化工自動化及儀表總復習題(兼答案版)

1、PAGE PAGE 23習題填空題：1干擾是指除操作變量以外，作用于對象并引起被控變量變化的一切因素；2被控對象是是指 需要實實現控制的設設備、機器或或生產過程，稱稱為對象。3被控變量是是指 對象內要要求保持給定定數值的工藝藝變量稱為被被控變量。4工藝變量通通常分為 直接變量 ， 間接接變量， 安全變量量 三大類；5直接變量是是指和生產過過程有著密切切關系、或者者說存在直接接關系的，它它的改變決定定著產品的質質量和數量。6間接變量是是指和生產過過程沒有直接接關系，并不不直接決定著著產品的數量量和質量。；7安全變量是是指既和生產產過程沒有直直接的關系，同同時也不存在在間接關系，但但它們影響著著生

2、產的安全全性。 8給定值是被被控變量的預預定值稱為給給定值。它反映的是是工藝過程的的具體要求。 9操作變量是是指受到控制制裝置操縱，用用以使被控變變量保持給定定值的物料量量或能量。10偏差 偏差差=實際值-給定值11閉環(huán)控制制系統(tǒng)通常包包括定值控制制系統(tǒng)， 隨動控制系系統(tǒng)，程序控制系系統(tǒng)；12定值控制制系統(tǒng)是指 被控變量量的給定值恒恒定不變 。13隨動控制制系統(tǒng)是指 給定值不斷斷變化，而且且變化是隨機機的。14程序控制制系統(tǒng)是指給給定值不斷變變化，但x=x(t)是是已知的。 15偏差產生生的原因通常常分為由于干擾導致致實際值發(fā)生生了變化：給定值發(fā)生了變變； 計量誤差而而引起的偏差差。三個方面。

3、16閉環(huán)控制制系統(tǒng)通常是是由 檢測元件和和變送器； 比較機構；調節(jié)裝置； 執(zhí)行器 四個部分組組成的。17檢測元件件和變送器的的作用是把被被控變量y（t）轉化為測測量值z（t），z（t）是統(tǒng)一標標準信號；比較機構的的作用是 計算偏差e（t）；調節(jié)裝置的的作用是依據據偏差的大小小、正負，按按照一定的規(guī)規(guī)律給出調節(jié)節(jié)作用；執(zhí)行器的作作用是 接受調節(jié)器器送來的信號號p（t）,發(fā)出相關的的信號，改變變操作變量。18自動控制制系統(tǒng)中流動動的是信號流流 。19LC表示示的是 液位控制制器 ；L是指指 液位 ；C是指 控制 。20自動控制制系統(tǒng)的靜態(tài)態(tài)是指 被控變量y（t）不隨時間間而變化的平平衡狀態(tài)稱為為系

4、統(tǒng)的“靜態(tài)”；動態(tài)是指 被控變量y（t）隨時間而而變化的平衡衡狀態(tài)稱為系系統(tǒng)的“動態(tài)”；過渡過程是是指調節(jié)系統(tǒng)統(tǒng)在受到外作作用下，從一一個平衡狀態(tài)態(tài)進入到新的的平衡狀態(tài)的的整個過程稱稱為控制系統(tǒng)統(tǒng)的過渡過程程；21干擾的理理想形式有 階躍擾動 ，斜坡擾動 ， 正弦波波擾動 ， 脈沖擾動動 ；22過渡過程程的主要形式式有非周期衰衰減過程，又又叫單調過程程，衰減振蕩過過程，等幅振蕩過過程，發(fā)散振蕩過過程；23定值控制制系統(tǒng)衰減比比通常規(guī)定在在 4：1 范圍內；隨隨動控制系統(tǒng)統(tǒng)衰減比通常常規(guī)定在 10：1 范圍內；24過渡過程程的品質指標標有衰減比 ，振蕩周期或或頻率 ，余差，最大偏差或或超調量 ；

