化工過程控制與自動(dòng)化技術(shù)試題

化工過程控制與自動(dòng)化技術(shù)試題姓名_________________________地址_______________________________學(xué)號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標(biāo)封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細(xì)閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫您的答案。一、填空題1.化工過程控制的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)_______。

答案：過程參數(shù)的準(zhǔn)確控制和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定保證

解題思路：化工過程控制的核心目的是保證生產(chǎn)過程中各種參數(shù)的穩(wěn)定和精確，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，避免因參數(shù)波動(dòng)導(dǎo)致的次品產(chǎn)生。

2.下列不屬于控制閥的是_______。

答案：壓力表

解題思路：控制閥是用來調(diào)節(jié)流體的流量、壓力或溫度的裝置，而壓力表是用來測量壓力的儀器，不屬于控制閥的范疇。

3.在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，將給定值與輸出值比較得到偏差信號的環(huán)節(jié)是_______。

答案：比較環(huán)節(jié)

解題思路：閉環(huán)控制系統(tǒng)通過比較給定值（設(shè)定值）和實(shí)際輸出值之間的差異，偏差信號，這是控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。

4.自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)是_______。

答案：勞斯判據(jù)

解題思路：勞斯判據(jù)是判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的經(jīng)典方法，通過分析系統(tǒng)特征方程的系數(shù)，可以判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5.道爾控制規(guī)律是一種_______規(guī)律。

答案：線性

解題思路：道爾控制規(guī)律是指比例控制，它是控制系統(tǒng)中最基本的一種控制規(guī)律，其輸出信號與輸入信號成正比。二、選擇題1.下列哪一項(xiàng)不是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要分類？

A.開環(huán)控制

B.閉環(huán)控制

C.數(shù)字控制

D.線性控制

2.控制器的類型中，采用PID調(diào)節(jié)器屬于哪一種控制類型？

A.模擬控制

B.數(shù)字控制

C.復(fù)合控制

D.線性控制

3.在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，反饋通道的噪聲會影響系統(tǒng)的_______。

A.響應(yīng)速度

B.穩(wěn)態(tài)精度

C.抗干擾能力

D.以上都是

4.穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)Ke的含義是

A.穩(wěn)態(tài)輸出值

B.穩(wěn)態(tài)偏差值

C.開環(huán)增益

D.穩(wěn)態(tài)增益

5.自動(dòng)控制系統(tǒng)中，擾動(dòng)作用在系統(tǒng)輸入端的情況屬于

A.定值輸入

B.設(shè)定值

C.擾動(dòng)輸入

D.干擾

答案及解題思路：

1.答案：D

解題思路：自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要分類包括開環(huán)控制、閉環(huán)控制和數(shù)字控制。線性控制并不是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要分類，而是描述系統(tǒng)特性的一個(gè)概念。

2.答案：B

解題思路：PID調(diào)節(jié)器是一種常見的模擬控制調(diào)節(jié)器，它通過比例、積分和微分三個(gè)環(huán)節(jié)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出，因此屬于數(shù)字控制類型。

3.答案：D

解題思路：反饋通道的噪聲會影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度、穩(wěn)態(tài)精度和抗干擾能力。噪聲的存在可能導(dǎo)致系統(tǒng)功能下降，因此選項(xiàng)D“以上都是”是正確的。

4.答案：D

解題思路：穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)Ke是指系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出值與設(shè)定值之間的誤差，因此它描述的是穩(wěn)態(tài)增益，選項(xiàng)D正確。

5.答案：C

解題思路：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，擾動(dòng)輸入是指系統(tǒng)外部對系統(tǒng)輸入端的影響，這種影響會導(dǎo)致系統(tǒng)輸出產(chǎn)生偏差。因此，選項(xiàng)C“擾動(dòng)輸入”是正確的。三、判斷題1.自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同的應(yīng)用要求實(shí)現(xiàn)精確控制。（）

答案：√

解題思路：自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過使用各種傳感器、執(zhí)行器和控制算法，可以針對不同的應(yīng)用場景進(jìn)行精確控制，以滿足工業(yè)生產(chǎn)或科研實(shí)驗(yàn)的特定需求。

2.PID控制規(guī)律具有很好的適應(yīng)性和可調(diào)節(jié)性。（）

答案：√

解題思路：PID（比例積分微分）控制是一種經(jīng)典的控制算法，它具有較好的適應(yīng)性和可調(diào)節(jié)性，可以通過調(diào)整比例、積分和微分參數(shù)來適應(yīng)不同的控制對象和系統(tǒng)要求。

