與輸入偏差的積分成正比， 即： 式中一積分速度，一積分時(shí)間。積分規(guī)律的特點(diǎn)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(shí)有效地克服擾動(dòng)的影響，加劇了被控變量的波動(dòng)，使系統(tǒng)難以 穩(wěn)定下來(lái)，故不單獨(dú)使用積分控制規(guī)律。微分控制（D）指調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的變化量與輸入偏差的變化速 度成正比。即。一微分時(shí)間。微分控制規(guī)律的特點(diǎn)是有一定的超前控制作用，能抑制系

16、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(guān)，而與偏差的存在無(wú) 關(guān)，因此，不能克服確定不變的偏差。故也不單獨(dú)使用。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(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與測(cè)定值之差。 比例調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差具有一一對(duì)應(yīng)的比例差系，要使 調(diào)節(jié)器有輸出，就必須要有偏差存在，因此，比例調(diào)節(jié)控制不能消除 余差。積分控制其輸出信號(hào)的大小不僅與輸入偏差信號(hào)的大小有關(guān)， 還取決于偏差存在時(shí)間長(zhǎng)短。只要有偏差，調(diào)節(jié)器的輸出就不斷變化， 偏差存在的時(shí)間越長(zhǎng)，輸出信號(hào)的變化量就越大，只有存在偏差身先 等于的情況下，積分調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)才能

17、相對(duì)穩(wěn)定，因此積分控制 作用是力圖消涂余差。為什么積分控制規(guī)律一般不單獨(dú)使用？答：積分控制其輸出變化總是滯后于偏差，不能及時(shí)有效地克服擾動(dòng) 的影響，加劇了被控變量的波動(dòng)，使系統(tǒng)難以穩(wěn)定下來(lái)，因此工業(yè)過(guò) 程控制中，通常不單獨(dú)使用積分控制規(guī)律。比例、積分、微分、控制分別用什么量表示其控制作用的強(qiáng)弱？ 并分別說(shuō)明它們對(duì)控制質(zhì)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(qiáng)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，最大偏差也越短，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度降低；其過(guò)渡過(guò)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 積分時(shí)間Tj表示積分控制作用強(qiáng)弱的參數(shù)，積分時(shí)

18、間 越小，表示積分控制作用越強(qiáng)。積分時(shí)間二的減少，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定 性下降，動(dòng)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(zhǔn)確度，最大偏差減小。微分控制一一微分時(shí)間TD是表示微分控制作用強(qiáng)弱的一個(gè)參數(shù)。如 微分時(shí)間td越大，表示微分控制作用越強(qiáng)。增加微分時(shí)間td，能克服 對(duì)象的滯后，改善系統(tǒng)的控制質(zhì)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。試畫(huà)出在階躍作用下，比例、比例積分、比例積分微分調(diào)節(jié)器的12.比例積分微分調(diào)節(jié)器有什么特點(diǎn)?答：比例積分微分調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)是：在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行微分 調(diào)節(jié)可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)行積分調(diào)節(jié)可消除余差，所以這種調(diào)節(jié) 器既能

19、快速進(jìn)行調(diào)節(jié)，又能消除余差，具有良好的調(diào)節(jié)性能。調(diào)節(jié) 作用可通過(guò)調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膮?shù)，比例度，積分時(shí)間二和微分時(shí)間孔面 改變。在比例積分微分調(diào)節(jié)器中可以調(diào)整的參數(shù)有哪幾個(gè)?試說(shuō)明調(diào)下 整其中一個(gè)參數(shù)時(shí),對(duì)調(diào)節(jié)器的控制作用有什么影響？答:在PID調(diào)節(jié)器中，比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間三個(gè)參數(shù)可以調(diào)整， 從而可獲得較高的控制質(zhì)量。如比例度增大，則比例控制作用減少弱， 當(dāng) 時(shí)，PID調(diào)節(jié)器成為積分微分調(diào)節(jié)器，當(dāng)Tj積分時(shí)間時(shí)，PID調(diào) 節(jié)器成為比例微分控制器，當(dāng)Td時(shí)，PID調(diào)節(jié)器成為PI即比例積分 控制。調(diào)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(dāng)一個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝完成后，系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)

