過程控制復(fù)習(xí)題終極版

1、一、填空題1.被控過程的數(shù)學(xué)模型，是指過程在各輸入量（包括控制量與擾動量）作用下，其相應(yīng)輸出量（被控量）變化函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型 。2.過程的數(shù)學(xué)模型有兩種，非參數(shù)模型和參數(shù)模型。3.過程控制系統(tǒng)通常是指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動控制系統(tǒng)的被控量，是 溫度、壓力、流量、液位、成分、粘度、濕度和pH（酸堿度或氫離子濃度）等這樣的一些過程變量的系統(tǒng)。4.表示過程控制系統(tǒng)控制關(guān)系的方框圖，兩個框之間的帶箭頭連線表示其相互關(guān)系和信號傳遞方向，但是不表示方框之間的物料關(guān)系。5.一種測量體與被測介質(zhì)接觸，測量體將被測參數(shù)成比例轉(zhuǎn)換成另一種便于計量的物理量，再用儀表加以顯示，通常把前一種過程叫做一次測量，所用的儀表稱

2、為一次儀表，后面的計量顯示儀表稱為二次儀表。6.在熱電偶測溫回路中接入第三種導(dǎo)體時，只要接入第三種導(dǎo)體的兩個接點(diǎn)溫度相同，回路中總電動勢值不變。7.DDZ-III型變送器是一種將被測的各種參數(shù)變換成420mA統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號的儀表。8.正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指當(dāng)輸入氣壓信號增加時，閥標(biāo)向下移動。反作用執(zhí)行結(jié)構(gòu)是指當(dāng)輸入氣壓信號增加時，閥標(biāo)向上移動。9.流通能力定義為調(diào)節(jié)閥全開，閥前后壓差為0.1Mpa、流體密度為1g/cm3時，每小時流過閥門的流體流量（體積cm3)或質(zhì)量（kg）。10.執(zhí)行器的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度之間的關(guān)系。11.接觸式測溫時，應(yīng)保證測溫儀表與被測介質(zhì)

3、充分接觸，要求儀表與介質(zhì)成逆流狀態(tài)，至少是正交，切勿與介質(zhì)成順流安裝。12.干擾通道存在純時間滯后，理論上不影響控制質(zhì)量。13.擾動通道離被控參數(shù)越近，則對被控過程影響越大。14.正作用調(diào)節(jié)器的測量值增加時，調(diào)節(jié)器的輸出亦增加，其靜態(tài)放大倍數(shù)取負(fù)值。反作用調(diào)節(jié)器的測量值增加時，調(diào)節(jié)器的輸出減小，其靜態(tài)放大倍數(shù)取正值。15.氣開式調(diào)節(jié)閥，其靜態(tài)放大倍數(shù)取負(fù)，氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥，其靜態(tài)放大倍數(shù)取正。16.常見復(fù)雜控制系統(tǒng)有串級控制、補(bǔ)償控制、比值控制、分程與選擇控制 和多變量解耦控制等。17.串級控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)的區(qū)別是其在結(jié)構(gòu)上多了一個副回路，形成了兩個閉環(huán)。18.一般認(rèn)為純滯后時間與過程時間

4、常數(shù)T 之比大于0.3，則稱該過程為大滯后過程。19.凡是兩個或多個參數(shù)自動維持一定比值關(guān)系的過程控制系統(tǒng)，統(tǒng)稱為比值控制系統(tǒng)。20分程控制系統(tǒng)從控制的平滑性來考慮，調(diào)節(jié)閥應(yīng)盡量選用對數(shù)調(diào)節(jié)閥，可采用分程信號重疊法來控制調(diào)節(jié)閥開度。21選擇性控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用了選擇器。它可以接在兩個和多個調(diào)節(jié)器的輸出端，對控制信號進(jìn)行選擇，也可以接在幾個變送器的輸出端，對測量信號進(jìn)行選擇。22常見DDZ-III型溫度變送器有熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器、直流毫伏溫度變送器。23絕對誤差是指儀表指示值與被測變量的真值之差。24典型的過程控制系統(tǒng)由檢測元件、變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和被控過程等環(huán)節(jié)構(gòu)成。25

