過程控制技術(shù)及其應(yīng)用復(fù)習(xí)重點

1、第一章控制系統(tǒng)的基本概念什么叫生產(chǎn)過程自動化？生產(chǎn)過程自動化主要包含了哪些內(nèi)容？答：利用自動化裝置來管理生產(chǎn)過程的方法稱為生產(chǎn)過程自動化。主 要包含：自動檢測系統(tǒng)信號聯(lián)鎖系統(tǒng)自動操縱系統(tǒng)自動控制 系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)主要由哪幾個環(huán)節(jié)組成？自動控制系統(tǒng)常用的術(shù)語 有哪些？答：一個自動控制系統(tǒng)主要有兩大部分組成：一部分是起控制作用的 全套自動控制裝置，包括測量儀表，變送器，控制儀表以及執(zhí)行器等； 另一部分是自動控制裝置控制下的生產(chǎn)設(shè)備，即被控對象。自動控制系統(tǒng)常用的術(shù)語有：被控變量y被控對象內(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對應(yīng)于

2、生產(chǎn)過程中被控變量的期望值； 測量值ym由檢測原件得到的被控變量的實際值；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； 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（e）被控變量的實際值與給定值之差，即e=ym - y 控制信號u控制器將偏差按一定規(guī)律計算得到的量。什么是自動控制系統(tǒng)的方框圖？它與工藝流程圖有什么不同？答：自動控制系統(tǒng)的方框圖上是由傳遞方塊、信號線（帶有箭頭的線 段）、綜合點、分支點構(gòu)成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。其中 每一個分塊代表系統(tǒng)中的一個組成部分，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 相互影響和信號的聯(lián)系，以便對系統(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、代號，表示出工藝過程選用的化工設(shè) 備、管路、附件和儀表自控等的排列及連接，借以表達(dá)在一個化工生 產(chǎn)中物料和能量的變化過程，即原料一成品全過程中物料和能量發(fā)生 的變化及其流向。在自動控制系統(tǒng)中，什么是干擾作用？什么是控制作用？兩者有什 么關(guān)系？答：干擾作用是由干擾因素施加于被控對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)行器作用于被控對象，通過改變 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？什么是開環(huán)控制？定值控制系統(tǒng)為什么必須是 一個閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)？答：閉環(huán)控制是指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系 的自動控制，即操縱變量通過被控對象去影響被控變量，而被控變量 又通過自動控制裝置去影響操縱變量，從信號傳遞關(guān)系上看，構(gòu)成了 一個閉合回路。開環(huán)控制是指控制器與被控對象之間只有順向控制而 沒有反向聯(lián)系的自動控制系統(tǒng)。即操縱變量通過被控對象去影響被控 變量，但被控變量并不通過自動控制裝置去影響操縱變量，從信號傳

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 饋其反饋信號的作用方向與設(shè)定信號相反，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)的輸入信號和輸出信號是什么？整個系統(tǒng)的輸入 信號和輸出信號又是什么？系統(tǒng)在遇到干擾作用（如冷物料流量突然增大）時，該系統(tǒng)如何 實現(xiàn)自動控制的？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、輸出信號如圖所示。整個系統(tǒng)的輸入信號為：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檢測后所得y減小，偏 m差信號e=yys0，輸入調(diào)節(jié)器后產(chǎn)生控制信號u，使執(zhí)行器或調(diào)節(jié)閥 加大閥門開度，使溫度T升高，從而實現(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）試畫出該系統(tǒng)的方框圖；（2）指出系統(tǒng)中被控對象，被控變量，操縱變量，干擾作用各是什 么？qv2qv2液位測量變送裝置（2）該系統(tǒng)中被控變量對象為貯槽；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。什么是自動控制系統(tǒng)的過度過程？

