過程控制系統(tǒng)試卷集

1、a試題一、填空題（共7小題，每空1分，共30分）1過程控制系統(tǒng)可以簡化為調(diào)節(jié)器和廣義對象兩大部分，其中廣義對象是_、_、_和_的組合。2過程控制系統(tǒng)按照被控變量的不同，可分為_控制系統(tǒng)、_控制系統(tǒng)、_控制系統(tǒng)、_控制系統(tǒng)和_控制系統(tǒng)；按照被控變量的多少可分為_控制系統(tǒng)和_控制系統(tǒng)。3評價過程控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的指標(biāo)主要包括_、_和_三個方面。4被控過程的數(shù)學(xué)模型是反映被控過程的輸出量和輸入量之間的數(shù)學(xué)表達式，其中，對于參數(shù)模型，常用_、_、_、_等表示。5. 國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥的流量特性有_特性、_特性和_特性三種。6. 單回路控制系統(tǒng)是一種基于_的閉環(huán)反饋控制，前饋控制系統(tǒng)是一種按照_進行補償?shù)南到y(tǒng)，

2、對于減少被控參數(shù)_偏差最為有效。7. 串級控制系統(tǒng)中，主回路是_系統(tǒng)，副回路是_系統(tǒng)8. 比值控制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案有_方案和_方案。9. 在前饋反饋系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的_由閉環(huán)控制回路決定，對被調(diào)參數(shù)影響最顯著的主要干擾由_進行補償。二、簡答題（共6題，每小題6分，共36分）1. 衡量過程控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的綜合性能指標(biāo)中，itae的含義是什么，請寫出表達式，并指出其特點。2. 什么是被控過程的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和動態(tài)數(shù)學(xué)模型，兩者之間有什么聯(lián)系。3. 控制參數(shù)的選擇應(yīng)當(dāng)遵守哪些原則？4. 積分調(diào)節(jié)有何特點？5. 什么是不變性原理？根據(jù)下圖列寫不變性原理的表達式，并指出依據(jù)不變性原理設(shè)計的控制系統(tǒng)是何

3、種控制系統(tǒng)。6. 前饋控制系統(tǒng)的有何特點？三、綜合分析題（第1題10分，第2,3題各12分，共34分）1已知兩水槽串聯(lián)工作，如圖所示，輸入量為q1，流出量為q2，q3。h1，h2為兩個水槽的水位。c1和c2分別為兩個水槽的橫截面積即容量系數(shù)，三個閥門的液阻分別為r1，r2，r3，液位與流出量具有線性關(guān)系。選取2號水槽水位h2為輸出變量，不考慮管道傳輸延遲，請根據(jù)流量平衡關(guān)系列寫過程的微分方程組，并求取過程的傳遞函數(shù)。2精餾塔釜溫度與蒸汽流量的串級控制系統(tǒng)如下圖所示。生產(chǎn)工藝要求一旦發(fā)生事故應(yīng)立即停止蒸汽的供應(yīng)。不考慮蒸汽與進料的各種干擾對產(chǎn)品出口溫度的影響，要求：畫出控制系統(tǒng)的框圖；確定調(diào)節(jié)閥

4、的氣開、氣關(guān)形式；確定主、副調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律及正、反作用方式。 3下圖為加熱爐控制方案。要求：畫出控制系統(tǒng)的框圖；說明該控制系統(tǒng)的類型；該控制系統(tǒng)主要用來消除何種干擾；如果原油出口溫度受其他干擾影響而高于給定值，控制系統(tǒng)如何調(diào)節(jié)。過程控制系統(tǒng)試卷a 參考答案一、填空(每空1分，共30分)：1.檢測元器件 變送器 執(zhí)行器 被控對象2.溫度 壓力 流量 液位 成份 單變量 多變量3.穩(wěn)定性 準(zhǔn)確性 快速性4.微分方程 差分方程 狀態(tài)方程 傳遞函數(shù)5.直線 等百分比(對數(shù)) 快開6.(被調(diào)量的)偏差 干擾量(的大小) 動態(tài)7.定值控制 隨動控制8.相乘 相除9.穩(wěn)定性 前饋(調(diào)節(jié)器) 二、簡答題(每