3.防爆型控制器只能在特定的環(huán)境中使用。（）

答案：√

解題思路：防爆型控制器設(shè)計(jì)用于在易燃易爆的環(huán)境中防止火花或高溫導(dǎo)致的爆炸，因此它們只能在符合防爆規(guī)定的特定環(huán)境中使用，以保證安全。

4.開環(huán)控制系統(tǒng)對負(fù)載擾動(dòng)的抵抗能力比閉環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)。（）

答案：×

解題思路：開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋回路，因此無法根據(jù)系統(tǒng)輸出調(diào)整控制輸入，對負(fù)載擾動(dòng)的抵抗能力較弱。閉環(huán)系統(tǒng)通過反饋機(jī)制能夠根據(jù)輸出調(diào)整輸入，從而提高對負(fù)載擾動(dòng)的抵抗能力。

5.道爾控制規(guī)律是一種常用的線性控制規(guī)律。（）

答案：√

解題思路：道爾控制規(guī)律（Doughertycontrollaw）是一種線性控制規(guī)律，常用于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是在一些簡單的控制系統(tǒng)中，它能夠提供穩(wěn)定的控制效果。四、簡答題1.簡述自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及功能。

基本組成：傳感器、控制器、執(zhí)行器、被控對象。

功能：實(shí)現(xiàn)被控對象的預(yù)定目標(biāo)，通過不斷調(diào)整控制作用，使被控對象的狀態(tài)達(dá)到并維持在一定范圍內(nèi)。

2.什么是開環(huán)控制系統(tǒng)？什么是閉環(huán)控制系統(tǒng)？舉例說明。

開環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)輸出不受系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的影響，只根據(jù)輸入信號進(jìn)行控制。

舉例：簡單的溫度控制器，設(shè)定溫度后，只要溫度達(dá)到設(shè)定值，控制器就會關(guān)閉加熱器。

閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)輸出受系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的影響，通過反饋環(huán)節(jié)對控制作用進(jìn)行調(diào)整。

舉例：自動(dòng)調(diào)節(jié)的空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)室內(nèi)溫度與設(shè)定溫度的差值來調(diào)節(jié)冷氣或暖氣。

3.簡述控制器的主要功能及其類型。

主要功能：根據(jù)設(shè)定值和實(shí)際值之間的偏差，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號。

類型：比例控制器、積分控制器、微分控制器、比例積分微分控制器（PID控制器）。

4.解釋閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性之間的關(guān)系。

穩(wěn)定性：閉環(huán)控制系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后，能夠恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的能力。

抗干擾性：閉環(huán)控制系統(tǒng)在受到外部干擾時(shí)，維持系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的能力。

關(guān)系：穩(wěn)定性強(qiáng)的系統(tǒng)，其抗干擾性也相對較強(qiáng)。

5.什么是模擬量和數(shù)字量？在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中有哪些應(yīng)用？

模擬量：連續(xù)變化的物理量，如溫度、壓力等。

數(shù)字量：離散的物理量，如開關(guān)狀態(tài)、計(jì)數(shù)等。

應(yīng)用：模擬量在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用有溫度、壓力、流量等參數(shù)的測量；數(shù)字量在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用有設(shè)備啟停、報(bào)警等信號的處理。

答案及解題思路：

1.答案：自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成包括傳感器、控制器、執(zhí)行器和被控對象，其功能是實(shí)現(xiàn)被控對象的預(yù)定目標(biāo)，通過不斷調(diào)整控制作用，使被控對象的狀態(tài)達(dá)到并維持在一定范圍內(nèi)。

解題思路：根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的定義和基本組成部分，分析其功能。

2.答案：開環(huán)控制系統(tǒng)只根據(jù)輸入信號進(jìn)行控制，不受系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的影響；閉環(huán)控制系統(tǒng)通過反饋環(huán)節(jié)對控制作用進(jìn)行調(diào)整。舉例：開環(huán)控制系統(tǒng)如簡單溫度控制器，閉環(huán)控制系統(tǒng)如自動(dòng)調(diào)節(jié)的空調(diào)系統(tǒng)。

解題思路：根據(jù)開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的定義，分別舉例說明。

3.答案：控制器的主要功能是根據(jù)設(shè)定值和實(shí)際值之間的偏差，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號。類型包括比例控制器、積分控制器、微分控制器和比例積分微分控制器（PID控制器）。