5、按過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來分類可分為反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、前饋-反饋控制系統(tǒng)。26按過程控制系統(tǒng)給定值來分類可分為定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)。27被控過程輸入量與輸出量的信號聯(lián)系稱為過程通道?？刂谱饔门c被控量之間的信號通道聯(lián)系稱為控制通道。28當(dāng)階躍擾動發(fā)生后，被控過程能達(dá)到新的平衡，該過程稱為自衡過程過程，如果不能達(dá)到新的平衡，則稱該過程為無自衡過程過程29研究建模過程的目的主要有設(shè)計過程控制系統(tǒng)和整定調(diào)節(jié)器參數(shù)、指導(dǎo)設(shè)計生產(chǎn)工藝設(shè)備、進(jìn)行仿真試驗研究、培訓(xùn)運(yùn)行操作人員。30量程調(diào)節(jié)的目的是使變送器的輸出信號的上限值ymax（DC 20mA）與測量范圍的上限值xmax相對應(yīng)

6、。31正遷移是指測量起點(diǎn)由零遷至某一正值。負(fù)遷移是指測量起點(diǎn)由零遷至某一負(fù)值。32流量是指單位時間內(nèi)通過管道某一截面的物料數(shù)量，即瞬時流量。33差壓變送器主要用于測量液體、氣體或 蒸汽的壓力、差壓、流量、液位等過程參量，并將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號DC420mA電流輸出，以便實現(xiàn)自動檢測或控制。34執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成。35在過程控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移，來改變閥芯與閥座間的流通截面積以控制流入或流出被控過程的流體介質(zhì)的流量，從而實現(xiàn)對過程參數(shù)的控制。36定值控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)被控量的給定值保持在規(guī)定值不變，或在小范圍附近不變的控制系

7、統(tǒng)。 37在控制系統(tǒng)方塊圖中，兩個方塊之間用帶箭頭的線段相聯(lián)系來表示其相互關(guān)系和信號傳遞方向，但是不表示方框之間的物料聯(lián)系。 38化工檢測儀表都可看成由檢測、轉(zhuǎn)換放大、顯示三部分組成。39檢測元件的作用是感受工藝變量的變化并轉(zhuǎn)換成特定信號。40在工程上，壓力是指物理學(xué)中的壓強(qiáng)，即垂直而均勻地作用于單位面積上的力。41常見的彈性元件有彈簧管、波紋管、單膜片。42瞬時流量是指單位時間內(nèi)通過管道某一界面的物料數(shù)量。43根據(jù)規(guī)定，測量穩(wěn)定壓力時，壓力表的上限值應(yīng)為最大工作壓力的4/3 倍；測量波動較大的壓力時，壓力表的上限值應(yīng)為最大工作壓力的3/2 倍；測量高壓壓力時，壓力表的上限值應(yīng)為最大工作壓力的

8、4/3 倍；為保證測量值的精確度，被測壓力的最小值應(yīng)不低于儀表全量程的1/3 。44根據(jù)使用能源不同，執(zhí)行器可分為氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器、液動執(zhí)行器。45擾動通道靜態(tài)放大系數(shù)越大，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越大?？刂仆ǖ赖撵o態(tài)放大系數(shù)越大，表示控制作用越靈敏，克服擾動能力越強(qiáng)。46根據(jù)被控過程特性來選擇調(diào)節(jié)閥的工作流量特性，其目的是使系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為定值。47系統(tǒng)在自動控制作用下，從一個平衡狀態(tài)進(jìn)入另一個平衡狀態(tài)之間的過程稱為過渡過程。48對被控過程而言，操縱變量至被控變量的信號聯(lián)系稱為控制通道；擾動至被控過程的信號聯(lián)系稱為擾動通道。49描述簡單被控過程特性的參數(shù)有溫度、壓力、流量。50用熱電偶測溫