5、題6分，共36分)：1. itae是指時間與偏差絕對值乘積積分；其表達式為：；該指標(biāo)對初始誤差和隨機誤差不敏感，可起到限制過度時間的作用。2. 靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是過程在穩(wěn)態(tài)時輸出變量與輸入變量之間的關(guān)系；動態(tài)數(shù)學(xué)模型是過程輸出變量與輸入變量隨時間變化時其動態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)描述；靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是動態(tài)數(shù)學(xué)模型在過程達到平衡時的特例。3. 所選的控制參數(shù)必須是可控的；控制通道的放大放大倍數(shù)要適當(dāng)大些，時間常數(shù)要適當(dāng)小些，純滯后時間越小越好；干擾通道的放大倍數(shù)應(yīng)盡可能小，時間常數(shù)應(yīng)盡可能大，容量數(shù)盡可能多，干擾信號進入系統(tǒng)的位置盡可能遠(yuǎn)離被控參數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥；廣義被控對象由幾個一階慣性組成，其各時間常數(shù)應(yīng)盡可能

6、錯開，使其中一個比其他幾個大得多，以提高可控性；考慮工藝的合理性、一般不選生產(chǎn)負(fù)荷作為控制參數(shù)。4.積分調(diào)節(jié)是一種無差調(diào)節(jié)，采用積分調(diào)節(jié)可以提高系統(tǒng)的無差度即提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度；與p相比，積分調(diào)節(jié)的過渡過程比較緩慢，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差；減小積分時間，雖然在一定程度上可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但會加劇系統(tǒng)的不穩(wěn)定程度。5.不變性原理就是指控制系統(tǒng)的被調(diào)量與擾動量絕對無關(guān)或者在一定準(zhǔn)確度下無關(guān)，也即被調(diào)量完全獨立或基本獨立；當(dāng)時，由；基于不變性原理設(shè)計的控制系統(tǒng)是前饋控制系統(tǒng)。6.前饋控制比反饋控制及時；前饋控制是一種開環(huán)控制；前饋調(diào)節(jié)器是專用調(diào)節(jié)器；前饋控制只能抑制可測而不可控的擾動；一種前饋控

7、制作用只能克服一種干擾。三、綜合分析題(第1題10分，第2,3題各12分，共34分)：1. 解：根據(jù)動態(tài)流量平衡關(guān)系，可以列出如下增量方程： （2分） （2分） （2分） （2分）消去中間變量，解得過程輸入變量與輸出變量之間的傳遞函數(shù)為 （2分）2. 解: （4分） 根據(jù)工藝，故障時，調(diào)節(jié)閥必須關(guān)閉來切斷蒸汽供應(yīng)，因此調(diào)節(jié)閥選擇氣開式，其靜態(tài)放大系數(shù)為“+”。（2分）由于副被控參數(shù)是流量，因此副調(diào)節(jié)器采用pi控制律；為了保證主被控參數(shù)無誤差，且由于控制通道的容量滯后比較大，主調(diào)節(jié)器采用pid控制律。（2）對于副環(huán)，閥門開度增大，流量增加，因此副對象的放大系數(shù)為“+”，流量變送器的放大倍數(shù)為“+

8、”。根據(jù)副環(huán)放大倍數(shù)符號位“+”的原則，副調(diào)節(jié)器符號應(yīng)為“+”，故選擇反作用。對于主環(huán)，主調(diào)節(jié)器的正反作用只取決于主對象放大倍數(shù)的符號。主對象的輸入信號為蒸汽流量（即副參數(shù)），輸出信號為溫度（即主參數(shù)），當(dāng)流量增大時，熱物料出口溫度上升，因此，主對象的放大倍數(shù)為“+”，因此主調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇反作用。（4）3 解：（6分）該系統(tǒng)為前饋反饋控制系統(tǒng)。（2分）該系統(tǒng)主要用來克服原油流量變化對原油出口溫度的影響。（2分）如果原油出口溫度變化，則反饋控制器tc會減小調(diào)節(jié)閥的開度進而減小燃料的供給量，以克服這種影響。（2分）b試卷一、填空題（共9小題，每空1分，共30分）1過程控制系統(tǒng)主要由_和自動化儀表兩部

