過程控制系統(tǒng)與儀表習題答案自制

1、1-1 過程控制有哪些主要特點？為什么說過程控制多屬慢過程參數控制？解答：1控制對象復雜、控制要求多樣2. 控制方案豐富3控制多屬慢過程參數控制4定值控制是過程控制的一種主要控制形式5過程控制系統(tǒng)由規(guī)范化的過程檢測控制儀表組成 原因：被控過程大多具有大慣性、大滯后的特點。1-2 什么是過程控制系統(tǒng)？典型過程控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？一般是指工業(yè)生產過程中自動控制系統(tǒng)的變量是溫度、壓力、流量、液位、成份等這樣一些變量的系統(tǒng)。 組成：調節(jié)器。執(zhí)行器。被控過程（對象）。檢測變送器1-4 說明過程控制系統(tǒng)的分類方法，通常過程控制系統(tǒng)可分為哪幾類？分類方法說明：按所控制的參數來分，有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制

2、系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)所處理的信號方式來分，有模擬控制系統(tǒng)與數字控制系統(tǒng)；按控制器類型來分，有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)；按控制系統(tǒng)的結構和所完成的功能來分，有串級控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、自適應控制系統(tǒng)等；按其動作規(guī)律來分，有比例（p）控制、比例積分（pi）控制，比例、積分、微分（pid）控制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)組成回路的情況來分，有單回路與多回路控制系統(tǒng)、開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)；按被控參數的數量可分為單變量和多變量控制系統(tǒng)等。通常分類：1按設定值的形式不同劃分：（1）定值控制系統(tǒng)（2）隨動控制系統(tǒng)（3）程序控制系統(tǒng)2按系統(tǒng)的結構特點分類：（1）反饋控制系統(tǒng)（2）前饋控制系統(tǒng)（3）前

3、饋反饋復合控制系統(tǒng)3-9 試寫出比例、積分、微分（pid）三作用控制規(guī)律的數學表達式。3-10 試分析比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點，積分和微分為什么不單獨使用？1）比例控制及時、反應靈敏，偏差越大，控制力越強；但結果存在余差。2）積分控制可以達到無余差；但動作緩慢，控制不及時，不單獨使用。3）微分控制能起到超前調節(jié)作用；但輸入偏差不變時，控制作用消失，不單獨使用。3-14 pid調節(jié)器中，比例度p、積分時間常數、微分時間常數分別具有什么含義？在調節(jié)器動作過程中分別產生什么影響？若將取、取0，分別代表調節(jié)器處于什么狀態(tài)？ 比例度p含義：使控制器的輸出變化滿量程時（也就是控制閥從全關到全開或

4、相反），相應的輸入測量值變化占儀表輸入量程的百分比。比例作用的強弱取決于比例度的大小。 積分時間常數含義：越小，積分作用越強；越大積分作用越弱；若將取，則積分作用消失。7-1 與單回路系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)有哪些主要特點？串級控制系統(tǒng)由于引入副回路，使系統(tǒng)控制品質相對于單回路控制系統(tǒng)顯著提高。在系統(tǒng)結構上，串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路：主回路和副回路，主、副調節(jié)器串聯(lián)工作；主調節(jié)器輸出作為副調節(jié)器的設定值，系統(tǒng)通過副調節(jié)器輸出控制執(zhí)行器動作，實現對主參數的定制控制。串級系統(tǒng)的主回路是定制控制系統(tǒng)，副回路是隨動控制系統(tǒng)。4-9 如圖4-24所示的蒸氣加熱器對物料進行加熱。為保證控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，

5、加熱器的耐熱材料不被燒壞，試確定蒸氣管道上調節(jié)閥的氣開、氣關形式。解答：氣開式調節(jié)閥。 從工藝生產安全考慮，一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障、信號中斷時，調節(jié)閥的開關狀態(tài)應能保證工藝設備和操作人員的安全。如果控制信號中 圖斷時，閥處于打開位置時危險性小，則應選用氣關式調節(jié)閥；反之，若閥處于關閉位置時危險性小，則應選用氣開閥。7-9 簡述前饋控制的工作原理，與反饋控制相比，它有什么優(yōu)點和局限？1）當系統(tǒng)出現擾動時，立即將其測量出來，通過前饋控制器，根據擾動量的大小來改變控制量，以抵消擾動對被控參數的影響。 2）優(yōu)點：前饋控制器在擾動出現時立即進行控制，控制及時，對特定擾動引起的動、靜態(tài)偏差控制比較有效。局限