20、及其被控對(duì)象各 通道的特征不能改變了，而唯一能改變的就是調(diào)節(jié)器的參數(shù)，即調(diào)節(jié) 器的比例度、積分時(shí)間L、微分時(shí)間Td。通過(guò)改變這三個(gè)參數(shù)的大 小，就可以改變整個(gè)系統(tǒng)的性能，獲得較好的過(guò)渡過(guò)程和控制質(zhì)量。 調(diào)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(zhì)量最 好的調(diào)節(jié)器參數(shù)，工程上常用的整定方法有：經(jīng)驗(yàn)試湊法一一根據(jù)被控變量的性質(zhì)在己知合適的參數(shù)（經(jīng)驗(yàn) 參數(shù)）范圍內(nèi)選擇一組適當(dāng)?shù)闹底鰹檎{(diào)節(jié)器的參數(shù)值，然后直接 在運(yùn)行的系統(tǒng)中，人為地加上階躍干擾，通過(guò)觀察記錄儀表上的 過(guò)渡曲線，并以比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間對(duì)過(guò)渡曲線的影響 為指導(dǎo)，按照某種順序反復(fù)試湊比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間的 大小，直到

21、獲得滿意的過(guò)渡過(guò)程曲線為止。臨界比例度法一一首先求取比例作用下的閉環(huán)系統(tǒng)為等幅振蕩過(guò)程時(shí)的比例度和振蕩周期tk，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出相應(yīng)的 調(diào)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(yīng)的值。調(diào)節(jié)器控制規(guī)律選擇的依據(jù)是什么？答：關(guān)于控制規(guī)律選取可歸納為以下幾點(diǎn)：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)適用于控制負(fù)荷變化較小的被控變量，如果負(fù)荷 變化較大，無(wú)論選擇哪種調(diào)節(jié)規(guī)律，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)都很難得到滿 意的控制質(zhì)量，此時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)選取用復(fù)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(dāng)廣義對(duì)控制 通道時(shí)間常數(shù)較少，負(fù)

22、荷變化較小，而工藝要求不高時(shí)，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(dāng)廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較，負(fù)荷變化較小，而工藝要求 無(wú)余差時(shí)，可選用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律，如管道壓力，流量等參數(shù) 的控制。當(dāng)廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容量滯后較大時(shí)，應(yīng)引入 微分作用，如工藝充許消除余差，可選用比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律；如 工藝要求無(wú)余差時(shí)，則選用PID調(diào)節(jié)規(guī)律，如溫度，成分，PH等 參數(shù)控制。如果被控對(duì)象傳遞參數(shù)可用近似，則可根據(jù)對(duì)象的可控比t/T 選擇哪個(gè)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律。當(dāng)t/T時(shí)，選用P或PI；當(dāng)時(shí)， 選PD或PID；當(dāng)時(shí)，采用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)往往不能滿足控制要求， 這時(shí)應(yīng)選用復(fù)雜控制系

23、統(tǒng)。設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，必須確定和考慮哪些方面的問(wèn)題？答：設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，首先應(yīng)對(duì)被控對(duì)象做全面的了解。除被控對(duì) 象的動(dòng)靜態(tài)特征外，對(duì)于工藝過(guò)程，設(shè)備等也需要比較深入的了解； 在此基礎(chǔ)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(cè)變送元件及檢測(cè)位置，選用恰當(dāng)?shù)膱?zhí)行行器， 調(diào)節(jié)器以及調(diào)節(jié)器控制規(guī)律待，最后將調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定到最佳值。什么是串級(jí)控制系統(tǒng)？它有什么特點(diǎn)？什么情況下采用串級(jí)控 制？答：串級(jí)控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征面得出的。它是由主、副兩個(gè) 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(shí)現(xiàn)對(duì)主變量的定值控制。它的特點(diǎn)有：