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控制的要求，哪些不能，為什么？ 答：對于任何一個控制系統(tǒng)，擾動作用是不可避免的，系統(tǒng)受到擾動 作用后，其平衡狀態(tài)被破壞，被控變量就要發(fā)生波動，在自動控制作 用下經(jīng)過一段時間，使被控變量回復(fù)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，即系統(tǒng)從一個 平衡狀態(tài)進(jìn)入另一個平衡狀態(tài)之間的過程稱為系統(tǒng)的過度過程。在階 躍干擾作用下，其過度過程曲線有：發(fā)散振蕩過程等幅振蕩過程衰減振蕩過程非振蕩 的單調(diào)過程。其中衰減振蕩和非振蕩的單調(diào)過程屬于穩(wěn)定的過渡過 程，能滿足自動控制的要求，其它的不能。試畫出衰減比分別為n1,n8時的過度過程曲線？ 答：如圖所示：表示衰減振蕩過程的控制指標(biāo)有哪

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

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

10、后時間，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間引起的。容量 滯后一般是因為物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力而引起的。滯 后時間T也是反映對象動態(tài)特性的重要參數(shù)。為什么說放大系數(shù)是對象的靜態(tài)特性，而時間常數(shù)和滯后時間是動 態(tài)特性？答：放大系數(shù)K表達(dá)了被控對象在干擾作用下重新達(dá)到平衡狀態(tài)的性 能，是不隨時間變化的參數(shù)，所以K是被控對象的靜態(tài)特性參數(shù)。時 間常數(shù)反映了被控對象受到輸入作用后，輸入變量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值的快 慢，它決定了整個動態(tài)過程的長短，所以是動態(tài)特性參數(shù)。滯后時間 也是描述對象滯后現(xiàn)象的動態(tài)參數(shù)。什么是被控對象的控制通道？什么是干擾通道？答：對一個被控對象來說，輸入量

11、是擾動量和操縱變量，而輸出是被 控變量。由對象的輸入變量至輸出變量的信號聯(lián)系稱為通道。操縱變 量至被控變量的信號聯(lián)系稱為控制通道；擾動量至被控變量的信號聯(lián) 系稱為擾動通道。在控制系統(tǒng)中，對象的放大系數(shù)，時間常數(shù)，滯后時間對控制有什 么影響？答：對于不同的通道，對象的特性參數(shù)（K，T，t）對控制作用的 影響是不同的。對于控制通道：放大系數(shù)K大，操縱變量的變化對被控變量的影響就大，即控制作用 對擾動的補償能力強，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，會使控制作用對被控變量的 影響過強，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。在相同的控制作用下，時間常數(shù)T大，則被控變量的變化比較

12、緩 慢，此時對象比較平穩(wěn)，容易進(jìn)行控制，但過渡過程時間較大；若時 間常數(shù)T小，則被控變量變化速度快，不易控制。時間常數(shù)太大或太 小，在控制上都將存在一定困難，因此，需根據(jù)實際情況適中考慮。滯后時間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 后時間T。對于擾動通道：放大系數(shù)K大對控制不利，因為當(dāng)擾動頻繁出現(xiàn)且幅度較大時， 被控變量的波動就會很大，使得最大偏差增大；而放大系數(shù)k小，即 使擾動較大，對被控變量仍然不會產(chǎn)生多大影響。時間常數(shù)T大，擾動作用比較平緩，被控變量變化較平穩(wěn)，對象較易控制。純滯后的存在，相當(dāng)于將擾動推遲I。時間

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，則將使階躍擾動的影響趨于 緩和，被控變量的變化相應(yīng)也緩和些，因此，對系統(tǒng)是有利的。試從圖2-58某對象的反應(yīng)曲線中，表示出該對象的放大系數(shù)，時 間常數(shù)和滯后時間。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)值所對應(yīng)的時間，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)器的輸出信號隨輸入信號變化的規(guī)律 或是指控制器的輸出信號P與輸入偏差信號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？答：位式控制器的輸出只有幾個特定的數(shù)值，或它的執(zhí)行機構(gòu)只有 幾個特定的位置。最常見的是雙位控制。，它們輸出只有兩個數(shù)值（最 大或最?。?，其執(zhí)行機構(gòu)只有兩個特定的位置（開或關(guān)）。位式控制器結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，易于實現(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 化將是一個等幅振蕩過程，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)器的輸出信號變化量與輸入信號變化量 e（t）成比例關(guān)系：