5、 過渡時間。25控制通道道是指擾動變量到到被控變量之之間的信號聯聯系 ，干擾通道道是指 做操作變量量到被控變量量之間的信號號聯系 ；26描述對象象的數學模型型通常分為 參量模型型 ，非參量模型型 。27描述對象象的反應曲線線通常分為有有自衡能力的的非周期特性性 ， 非自衡非非周期特性 ， 振蕩特性性 ， 反向特性 四種類型。28描述對象象特性的三個個參數是指 放大系數K ， 時間常數數T ，滯后時間 ；29KO的含含義是被控變變量的變化量量與操作變量量的變化之比比 ；一般希望望該值 大一點 ；Kf的含義是 被控變量的的變化量和擾擾動幅度之比比 ；一般希望望該值 小一點 ；30時間常數數的含義

6、當時的充電時時間 ；調節(jié)通道道To一般應 合適 ；Tf一般應 越大 。31純滯后產產生的原因是是 由于于信息傳輸需需要時間而引引起的 ；容量滯后后產生的原因因是 一般是由由物料傳遞需需要通過一定定阻力而引起起的 ；32雙容量對對象可以看成成一個 單容量對對象 和一個 純滯后過程程 組合；33一階對象象是指 動態(tài)方程都都是一階常系系數微分方程程 ；34絕對誤差差是指 測量值與與真實值之差差 ；相對誤差y是指 某一點的的絕對誤差和和標準表在該該點的指示值值之比 。35精度不僅僅和 絕對誤差差有關 ，也和 儀表的測測量范圍有關關 。36儀表的精精度通常用 相相對百分誤差差 來表示示。37儀表等級級度

7、值越小，表表示儀表精度度 高 ；標準表精度度一般為 0.05 以上。38工業(yè)生產產上，感溫元元件通常有 熱電阻 ， 熱電偶 。39熱電偶溫溫度計由 熱電偶 ， 測量儀表 ， 連接導線 三部分組組成；40熱電勢eeAB和兩方面面因素有關，一一是取決于 接觸處的金金屬性質的差差異 ，二是 溫度 有關。41熱電偶溫溫度補償方法法通常包括校校正儀表零點點法 ， 補償電橋橋法 ；42熱電偶溫溫度變送器結結構通常分為為 輸入電橋 ， 放大電路 ， 反饋電路 三個部分；43熱電偶的的分度表是指指t0=0。熱電偶的的冷端溫度始始終保持在00上。將E（t，t0）和t之間的一一一對應關系作作成一個標準準的數據表格

8、格 ；分度號是是指 熱電偶的的代號 ；44在高溫區(qū)區(qū)通常采用 熱電偶偶 作為測溫溫元件，在中中、低溫區(qū)通通常采用 熱電阻 作為測溫溫元件；45熱電阻是是由 熱電阻（感感溫元件） ， 顯示儀表（不不平衡電橋或或平衡電橋） ， 連接導線 三部分組成；46熱電阻溫溫度變送器結結構通常分為為輸入電橋 ，放大電路 ，反饋電路三個部分；47顯示儀表表又叫 二次儀表 ；48“XCZZ”中各字母代代表的含義，X 顯示儀表 ，C 動圈式磁電式 ，Z 指示儀 ；49“XCTT”中各字母代代表的含義，X顯示儀表 ，C 動圈式磁電式 ，T 指示調節(jié)儀 ；50動圈式顯顯示儀表的外外接電阻通常常規(guī)定為155歐姆 ；外接調

