過程控制系統(tǒng)試卷及答案-

1、過程控制系統(tǒng) 試卷C卷 一、填空題（每空1.5分）（本題33分） 1、過程控制系統(tǒng)一般由 控制器 、 執(zhí)行器 、 被控過程 和測量變送等環(huán)組成。 2、過程控制系統(tǒng)由工程儀表和被控過程兩部分組成。 3、壓力檢測的類型有三種，分別為：彈性式壓力檢測、應變式壓力檢測、壓阻式壓力檢測。 4、氣動執(zhí)行結構主要有 薄膜式和活塞式兩大類。 5、根據(jù)使用的能源不同，調節(jié)閥可分為 氣動調節(jié)閥 、 電動調節(jié)閥 和 液動調節(jié) 閥 三大類。 6、過程數(shù)學模型的求取方法一般有 機理建模 、 試驗建模 和混合建模。 7、積分作用的優(yōu)點是可消除 穩(wěn)態(tài)誤差(余差)，但引入積分作用會使系統(tǒng) 穩(wěn)定性 下降。 8、在工業(yè)生產(chǎn)中常見

2、的比值控制系統(tǒng)可分為 單閉環(huán)比值控制 、 雙閉環(huán)比值控制 和變比值控制 三種。 9、造成積分飽和現(xiàn)象的內因是控制器包含積分控制作用，外因是控制器長期存在偏 差。 二、名詞解釋題（每小題5分）（本題15分） 1、過程控制：指根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程的特點，采用測量儀表、執(zhí)行機構和計算機 等自動化工具，應用控制理 論， 設計工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動化。 2、串級控制系統(tǒng)：值采用兩個控制器串聯(lián)工作，主控制器的輸出作為副控制器的設定值，由副控制器的輸入去操縱調節(jié)閥，從而對住被控變量具有更好的控制效果。 3、現(xiàn)場總線：是指將現(xiàn)場設備與工業(yè)控制單元、現(xiàn)場操作站等互聯(lián)而成的計算機網(wǎng)絡，具有全數(shù)字化

3、、分散、雙向傳輸和多分枝的特點，是工業(yè)控制網(wǎng)絡向現(xiàn)場級發(fā)展的產(chǎn)物。 三、簡答題（每小題8分）（本題32分） 1、什么是PID，它有哪三個參數(shù)，各有什么作用?怎樣控制？ 答： PID是比例-積分-微分的簡稱。其三個參數(shù)及作用分別為： （1）比例參數(shù)KC，作用是加快調節(jié)，減小穩(wěn)態(tài)誤差。 （2）積分參數(shù)Ki，作用是減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度 （3）微分參數(shù)Kd，作用是能遇見偏差變化趨勢，產(chǎn)生超前控制作用，減少超調量，減少調節(jié)時間。 2、前饋與反饋的區(qū)別有哪些？ 答：（1）控制依據(jù)：反饋控制的本質是“基于偏差來消除偏差”，前饋控制是“基于擾動消除擾動對被控量的影響”。 （2）控制作用發(fā)生時間方面：反饋控

4、制器的動作總是落后于擾動作用的發(fā)生，是一種“不及時”的控制；擾動發(fā)生后，前饋控制器及時動作。 （3）控制結構方面:反饋為閉環(huán)控制，存在穩(wěn)定性問題，即使閉環(huán)環(huán)節(jié)中每個系統(tǒng)都是穩(wěn)定的，但閉環(huán)后穩(wěn)定與否，還需要進一步分析；前饋屬于開環(huán)控制，各環(huán)節(jié)穩(wěn)定，系統(tǒng)必然穩(wěn)定。 （4）校正范圍方面：反饋對各種擾動都有校核作用；前饋，只對被校核的前饋擾動有校正作用，其他則沒有。 （5）控制規(guī)律方面：反饋通常是P PI PD PID等典型規(guī)律；前饋控制規(guī)律較為復雜，不好掌握。 3、控制器正反方向判斷 ？ 答：所謂作用方向，就是指輸入作用后，輸出的變化方向。當輸入增加時，輸出也增加，則成該環(huán)節(jié)為“正環(huán)節(jié)”，反之，當輸