解題思路：根據(jù)控制器的定義和類型，總結(jié)其主要功能和類型。

4.答案：閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后，能夠恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的能力；抗干擾性是指系統(tǒng)在受到外部干擾時(shí)，維持系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的能力。穩(wěn)定性強(qiáng)的系統(tǒng)，其抗干擾性也相對較強(qiáng)。

解題思路：根據(jù)穩(wěn)定性和抗干擾性的定義，分析它們之間的關(guān)系。

5.答案：模擬量是連續(xù)變化的物理量，如溫度、壓力等；數(shù)字量是離散的物理量，如開關(guān)狀態(tài)、計(jì)數(shù)等。在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，模擬量用于測量溫度、壓力等參數(shù)，數(shù)字量用于處理設(shè)備啟停、報(bào)警等信號。

解題思路：根據(jù)模擬量和數(shù)字量的定義，分析它們在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。五、計(jì)算題1.計(jì)算控制系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)Ke。

解答：Ke=1/(1Kp)

解題思路：穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)Ke與系統(tǒng)的類型和比例增益Kp有關(guān)。根據(jù)系統(tǒng)類型（一階、二階等）和給定的Kp值，使用公式計(jì)算Ke。

2.某系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s1)，求K值為5時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

解答：使用勞斯判據(jù)判斷穩(wěn)定性。

解題思路：首先計(jì)算閉環(huán)傳遞函數(shù)H(s)=G(s)(1Kp)/(1Kp(s1))，然后將Kp代入計(jì)算H(s)。使用勞斯判據(jù)分析特征方程的符號，判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.計(jì)算一個(gè)PID控制器的比例增益Kp和積分時(shí)間Ti。

解答：Kp=1，Ti=2秒

解題思路：根據(jù)PID控制器的典型參數(shù)設(shè)置，Kp通常設(shè)為1，Ti的設(shè)置取決于系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和期望的穩(wěn)態(tài)誤差。

4.某控制系統(tǒng)的輸入為設(shè)定值R(s)，擾動(dòng)為D(s)，輸出為Y(s)。求傳遞函數(shù)Y(s)/D(s)和Y(s)/R(s)。

解答：Y(s)/D(s)=G(s)/(1G(s))

Y(s)/R(s)=G(s)

解題思路：Y(s)/D(s)表示系統(tǒng)對擾動(dòng)的響應(yīng)，Y(s)/R(s)表示系統(tǒng)對設(shè)定值的響應(yīng)。根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)計(jì)算這兩個(gè)傳遞函數(shù)。

5.設(shè)有一個(gè)單位反饋控制系統(tǒng)，閉環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=(110s)/s。計(jì)算閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)位置，并判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

解答：極點(diǎn)位置為10，系統(tǒng)不穩(wěn)定。

解題思路：通過分析閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)位置來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果所有極點(diǎn)的實(shí)部均為負(fù)，則系統(tǒng)穩(wěn)定；如果存在正實(shí)部極點(diǎn)，則系統(tǒng)不穩(wěn)定。在此例中，極點(diǎn)10位于復(fù)平面的左側(cè)，表明系統(tǒng)不穩(wěn)定。六、應(yīng)用題1.設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的流程圖，包括傳感器、執(zhí)行器、控制器等組成部分。

流程圖

傳感器執(zhí)行器控制器

VVV

輸入信號輸出信號控制信號

2.根據(jù)以下要求，設(shè)計(jì)一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)：

（1）系統(tǒng)的輸入信號為0～10V的電壓信號；

（2）執(zhí)行器輸出范圍為0～10V的電流信號；

（3）穩(wěn)態(tài)誤差不超過5%。

設(shè)計(jì)參數(shù)

控制器類型：PID控制器

控制器參數(shù)：Kp=0.1，Ki=0.01，Kd=0.05

執(zhí)行器增益：G=10

系統(tǒng)總增益：K=KpG

3.分析某生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象，并給出解決方案。

振蕩現(xiàn)象分析：

可能原因：控制器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，系統(tǒng)響應(yīng)速度過快或過慢，存在未知的干擾信號等。

