過程控制簡答題

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1.分析前饋控制與反饋控制的區(qū)別以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)？

反饋控制是最基本也是最常見的控制系統(tǒng)，控制是按被調(diào)量與給定值的偏差起作用的，也稱按偏差控制。擾動(dòng)作用后要等到被調(diào)量發(fā)生變化并與給定值形成偏差才產(chǎn)生控制作用，所以從消除擾動(dòng)的影響來看，控制作用是不及時(shí)的，但它時(shí)刻觀測被調(diào)量，所以可以保證被調(diào)量不會(huì)有太大的偏離。

前饋控制系統(tǒng)沒有被調(diào)量的反饋信號(hào)，沒有形成閉合回路，又稱開環(huán)控制。擾動(dòng)作用后，一方面通過被控對(duì)象會(huì)引起被調(diào)量變化，但同時(shí)由前饋控制器產(chǎn)生控制作用，力圖消除擾動(dòng)的影響，所以，控制作用是很及時(shí)的。前饋控制主要作用于對(duì)外部擾動(dòng)進(jìn)行抑制，以減少動(dòng)態(tài)偏差。

2.微分調(diào)理器是否能單獨(dú)工作，請(qǐng)說明其原因，并說明微分調(diào)理器的作用？（過82）

由于微分控制的工作是基于誤差的變化速度的，而不是基于作用誤差本身的，因此這種方法不能單獨(dú)應(yīng)用。它總是與比例控制作用或比例-加-積分控制作用組合在一起。

微分控制器能夠反映誤差信號(hào)的變化速度，并且在作用誤差的值變得很大的之前，產(chǎn)生一個(gè)有效的修正。因此，微分控制可以預(yù)計(jì)作用誤差，使修正提前發(fā)生，從而有助于增進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.為什么采用非線性控制系統(tǒng)？有哪幾種實(shí)施方法？（131）

采用非線性控制的原因主要有：被控對(duì)象本身具有非線性特性；人為引入非線性控制規(guī)律，使控制系統(tǒng)實(shí)施變得簡單或滿足一定的控制要求。

具體的實(shí)施方法：1-采用控制閥的非線性流量特性補(bǔ)償；2-采用非線性控制規(guī)律補(bǔ)償；3-采用串級(jí)控制系統(tǒng)。

4.試述智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)及各部件功能？（191）

智能控制的特點(diǎn)：1-智能控制系統(tǒng)具有以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)模型表示的混合控制系統(tǒng)。2-智能控制具有分層信息處理和決策機(jī)構(gòu)。3-智能控制具有非線性特點(diǎn)。4-智能控制具有變結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。5-智能控制具有總體尋優(yōu)特點(diǎn)。6-智能控制是多學(xué)科的綜合。

模糊控制器尋常由模糊化、知識(shí)庫、模糊推理和解模糊化等部分組成。模糊化：模糊化的作用是將輸入的確切量轉(zhuǎn)換成模糊化量，輸入值的模糊化是通過論域的隸屬度函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。

模糊推理：利用知識(shí)庫的信息和模糊運(yùn)算方法，模擬人的推理決策的思想方法，在一定的輸入條件下激活相應(yīng)的控制規(guī)則給出適當(dāng)?shù)哪：刂戚敵觥?/p>

明了化（解模糊）：將模糊推理得到的控制量(模糊量)變換為實(shí)際用于控制的明了量。

知識(shí)庫：知識(shí)庫中包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識(shí)和要求的控制目標(biāo)。它尋常由數(shù)據(jù)庫和模糊控制規(guī)則庫兩部分組成。(3分)

5.簡要表達(dá)可編程調(diào)理器的特點(diǎn)？（儀表127）

（1）實(shí)現(xiàn)了儀表和計(jì)算機(jī)一體化；（2）具有豐富的運(yùn)算、控制功能；（3）通用性強(qiáng)，使用便利；（4）具有通訊功能，便于系統(tǒng)擴(kuò)展；（5）可靠性高，維護(hù)便利。

6.簡單描述集算控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn)？（儀表229）

集散控制系統(tǒng)的品種好多，它們的基本結(jié)構(gòu)是相像的，包括上位管理計(jì)算機(jī)、CRT顯示操作站、高速數(shù)據(jù)通路、過程控制單元以及數(shù)據(jù)采集裝置等5個(gè)部分。

集散控制系統(tǒng)的性能比常規(guī)儀表控制系統(tǒng)更為優(yōu)越，它主要特點(diǎn)如下：功能齊全；人機(jī)聯(lián)系好，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和管理；實(shí)時(shí)性好、可靠性高；系統(tǒng)構(gòu)成靈活、拓展便利；安裝調(diào)試簡單、性價(jià)比好。

7.現(xiàn)場與控制室儀表之間是采用直流電流信號(hào)還是采用交流電壓信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸？為什么？

答：采用直流電流信號(hào)。

優(yōu)點(diǎn)：直流信號(hào)比交流信號(hào)干擾少（交流信號(hào)簡單產(chǎn)生交變電磁場的干擾）直流信號(hào)對(duì)負(fù)載的要求簡單（交流信號(hào)有頻率和相位問題）

