過程控制試題庫

PAGEPAGE21過程控制期末試題庫（適用于沈陽建筑大學自動化專業(yè)期末考試）一、填空題（本題共計10分，包括3小題，10個填空，每空1分）一般一個簡單控制系統(tǒng)由（檢測/變送）裝置、（被控對象）、（調(diào)節(jié)）器和（執(zhí)行）機構(gòu)組成。過程控制系統(tǒng)常用的參數(shù)整定方法有：（經(jīng)驗法）、（衰減曲線法）、（穩(wěn)定邊界法/臨界比例度法）和（響應(yīng)曲線法）。在PID調(diào)節(jié)器中，調(diào)節(jié)器的Kc越大，表示調(diào)節(jié)作用（越強），Ti值越大，表示積分作用（減弱），Td值越大表示微分作用（增強）。常見的過程計算機控制系統(tǒng)分為下列幾種典型形式：（操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)）、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、（監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)）、（集散控制系統(tǒng)）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，根據(jù)設(shè)定值的不同形式，又可分為定值控制系統(tǒng)，隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)特點：設(shè)定值是（固定不變）；作用：保證在（擾動）作用下使被控變量始終保持在設(shè)定值上。隨動控制系統(tǒng)特點：設(shè)定值是一個（變化量）；作用：保證在各種條件下系統(tǒng)的輸出（及時跟蹤設(shè)定值變化）。3）程序控制系統(tǒng)特點：設(shè)定值是一個（按一定時間程序變化的時間函數(shù)）；作用：保證在各種條件下系統(tǒng)的輸出（按規(guī)定的程序自動變化）。串級控制系統(tǒng)能迅速克服進入（副）回路的擾動，改善（主）控制器的廣義對象特性，容許（副）回路內(nèi)各環(huán)節(jié)的特性在一定的范圍內(nèi)變動而不影響整個系統(tǒng)的控制品質(zhì)。定值控制系統(tǒng)是按（偏差）進行控制的，而前饋控制是按（擾動）進行控制的；前者是（閉）環(huán)控制，后者是（開）環(huán)控制。二、選擇題（本題共計10分，包括5小題，每題2分）由于微分調(diào)節(jié)規(guī)律有超前作用，因此調(diào)節(jié)器加入微分作用主要是用來（C）:A.克服調(diào)節(jié)對象的慣性滯后（時間常數(shù)T），容量滯后τc和純滯后τ0.B.克服調(diào)節(jié)對象的純滯后τ0.C.克服調(diào)節(jié)對象的慣性滯后（時間常數(shù)T），容量滯后τc.定值調(diào)節(jié)是一種能對（A）進行補償?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)。A．測量與給定之間的偏差B．被調(diào)量的變化C．干擾量的變化D.設(shè)定值的變化定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)是（X）環(huán)調(diào)節(jié)，前饋系統(tǒng)是（X）環(huán)調(diào)節(jié)(B)。A．開，閉B．閉，開C．開，開D．閉，閉調(diào)節(jié)系統(tǒng)在純比作用下已整定好，加入積分作用后，為保證原穩(wěn)定度，此時應(yīng)將比例度（A）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小成分、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律，通常選用（C）。A.PIB.PDC.PID.流量、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律，通常選用（A）。A.PIB.PDC.PID液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律，通常選用（D）。A.PIB.PDC.PIDD.P調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正、反作用的確定是根據(jù)(B)：A．實現(xiàn)閉環(huán)回路的正反饋。B．實現(xiàn)閉環(huán)回路的負反饋。C．系統(tǒng)放大倍數(shù)恰到好處D．生產(chǎn)的安全性。