15、，一比例放大系數(shù)，比例控制的伏點是反應(yīng)快， 控制及時，其缺點是當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷改變時，控制結(jié)果有余差存在，即 比例控制不能消除余差，因此只在對被控變量要求不高的場合，才單 獨使用比例控制。積分控制（I）：調(diào)節(jié)器輸出信號的變化量與輸入偏差的積分成正比， 即： 式中一積分速度，一積分時間。積分規(guī)律的特點是控制緩 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 能及時有效地克服擾動的影響，加劇了被控變量的波動，使系統(tǒng)難以 穩(wěn)定下來，故不單獨使用積分控制規(guī)律。微分控制（D）指調(diào)節(jié)器輸出信號的變化量與輸入偏差的變化速 度成正比。即。一微分時間。微分控制規(guī)律的特點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 關(guān)，因此，不能克服確定不變的偏差。故也不單獨使用。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：余差是指過渡過程終了時，被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與測定值之差。 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的大小不僅與輸入偏差信號的大小有關(guān)， 還取決于偏差存在時間長短。只要有偏差，調(diào)節(jié)器的輸出就不斷變化， 偏差存在的時間越長，輸出信號的變化量就越大，只有存在偏差身先 等于的情況下，積分調(diào)節(jié)器的輸出信號才能

17、相對穩(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)律一般不單獨使用？答：積分控制其輸出變化總是滯后于偏差，不能及時有效地克服擾動 的影響，加劇了被控變量的波動，使系統(tǒng)難以穩(wěn)定下來，因此工業(yè)過 程控制中，通常不單獨使用積分控制規(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弱？ 并分別說明它們對控制質(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；其過渡過程逐漸以衰 減振蕩走向臨界振蕩直至發(fā)散振蕩。積分控制 積分時間Tj表示積分控制作用強弱的參數(shù)，積分時

18、間 越小，表示積分控制作用越強。積分時間二的減少，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定 性下降，動態(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間TD是表示微分控制作用強弱的一個參數(shù)。如 微分時間td越大，表示微分控制作用越強。增加微分時間td，能克服 對象的滯后，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?答：比例積分微分調(diào)節(jié)器的特點是：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) 作用可通過調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膮?shù)，比例度，積分時間二和微分時間孔面 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?試說明調(diào)下 整其中一個參數(shù)時,對調(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、積分時間、微分時間三個參數(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，PID調(diào)節(jié)器成為積分微分調(diào)節(jié)器，當(dāng)Tj積分時間時，PID調(diào) 節(jié)器成為比例微分控制器，當(dāng)Td時，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)一個控制系統(tǒng)設(shè)計安裝完成后，系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)

20、及其被控對象各 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、積分時間L、微分時間Td。通過改變這三個參數(shù)的大 小，就可以改變整個系統(tǒng)的性能，獲得較好的過渡過程和控制質(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 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 在運行的系統(tǒng)中，人為地加上階躍干擾，通過觀察記錄儀表上的 過渡曲線，并以比例度、積分時間、微分時間對過渡曲線的影響 為指導(dǎo)，按照某種順序反復(fù)試湊比例度、積分時間、微分時間的 大小，直到

21、獲得滿意的過渡過程曲線為止。臨界比例度法一一首先求取比例作用下的閉環(huán)系統(tǒng)為等幅振蕩過程時的比例度和振蕩周期tk，然后根據(jù)經(jīng)驗公式計算出相應(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：簡單控制系統(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，無論選擇哪種調(diào)節(jié)規(guī)律，簡單控制系統(tǒng)都很難得到滿 意的控制質(zhì)量，此時，應(yīng)設(shè)計選取用復(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)廣義對控制 通道時間常數(shù)較少，負(fù)

22、荷變化較小，而工藝要求不高時，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)廣義對象控制通道時間常數(shù)較，負(fù)荷變化較小，而工藝要求 無余差時，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)廣義對象控制通道時間常數(shù)較大或容量滯后較大時，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 工藝要求無余差時，則選用PID調(diào)節(jié)規(guī)律，如溫度，成分，PH等 參數(shù)控制。如果被控對象傳遞參數(shù)可用近似，則可根據(jù)對象的可控比t/T 選擇哪個調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律。當(dāng)t/T時，選用P或PI；當(dāng)時， 選PD或PID；當(dāng)時，采用簡單控制系統(tǒng)往往不能滿足控制要求， 這時應(yīng)選用復(fù)雜控制系