24、能迅速克服進(jìn)入副回路的干擾。能改善被控對(duì)象的 特征，提高了系統(tǒng)克服干擾的能力。主回路對(duì)副對(duì)象具有“魯棒性”， 提高了系統(tǒng)的控制精度。串級(jí)控制系統(tǒng)主要就用于：對(duì)象的滯后和時(shí) 間常數(shù)很大，干擾作用強(qiáng)面頻繁，負(fù)荷變化大，對(duì)控制質(zhì)量要求較高 的場(chǎng)合。串級(jí)控制系統(tǒng)中心副回路和主回路各起什么作用？為什么？答：在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)是由兩個(gè)串聯(lián)工作的控制器構(gòu)成的 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)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(diào)”的作用；一個(gè)閉環(huán)在外面，稱為主環(huán)或主回路，用 來(lái)完成“細(xì)調(diào)”的任務(wù)，以保證被控變量滿足工藝要求。由于串級(jí)控 制系統(tǒng)由兩套檢測(cè)變送器、兩個(gè)調(diào)節(jié)閥、兩個(gè)被控對(duì)象和一個(gè)調(diào)節(jié)

25、閥 組成，其中兩個(gè)調(diào)節(jié)閥器串聯(lián)起來(lái)工作，前一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為后 一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值，后一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出才送給調(diào)節(jié)閥。因此一個(gè) 是粗調(diào)，一個(gè)是細(xì)調(diào)。圖2-59是聚合釜溫度與流量的串級(jí)控制系統(tǒng)。說(shuō)明該系統(tǒng)的主、副對(duì)象，主、副變量，主、副調(diào)節(jié)器各是什么？試述該系統(tǒng)是如何客觀實(shí)現(xiàn)其控制作用？解：該系統(tǒng)的主對(duì)象：聚合釜副對(duì)象：冷卻水進(jìn)口管路主變量：聚合釜溫度副變量：冷卻水流量主調(diào)節(jié)器：溫度調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器：流量調(diào)節(jié)器調(diào)整冷卻水閥門(mén)開(kāi)度，開(kāi)度增加；同時(shí)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(nèi)。什么是前饋控制系統(tǒng)？應(yīng)用在什么場(chǎng)合？答：前饋控制又稱擾動(dòng)補(bǔ)償，它是測(cè)量進(jìn)入過(guò)程的干擾（包括

26、外界干 擾和設(shè)定值變化），并按其信號(hào)產(chǎn)生合適的控制作用去改變操縱變量， 使被控變量維持在設(shè)定值上。前饋控制主要用于下列場(chǎng)合：干擾幅值大面頻繁，對(duì)被控變量影響劇烈，單純反饋達(dá)不到要求時(shí);主要干擾是可測(cè)不可控的變量；對(duì)象的控制通道滯后大，反饋控 制不即時(shí)，控制質(zhì)量差時(shí)，可采用前饋一反饋控制系統(tǒng)，以提高控制 質(zhì)量。什么是比值控制系統(tǒng)？它有哪幾種類型？答：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的參數(shù)符號(hào)一定比例關(guān)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(kāi)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)。選擇性控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是什么？應(yīng)用在什么場(chǎng)合？答：選擇性

27、控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是使用選擇器，可以在兩個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)器 的輸出端，或在幾個(gè)變送器輸出端對(duì)信號(hào)進(jìn)行選擇，以適應(yīng)不同的工 況，主要應(yīng)用在對(duì)不穩(wěn)定工況的控制，可以保證生產(chǎn)工藝過(guò)程的安全 操作，盡量減少開(kāi)，停車中的不穩(wěn)定工況。均勻控制的目的和特點(diǎn)是什么？答：均勻控制系統(tǒng)的目的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。均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是其控制結(jié)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(gè)互相聯(lián)系的變量都在允許的范圍內(nèi)緩慢地變化。第三章過(guò)程檢測(cè)技術(shù)寫(xiě)出測(cè)量方程式，以及測(cè)量三要素，并舉例說(shuō)明。 答：測(cè)量方程式：為被測(cè)量，乂為測(cè)量值，u為測(cè)量單位。測(cè)量過(guò)程 三

