（精選）過程控制系統(tǒng)簡答題

1、1 閉環(huán)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. 一個單回路控制系統(tǒng)主要由哪幾個環(huán)節(jié)組成？作出簡單控制系統(tǒng)的方框圖。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。3.什么是氣開式調(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，

2、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)。4. 根據(jù)流量特性曲線，分別寫出其對應(yīng)的流量特性。答：流量特性主要有直線、等百分比（對數(shù)）、拋物線及快開四種直線特性是指閥門的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即單位開度變化引起的流量變化時常數(shù)。對數(shù)特性是指單位開度變化引起相對流量變化與該點的相對流量成正比，即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的，它隨相對流量的增大而增大。拋物線特性是指單位相對開度的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量值

3、的平方根成正比關(guān)系?？扉_流量特性是指在開度較小時就有較大的流量，隨開度的增大，流量很快就達(dá)到最大，此后再增加開度，流量變化很小，故稱快開特性。隔膜閥的流量特性接近快開特性，蝶閥的流量特性接近等百分比特性，閘閥的流量特性為直線特性，球閥的流量特性在中啟閉階段為直線，在中間開度的時候為等百分比特性。5.什么是積分飽和現(xiàn)象？防止積分飽和的措施都有哪些？所謂積分飽和現(xiàn)象是指若系統(tǒng)存在一個方向的偏差，PID控制器的輸出由于積分作用的不斷累加而加大，從而導(dǎo)致u(k)達(dá)到極限位置。此后若控制器輸出繼續(xù)增大，u(k)也不會再增大，即系統(tǒng)輸出超出正常運行范圍而進(jìn)入了飽和區(qū)。一旦出現(xiàn)反向偏差，u(k)逐漸從飽和區(qū)

4、退出。進(jìn)入飽和區(qū)愈深則退飽和時間愈長。此段時間內(nèi)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍停留在極限位置而不能隨著偏差反向立即做出相應(yīng)的改變，這時系統(tǒng)就像失去控制一樣，造成控制性能惡化。這種現(xiàn)象稱為積分飽和現(xiàn)象或積分失控現(xiàn)象。1. 積分分離法2.變速積分 PID 控制算法3.超限削弱積分法4.有效偏差法5.抗積分飽和機(jī)制6.簡述前饋-反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點。1系統(tǒng)綜合了反饋、前饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點彌補(bǔ)了他們的缺點因而前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的到了廣泛的應(yīng)用 2引入前饋補(bǔ)償沒有影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性 很顯然前饋無論加在什么位置都不會構(gòu)成回路系統(tǒng)的特征式都保持不變因而不會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 3引入反饋控制后前饋完全補(bǔ)償條件并沒有改變。7. 什

5、么是比值控制系統(tǒng)？常見的比值控制方案有哪些？答：實現(xiàn)兩個或兩個以上的參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。通常為流量比值控制系統(tǒng)，用來保持兩種物料的流量保持一定的比值關(guān)系。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)8. 控制器參數(shù)整定的任務(wù)是什么？常用的整定方法有幾種？答： 控制器參數(shù)整定的任務(wù)是，根據(jù)已定的控制方案，來確定調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)值（包括比例度，積分時間，微分時間）。以便是系統(tǒng)能獲得好的調(diào)節(jié)質(zhì)量。常用的整定法有：臨界比例度法，衰減曲線法，和經(jīng)驗湊試法。控制器參數(shù)整定的任務(wù)是：根據(jù)已定的控制方案，來確定控制器的最佳參數(shù)值（包括比例度、