9、，焊接的一端插入被測介質(zhì)中用以感受被測溫度，稱為熱端；另一端與導(dǎo)線相連，稱為冷端。51在閥前后壓差為一定的情況下得到的信號流量特征稱為理想流量特性。52在工程測量中，是以把高一等級的標(biāo)準(zhǔn)儀器所測得的量值作為被測變量的真實值。53調(diào)節(jié)器的基本控制規(guī)律有比例控制規(guī)律（P）、比例積分規(guī)律（PI）、比例微分規(guī)律（PD）、比例積分微分規(guī)律（PID）等四種類型。54瞬時流量是指單位時間內(nèi)通過管道某一截面的物料數(shù)量。55靜態(tài)放大倍數(shù)為正的被控過程，為正作用被控過程；靜態(tài)放大倍數(shù)為負(fù)的被控過程，為負(fù)作用被控過程。56過程控制系統(tǒng)設(shè)計包括系統(tǒng)的方案設(shè)計、工程設(shè)計、工程安裝和儀表調(diào)校和調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等四個方面的內(nèi)

10、容。 57串級控制系統(tǒng)主回路一般是一個定值控制系統(tǒng)，副回路一般是一個隨動控制系統(tǒng)。二、選擇題1對于氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)信號壓力增加，推桿下移的，稱該氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為( C )。（A）移動式 （B）可調(diào)式 （C）正作用式 （D）反作用式2控制系統(tǒng)中，下面哪種控制規(guī)律具有消除余差的作用( D )。（A）位式控制（B）比例控制 （C）微分控制 （D）積分控制3在控制系統(tǒng)中，工藝變量需要控制的生產(chǎn)過程、設(shè)備或機(jī)械等，稱為( A )。（A）被控過程 （B）控制器 （C）反饋 （D）設(shè)定值4儀表的指示值與被測變量真實值之間的差值稱為( B )。（A）相對誤差（B）絕對誤差 （C）儀表誤差 （D）變差5測量的起始

11、點(diǎn)由零變?yōu)槟骋粩?shù)值時，稱為( C )。（A）誤差 （B）負(fù)偏移 （C）正遷移 （D）絕對誤差6工業(yè)上使用的調(diào)節(jié)器，一般都用( A )來表示比例控制作用的強(qiáng)弱。（A）放大倍數(shù) （B）比例度 （C）積分系數(shù) （D）時間常數(shù)7感受工藝變量的變化并將它轉(zhuǎn)換成特定信號的元件稱為( D)。（A）控制器 （B）控制對象 （C）調(diào)節(jié)器 （D）檢測元件8反饋信號相對于設(shè)定值信號取負(fù)值，這種反饋稱之為( A)。（A）負(fù)反饋 （B）正反饋 （C）開環(huán) （D）給定值9從保證生產(chǎn)安全的角度考慮，控制進(jìn)入加熱爐燃?xì)饬髁康恼{(diào)節(jié)閥，應(yīng)選用( C)。（A）氣動式 （B）電動式 （C）氣開式 （D）氣關(guān)式10測量管道內(nèi)液體壓力時

12、，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道的( B )。（A）下半部 （B）中間 （C）上半部 （D）無限制按圖填空圖2.1為典型過程控制系統(tǒng)的框圖，請將各環(huán)節(jié)的名稱填入框圖中。圖2.1圖2.11圖2.1所示串級控制系統(tǒng)中，主被控變量為爐出口的溫度，副被控變量為爐膛溫度。2從生產(chǎn)工藝安全出發(fā)，燃料油調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用氣開式，則調(diào)節(jié)閥比例系數(shù)KV為正。當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，燃料油增加，爐膛溫度升高，則副過程比例系數(shù)K02為正。為保證副回路為負(fù)反饋，副調(diào)節(jié)器T2C的放大系數(shù)K2應(yīng)取正，即為反作用調(diào)節(jié)器。爐膛溫度升高，則爐出口溫度升高，故主過程的放大系數(shù)K01為正。為保證這個回路為負(fù)反饋，則主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K1應(yīng)為正，即為反作用調(diào)節(jié)