9、整整電阻的作用用是 ；外接電阻阻通常由 熱電偶電阻阻， 補償導線電電阻， 連接銅導導線電阻， 外接調整電電阻四項組成成；51基本控制制規(guī)律通常包包括 位式控制制（主要指雙雙位控制） ，比例控制（PP） ， 積分控制（II） ， 微分控制（DD） ；52比例控制制規(guī)律是研究究 具有比例例控制規(guī)律的的控制器 ；53比例度的定義式對單單元組合儀表表，和kp之間的關系系為 54比例度越大表示比比例控制作用用越弱 ，越小表示比比例控制作用用 越強 ；55一般工業(yè)業(yè)用調節(jié)器的的比例度在52500% 范圍內；56積分調節(jié)節(jié)規(guī)律最大的的優(yōu)點是能夠夠消除 偏差 ；57輸入輸輸出關系符合合關系式的調調節(jié)規(guī)律稱為為

10、積分規(guī)律；58積分速度度kI的含義是 表示積分控控制作用強弱弱的參數 ，kI越大表示積積分作用控制制越及時 ；59微分時間間TD的含義是 表示微分控控制作用強弱弱的參數 ，TD越大表示微微分作用 微分作用越越強 ；60氣動執(zhí)行行器分為兩部部分，分別為為執(zhí)行機構 、 控制機構構 ；61當閥芯向向下運動時，流流通截面積減減小 時，叫正裝裝；62當閥芯向向下運動時，流流通截面積增增大 時，叫反裝裝；63控制閥的的理想流量特特性包括直線線流量特性 ，等百分比流流量特性 ，拋物線流量量特性 ，快開特性 ；64可調比RR的定義式為為，國產控制制閥可調比RR一般為 30 ；65執(zhí)行器的的氣開、氣關關選擇的主

11、要要依據是 安全狀態(tài)態(tài) ；66被控變量量選擇的原則則有 根據工藝藝要求，確定定直接變量，直直接變量檢測測和控制有困困難，則選間間接變量 、 依據相律，進進一步縮小被被控變量的數數量范圍 、 根據控制要要求，考察各各個候選被控控變量的靈敏敏度 、 進一步考察察工藝變量的的工藝合理性性 ；67干擾通道道存在純滯后后時，對被控控變量y 沒有 影響；68常用的工工程整定方法法有臨界比例例度法 、 衰減曲曲線法 、 經驗湊試試法 ； 69經驗湊試試法的原則是是看曲線 、 作分析 、調參數 、尋最佳 ；70串級控制制系統(tǒng)的特點點 兩個檢測測變送器 、 兩個調節(jié)器器 、 一個控制制閥 、 兩個調節(jié)器器之間是

12、有信信號流將它們們串接在一起起，其中一個個調節(jié)器的輸輸出為另一個個調節(jié)器的輸輸 ；71對串級控控制系統(tǒng)，副副控制器作用用方向的選擇擇和 簡單控制系系統(tǒng)作用方向向 一樣，主主控制器作用用方向的選擇擇和調節(jié)閥的的氣開、氣關關型式 無關；72前饋控制制系統(tǒng)的特點點 這是個開環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)（根根據信號流走走向，信號流流在被控對象象處斷開） 、 一個檢測器器只能測出一一個干擾，所所以前饋控制制只能克服一一種干擾 、 前饋控制是是基于不變性性原理而工作作的，控制及及時、有效 、 前饋控制規(guī)規(guī)律不是PIID，而是采采用由“不變性原理理”決定的“專用”控制規(guī)律 ；73前饋控制制系統(tǒng)是基于于 不變性原理理 工作的

13、；74離心泵的的控制方案一一般包括 改變調節(jié)閥閥的開啟度 、 改變泵的的轉速 、改變回流量量 ；75精餾塔的的控制方案中中，通常選擇擇塔頂溫度 、 塔底溫度度 、靈敏板溫度度 、 中間溫度 、 溫差控制制 作為間接被被控變量；二、問答題：過渡過程的基本本形式有哪幾幾種（用圖表表示）？簡要要闡述其特點點；工業(yè)生產產一般需要什什么類型的過過渡過程？解：非周期衰減減過程，又叫叫單調過程：特征：被控控變量沒有來來會（沿t軸）的波動動，沿著一側側作緩慢的變變化，最后穩(wěn)穩(wěn)定下來；衰減振蕩過程：特征：被控控變量上下波波動，但振幅幅逐漸減小，最最后穩(wěn)定在某某一個值上面面；等幅振蕩過程：特征：振幅幅不變；發(fā)散振