6、積分時間TI；、微分時間TD），以便使系統(tǒng)能獲得好的控制質(zhì)量。 控制器參數(shù)整定方法有理論計算和工程整定兩大類，其中常用的是工程整定法。 屬于控制器參數(shù)工程整定法主要有臨界比例度法、衰減曲線法和經(jīng)驗湊試法等。9. 與單回路控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)有什么特點？答：1.改善了過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質(zhì)量。2.能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動。3. 提高了系統(tǒng)的工作頻率。 對負(fù)荷變化的適應(yīng)性較強(qiáng)10.簡單控制系統(tǒng)中，控制器的正反作用應(yīng)怎樣選擇？11.與反饋控制系統(tǒng)相比，前饋控制系統(tǒng)有哪些特點？ 答：(1)反饋控制的本質(zhì)是基于偏差來消除偏差，而前饋控制是基于擾動來消除

7、擾動對被控量的影響； (2)反饋控制是“不及時”的，而前饋控制器可“及時”動作； (3)反饋控制屬閉環(huán)控制，而前饋控制屬開環(huán)控制； (4)反饋控制對閉環(huán)內(nèi)擾動均有校正作用，而前饋控制具有制定性補(bǔ)償?shù)木窒扌裕?#160;(5)反饋控制規(guī)律通常有P、PI、PD、PID等，而前饋控制規(guī)律比較復(fù)雜。12. 串級控制系統(tǒng)有哪些特點?主要使用在哪些場合?     答：1.串級控制系統(tǒng)的主要特點為： (1)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，它是由兩個串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；    &#

8、160;(2)系統(tǒng)的目的在于通過設(shè)置副變量來提高對主變量的控制質(zhì)量；(3)由于副回路的存在，對進(jìn)入副回路的干擾有超前控制的作用，因而減少了干擾對主變量的影響；  (4)系統(tǒng)對負(fù)荷改變時有一定的自適應(yīng)能力。 2.串級控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對象的滯后和時間常數(shù)很大、干擾作用強(qiáng)而頻繁、負(fù)荷變化大、對控制質(zhì)量要求較高的場合。13. 什么是控制通道和擾動通道？對于不同的通道，對象的特性參數(shù)對控制有什么不同的影響？對于一個被控對象來說，輸入量是擾動量和操縱變量，而輸出是被控變量。由對象的輸入變量至輸出變量的信號聯(lián)系稱為通道。操縱變量至被控變量的信號聯(lián)系稱為控制通道；擾動量至被控

9、變量的信號聯(lián)系稱為擾動通道。 一般來說，對于不同的通道，對象的特性參數(shù)(K、T、t)對控制作用的影響是不同的。     對于控制通道：  放大系數(shù)K大，操縱變量的變化對被控變量的影響就大，即控制作用對擾動的補(bǔ)償能力強(qiáng)，余差也??；放大系數(shù)K小，控制作用的影響不顯著，被控變量的變化緩慢。但K太大，會使控制作用對被控變量的影響過強(qiáng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。     在相同的控制作用下，時間常數(shù)T大，則被控變量的變化比較緩慢，此時對象比較平穩(wěn)，容易進(jìn)行控制，但過渡過程時間較長；

10、若時間常數(shù)T小，則被控變量變化速度快，不易控制。時間常數(shù)太大或太小，在控制上都將存在一定困難，因此，需根據(jù)實際情況適中考慮。     滯后時間t的存在，使得控制作用總是落后于被控變量的變化，造成被控變量的最大偏差增大，控制質(zhì)量下降。因此，應(yīng)盡量減小滯后時間t。     對于擾動通道：  放大系數(shù)K大對控制不利，因為，當(dāng)擾動頻繁出現(xiàn)且幅度較大時，被控變量的波動就會很大，使得最大偏差增大；而放大系數(shù)K小，既使擾動較大，對被控變量仍然不會產(chǎn)生多大影響。  時間常