單純的前饋調(diào)節(jié)是一種能對（C）進行補償?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)。A．測量與給定之間的偏差B．被調(diào)量的變化C．干擾量的變化定值調(diào)節(jié)是一種能對（A）進行補償?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)。A．測量與給定之間的偏差B．被調(diào)量的變化C．干擾量的變化下面的敘述中哪一個是最為合理的（D）A)控制系統(tǒng)的時間滯后現(xiàn)象主要是由于被控對象的慣性特性引起的。B)控制系統(tǒng)的時間滯后現(xiàn)象主要是由于檢測裝置的安裝位置引起的。C)控制系統(tǒng)的時間滯后現(xiàn)象對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性無影響。D)以上三種敘述都不完整。DCS的中文含意是：（B）A)比例、積分、微分控制。B)分布式控制系統(tǒng)。C)可編程序控制器。D)以上三個都不正確。三、判斷題：判斷下列陳述的對錯。你認為正確的，在每道題后面的括號里打√，否則打×（本題共計20分，包括10題，每題2分）與DCS相比，F(xiàn)ieldbus的主要技術(shù)優(yōu)點之一是實現(xiàn)了控制系統(tǒng)徹底的分散[√]熱電阻溫度計需要進行冷端補償才能正常工作。 [×]PID的含義是比例、積分和微分。 [√]前饋控制系統(tǒng)是一種定值控制，一般情況下前饋控制可以單獨使用。 [×]用Smith補償器來處理大時延控制對象時，不必要提供精確的對象數(shù)學模型。[×]被控對象特性是指被控對象輸入與輸出之間的關(guān)系。 [√]串級控制系統(tǒng)中的副控制器給定值是由主控制器的輸出決定的，所以副控制器相當于一個閉環(huán)定值控制系統(tǒng)。 [×]衰減比n表示系統(tǒng)過渡過程曲線變化兩個周期后的衰減快慢。 [×]熱電阻溫度計和熱電偶溫度計一樣，測溫時需要進行溫度補償。 [×]一個單回路控制系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行器、檢測變送裝置和被控對象組成。[√]在比值控制系統(tǒng)中，一般選擇易調(diào)節(jié)的量為主變量，易測量的量為副變量。[×]DDC的中文含義是直接數(shù)字控制。 [√]被控對象的動態(tài)特性是描述被控對象輸入輸出關(guān)系動態(tài)特征的。 [√]串級控制系統(tǒng)適用于容量滯后較小的生產(chǎn)工藝過程。 [×]前饋控制系統(tǒng)一般可單獨使用，因為其控制精度高，且不受外界干擾影響。[×]前饋控制與定值控制的原理相同，都是以偏差進行調(diào)解的。 [×]被控對象的存滯后時間常數(shù)是由于其自身的慣性特性引起的。 [×]在串級控制中，副控制器的輸入值為主控制器的輸出。 [√]四、簡答題（本題共計15分，包括5小題，每題3分）什么是定值控制系統(tǒng)？答案：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)的作用是克服擾動對被控變量的影響，使被控變量最終回到設(shè)定值或其附近.以后無特殊說明控制系統(tǒng)均指定值控制系統(tǒng)而言。什么是隨動控制系統(tǒng)？答案：隨動控制系統(tǒng)的設(shè)定值是不斷變化的，隨動控制系統(tǒng)的作用是使被控變量能夠盡快地,準確無誤地跟蹤設(shè)定值的變化而變化。什么是程序控制系統(tǒng)？答案：程序控制系統(tǒng)的設(shè)定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即設(shè)定值按一定的時間程序變化。什么是調(diào)節(jié)(被控)對象，給定值和偏差？答案：自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備叫做調(diào)節(jié)對象或簡稱對象，而生產(chǎn)中要求保持的工藝指標，稱為給定值。對于自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，習慣采用給定值R減去測量值Y作為偏差e，即e=R-Y，給定值R大于測量值Y時為正偏差，而給定值R小于測量值Y時為負偏差。什么叫絕對壓力、表壓及真空度?它們的相互關(guān)系是怎樣的?答案：絕對壓力：絕對真空下的壓力稱為絕對零壓，以絕對零壓為基準來表示的壓力叫絕對壓力。表壓力：當絕對壓力大于大氣壓力時，絕對壓力高于大氣壓力的數(shù)值稱為表壓力，簡稱表壓。