13、器。判斷題( Y-yes N-wrong )1在控制系統(tǒng)中，被控變量是被控制的物理裝置或物理過程。（Y）2設(shè)計串級控制系統(tǒng)時應(yīng)該把所有干擾包括在副環(huán)中。（N）3. 開環(huán)控制是一種沒有反饋的簡單控制。（Y）4. 等幅振蕩是過渡過程基本形式之一，如果系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。（N）5. 對于干擾通道，時間常數(shù)越大則越有利于調(diào)節(jié)。（Y）6. 串級控制系統(tǒng)的整定都是先整定主環(huán)再整定副環(huán)（N）。7. 前饋控制是一種開環(huán)控制系統(tǒng)（Y）。8. 機(jī)理分析法是被控對象建模的唯一方法（N）。9. 測溫儀表測量溫度時，可以與被測介質(zhì)成順流安裝（N）。10.熱電偶溫度計必須作冷端溫度補(bǔ)償（Y）。簡答題1閉環(huán)

14、控制系統(tǒng)分為幾種類型？每種代表什么含義？答：（1）定值控制系統(tǒng)，就是系統(tǒng)被控量的給定值保持在規(guī)定值不變或在小范圍附近不變。（2）程序控制系統(tǒng)，是被控量的給定值按預(yù)定的時間程序變化工作。（3）隨動控制系統(tǒng)，是一種被控量的給定值隨時間任意變化的控制系統(tǒng)。2簡述被控過程特性的實驗測取法。答：對某些非線性因素，在數(shù)學(xué)上無法或難以推導(dǎo)，則要通過實驗測量并進(jìn)行關(guān)系近似與假設(shè)，這種通過試驗來獲取數(shù)學(xué)模型的方法稱為被控過程的實驗測取法。3.簡述熱電偶“中間導(dǎo)體”定律。答: 在熱電偶測溫回路中接入第三導(dǎo)體時，只要接入第三導(dǎo)體的兩個接點(diǎn)溫度相同，回路總電動勢值不變。4一個單回路控制系統(tǒng)主要由哪幾個環(huán)節(jié)組成？其中檢

15、測元件及變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器各起什么作用？答：一個單回路控制系統(tǒng)主要由測量元件、變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、和被控過程等環(huán)節(jié)組成。檢測元件：感受工藝變量的變化并轉(zhuǎn)換成特定信號。變送器：作用是把被控變量主y(t)成比例地轉(zhuǎn)換成測量信號z(t)作用，這是調(diào)節(jié)器的，調(diào)節(jié)器將輸入信號與給定值比較得出偏差值對被控過程進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)閥作為動作執(zhí)行者，調(diào)節(jié)閥的大小。調(diào)節(jié)器：有比例控制，比例積分控制，比例微分控制，比例微分積分控制等類型。執(zhí)行器：接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移，來改變閥芯與閥座間的流通截面積以控制流入或流出被控過程的流體介質(zhì)的流量。5為什么熱電偶測溫時，一般都要采用補(bǔ)償導(dǎo)線？

16、答：由熱電耦測溫原理可知，只有當(dāng)熱電耦溫度不變時，熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)，所以在測溫過程中必須保持冷端溫度恒定?？墒菬犭婑铋L度有限，其冷端會受到環(huán)境溫度的影響而不斷變化，為了使熱電耦冷端溫度保持恒定，則采用補(bǔ)償導(dǎo)線。6.什么是氣開式調(diào)節(jié)閥？什么是氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥？其選擇的原則是什么？答：氣開式：執(zhí)行器輸入壓力p>0.02mpa時，閥開始打開，也就是說有信號壓力時閥打開，無信號壓力時閥關(guān)。氣關(guān)式則反之，有信號壓力時閥關(guān)，無信號壓力時閥開。原則：主要是考慮在不同工藝條件下安全生產(chǎn)的需要。a、考慮事故狀態(tài)時人身、工藝設(shè)備安全。b、考慮事故狀態(tài)下減少經(jīng)濟(jì)損失，保證產(chǎn)品質(zhì)量。c、考慮介質(zhì)的性質(zhì)。