23、統(tǒng)。設(shè)計控制系統(tǒng)時，必須確定和考慮哪些方面的問題？答：設(shè)計一個控制系統(tǒng)，首先應(yīng)對被控對象做全面的了解。除被控對 象的動靜態(tài)特征外，對于工藝過程，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，選擇合適的檢測變送元件及檢測位置，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。什么是串級控制系統(tǒng)？它有什么特點？什么情況下采用串級控 制？答：串級控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征面得出的。它是由主、副兩個 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，以實現(xiàn)對主變量的定值控制。它的特點有：

24、能迅速克服進(jìn)入副回路的干擾。能改善被控對象的 特征，提高了系統(tǒng)克服干擾的能力。主回路對副對象具有“魯棒性”， 提高了系統(tǒng)的控制精度。串級控制系統(tǒng)主要就用于：對象的滯后和時 間常數(shù)很大，干擾作用強面頻繁，負(fù)荷變化大，對控制質(zhì)量要求較高 的場合。串級控制系統(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，串級控制系統(tǒng)是由兩個串聯(lián)工作的控制器構(gòu)成的 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個閉環(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；一個閉環(huán)在外面，稱為主環(huán)或主回路，用 來完成“細(xì)調(diào)”的任務(wù)，以保證被控變量滿足工藝要求。由于串級控 制系統(tǒng)由兩套檢測變送器、兩個調(diào)節(jié)閥、兩個被控對象和一個調(diào)節(jié)

25、閥 組成，其中兩個調(diào)節(jié)閥器串聯(lián)起來工作，前一個調(diào)節(jié)器的輸出作為后 一個調(diào)節(jié)器的給定值，后一個調(diào)節(jié)器的輸出才送給調(diào)節(jié)閥。因此一個 是粗調(diào)，一個是細(xì)調(diào)。圖2-59是聚合釜溫度與流量的串級控制系統(tǒng)。說明該系統(tǒng)的主、副對象，主、副變量，主、副調(diào)節(jié)器各是什么？試述該系統(tǒng)是如何客觀實現(xiàn)其控制作用？解：該系統(tǒng)的主對象：聚合釜副對象：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)整冷卻水閥門開度，開度增加；同時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)用在什么場合？答：前饋控制又稱擾動補償，它是測量進(jìn)入過程的干擾（包括

26、外界干 擾和設(shè)定值變化），并按其信號產(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合：干擾幅值大面頻繁，對被控變量影響劇烈，單純反饋達(dá)不到要求時;主要干擾是可測不可控的變量；對象的控制通道滯后大，反饋控 制不即時，控制質(zhì)量差時，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：實現(xiàn)兩個或兩個以上的參數(shù)符號一定比例關(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)的特點是什么？應(yīng)用在什么場合？答：選擇性

27、控制系統(tǒng)的特點是使用選擇器，可以在兩個或多個調(diào)節(jié)器 的輸出端，或在幾個變送器輸出端對信號進(jìn)行選擇，以適應(yīng)不同的工 況，主要應(yīng)用在對不穩(wěn)定工況的控制，可以保證生產(chǎn)工藝過程的安全 操作，盡量減少開，停車中的不穩(wěn)定工況。均勻控制的目的和特點是什么？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。第三章過程檢測技術(shù)寫出測量方程式，以及測量三要素，并舉例說明。 答：測量方程式：為被測量，乂為測量值，u為測量單位。測量過程 三

28、要素為：測量單位，測量方法，測量儀器與設(shè)備。舉例：如液柱式 溫度計測量溫度。簡述直接測量法與間接測量法的定義，指出它們的異同及使用場 合？答：直接測量法一指被測量與單位能直接比較得出比值，或者儀表能 直接顯示出被測參數(shù)值的測量方法；間接測量法一通過測量與被測量 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)系計算出被測量的數(shù) 值，稱為間接測量法。相同之處在于都是對工業(yè)生產(chǎn)中一些物理量的 測量，都包含測量三要素。不同之處在于直接測量測量過程簡單方便， 應(yīng)用廣泛；間接測量過程較復(fù)雜，只有在誤差較大或缺乏直接測量儀 表時才采用。測量儀表的主要性能指標(biāo)有哪些？傳感器的主要特性有哪些？答：測量儀表的主要性能