14、蕩過程：特征：振幅幅不斷增大，被被控變量最終終遠離給定值值；工業(yè)生產一般需需要衰減振蕩蕩過程試闡述下圖所示示的溫度控制制系統(tǒng)為開環(huán)環(huán)的原因？閉環(huán)控制系統(tǒng)分分為哪三類？簡要闡述各各類的特點。解：1、定值控控制系統(tǒng)：特特點：被控變變量的給定值值恒定不變 ； 2、隨隨動控制系統(tǒng)統(tǒng)：特點：給給定值不斷變變化，而且變變化是隨機的的；3、程序控制系系統(tǒng)：特點：給定值不斷斷變化，但xx=x(t)是已知的。畫出簡單控制系系統(tǒng)的方塊圖圖，并簡要闡闡述各環(huán)節(jié)的的作用。解：a檢測元件和和變送器：把把被控變量yy（t）轉化為測測量值z（t），z（t）是統(tǒng)一標標準信號。b“O”比較較機構：作用用是計算偏差差e（t）。c

15、調節(jié)裝置：依據偏差的的大小、正負負，按照一定定的規(guī)律給出出調節(jié)作用。d執(zhí)行器：接接受調節(jié)器送送來的信號pp（t）,發(fā)出相關的的信號，改變變操作變量。對下列液位控制制對象，試繪圖說明被控控變量的變化化情況。 解：變化情況如右圖圖所示：自身身有能力達到到新的平衡狀狀態(tài)隨q增大， hh增高，隨h增高的增高高，Q也隨之之變大，最終終達到新的平平衡當輸入流量qii作階躍變化化，試繪圖說說明被控變量量h1、h2的變化情況況。解：變化圖線如如下：隨著h1的增高高，q1會隨之而而增大，則hh2也會隨之之而升高，但但是h2開始變化化比較緩慢，因因為這時h1增加不多多；h1增加越高高，q1也增加越越高，h2的速度

16、會會逐漸加快；而h2的升高，也也必然導致qq0的加大，即即最后階段hh2的變化呈呈現平緩趨勢勢 熱電偶冷端溫度度為什么必須須要進行補償償？試簡要說說明補償步驟和原原理。解：原因：一是是冷端和熱端端很靠近，所所以熱端溫度度必然影響到到冷端溫度；二是熱電偶偶在使用過程程中，冷端總總是暴露在空空氣中，冷端端溫度必然受受到周圍環(huán)境境的影響。所所以要進行補補償。第一：補償導線線的使用（解解決冷端溫度度恒定）；第第二：冷端溫溫度修正法，原原理：熱電偶偶產生的熱電電勢為：第三：校正儀表表零點法試簡要說明補償償電橋法的工工作原理。解：假設在某一一時刻，冷端端溫度為t00=0，顯示儀表表指針指向8800，這是實

17、際際溫度。此時時電橋平衡，aa點的電位UUa=Ub（bb點電位）。如如果另外一個個時刻，冷端端溫度上升，t0 t0（0）。 電橋中的電阻RR1、R2、R3是由錳銅銅絲繞制而成成的，電阻值值穩(wěn)定。Rtt由銅絲繞制制成的，電阻阻值隨溫度的的變化而變化化。通常將RRt和熱電偶偶的冷端連在在一起。介質質溫度升高，電電阻值升高；溫度下降，電電阻值也下降降。什么是“三線制制”？引入“三線制”的作用是什什么？解：“三線制”：從熱電阻阻引出三根導導線，其中與與熱電阻相連連的兩根導線線分別接入橋橋路的兩個相相鄰橋臂上，第第三根導線與與穩(wěn)壓電源的的負極相連。作作用：當環(huán)境境溫度變化時時，兩根導線線電阻同時變變化，