5、入增加時，輸出減少，則稱“反作用”。具體步驟 （1），判斷被控對象的正/反作用那個方向，主要由工藝機理確定。 （2）確定執(zhí)行器的正/反作用方向由安全工藝條件決定。 （3）確定廣義對象的正/反作用方向 （4）確定執(zhí)行器的正/反作用方向 4、如圖所示的壓力容器，采用改變氣體排出量以維持 容器內壓力恒定： (1)調節(jié)閥應選擇氣開式還是氣關式？請說明原因。 (2)壓力控制器(PC)應為正作用還是反作用？請說明原因。 答：(1)應選擇氣關式。因為在氣源壓力中斷時，調節(jié)閥可以自動打開，以使容器內壓力不至于過高而出事故。 (2) 調節(jié)閥應選擇氣關式，則壓力控制器(PC)應為反作用。 當檢測到壓力增加時，控制

6、器應減小輸出，則調節(jié)閥開大，使容器內壓力穩(wěn)定。 或： 當檢測到壓力減小時，控制器應增大輸出，則調節(jié)閥開小，使容器內壓力穩(wěn)定。 四、分析與計算題（第1小題8分，第2小題12分）（本題20分） 1、（本小題8分）如下圖所示的隔焰式隧道窯燒成帶溫度控制系統(tǒng)，燒成帶溫度是被控變量，燃料流量為操縱變量。試分析： (1)該系統(tǒng)是一個什么類型的控制系統(tǒng)？畫出其方框圖； (2)確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式，并說明原因。 答：(1)該系統(tǒng)是一個串級控制系統(tǒng)，其方框圖為：(2)當調節(jié)閥氣源出現(xiàn)故障失去氣源時，為保證系統(tǒng)安全，應使閥門處于關閉位置，故調節(jié)閥采用氣開式。 2、（本小題12分）如下圖所示的液體儲罐，設進水

7、口和出水口的體積流量分別是 q1 和 qo ， 輸出變量為液位h，儲罐的橫截面積為A 。試建立該液體儲罐的動態(tài)數(shù)學模型 H(S)/Qt(S) 過程控制試題庫答案一，填空題1一般一個簡單控制系統(tǒng)由（檢測/變送）裝置、（被控對象）、（調節(jié)）器和（執(zhí)行）機構組成。2過程控制系統(tǒng)常用的參數(shù)整定方法有：（經(jīng)驗法）、（衰減曲線法）、（穩(wěn)定邊界法/臨界比例度法）和（響應曲線法）。3在PID調節(jié)器中，調節(jié)器的Kc越大，表示調節(jié)作用（越強），Ti值越大，表示積分作用（減弱），Td值越大表示微分作用（增強）。4常見的過程計算機控制系統(tǒng)分為下列幾種典型形式：（操作指導控制系統(tǒng)）、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、（監(jiān)督計算機控制系

8、統(tǒng)）、（集散控制系統(tǒng)）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。5在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，根據(jù)設定值的不同形式，又可分為定值控制系統(tǒng)，隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。1）定值控制系統(tǒng)特點：設定值是（固定不變）；作用：保證在（擾動）作用下使被控變量始終保持在設定值上。2）隨動控制系統(tǒng)特點：設定值是一個（變化量）；作用：保證在各種條件下系統(tǒng)的輸出（及時跟蹤設定值變化）。3）程序控制系統(tǒng)特點：設定值是一個（按一定時間程序變化的時間函數(shù)）；作用：保證在各種條件下系統(tǒng)的輸出（按規(guī)定的程序自動變化）。6熱電偶溫度計的基本組成部分部分是（熱電偶）、（測量儀表）、（連接熱電偶）和（測量儀表的導線）。7串級控制系統(tǒng)能迅速克服進入（副）回路的擾

9、動，改善（主）控制器的廣義對象特性，容許（副）回路內各環(huán)節(jié)的特性在一定的范圍內變動而不影響整個系統(tǒng)的控制品質。8定值控制系統(tǒng)是按（偏差）進行控制的，而前饋控制是按（擾動）進行控制的；前者是（閉）環(huán)控制，后者是（開）環(huán)控制。9.保證控制系統(tǒng)成為負反饋10.干擾量的變化11.正確，迅速，可靠12.改善動態(tài)性能13.微分二，選擇題1.由于微分調節(jié)規(guī)律有超前作用，因此調節(jié)器加入微分作用主要是用來（C）:A.克服調節(jié)對象的慣性滯后（時間常數(shù)T），容量滯后c和純滯后0.B.克服調節(jié)對象的純滯后0.C.克服調節(jié)對象的慣性滯后（時間常數(shù)T），容量滯后c3.定值調節(jié)是一種能對（A）進行補償?shù)恼{節(jié)系統(tǒng)。A測量與給