11、數(shù)T大，擾動作用比較平緩，被控變量變化較平穩(wěn)，對象較易控制。純滯后的存在，相當(dāng)于將擾動推遲0t時間才進(jìn)入系統(tǒng)，并不影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)；而容量滯后的存在，則將使階躍擾動的影響趨于緩和，被控變量的變化相應(yīng)也緩和些，因此，對系統(tǒng)是有利的。14. 作出串級控制系統(tǒng)的方塊圖。15.如何選擇串級控制系統(tǒng)中主、副控制器的正、反作用? 答副控制器的作用方向與副對象特性、控制閥的氣開、氣關(guān)型式有關(guān)，其選擇方法與簡單控制系統(tǒng)中控制器正、反作用的選擇方法相同，是按照使副回路成為個負(fù)反饋系統(tǒng)的原則來確定的。 主控制器作用方向的選擇可按下述方法進(jìn)行：當(dāng)主、副變量在增加(或減小時)，如果要求控制閥的動

12、作方向是一致的，則主控制器應(yīng)選“反”作用的；反之，則應(yīng)選“正”作用的。 從上述方法可以看出，串級控制系統(tǒng)中主控制器作用方向的選擇完全由工藝情況確定，或者說，只取決于主對象的特性，而與執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式及副控制器的作用方向完全無關(guān)。這種情況可以這樣來理解：如果將整個副回路看作是構(gòu)成主回路的一個環(huán)節(jié)時，副回路這個環(huán)節(jié)的輸入就是主控制器的輸出(即副回路的給定)，而其輸出就是副變量。由于副回路的作用總是使副變量跟隨主控制器的輸出變化而變化，不管副回路中副對象的特性及執(zhí)行器的特性如何，當(dāng)主控制器輸出增加時，副變量總是增加的，所以在主回路中，副回路這個環(huán)節(jié)的特性總是“正”作用方向的。由圖可見

13、，在主回路中，由于副回路、主測量變送這兩個環(huán)節(jié)的特性始終為“正”，所以為了使整個主回路構(gòu)成負(fù)反饋，主控制器的作用方向僅取決于主對象的特性。主對象具有“正”作用特性(即副變量增加時，主變量亦增加)時，主控制器應(yīng)選“反”作用方向，反之，當(dāng)主對象具有“反”作用特性時，主控制器應(yīng)選“正”作用方向。16. 控制器的P、PI、PD、PID控制規(guī)律各有什么特點？答：比例控制規(guī)律 適用于控制通道滯后較小，時間常數(shù)不太大，擾動幅度較小，負(fù)荷變化不大，控制質(zhì)量要求不高，允許有余差的場合。如貯罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽壓力的控制等。  比例積分控制規(guī)律  引入積分作用能消除

14、余差。適用于控制通道滯后小，負(fù)荷變化不太大，工藝上不允許有余差的場合，如流量或壓力的控制。   比例微分控制規(guī)律 引入了微分，會有超前控制作用，能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，最大偏差和余差減小，加快了控制過程，改善了控制質(zhì)量。適用于過程容量滯后較大的場合。對于滯后很小和擾動作用頻繁的系統(tǒng)，應(yīng)盡可能避免使用微分作用。 比例積分微分控制規(guī)律 可以使系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量，它適用于容量滯后大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的場合，如反應(yīng)器、聚合釜的溫度控制。17. 在過程控制系統(tǒng)中，測量變送裝置、控制器、執(zhí)行器各起什么作用。檢測元件和變送器用于檢測被控變量，并將檢測到的信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號，

15、輸出到控制器?？刂破饔糜趯z測變送器的輸出信號與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差，并把偏差信號按一定的控制規(guī)律運算，運算結(jié)果輸出到執(zhí)行器。執(zhí)行器是控制系統(tǒng)回路中的最終原件，直接用于改變操縱量，以克服干擾，達(dá)到控制的目的。18. 分析在什么場合下選用比例，比例積分，比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律？（1）比例調(diào)節(jié)規(guī)律適用于負(fù)荷變化較小，純滯后不太大而工藝要求不高又允許有余差的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（2）比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律適用于對象調(diào)節(jié)通道時間常數(shù)較小、系統(tǒng)負(fù)荷變化較大（需要消除干擾引起的余差）、純滯后不大（時間常數(shù)不是太大）而被調(diào)參數(shù)不允許與給定值有偏差的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（3）比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律適用于容量滯后較大，純滯后不太大，不允