29、指標(biāo)有技術(shù)，經(jīng)濟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，靈敏度，變差，量程，響應(yīng)時間， 漂移等；經(jīng)濟方面的有：使用壽命，功耗，價格等；使用方面的有： 操作維修是否方便，運行是否可靠安全，以及抗干擾與防護(hù)能的強弱， 重量體積的大小，自動化程度的高低等。傳感器的主要特性有：準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性，靈敏性。舉例說明系統(tǒng)誤差，隨機誤差和粗大誤差的含義及減小誤差的方 法。答：系統(tǒng)誤差是由于測量工具本身的不準(zhǔn)確或安裝調(diào)整得不正確，測試人員的分辨能力或固有的讀數(shù)習(xí)慣，測量方法的理論根據(jù)有缺陷或 采用了近似公式等原因產(chǎn)生的測量值與真值的偏差。系統(tǒng)誤差的絕對 值和符號或者保持不變，或者在條件變化時按某一

30、規(guī)律變化。如儀表 零位未調(diào)整好會引起恒值系統(tǒng)誤差。隨即誤差是由于測量過程中大量 彼此獨立的微小因素對被測值的綜合影響而產(chǎn)生的測量值與真值的 偏差，其絕對值和符號以不可預(yù)料的方式變化。如氣溫的變化。粗大 誤差一是由于測量操作者的粗心，不正確地操作，實驗條件的突變或 實驗狀況未達(dá)到預(yù)想的要求而匆忙實驗等原因造成的明顯地歪曲測 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)誤差的來源。首先檢查儀表本身的性能是否符號要求；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)檢查測量系統(tǒng)和測量方法本身是否 正確。隨即誤差：由于摩擦，間隙

31、，噪聲等都會產(chǎn)生隨機誤差，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部分；采用減小 噪聲的裝置，并采用抗干擾能力強的測量儀器。對于粗大誤差應(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。試述絕對誤差，相對誤差及引用誤差的定義，舉例說明各自的用途。 答：絕對誤差一儀表指示值與被測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 。相對誤差一測量的絕對誤差與被測變量的約定真值（實際值）之比， 即用8=x 100% = 6%，可表示儀表的基本誤差限與絕對誤差相比x較，相對誤差更能說明測量結(jié)果的精確程度，如溫度升測量顯示值為57C，時間溫度為60C，則：A_57-60_

32、-3, = 60 x 100% = 5.0%，若實際為30C，測量顯示值為27C，則：A=-3C, =亶xi00% = -10.0%，顯然此時的相對誤差比前者大。 30引用誤差一絕對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。7.對某物理量經(jīng)過20次測量，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)則判斷有無粗差，并求該測量的計算平均值亍，標(biāo)準(zhǔn)差a和極限誤差A(yù)，寫出測量結(jié)果表達(dá)式。解：n=20，平均值無=1乙=_L無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)中無壞值。（2

34、）肖維耐準(zhǔn)則：依表3-1可知n=20時，k = M =2.24bkb = 0.14336， yx= 0.12 kb，故該組數(shù)中無壞值。極限誤差A(yù) = 0.12，測量結(jié)果：x0 = X = 324.11概述膨脹式溫度計的工作原理與主要特點：答：膨脹式溫度計是利用物體熱脹冷縮的性質(zhì)來測溫的。主要特點：玻璃液體：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量精度高，價格低廉； 測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；測量精度較低，量程和使用范圍有限。16.用U型管壓力計（封液為水銀）測溫度管道中水的壓力。壓力計在管道下面1.5M （至肘管端口）處，壓力計同大氣一側(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液體式壓力計有哪些主要類型？試分析其誤差答：液柱式壓力計主要有：U型管壓力計，單