28、要素為：測(cè)量單位，測(cè)量方法，測(cè)量?jī)x器與設(shè)備。舉例：如液柱式 溫度計(jì)測(cè)量溫度。簡(jiǎn)述直接測(cè)量法與間接測(cè)量法的定義，指出它們的異同及使用場(chǎng) 合？答：直接測(cè)量法一指被測(cè)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(cè)參數(shù)值的測(cè)量方法；間接測(cè)量法一通過(guò)測(cè)量與被測(cè)量 有一定函數(shù)關(guān)系的其他物理量，然后根據(jù)函數(shù)關(guān)系計(jì)算出被測(cè)量的數(shù) 值，稱為間接測(cè)量法。相同之處在于都是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中一些物理量的 測(cè)量，都包含測(cè)量三要素。不同之處在于直接測(cè)量測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單方便， 應(yīng)用廣泛；間接測(cè)量過(guò)程較復(fù)雜，只有在誤差較大或缺乏直接測(cè)量?jī)x 表時(shí)才采用。測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)有哪些？傳感器的主要特性有哪些？答：測(cè)量?jī)x表的主要性能

29、指標(biāo)有技術(shù)，經(jīng)濟(jì)及使用三方面的指標(biāo)，其 中技術(shù)方面的有：誤差，精度等級(jí)，靈敏度，變差，量程，響應(yīng)時(shí)間， 漂移等；經(jīng)濟(jì)方面的有：使用壽命，功耗，價(jià)格等；使用方面的有： 操作維修是否方便，運(yùn)行是否可靠安全，以及抗干擾與防護(hù)能的強(qiáng)弱， 重量體積的大小，自動(dòng)化程度的高低等。傳感器的主要特性有：準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性，靈敏性。舉例說(shuō)明系統(tǒng)誤差，隨機(jī)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(cè)量工具本身的不準(zhǔn)確或安裝調(diào)整得不正確，測(cè)試人員的分辨能力或固有的讀數(shù)習(xí)慣，測(cè)量方法的理論根據(jù)有缺陷或 采用了近似公式等原因產(chǎn)生的測(cè)量值與真值的偏差。系統(tǒng)誤差的絕對(duì) 值和符號(hào)或者保持不變，或者在條件變化時(shí)按某一

30、規(guī)律變化。如儀表 零位未調(diào)整好會(huì)引起恒值系統(tǒng)誤差。隨即誤差是由于測(cè)量過(guò)程中大量 彼此獨(dú)立的微小因素對(duì)被測(cè)值的綜合影響而產(chǎn)生的測(cè)量值與真值的 偏差，其絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)料的方式變化。如氣溫的變化。粗大 誤差一是由于測(cè)量操作者的粗心，不正確地操作，實(shí)驗(yàn)條件的突變或 實(shí)驗(yàn)狀況未達(dá)到預(yù)想的要求而匆忙實(shí)驗(yàn)等原因造成的明顯地歪曲測(cè) 量結(jié)果的誤差。減小誤差的方法：系統(tǒng)誤差：應(yīng)盡量減少或消除系 統(tǒng)誤差的來(lái)源。首先檢查儀表本身的性能是否符號(hào)要求；其次仔細(xì)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(shù)要求，零位是否正確；此外還應(yīng)檢查測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法本身是否 正確。隨即誤差：由于摩擦，間隙