真空度：當絕對壓力小于大氣壓力時，絕對壓力低于大氣壓力的數(shù)值稱為真空度或負壓。絕對壓力、大氣壓、表壓、真空度之間的相互關(guān)系如圖所示。簡述PID調(diào)節(jié)器、和的作用是什么？答案：在PID調(diào)節(jié)器中，越大，表示調(diào)節(jié)作用越強，值越大，表示積分作用減弱，值越大表示微分作用增強。有一流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，信號傳輸管線很長，因此，系統(tǒng)產(chǎn)生較大的傳送滯后。有人設(shè)想給調(diào)節(jié)器后加微分器來改善系統(tǒng)特性，試問這種設(shè)想合理否？為什么？若不合理，應(yīng)采取什么措施合理？答案：這種設(shè)想不合理，因為信號傳送滯后是純滯后，而微分作用不能克服純滯后。解決這一問題合理的措施是采用1：1繼動器加在信號傳輸線之間，以增大信號流速，從而減小傳輸滯后，改善系統(tǒng)特性。利用微分作用來克服控制系統(tǒng)的信號傳遞滯后的設(shè)想是否合理與正確？答案：這種設(shè)想不合理，因為信號傳送滯后是純滯后，而微分作用不能克服純滯后。合理的措施是采用1：1繼動器加在信號傳輸線之間，以增大信號流速，從而減小傳輸滯后，改善系統(tǒng)特性。通常在什么場合下選用比例（P），比例積（PI）,比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)規(guī)律？答案：比例調(diào)節(jié)規(guī)律適用于負載變化較小，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)。比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律適用于對象調(diào)節(jié)通道時間常數(shù)較小，系統(tǒng)負載變化不大（需要消除干擾引起的余差），純滯后不大（時間常數(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)。比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律適用于容量滯后較大，純滯后不太大，不允許有余差的對象。試簡述臨界比例度法及其特點。答案：臨界比例度法是在純比例運行下通過試驗，得到臨界比例度靠和臨界周期Tk，然后根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)出來的關(guān)系求出控制器各參數(shù)值。這種方法比較簡單、易于掌握和判斷，適用于一般的控制系統(tǒng)。但是不適用于臨界比例度小的系統(tǒng)和不允許產(chǎn)生等幅振蕩的系統(tǒng)，否則易影響生產(chǎn)的正常進行或造成事故。試簡述衰減曲線法及其特點。答案：衰減曲線法是在純比例運行下通過使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減震蕩，得到衰減比例度和衰減周期（或上升時間），然后根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)出來的關(guān)系求出控制器各參數(shù)值。這種方法比較簡便，整定質(zhì)量高，整定過程安全可靠，應(yīng)用廣泛，但對于干擾頻繁，記錄曲線不規(guī)則的系統(tǒng)難于應(yīng)用。串級控制系統(tǒng)有哪些特點?主要使用在哪些場合?答案：串級控制系統(tǒng)的主要特點為：（每寫出1個應(yīng)用場合的得2分）在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，它是由兩個串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；系統(tǒng)的目的在于通過設(shè)置副變量來提高對主變量的控制質(zhì)量；由于副回路的存在，對進入副回路的干擾有超前控制的作用，因而減少了干擾對主變量的影響；系統(tǒng)對負荷改變時有一定的自適應(yīng)能力。串級控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對象的滯后和時間常數(shù)很大、干擾作用強而頻繁、負荷變化大、對控制質(zhì)量要求較高的場合。簡述建立對象的數(shù)學模型兩種主要方法:（每寫出1種方法的得2分）答案：一是機理分析法：機理分析法是通過對對象內(nèi)部運動機理的分析，根據(jù)對象中物理或化學變化的規(guī)律(比如三大守恒定律等)，在忽略一些次要因素或做出一些近似處理后推導(dǎo)出的對象特性方程。