解決方案：

調(diào)整控制器參數(shù)，降低系統(tǒng)響應(yīng)速度，提高控制器阻尼比；

檢查系統(tǒng)是否存在干擾信號，采取抗干擾措施；

對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化控制器參數(shù)。

4.設(shè)一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)水位系統(tǒng)，輸入為閥門開啟時(shí)間t，輸出為水箱水位H，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和控制系統(tǒng)。

數(shù)學(xué)模型：

水箱水位變化率：dH/dt=KtH

K為水箱水位變化率系數(shù)

控制系統(tǒng)：

采用PID控制器，控制器參數(shù)為Kp=0.1，Ki=0.01，Kd=0.05

控制信號u(t)=Kp(H_setH)Ki∫(H_setH)dtKd(dH_set/dtdH/dt)

5.針對一個(gè)自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)，分析其在實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的問題及解決辦法。

可能遇到的問題：

控制系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，無法滿足生產(chǎn)需求；

系統(tǒng)穩(wěn)定性差，出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象；

系統(tǒng)存在干擾信號，影響控制效果。

解決辦法：

優(yōu)化控制器參數(shù)，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度；

采用抗干擾措施，降低干擾信號的影響；

對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化控制器參數(shù)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

答案及解題思路：

1.解題思路：根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的流程圖，包括傳感器、執(zhí)行器、控制器等組成部分。

2.解題思路：根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)，包括控制器類型、參數(shù)設(shè)置、執(zhí)行器增益和系統(tǒng)總增益。

3.解題思路：分析生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象，找出可能原因，并提出相應(yīng)的解決方案。

4.解題思路：設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)節(jié)水位系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和控制系統(tǒng)，包括水箱水位變化率、控制器參數(shù)設(shè)置和控制信號。

5.解題思路：分析自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的問題，找出原因，并提出相應(yīng)的解決辦法。七、論述題1.論述自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展前景。

論述：

自動(dòng)化控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，其主要優(yōu)點(diǎn)包括：

提高生產(chǎn)效率：自動(dòng)化系統(tǒng)可以替代人工操作，提高生產(chǎn)效率，減少人力資源的消耗。

提高產(chǎn)品質(zhì)量：自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以精確控制生產(chǎn)過程，減少產(chǎn)品不合格率。

提高安全性：自動(dòng)化系統(tǒng)可以在危險(xiǎn)環(huán)境下工作，保障操作人員的安全。

降低能耗：自動(dòng)化系統(tǒng)可以優(yōu)化能源使用，降低生產(chǎn)成本。

發(fā)展前景：

科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化控制系統(tǒng)將朝著更高精度、更智能化、更節(jié)能的方向發(fā)展。未來，自動(dòng)化控制系統(tǒng)將在以下方面有更大的發(fā)展：

人工智能技術(shù)的融合：利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制和預(yù)測。

網(wǎng)絡(luò)化、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的互聯(lián)互通，提高生產(chǎn)管理效率。

綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用：降低能耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2.結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，談?wù)勀銓み^程控制與自動(dòng)化技術(shù)重要性的認(rèn)識。

論述：

在化工行業(yè)中，自動(dòng)化控制技術(shù)的重要性不言而喻，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

提高生產(chǎn)穩(wěn)定性：自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程，及時(shí)發(fā)覺并處理異常情況，保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

降低生產(chǎn)成本：通過優(yōu)化控制策略，自動(dòng)化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)能源的有效利用，降低生產(chǎn)成本。

提升產(chǎn)品質(zhì)量：自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠精確控制生產(chǎn)參數(shù)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

安全生產(chǎn)：自動(dòng)化技術(shù)可以在危險(xiǎn)環(huán)境下執(zhí)行操作，減少安全的發(fā)生。

實(shí)際工程應(yīng)用案例：在某化工企業(yè)的聚合反應(yīng)過程中，應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)條件的精確控制，大幅提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

3.論述自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

論述：

自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下基本原則：

需求分析：明確控制系統(tǒng)的功能和功能要求。

可靠性設(shè)計(jì)：保證系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)：在滿足功能要求的前提下，盡量降低成本。

易于維護(hù)設(shè)計(jì)：便于系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和維修。

實(shí)際工程應(yīng)用：

在化工工程中，自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循上述原則，如在某煉油廠的項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過對工藝流程的深入分析，保證了控制系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

4.結(jié)合現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢，分析其在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。

論述：

現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢包括：

網(wǎng)絡(luò)化與智能化：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的互聯(lián)互通，提高生產(chǎn)管理效率。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與預(yù)測分析：利用大數(shù)據(jù)技