17、分析題1 說明下圖中容器壓力控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用氣開式還是氣關(guān)式。答：應(yīng)選用氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥。因為假設(shè)當(dāng)發(fā)生事故時，閥的信號壓力消失，此時容器內(nèi)仍不斷有氣體充入，若此時閥門關(guān)閉，當(dāng)容器內(nèi)氣體大到一定壓力就會發(fā)生爆炸，所以應(yīng)該使閥門在沒信號壓力時全開，所以要選擇氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥。2下圖是調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)組合方式圖，根據(jù)圖示，填寫表格以說明(a)、(b)、(c)、(d)四種調(diào)節(jié)閥的正反作用及其氣開氣關(guān)組合。序號執(zhí)行機(jī)構(gòu)（正、反作用）閥芯（正裝、反裝）調(diào)節(jié)閥（氣開、氣關(guān)(a) 正作用 正裝 氣關(guān)（b） 正作用 反裝 氣開(c) 反作用 正裝 氣開(d) 反作用 反裝 氣關(guān)序號執(zhí)行機(jī)構(gòu)（正、反作用）閥芯（

18、正裝、反裝）調(diào)節(jié)閥（氣開、氣關(guān)(a) 正作用 正裝 氣關(guān)3下圖為單回路溫度自動控制系統(tǒng)。冷物料經(jīng)換熱器與蒸汽換熱后流出，通過改變進(jìn)入換熱器的蒸汽量來保持熱物料出口溫度為某設(shè)定值。當(dāng)冷物料流量突然增大Q后，分析該系統(tǒng)如何實現(xiàn)自動控制？解：當(dāng)冷物料流量突然增大時，測量元件檢測到出料口溫度降低，于是將測量值與給定值的差給調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥控制閥門使蒸汽量加大，從而使出料口的溫度上升，當(dāng)出料口的溫度達(dá)到設(shè)定值時，系統(tǒng)再次穩(wěn)定。4畫出控制系統(tǒng)的方塊圖（需著明各方塊的名稱及主要信號的名稱）。解：計算及問答題1某換熱器溫度控制系統(tǒng)（設(shè)定值為100），在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如圖所示。分別求出衰減比、最大偏

19、差、余差、過渡時間和振蕩周期（按±3穩(wěn)態(tài)值來確定過渡時間）。解：衰減比最大偏差A(yù)，即超調(diào)量余差- 過渡時間（計算穩(wěn)態(tài)值的±3，即102或108，用尺子量后估算出時間振蕩周期，時間作衰減振蕩，所以振蕩周期T=208=12min，（兩個波峰的時間差）2已知某被控過程的數(shù)學(xué)模型為應(yīng)用前向差分法，求關(guān)于u(k)和e(k)的差分方程。u(k+1) = Ke(k)3一臺儀表的測溫范圍為100550，絕對誤差的最大值為2，求這臺儀表的相對誤差。解：4某一標(biāo)尺為0500的溫度計出廠前經(jīng)校驗，其刻度標(biāo)尺各點(diǎn)測量結(jié)果值分別為：被校表讀數(shù)0100200300400500標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)01031983

20、034064951）求出儀表最大絕對誤差值；（2）確定儀表的允許誤差及精確度等級；（3）儀表經(jīng)過一段時間使用后，重新校驗時，儀表最大絕對誤差為±8，問該儀表是否還符合出廠時的精確度等級。解：(1)最大絕對誤差值為6 。(2)儀表精度所以允許誤差為±1.5%，儀表精度等級為1.5級。(3)使用一段時間后的精度為所以不符合出廠時的精確度等級。5如下圖所示液位控制系統(tǒng)中，被控過程物料的輸入量和輸出量是什么？控制系統(tǒng)的（1）被控變量、（2）操縱變量、（3）主要擾動、（4）輸入信號、（5）輸出信號各是什么？此題需特別注意！解：被控過程物料的輸入量時水的流量Q1，輸出量是水的流量Q2；(1)被控變量是液位H； (2)操縱變量是流量Q2；（開關(guān)在這里，控制排水量，而不是入水量）(3)主要擾動是流量Q1；(4)輸入信號是液位的給定值；(5)輸