18、便可抵抵消對儀表讀讀數的影響。10.結合下圖圖，簡要說明明電子電位差差計的工作過過程。11.結合下圖圖簡要闡述雙雙位控制的過過渡過程的特特征。12.為什么說說比例控制作作用一定產生生余差？說明明理由。13.基本控制制規(guī)律有哪些些？簡要說明明、TI、TD對過渡過程程的影響。解：基本控制規(guī)規(guī)律通常包括括1）位式控控制（主要指指雙位控制） ，2）比例例控制（P）， 3）積積分控制（II） ，4）微微分控制（DD） ；：比例控制最最大優(yōu)點：反反映非常迅速速，能很快地地克服擾動，使使系統(tǒng)穩(wěn)定下下TI短，積分作作用增強，系系統(tǒng)振蕩加劇劇，穩(wěn)定性下下降，導致系系統(tǒng)的不穩(wěn)定定。Td太大，微分分作用強，導導致系

19、統(tǒng)振蕩蕩；而Td太小或為為零，表示微微分作用弱或或沒有，對系系統(tǒng)無影響。14.為什么說說等百分比特特性又叫對數數特性？與線線性特性相比比它具有什么么優(yōu)點？15.控制通道道、干擾通道道存在純滯后后時，試分別別分析它對被被控變量的影影響。解：如果0=0，操作變變量對y(tt)的影響如如圖中A所示示；當純滯后后為0時，曲線線A平移到BB位置，曲線線A和C之間間的合成就是是曲線D，曲曲線B和C之之間的合成為為曲線E。很很顯然，E和和D相比惡化化多了?？刂浦仆ǖ赖募儨髴M量減減少。 當干擾通道存在在純滯后時，結結論是沒有影影響。如下圖圖，曲線C表表示沒有滯后后存在，干擾擾變量對被控控變量的影響響，當

20、滯后為為f時，C平平移到C位置。但在在f時間內，由由于y(t)沒有變化，操操作變量對yy(t)也沒沒有影響，所所以控制結果果也一樣，僅僅僅延遲了滯滯后時間f16.試分析雙雙閉環(huán)比值控控制系統(tǒng)和兩兩個簡單控制制系統(tǒng)相比有有哪些優(yōu)越性性？解：1)a、擾擾動作用于副副對象和簡單控制系統(tǒng)統(tǒng)相比較，當當擾動嚴重時時，由于z22、p1同時變動動，使得控制制作用非常迅迅速；而當擾擾動較小時，由由于副對象調調節(jié)通道的滯滯后時間比整整個對象的滯滯后時間要短短得多，所以以控制也同樣樣非常及時。結論：干擾作用用于副對象時時，串級控制制系統(tǒng)明顯優(yōu)優(yōu)越于簡單控控制系統(tǒng)b、擾動作用于于主對象串級控制系統(tǒng)優(yōu)優(yōu)越于簡單控控制

21、系統(tǒng)。c、擾動同時作作用于主、副副對象2)特征：1、對進入副回回路的擾動具具有較迅速、較較強的克服能能力；2、可以改善對對象特性；3、可以消除調調節(jié)閥的非線線性的影響；4、可兼顧兩個個變量。17.如圖1所所示換熱器，由由工藝分析得得知：冷物料料流量Q1的變化為主主要干擾，冷冷物料出口溫溫度2為被控變量量，蒸汽流量量Q2為操作變量量，設所有參參數不隨時間間而變化，試試基于不變性性原理設計相相應的控制方方案，并寫出出過程及各環(huán)環(huán)節(jié)的作用。18對精密精精餾，為克服服壓力的微小小波動對產品品質量的影響響，可以采取取溫差控制，試試說明理由。解：選取雙溫差差的理由是由由壓降而引起起的溫差，不不僅出現在頂頂