9、分組成。自動化儀表主要完成對過程參數(shù)的_、_和_等任務(wù)。2被控過程的數(shù)學(xué)模型有_數(shù)學(xué)模型和_數(shù)學(xué)模型之分。3過程的輸入變量至輸出變量的信號聯(lián)系稱為通道，_至_之間的信號聯(lián)系成為控制通道，_到_之間的信號聯(lián)系稱為干擾通道。4被控過程的數(shù)學(xué)模型是反映被控過程的輸出量和輸入量之間的數(shù)學(xué)表達式，其中，對于非參數(shù)模型，常用_、_等表示。5單回路控制系統(tǒng)由_、_、_和_四個基本環(huán)節(jié)組成。6過程控制系統(tǒng)按照被控變量的給定值是否變化及如何變化可分為_控制系統(tǒng)、_控制系統(tǒng)、_控制系統(tǒng)；按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點分為_控制系統(tǒng)、_控制系統(tǒng)和_控制系統(tǒng)。7. 串級控制系統(tǒng)中，主回路在過程控制中起_的作用，副回路起_的作用。

10、8. 反饋控制的控制作用發(fā)生在偏差出現(xiàn)_，前饋控制的控制作用發(fā)生在偏差出現(xiàn)_。9. 比值控制系統(tǒng)中的非線性特性是指_的非線性特性，其根本解決辦法是在_的輸出端加上_、使最終輸出信號與流量之間成_。二、簡答題（共6題，每小題6分，共36分）1. 建立被控過程數(shù)學(xué)模型的方法有哪些？如何根據(jù)過程輸入、輸出測試數(shù)據(jù)建立被控對象數(shù)學(xué)模型？2. 衡量過程控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的綜合性能指標(biāo)中，iae的含義是什么，請寫出表達式，并指出其特點。3. 被控參數(shù)的選擇應(yīng)當(dāng)遵守哪些原則？4. 比例調(diào)節(jié)有何特點？5. 什么是比值控制系統(tǒng)，比值控制系統(tǒng)有哪幾種類型。6. 前饋反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點是什么？三、綜合分析題（共3題，

11、第1題10分，第2,3題各12分，共34分）1已知兩水槽并聯(lián)工作，如圖所示，輸入量為q1，流出量為q2，q3。h1，h2為兩個水槽的水位。c1和c2分別為兩個水槽的橫截面積即容量系數(shù)，三個閥門的液阻分別為r1，r2，r3，液位與流出量具有線性關(guān)系。選取2號水槽水位h2為輸出變量，不考慮管道傳輸延遲，請根據(jù)流量平衡關(guān)系列寫過程的微分方程組，并求取過程的傳遞函數(shù)。2某化學(xué)反應(yīng)過程要求參與反應(yīng)的兩種物料保持f1：f2=4:3的比例，兩物料的最大流量為f1max=500m³/h，f2max=210m³/h，通過觀察發(fā)現(xiàn)a、b兩種物料流量因管道壓力波動經(jīng)常發(fā)生變化。根據(jù)上述情況，要求

12、：設(shè)計一個合適的比值控制系統(tǒng)；采用差壓式流量計，計算比值系數(shù)k(選用ddz-iii型儀表)選擇調(diào)節(jié)閥的開、閉形式和調(diào)節(jié)器的正反作用方式。3.下圖為加熱爐控制方案。要求：畫出控制系統(tǒng)的框圖；說明該控制系統(tǒng)的類型；為什么該系統(tǒng)不是串級控制系統(tǒng)；前饋調(diào)節(jié)器應(yīng)該采用何種控制律。過程控制系統(tǒng)b 參考答案一、填空(每空1分，共30分)：1.被控過程 自動檢測 自動顯示 自動控制2.靜態(tài) 動態(tài)3.控制作用 輸出變量 干擾作用 輸出變量4.曲線 表格5.被控對象（被控過程） 測量變送裝置 調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)閥6.定值 隨動 程序 反饋 前饋 前饋反饋復(fù)合7.細(xì)調(diào) 粗調(diào)8.后 前9.測量變送器 差壓變送器 開方器 線

13、性關(guān)系 二、簡答題(每題6分，共36分)：1.主要有三種，分別是機理法、實驗法、機理法和實驗法相結(jié)合的混合法。首先，根據(jù)測試數(shù)據(jù)或者曲線的形狀確定模型的結(jié)構(gòu)（包括形式、方程階次及時滯情況），稱為過程辨識；其次在已知模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，由測試數(shù)據(jù)或曲線確定模型的參數(shù)，稱為參數(shù)估計。2. iae是指偏差絕對值積分；其表達式為：；該指標(biāo)可以避免正負(fù)偏差相互抵消，使大小偏差都起到相應(yīng)的積分作用。3.選擇對產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行和環(huán)境保護具有決定性作用的、可直接測量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)；當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時，應(yīng)選擇一個與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)作為被控參數(shù)；被控參數(shù)必須具有