電流比電壓更利于遠(yuǎn)傳信息（采用電壓形式傳送時(shí)，如負(fù)載電阻很小，距離較遠(yuǎn)時(shí)，導(dǎo)線上的電壓會(huì)引起誤差）。

8.寫出PID控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并說明式中各符號(hào)的意義。

答：控制規(guī)律表達(dá)式如下：

?y?Kp(e?1deedt?T)DTI?dt式中，KP——比例系數(shù)；TI——積分時(shí)間常數(shù)；TD——微分時(shí)間常數(shù)。

9.電容式差壓傳感器的結(jié)構(gòu)如下圖所示，說明電容式差壓變送器測量原理？

答：電容式壓力變送器是通過彈性膜片的位移引起電容量的變化從而測出壓力(或差壓)的。當(dāng)被測差壓作用于左右隔離膜片時(shí)，通過內(nèi)充的硅油使測量膜片產(chǎn)生與差壓成正比的微小位移，從而引起測量膜片與兩側(cè)固定極板間的電容產(chǎn)生差動(dòng)變化。差動(dòng)變化的兩電容CL(低壓側(cè)電容)、CH(高壓側(cè)電容)由引線接到測量電路。將電容的變化經(jīng)過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換電路，可把差動(dòng)電容轉(zhuǎn)換成二線制的4~20mADC輸出信號(hào)。

外殼pp12

金屬鍍層凹形玻璃膜片過濾器

10.什么是放大系數(shù)K，時(shí)間常數(shù)T和滯后時(shí)間?？

答：1）放大系數(shù)K放大系數(shù)K在數(shù)值上等于對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)輸出的變化量與輸入的變化量之比。

2）時(shí)間常數(shù)T時(shí)間常數(shù)是指當(dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量假使保持初始速度變化，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%所需的時(shí)間。

3）滯后時(shí)間?滯后時(shí)間?是純滯后時(shí)間和容量滯后時(shí)間的總和。輸出變量的變化落后于輸入變量變化的時(shí)間稱為純滯后時(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。容量滯后一般是由于物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力而引起的。

11.變送器在使用時(shí)，總是希望其輸出信號(hào)與被測參數(shù)之間成線性關(guān)系，但由于傳感器的輸出信號(hào)與被測參數(shù)之間往往存在著非線性關(guān)系，因此，必需進(jìn)行非線性補(bǔ)償，對(duì)于模擬式變送器，尋常有哪些非線性補(bǔ)償方法？并畫圖說明。（P84）

答：原因：傳感器組件的輸出信號(hào)與被測參數(shù)之間往往存在著非線性關(guān)系。模擬式變送器非線性補(bǔ)償方法:

1使反饋部分與傳感器組件具有一致的非線性特性

2使測量部分與傳感器組件具有相反的非線性特性

12.串級(jí)控制系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？主要使用在哪些場合？（SP186）

答：串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：

1）在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，它是由兩個(gè)串接工作的調(diào)理器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；

2）系統(tǒng)的目的在于通過設(shè)置副變量來提高對(duì)主變量的控制質(zhì)量；

3）由于副回路的存在，對(duì)進(jìn)入副回路的干擾有超前控制的作

用，因而減少了干擾對(duì)主變量的影響；

4）系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷改變時(shí)有一定的自適應(yīng)能力。

串級(jí)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大、干擾作用強(qiáng)而頻繁、負(fù)荷變化大、對(duì)控制質(zhì)量要求較高的場合。

13.簡述積分飽和的原因及解決方法。（可結(jié)合圖表示）

答：具有積分作用的控制器在單方向偏差信號(hào)的作用下，其輸出達(dá)到輸出范圍依舊繼續(xù)進(jìn)行，從而使控制器脫離正常工作狀態(tài)進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為積分飽和。

積分飽和的影響：控制不及時(shí)

防止積分飽和的方法：在控制器輸出達(dá)到輸出范圍上限值或下限值時(shí)，暫時(shí)去掉積分作用；在控制器輸出達(dá)到輸出范圍上限值或下限值時(shí)，使積分作用輸出不繼續(xù)增加。

14.簡述比例控制參數(shù)Kp對(duì)系統(tǒng)性能（動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性）的影響。（可結(jié)合圖表示）

答：對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響：比例控制Kp加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏提高，速度加快，Kp偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)理時(shí)間加長。當(dāng)Kp太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。若Kp太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。

對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響：在系統(tǒng)穩(wěn)定的狀況下，加大比例控制Kp，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但加大Kp只是減少穩(wěn)態(tài)誤差，卻不能完全消除誤差。

15.簡述分程控制系統(tǒng)的定義和用途。（請(qǐng)畫方框圖）

答：定義：一個(gè)控制器的輸出同時(shí)送往兩個(gè)或兩個(gè)以上的執(zhí)行器，各執(zhí)行器的工作范圍不同，這樣的控制系統(tǒng)稱為分程控制。

設(shè)置分程控制系統(tǒng)的目的：

1）不同工況需要不同的控制手段。2）擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍。

3）用于節(jié)能控制——換熱器溫度分程控制系統(tǒng)

4）保證生產(chǎn)過程的安全與穩(wěn)定——如：儲(chǔ)罐氨封分程控制系統(tǒng)

控制閥A_控制器控制閥B對(duì)象檢