31、，噪聲等都會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)誤差，因 此首先從結(jié)構(gòu)，原理上盡量避免采用存在摩擦的可動(dòng)部分；采用減小 噪聲的裝置，并采用抗干擾能力強(qiáng)的測(cè)量?jī)x器。對(duì)于粗大誤差應(yīng)端 正科學(xué)研究態(tài)度，并認(rèn)真分析數(shù)據(jù)，剔除壞值。試述絕對(duì)誤差，相對(duì)誤差及引用誤差的定義，舉例說(shuō)明各自的用途。 答：絕對(duì)誤差一儀表指示值與被測(cè)變量的真值之間的代數(shù)差，即 軟=x - A，可表示儀表基本誤差限：A 二 。相對(duì)誤差一測(cè)量的絕對(duì)誤差與被測(cè)變量的約定真值（實(shí)際值）之比， 即用8=x 100% = 6%，可表示儀表的基本誤差限與絕對(duì)誤差相比x較，相對(duì)誤差更能說(shuō)明測(cè)量結(jié)果的精確程度，如溫度升測(cè)量顯示值為57C，時(shí)間溫度為60C，則：A_57-60_

32、-3, = 60 x 100% = 5.0%，若實(shí)際為30C，測(cè)量顯示值為27C，則：A=-3C, =亶xi00% = -10.0%，顯然此時(shí)的相對(duì)誤差比前者大。 30引用誤差一絕對(duì)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 = Ax 100% = d%， s如溫度計(jì)的量程為100C，則其引用誤差q =宜x100% = 3%，100根據(jù)允許引用誤差值的大小可劃分儀表的精度等級(jí)。7.對(duì)某物理量經(jīng)過(guò)20次測(cè)量，得到如下數(shù)據(jù):324.08324.03324.02324.11324.14324.07324.11324.14324.19324.23324.1324.0324.0324.1

33、324.0324.1324.1324.0324.2324別用3 準(zhǔn)則和肖維耐準(zhǔn)則判斷有無(wú)粗差，并求該測(cè)量的計(jì)算平均值亍，標(biāo)準(zhǔn)差a和極限誤差A(yù)，寫(xiě)出測(cè)量結(jié)果表達(dá)式。解：n=20，平均值無(wú)=1乙=_L無(wú)x =324.11， n i=1i=1剩余誤差：匕=xX，即：-0.03-0.08-0.0900.03-0.0400.030.080.120.07-0.08-0.10.01-0.030.050.01-0.050.10.03標(biāo)準(zhǔn)差b二;才V2 =0.064，標(biāo)限誤差A(yù) = 0.12 n i=1（1）3b準(zhǔn)則：3b =0.192, v = 0.12 3。因此該組數(shù)中無(wú)壞值。（2

34、）肖維耐準(zhǔn)則：依表3-1可知n=20時(shí)，k = M =2.24bkb = 0.14336， yx= 0.12 kb，故該組數(shù)中無(wú)壞值。極限誤差A(yù) = 0.12，測(cè)量結(jié)果：x0 = X = 324.11概述膨脹式溫度計(jì)的工作原理與主要特點(diǎn)：答：膨脹式溫度計(jì)是利用物體熱脹冷縮的性質(zhì)來(lái)測(cè)溫的。主要特點(diǎn)：玻璃液體：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量精度高，價(jià)格低廉； 測(cè)量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能遠(yuǎn)傳。雙金屬；結(jié)構(gòu) 緊湊，牢固，可靠；測(cè)量精度較低，量程和使用范圍有限。16.用U型管壓力計(jì)（封液為水銀）測(cè)溫度管道中水的壓力。壓力計(jì)在管道下面1.5M （至肘管端口）處，壓力計(jì)同大氣一側(cè)肘管內(nèi)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 + p g( h + h + h ) = P + p gh 水 水 123a 水銀 3.表壓P = P - P =p gh -p g (h + h + h ) 表 水 a 水銀 3 水 123=13.6x103 x9.8x0.14-1x103 x9.8x(1.5x0.08 + 0.14)=1803.2Pa液體式壓力計(jì)有哪些主要類型？試分析其誤差答：液柱式壓力計(jì)主要有：U型管壓力計(jì)，單