過程控制考試期中試卷答案解析

過程控制考試期中試卷答案解析過程控制考試試卷一、填空題（本題共計10分，包括3小題，10個填空，每空1分）1、簡單控制系統(tǒng)由（控制器）、（執(zhí)行機構）、（被控對象）和（檢測變送儀表）四個環(huán)節(jié)組成。2、對象數(shù)學模型是指對象的（輸入輸出）特性，是對象在各輸入量（控制量和檢測變送量）作用下，其相應輸出量（被控量）變化函數(shù)關系的數(shù)學表達式。3、獲取對象數(shù)學模型的方法參方法有：（機理法）和（測試法）。4、氣動執(zhí)行器由（調(diào)節(jié)）機構和（執(zhí)行）機構兩部分組成，常用的輔助裝置有（閥門）定位器和手輪機構。5、流通能力Ｃ的定義是：調(diào)節(jié)閥全開，閥前后壓差為（0.1Mp），流體重度為（1g/m3），每（小時）所通過的流體（系）數(shù)。6、被調(diào)介質(zhì)流過閥門的（相對）流量與閥門（相對）行程之間的關系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性；若閥前后壓差保持不變時，上述關系稱為（理想流量）特性，實際使用中，閥門前后的壓差總是變化的，此時上述關系為（工作流量）特性。7、動態(tài)前饋控制的設計思想是通過選擇適當?shù)模ㄇ梆仯┛刂破?，使干擾信號經(jīng)過（前饋）控制器致被控量通道的動態(tài)特性完全復制對象（干擾）通道的動態(tài)特性，并使它們符號（相反）（正、反），從而實現(xiàn)對干擾信號進行完全補償?shù)哪繕恕?、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)常用參數(shù)整定方法（動態(tài)特性參數(shù)法），（穩(wěn)定邊界法），（衰減曲線法），（經(jīng)驗法）。9、調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正、反作用的確定依據(jù)是：（保證控制系統(tǒng)成為負反饋）。4、模糊控制器的設計（不依賴）被控對象的精確數(shù)學模型。二、選擇題（本題共計10分，包括5小題，每題2分）1.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.2.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.設定值的變化3.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4.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，此時應將比例度（A）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小5.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.PID6..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.PID7.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.P8.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。9.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10.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11.熱電偶溫度計（C）A)是利用兩個相互接觸金屬導體的溫差電動勢特性進行測溫的。B)是利用兩個相互接觸金屬導體的接觸電動勢特性進行測溫的。C)是利用兩個相互接觸金屬導體的溫差電動勢和接觸電動勢特性進行測溫的。D)是利用兩個非接觸金屬導體的溫差電動勢和接觸電動勢特性進行測溫的。12.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。13.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）1．與DCS相比，F(xiàn)ieldbus的主要技術優(yōu)點之一是實現(xiàn)了控制系統(tǒng)徹底的分散[√]2．熱電阻溫度計需要進行冷端補償才能正常工作。[×]3．PID的含義是比例、積分和微分。[√]4．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。[×]5．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。[×]6．被控對象特性是指被控對象輸入與輸出之間的關系。[√]7．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)。[×]8．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。[×]9．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。[×]10．一個單回路控制系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行器、檢測變送裝置和被控對象組成。[√]11．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。[×]12．DDC的中文含義是直接數(shù)字控制。[√]13．被控對象的動態(tài)特性是描述被控對象輸入輸出關系動態(tài)特征的。[√]14．串級控制系統(tǒng)適用于容量滯后較小的生產(chǎn)工藝過程。[×]15．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。[×]16．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。[×]17．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。[×]18．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）1．什么是定值控制系統(tǒng)？答案：定值控制系統(tǒng)是指設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。2．什么是隨動控制系統(tǒng)？答案：隨動控制系統(tǒng)的設定值是不斷變化的，隨動控制系統(tǒng)的作用是使被控變量能夠盡快地,準確無誤地跟蹤設定值的變化而變化。3．什么是程序控制系統(tǒng)？答案：程序控制系統(tǒng)的設定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即設定值按一定的時間程序變化。4．什么是調(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。5．什么叫絕對壓力、表壓及真空度?它們的相互關系是怎樣的?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系如圖所示。6．7．簡述PID調(diào)節(jié)器cK、iT和dT的作用是什么？答案：在PID調(diào)節(jié)器中，cK越大，表示調(diào)節(jié)作用越強，iT值越大，表示積分作用減弱，dT值越大表示微分作用增強。8．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，試問這種設想合理否？為什么？若不合理，應采取什么措施合理？答案：這種設想不合理，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。