10、定之間的偏差B被調量的變化C干擾量的變化D.設定值的變化4.定值調節(jié)系統(tǒng)是（X）環(huán)調節(jié)，前饋系統(tǒng)是（X）環(huán)調節(jié)(B)。A開，閉B閉，開C開，開D閉，閉5.調節(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6.成分、溫度調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)規(guī)律，通常選用（C）。A.PIB.PDC.PID7.流量、壓力調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)規(guī)律，通常選用（A）。A.PIB.PDC.PID8.液位調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)規(guī)律，通常選用（D）。A.PIB.PDC.PIDD.P9.A10.調節(jié)系統(tǒng)中調節(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

11、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。11.單純的前饋調節(jié)是一種能對（C）進行補償?shù)恼{節(jié)系統(tǒng)。A測量與給定之間的偏差B被調量的變化C干擾量的變化12.定值調節(jié)是一種能對（A）進行補償?shù)恼{節(jié)系統(tǒng)。A測量與給定之間的偏差B被調量的變化C干擾量的變化13.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。14.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)

12、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。15.D16.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1.2.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3.熱電阻溫度計需要進行冷端補償才能正常工作。4.PID的含義是比例、積分和微分。5.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。6.用Smith補償器來處理大時延控制對象時，不必要提供精確

13、的對象數(shù)學模型。7.被控對象特性是指被控對象輸入與輸出之間的關系。8.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)。9.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。10.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。11.一個單回路控制系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行器、檢測變送裝置和被控對象組成。12.在比值控制系統(tǒng)中，一般選擇易調節(jié)的量為主變量，易測量的量為副變量。18.DDC的中文含義是直接數(shù)字控制。 19.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。 20.串級控制系統(tǒng)適用于容量滯后較小的生產(chǎn)工藝過程。 21.前饋控制

14、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。 22.前饋控制與定值控制的原理相同，都是以偏差進行調解的。 23.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。 24.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 13.什么是定值控制系統(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。 14.什么是隨動控制系統(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。 15.

15、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。 16.什么是調節(jié)(被控)對象，給定值和偏差？ 答案：自動調節(jié)系統(tǒng)的生產(chǎn)設備叫做調節(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。 17.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

16、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。 18. 寫出一個帶有純時間滯后的一階慣性線性定常被控對象的傳遞函數(shù)表達式,說明個參數(shù)含義 K放大系數(shù) 滯后時間 慣性時間常數(shù) 19.答：如果有一個輸入量作用于過程，通過過程后被放大K倍。 20.答：時間常數(shù)越大，系統(tǒng)

17、反應越慢，T越小，系統(tǒng)反應越快。 21.答：當輸入量輸入受控過程時，受控變量并沒有馬上動作，而是需要一定的時間才發(fā)生變化。 22.答：機理分析法是通過對過程內部運行機理的分析，根據(jù)其物理或化學變化規(guī)律，在忽略一些次要因素或做出一些近似處理后得到過程特性方程，其表現(xiàn)形式往往是微分方程或代數(shù)方程。這種方法完全依賴先驗知識，所得到的模型稱為理模型。機理分析法一般限于簡單過程的數(shù)學模型建立。 23.簡述用機理分析方法建立被控對象數(shù)學模型的步驟 機理建模的一般步驟如下：1) 根據(jù)實際工作情況和生產(chǎn)過程要求，確定過程的輸入變量和輸出變量。2) 依據(jù)過程的內在機理，利用適當?shù)亩ɡ矶?，建立原始方程?3)

18、確定原始方程式中的中間變量，列寫出中間變量與其他因素之間的關系。 4) 消除中間變量，即得到輸入輸出變量的微分方程。 5) 若微分方程是非線性的，則需要進行線性處理。 6) 標準化，將于輸入有關的各項放在等號右邊，與輸出有關的各項放在等號左邊，并按降冪排序。 24簡述建立被控對象數(shù)學模型的實驗測試方法 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。 25建立被控對象數(shù)學模型的常用實驗測試方法有哪些？ 主要

19、有階躍信號法和矩形脈沖法 26.什么叫絕對壓力、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。27.簡述PID調節(jié)器cK、iT和dT的作用是什么？ 答案：在PID調節(jié)器中，cK越大，表示調節(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。 28.有一流量調節(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。 29.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。 30.通常在什么場合下選用比例（P），