6、：1.實際工業(yè)過程中的干擾很多，不可能對每個干擾設計一個獨立的監(jiān)測裝置和前饋控制器。2.決定前饋控制器規(guī)律的gf(s),go1(s)和gv(s)的精確表達式很難得到，即使得到了，也很難在物理上計算出gb(s)。7-18什么是比值控制系統(tǒng)？常用比值控制系統(tǒng)方案有哪些？比較其優(yōu)點。 實現兩個活兩個以上參數符合一定比例關系的控制系統(tǒng)，成為比值系統(tǒng)。 開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng)。7-23什么是均值控制？要求和目的。 均值控制是連續(xù)生產過程中，各種設備前后緊密聯(lián)系的情況提出來的一種特殊控制。 目的和要求：均值控制通過對液體和流量兩個變量同時兼顧的控制策略，是

7、兩個相互矛盾的變量相互協(xié)調，滿足二者均在小范圍內緩慢變化的要求。7-25什么是分程控制？簡述分程控制的特點。怎樣實現分程控制？ 在工業(yè)生產過程中，有事會遇到一個控制器去操控幾個閥門，若按輸出信號的不同區(qū)間操作不同的閥門，這樣的控制系統(tǒng)就是分程控制系統(tǒng)。 特點：調節(jié)器輸出信號分程，調節(jié)閥多。 通過閥門定位器來實現。7-29什么是選擇性控制？通過實例簡述選擇性控制的基本原理。 凡是在控制回路中引入選擇器的系統(tǒng)成為選擇性控制。 選擇器位于調節(jié)器的輸出端，對調節(jié)器的輸出信號進行選擇的系統(tǒng)：兩個調節(jié)器共用一個調節(jié)閥。選擇器位于調節(jié)器之前，對變送器的輸出信號進行選擇的系統(tǒng)：幾個變送器合用一個調節(jié)器。9-2

8、 什么是直接數字控制（ddc）系統(tǒng)？它主要包括哪些部分？ 概念：用一臺工業(yè)計算機配以適當的輸入、輸出設備，從輸入通道獲取生產過程的信息。按照預先規(guī)定的控制算法計算出控制量，并通過輸出通道直接作用于執(zhí)行器，實現對整個生產過程的控制。組成：被控過程、檢測儀表、執(zhí)行器、計算機系統(tǒng)（軟件、硬件）。9-6集散控制系統(tǒng)（dcs）最主要的特點是什么？與傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)相比，有什么優(yōu)點？ 特點：集中管理和分散控制。 優(yōu)點：采用危險分散、控制分散、而操作和管理集中的基本設計思想以及分層、分級和合作自治的結構形式，因此，集散控制系統(tǒng)不僅具有極高的可靠性、多功能性；而且人機聯(lián)系便利，能夠完成各類的數

9、據采集和處理，實現各種復雜的高級控制。5-3 建立被控過程數學模型的方法有哪些？各有什么要求和局限性？1）方法：機理法和測試法。2）機理法：要求;要根據生產過程中實際發(fā)生的變化機理，寫出相關平衡方程式。局限：對生產過程的機理有充分的了解，能用比較準確的數學語言加以描述，需要充分而可靠的先驗知識。 測試法：要求：通過對被控過程輸入、輸出的實測數據進行數學處理后求得其數學模型。局限：對被控過程內部機理有一定了解，首先需要設計一個合理的設計方案。5-9 對圖5-40所示的液位過程，輸入量為，流出量為、，液位為被控參數，水箱截面為，并設、為線性液阻。（1）列寫液位過程的微分方程組；（2）畫出液位過程的框圖；（3）求出傳遞函數，并寫出放大倍數和時間常數的表達式。（1） （2）框圖如圖：（3） 2-3 某壓力表的測量范圍為010mpa，精度等級為1.0級。試問此壓力表允許的最大絕對誤差是多少？若用標準壓力計來校驗該壓力表，在校驗點為5mpa時，標準壓力計上讀數為5.08mpa，試問被校壓力表在這一點上是否符合1級精度，為什么？1）基本誤差= 最大絕對誤差max0.01100.1mpa2）校驗點為5 mpa時的基本誤差： 0.8 0.01 mpa, 所以不符合要求；2）精度為1級，量程為01.0mpa的表，其最大絕對誤差：1.0max1.010.01 mpa， 0.0