通過這種方法得到的數(shù)學模型稱之為機理模型，它們的表現(xiàn)形式往往是微分方程或代數(shù)方程。二是實驗測取法：實驗測取法是在所要研究的對象上，人為施加一定的輸入作用，然后，用儀器測取并記錄表征對象特性的物理量隨時間變化的規(guī)律，即得到一系列實驗數(shù)據(jù)或?qū)嶒炃€。然后對這些數(shù)據(jù)或曲線進行必要的數(shù)據(jù)處理，求取對象的特性參數(shù)，進而得到對象的數(shù)學模型。什么是串級控制，它由哪些基本環(huán)節(jié)組成？答案：將兩臺控制器串聯(lián)在一起，使被控量的控制器的輸出作為輔助控制量控制器的給定值，而輔助控制器輸出控制一臺控制閥的控制系統(tǒng)就是串級控制系統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)一般由主被控對象、副被控對象、控制閥、主控制器、副控制器、主變送裝置、副變送裝置組成。簡述大時延控制系統(tǒng)Smith預(yù)估補償方案的特點。答案：Smith預(yù)估補償方案的特點是預(yù)估出過程在基本擾動下的動態(tài)特性，然后由預(yù)估器進行補償，力圖使被延遲了時間的被調(diào)量超前反映到控制器，使控制器提前動作，從而明顯的減小超調(diào)量和加速調(diào)節(jié)過程，改善控制系統(tǒng)的品質(zhì)。簡述什么是有自衡能力的被控對象。答案：當被控對象受到干擾作用，平衡狀態(tài)被破壞后，不需要外加控制作用，能依靠自身達到新的平衡狀態(tài)的能力稱為有自衡能力，這種對象稱為有自衡能力的被控對象。前饋控制適用于什么場合？答案：前饋控制是按擾動而進行控制的，因此，前饋控制常用于的場合：一是擾動必須可測，否則無法實施控制；二是必須經(jīng)常有比較顯著和比較頻繁的擾動，否則無此必要。三是存在對被控參數(shù)影響較大且不易直接控制的擾動。分別說明比例、積分、微分控制對控制系統(tǒng)的作用。答案：比例控制影響系統(tǒng)的動態(tài)特性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性；積分控制的作用是可以消除系統(tǒng)余差；微分控制可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，克服對象容量滯后的影響。前饋控制適用于什么樣的場合？前饋控制是按擾動而進行控制的，因此，前饋控制常用于以下場合：1)擾動必須是可測的，否則無法實施控制；2)必須經(jīng)常有比較明顯和頻繁的擾動，否則沒有必要；3)存在對被控參數(shù)較大而且不易直接控制的擾動。為什么前饋控制常與反饋控制構(gòu)成前饋—反饋控制系統(tǒng)？答案：前饋控制是一種補償控制。一般來講，前饋控制無法全部補償擾動對被控變量所產(chǎn)生的影響。因此，單純的前饋控制系統(tǒng)在應(yīng)用中就會帶來一定的局限性。為克服這一弊端，前饋控制常與反饋控制聯(lián)用，構(gòu)成前饋—反饋控制系統(tǒng)。對最主要的、顯著的、頻繁的無法直接控制的擾動，由前饋來進行補償控制；對無法完全補償?shù)臄_動影響，由反饋控制根據(jù)其對被控變量所產(chǎn)生的偏差大小來進行控制?？刂破鞯恼醋饔檬侨绾未_定的？五、計算題（本題共計15分，包括2小題）（10分）一個流量雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)如題5.2圖所示。其比值用DDZ-Ⅲ型乘法器實現(xiàn)。已知，。求：畫出控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。當時，比值控制系統(tǒng)的比值及比值系數(shù)分別為多少。待比值系統(tǒng)穩(wěn)定時，測得，試計算此時的為多大。題5.2圖流量雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理圖解：1)由于 得 ②所以① ②2)由儀表的比例系數(shù)定義，①得：②即：②一個比值流量控制系統(tǒng)用DDZ-Ⅲ型乘法器來進行比值運算，其原理圖如題3圖所示。流量用孔板配差壓變送器來測量，但沒有開方器，已知kg/h，kg/h。試畫出比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。如果要求比值為，應(yīng)如何設(shè)置乘法器的設(shè)定值。（乘法器的輸出）題3圖單閉環(huán)乘法比值控制系統(tǒng)原理圖解：流量的最大量程分別為，。流量與檢測電流的關(guān)系為，，，流量比值為，乘法器的輸出為。穩(wěn)態(tài)時有，即：，，。