14、足夠高的靈敏度；被控參數(shù)的選取，還需考慮工藝過程的合理性和國內(nèi)外儀表生產(chǎn)的現(xiàn)狀。4.比例調(diào)節(jié)動作快，克服干擾能力強，且克服偏差的能力隨著偏差的增大而增強；比例調(diào)節(jié)器是一種有差調(diào)節(jié)；比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜差隨比例度的增大而增大；減小比例度，不僅可以減小系統(tǒng)的靜差，而且可以降低系統(tǒng)的慣性，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。5實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比值關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。常見的比值控制系統(tǒng)有開環(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)、串級和比值控制組合的系統(tǒng)、具有邏輯關(guān)系的比值控制系統(tǒng)。6.對被調(diào)參數(shù)影響最顯著的主要干擾由前饋進行補償，而其余次要的干擾可依靠反饋來克服

15、，從而保證被調(diào)參數(shù)最終等于給定值；由于反饋回路的存在，降低了對前饋控制模型的精度要求，為工程上實現(xiàn)比較簡單的通用型模型創(chuàng)造了條件；負(fù)荷或工況變化時，模型特性也要變化，可由反饋控制加以補償，因此具有一定的自適應(yīng)能力。三、綜合分析題(第1題10分，第2,3題各12分，共34分)：1. 解：根據(jù)動態(tài)流量平衡關(guān)系，可以列出如下增量方程： （2）分 （2）分 （2）分 （2）分消去中間變量，解得過程輸入變量與輸出變量之間的傳遞函數(shù)為 （2分）2. 解: 由于主、副流量都會發(fā)生變化，因此采用雙閉環(huán)比值控制方案。（4分）選擇帶開方器的差壓式流量計。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，折算成儀表的比值系數(shù)為：（4分） 根據(jù)工藝

16、要求，為了在故障時保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)該選擇氣開式調(diào)節(jié)閥（靜態(tài)放大系數(shù)為“+”）。同時，對于主、副兩個對象，增大調(diào)節(jié)閥開度，則流量增加，因此主、副對象的放大系數(shù)為“+”，流量變送器的放大倍數(shù)為“+”。根據(jù)主、副環(huán)放大倍數(shù)符號位“+”的原則，主、副調(diào)節(jié)器符號應(yīng)為“+”，故選擇反作用。（4分）3 解：（5分）該系統(tǒng)為前饋反饋控制系統(tǒng)。（2分）兩個控制器串級工作，但是沒有副回路，只有一個反饋回路，執(zhí)行器的輸出并不改變原油的流量，因此不是串級控制系統(tǒng)。（2分）該系統(tǒng)相當(dāng)于將前饋控制器fc移動到了控制回路內(nèi)，此時，可以采用p控制器，則對原油流量的變化仍能通過fc來改變?nèi)剂嫌偷牧髁?，起到靜態(tài)前饋的作用，但是不

17、能含有積分環(huán)節(jié)，否則當(dāng)原油流量變化時，會導(dǎo)致控制閥趨于全開或全關(guān)的極限位置，是系統(tǒng)無法正常運行。（3分）c試題一、填空題（共15空，每空2分，共30分）1. 過程控制系統(tǒng)可以簡化為調(diào)節(jié)器和_兩大部分。2. 余差為零的過程控制系統(tǒng)稱為_調(diào)節(jié)系統(tǒng)。3. 建立被控過程數(shù)學(xué)模型的方法主要有三種，分別是實驗法、_法和混合法。4. 如果一個控制過程處于平衡狀態(tài)，當(dāng)其受到干擾時，其輸出量在無人或者無控制裝置干預(yù)下，能夠自動恢復(fù)到原來或者新的平衡態(tài)，則稱該過程具有_特性。5. 響應(yīng)曲線法是通過測取過程的_響應(yīng)曲線或_響應(yīng)曲線來辨識數(shù)學(xué)模型的。6. 常用的調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法中，屬于開環(huán)整定方法的是_法。7

18、. 國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥流量特性有直線特性、等百分比特性和_特性三種。8. 串級控制系統(tǒng)中，位于副回路的干擾稱為_干擾。9. 基于_組成的自動控制系統(tǒng)稱為前饋控制系統(tǒng)。10. 在前饋反饋控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性由_控制來保證，而由_控制來有效減小因主要干擾所致的被控量的動態(tài)偏差。11. 生產(chǎn)過程中保護性措施有硬保護措施和軟保護措施兩種，其中選擇性控制系統(tǒng)屬于_保護措施。12. 開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)一般用于系統(tǒng)的_保護。13. 一種結(jié)構(gòu)形式的控制系統(tǒng)能否實現(xiàn)均勻控制主要在于_的參數(shù)整定。二、簡答題（共3題，每小題8分，共24分）1. 衡量過程控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的綜合性能指標(biāo)中，ise的含義是什么，請寫出表達