22、部，也出現現在底部，這這種因負荷引引起的溫差，在在作相減后就就相互抵消。雙雙溫差控制的的實質是一種種控制精餾塔塔進料板附近近的組成分布布，使得產品品質量合格的的辦法。它可可以保證工藝藝上最好的溫溫度分布曲線線，來代替單單純的控制塔塔的一端溫度度（或溫差）。三、判斷題1圖4所示是是原料油加熱熱爐溫度控制制系統(tǒng)，試問問：這是個什么類類型的控制系系統(tǒng)？畫出它它的方塊圖；解：串級控制系系統(tǒng)；為安全起見，加加熱爐不允許許空燒，試確確定控制閥的的氣開、氣關關型式（應說說明過程）；解：為安全起見見，在自動控控制系統(tǒng)出現現故障時，即即沒有控制信信號，控制閥閥應處于關閉閉狀態(tài)，也就就是有氣就開開，沒氣就關關，所

23、以應當當選氣開。確定主、副控控制器的正、反反作用（應說說明過程）；解：副回路中執(zhí)執(zhí)行器操作方方式的選擇由由生產的安全全性決定，副副控制器的作作用方向將按按照整個副回回路必須構成成負反饋系統(tǒng)統(tǒng)的原則進行行選擇，根據據副回路負反反饋的要求，被被控對象為正正作用方向，所所以副調節(jié)器器應選反作用用方向。如果燃料的壓壓力是經常波波動的，上述述系統(tǒng)應如何何改進(繪出實物圖圖)？試畫出它它的方塊圖，并并確定主、副副控制器的正正、反作用（應應說明過程）。2圖5所示是是簡單貯槽液液位控制系統(tǒng)統(tǒng)，為安全起起見，貯槽內內液體嚴格禁禁止抽空，試試在下面兩種種情況下，分分別確定執(zhí)行行器的氣開、氣氣關型式及控控制器的正、

24、反反作用。以Qi為操縱縱變量；以Qo為操縱縱變量。解：（1）為安安全起見，在在自動控制系系統(tǒng)出現故障障時，即沒有有控制信號，控控制閥應處于于關閉狀態(tài)，也也就是有氣就就開，沒氣就就關，所以應應當選氣開。(2) 為安全全起見，在自自動控制系統(tǒng)統(tǒng)出現故障時時，即沒有控控制信號，控控制閥應處于于打開狀態(tài)，也也就是沒氣就就開，有氣就就關，所以應應當選氣關。3.假定在如圖圖所示的反應應器溫度控制制系統(tǒng)中，反反應器內需維維持一定溫度度，以利反應應進行，但溫溫度不允許過過高，否則有有爆炸危險。試試確定執(zhí)行器器的氣開、氣氣關型式和控控制器的正、反反作用。4.試確定下圖圖所示兩個系系統(tǒng)中執(zhí)行器器的正、反作作用及控制器器的正、反作作用。（a）為一加熱熱器出口物料料溫度控制系系統(tǒng)，要求物物料溫度不能能過高，否則則容易分解；（b）為一冷卻卻器出口物料料溫度控制系系統(tǒng)，要求物物料溫度不能能太低，否則則容易結晶。四、計算題圖2所示是一反反應器溫度控控制系統(tǒng)示意意圖，工藝要要求反應器溫溫度需要控制制，通過冷卻卻水流量的變變化可以達到到溫度控制的的目的。試畫畫出該系統(tǒng)的的方塊圖，并并指出被控對對象、被控變變量、操縱變變量和可能的的干擾？現因因生產因素的的變化，要求求反應溫度從從開始的1220提高到1222，當給定值值作階躍變化化后，被控變變量的變化曲曲線如圖所示示，試求該系系統(tǒng)的過渡過過程的