不加開方器情況，要進行非線性處理： 乘法器的設(shè)置值：①②③④⑤六、應(yīng)用題（15）為了獲得被控對象的動態(tài)特性，常用的實驗方法之一是給被控對象施加一個階躍擾動信號，觀察其響應(yīng)，從而有觀察到的信息分析其特性。但由于某些生產(chǎn)過程的被控對象不允許長時間施加這樣的干擾信號，所以人們采用矩形脈沖信號取代階躍擾動，獲得觀測數(shù)據(jù)，再將脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線，以便于特性提取。題圖6為一個矩形擾動脈沖x（寬度為t0，高度為A）施加到被控對象上的響應(yīng)曲線y。用所學過的控制理論知識，將該脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成高度為A的階躍信號響應(yīng)曲線。要求分析轉(zhuǎn)換機理，寫出轉(zhuǎn)換步驟。題6圖矩形脈沖輸入/輸出曲線答：設(shè)被控對象特性為線性特性，由疊加原理，輸入一個矩形脈沖信號，相當于施加兩個階躍信號，一個在t=0處，另一個在t=t0處。⑤設(shè)階躍響應(yīng)為y1，將所測繪的響應(yīng)曲線按時間間隔t0等分。在第一區(qū)間，y1(t0)=y1(t0)。在第二區(qū)間y1(2t0)=y(2t0)+y1(t0)。第三區(qū)間，y1(3t0)=y(3t0)+y1(2t0)。以此類推，將前一區(qū)間的階躍響應(yīng)曲線疊加到本區(qū)間的脈沖響應(yīng)曲線上，即可得到本區(qū)間的階躍響應(yīng)曲線。⑤其響應(yīng)曲線見下圖。階躍響應(yīng)曲線⑤為了獲得被控對象的動態(tài)特性，常用的實驗方法之一是給被控對象施加一個階躍擾動信號，觀察其響應(yīng)，從而有觀察到的信息分析其特性。但由于某些生產(chǎn)過程的被控對象不允許長時間施加這樣的干擾信號，所以人們采用矩形脈沖信號取代階躍擾動，獲得觀測數(shù)據(jù)，再將脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線，以便于特性提取。題圖6為一個矩形擾動脈沖x（寬度為t0，高度為A）施加到被控對象上的響應(yīng)曲線y。用所學過的控制理論知識，將該脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成高度為A的階躍信號響應(yīng)曲線。要求分析轉(zhuǎn)換機理，寫出轉(zhuǎn)換步驟。在某一蒸汽加熱器的控制系統(tǒng)中，用響應(yīng)曲線法進行參數(shù)調(diào)整。當電動單元組合控制器的輸出從6mA改變到7mA時，溫度記錄儀的指針從85℃升到87.8℃，從原來的穩(wěn)定狀態(tài)達到新的穩(wěn)定狀態(tài)。儀表的刻度為50~100℃，并測出純滯后時間t0=1.2min,時間常數(shù)T0=2.5min。如采用PI和PID控制規(guī)律，試確定出整定參數(shù)（響應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定經(jīng)驗公式見附表）。解： 輸入增量為：mA 輸出增量為：℃ 輸入量程差為：mA 輸出量程差為：℃所以， 由查表得：在選用PI控制器時， min在選擇PID控制器時， min min用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度，在沒有采取冷端溫度補償?shù)那闆r下，顯示儀表指示值為500℃，而這時冷端溫度為60℃。試問：實際溫度應(yīng)為多少？答：如果熱端溫度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在20℃，此時顯示儀表的指示值應(yīng)為多少？***************************解：顯示儀表指示值為500時，查表可得此時顯示儀表的實際輸入電勢為20.64mV，由于這個電勢是由熱電偶產(chǎn)生的，即同樣，查表可得：由23.076mV查表可得：t=557℃。即實際溫度為557℃。當熱端為557℃，冷端為20℃時，由于E（20，0）=0.798mV,故有：由此電勢，查表可得顯示儀表指示值應(yīng)為538.4℃。（12）某生產(chǎn)過程需要甲乙兩種液體，甲液體的正常流量為1250m3/h，儀表量程為0-1350m3/h；乙的正常流量為150m3/h，儀表量程為0-240m3/h。如果選甲為主變量，乙為副變量，設(shè)計一個控制乙的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，畫出流程圖并計算引入開方