19、式，并指出其特點。2. 某個單回路過程控制系統(tǒng)，已知被控過程的靜態(tài)放大系數(shù)ko為負(fù)，工藝要求采用氣開式調(diào)節(jié)閥，試確定調(diào)節(jié)器的作用形式，（注：需要給出分析過程，只給出最終結(jié)果不得分）。3. 假設(shè)主流量用f1表示，副流量用f2，主流量變送器用f1t表示，主流量變送器用f2t表示，比值控制器用k表示，主流量控制器用f1c表示，副流量控制器用f2c表示，主對象用gp1表示，副對象用gp2表示，主調(diào)節(jié)閥用gv1表示，副調(diào)節(jié)閥用gv2表示，主流量給定用f1r表示，試畫出用上述各部件的英文表示所組成的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的等效方塊結(jié)構(gòu)圖（注意：框圖中不允許出現(xiàn)中文說明，否則不得分）。并說明當(dāng)主流量發(fā)生變化時，

20、系統(tǒng)會如何自行調(diào)整來保持一定的比值關(guān)系？三、綜合分析題（第1題10分，第2,3,4題各12分，共46分）1某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定的操作溫度為（40±2），考慮安全因素，要求控制過程中溫度偏離設(shè)定值不得超過6?，F(xiàn)設(shè)計的定值溫度控制系統(tǒng)，在最大階躍擾動作用下的過渡過程曲線如下圖，試求最大偏差、衰減比、余差、過渡時間（按被控變量進入±2%新穩(wěn)態(tài)值即達到穩(wěn)定來確定）和振蕩周期。2已知單容水槽如圖所示，輸入量為q1，由排水泵控制流出量q2保持恒定，h為水槽的水位。a為水槽的橫截面積即容量系數(shù)，閥門的液阻為r1。選取q1為過程的輸入變量，水槽水位h為過程的輸出變量，不考慮管道傳輸延遲，請

21、根據(jù)流量平衡關(guān)系列寫過程的微分方程組，并求取過程的傳遞函數(shù)。3下圖為加熱爐控制方案，原料油在加熱爐中被加熱到給定溫度。要求：畫出控制系統(tǒng)的框圖；說明該控制系統(tǒng)的類型；工藝要求原料油不允許過熱，試確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反作用方式。4. 采用夾套水冷卻的聚合物反應(yīng)釜，釜溫過高會發(fā)生事故，且冷卻水溫度波動較大，為此設(shè)計如下圖結(jié)構(gòu)所示的控制系統(tǒng)來滿足生產(chǎn)要求。畫出該控制系統(tǒng)的框圖；說明該控制系統(tǒng)的類型，并確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式；確定控制器的正、反作用方式。當(dāng)冷卻水溫度升高時，簡述系統(tǒng)的控制過程。過程控制系統(tǒng)試卷c 參考答案一、填空(每空2分，共30分)：1. 廣義對象 2. 無差

22、3. 機理4. 自衡5. 階躍 脈沖6. 反應(yīng)曲線7. 快開8. 二次9. 不變性原理10. 反饋 前饋11. 軟12. 限值13. 調(diào)節(jié)器二、簡答題(每題8分，共24分)：1. ise是指偏差平方積分；其表達式為：；該指標(biāo)加大了對大偏差的加權(quán)系數(shù)，是限制大偏差的性能指標(biāo)。（8分）2. 由于被控對象的靜態(tài)放大系數(shù)ko為“”，氣開式調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)放大系數(shù)kv為“+”，變送器的靜態(tài)放大系數(shù)km為“+”，由kc×kv×km×ko>0,可知kc<0,故選用正作用調(diào)節(jié)器。（8分）3. （5分）當(dāng)主流量發(fā)生變化時，通過比值控制器來改變副流量控制器的給定值，使副流量能隨主流量的大小變化而變化，始終保持一定的比值關(guān)系。（3分）三、綜合分析題(第1題10分，第2,3,4題各12分，共46分)：1.解：最大偏差：a=45-40=5（2分）衰減比： （2分）余差：c=41-40=1（2分）過渡時間