9．利用微分作用來克服控制系統(tǒng)的信號傳遞滯后的設想是否合理與正確？答案：這種設想不合理，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。10．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。11．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)驗總結出來的關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。12．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s和衰減周期sT（或上升時間升T），然后根據(jù)經(jīng)驗總結出來的關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)難于應用。13．簡述熱電偶溫度計組成部分及各部件的功能。（本題每寫出1個組成部分得1分，每寫出1個組成部分功能得1分）答案：熱電偶溫度計的基本組成部分有：熱電偶、測量儀表、連接熱電偶和測量儀表的導線。如下圖所示圖題4（2）熱電偶是系統(tǒng)中的測溫元件，測量儀表是用來檢測熱電偶產(chǎn)生的熱電勢信號的，可以采用動圈式儀表或電位差計，導線用來連接熱電偶與測量儀表。為了提高測量精度，一般都要采用補償導線和考慮冷端溫度補償。14．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個應用場合的得2分）a)在系統(tǒng)結構上，它是由兩個串接工作的控制器構成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；b)系統(tǒng)的目的在于通過設置副變量來提高對主變量的控制質(zhì)量；c)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；d)系統(tǒng)對負荷改變時有一定的自適應能力。串級控制系統(tǒng)主要應用于：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。15．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)或實驗曲線。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。16．復合前饋控制中的兩種典型形式是什么？（4）答案：前饋-反饋控制和前饋-串級控制。17．熱電偶有哪幾種冷端補償方法？（6）答案：a)冷端溫度冰浴法b)計算修正法c)補償電橋法18．寫出任意三種常用的控制器參數(shù)整定方法（6）答案：a)經(jīng)驗法b)穩(wěn)定邊界法c)衰減曲線法d)響應曲線法e)衰減頻率特性法（答出其中任意三種者得6分，每答出1種得2分）19．什么是串級控制，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。20．簡述大時延控制系統(tǒng)Smith預估補償方案的特點。答案：Smith預估補償方案的特點是預估出過程在基本擾動下的動態(tài)特性，然后由預估器進行補償，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)。21．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。22．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：a)一是擾動必須可測，否則無法實施控制；b)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。c)三是存在對被控參數(shù)影響較大且不易直接控制的擾動。23．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)的響應速度，克服對象容量滯后的影響。24．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。25．為什么前饋控制常與反饋控制構成前饋—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。26．控制器的正反作用是如何確定的？五、計算題（本題共計15分，包括2小題）1．（5分）某控制系統(tǒng)用穩(wěn)定邊界法分別整定控制器參數(shù)，已知臨界比例度%25=kδ，min5.4=kT，試分別確定用PI和PID作用時的控制器參數(shù)。穩(wěn)定邊界法計算表如下。解：對于PI控制器查表得：55.0%252.22.2=?==kPδ825.35.485.085.0=?==kITT對于PID控制器查表得：55.0%252.22.2=?==kPδ825.35.485.085.0=?==kITT585.05.413.013.0=?==kDTT2．（5分）某控制系統(tǒng)用4：1衰減曲線法分別整定控制器參數(shù)。將積分時間調(diào)至最大，微分時間調(diào)至最小，對系統(tǒng)施加階躍信號，經(jīng)過調(diào)節(jié)后系統(tǒng)的衰減比為4：1，此時記錄下來的比例度56%sδ=和時間參數(shù)5.1minsT=。試分別確定用PI和PID作用時的控制器參數(shù)。4：1衰減曲線整定經(jīng)驗參數(shù)表如下。解：對于PI控制器查表得：1.21.256%0.67sPδ==?=0.50.55.12.55IkTT==?=對于PID控制器查表得：0.80.856%0.48sPδ==?=0.30.35.11.53IkTT==?=0.10.15.10.51DsTT==?=3．（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31max26500/Qmh=，32max32000/Qmh=。求：a)畫出控制系統(tǒng)的結構圖。b)當016ImA=時，比值控制系統(tǒng)的比值K及比值系數(shù)'K分別為多少。c)待比值系統(tǒng)穩(wěn)定時，測得116ImA=，試計算此時的2I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4160+?'=KI得()04/16(164)/160.75KI'=-=-=②所以1max2maxQKKQ'=①2max1max320000.750.926500QKKQ'==?=②2)由儀表的比例系數(shù)定義，214'4ImAKImA-=-①得：21'(4)4IKImAmA=-+②即：20.9(104)49.4ImA=?-+=②4．一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1max3600Q=kg/h，2max2000Q=kg/h。a)試畫出比值控制系統(tǒng)的結構圖。b)如果要求比值為12:2:1QQ=，應如何設置乘法器的設定值I。（乘法器的輸出10(4)(4)'416III-?-=+）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1max3600/Fkgh=，2max2000/Fkgh=。流量與檢測電流的關系為，111max164FIF=?+，222max164FIF=?+，流量比值為21FKF=，乘法器的輸出為10(4)(4)'416III-?-=+。穩(wěn)態(tài)時有2'II=，即：102(4)(4)416III-?-=+，21(4)164(4)III-=?+-，016'4IK=+。不加開方器情況，要進行非線性處理：22221max1max22max12max136000.90.8122000FFFKKFFF??????==?=?==