16、許有余差的對象。20. 臨界比例度的意義是什么？為什么工程上控制器所采用的比例度要大于臨界比例度？改變控制器的比例度會改變系統(tǒng)的過渡過程形式，當(dāng)控制系統(tǒng)在階躍輸入作用時，能使系統(tǒng)產(chǎn)生 等幅震蕩過渡過程的比例度的數(shù)值 稱為臨界比例度。當(dāng)實際的比例度小于臨界比例度的數(shù)值時，系統(tǒng)會不穩(wěn)定，這是生產(chǎn)上不允許的。所以工程上控制器所采用的比例度要大于臨界比例度。21. 按照設(shè)定值的不同形式，過程控制系統(tǒng)可分為哪幾類？按照設(shè)定值的不同形式又可分為: 1定值控制系統(tǒng)  定值控制系統(tǒng)是指設(shè)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

17、回到設(shè)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. 2.隨動控制系統(tǒng)  隨動控制系統(tǒng)的設(shè)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(zhǔn)確無誤地跟蹤設(shè)定值的變化而變化 3.程序控制系統(tǒng)  程序控制系統(tǒng)的設(shè)定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即設(shè)定值按一定的時間程序變化。22.何為控制閥的理想流量特性和工作流量特性？常用的調(diào)節(jié)閥理想流量特性有哪些？假定閥前后壓差保證不變時，調(diào)節(jié)閥的流量特性稱為理想流量特性，它只取決于閥芯形狀，實際使用中，閥前后壓差總是變化的，此時調(diào)節(jié)閥的流量特性稱為工作流量特性，它取決

18、于閥芯形狀和配管狀況常用的是直線、等百分比、快開三種23前饋控制與反饋控制的區(qū)別有哪些？前饋控制對控制器的要求非常嚴(yán)格，即前饋控制系統(tǒng)中的人必須具有開發(fā)的意識；而反饋控制可以利用信息流的閉合，調(diào)整控制強(qiáng)度，因而對控制器的要求相對較低。24. 串級控制系統(tǒng)中主、副變量應(yīng)如何選擇？答  主變量的選擇原則與簡單控制系統(tǒng)中被控變量的選擇原則是一樣的。  副變量的選擇原則是： (1)主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系，副變量的變化應(yīng)在很大程度上能影響主變量的變化； (2)通過對副變量的選擇，使所構(gòu)成的副回路能包含系統(tǒng)的主要干擾； (3)在

19、可能的情況下，應(yīng)使副回路包含更多的主要干擾，但副變量又不能離主變量太近； (4)副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對象時間常數(shù)的匹配，以防“共振”的發(fā)生。25.什么是均勻控制系統(tǒng)？它有何特點？答均勻控制系統(tǒng)是為了解決前后工序的供求矛盾，使兩個變量之間能夠互相兼顧和協(xié)調(diào)操作的控制系統(tǒng)。 均勻控制系統(tǒng)的特點是其控制結(jié)果不像其它控制系統(tǒng)那樣，不是為了使被控變量保持不變，而是使兩個互相聯(lián)系的變量都在允許的范圍內(nèi)緩慢地變化。均勻控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器一般都采用純比例作用，且比例度很大，必要時才引入少量的積分作用。26.對象的時間常數(shù)T指的是什么？答案:對象的時間常數(shù)T，是表示擾動后被測量完成其變化過程所需

20、時間的一個重要參數(shù)，即表示對象慣性的一個參數(shù)。T越大，表明對象的慣性越大。27.比例控制作用有何特點？答：比例作用的優(yōu)點是動作快。它的輸出無遲延地反映輸入的變化，是最基本的控制作用。缺點是調(diào)節(jié)結(jié)束后被控量有靜態(tài)偏差。18  圖1-2所示，是某溫度記錄儀上面畫出的曲線圖，試寫出最大偏差、衰減比、余差、振蕩周期，如果工藝上要求控制溫度為（40±2 0C），哪么該控制系統(tǒng)能否滿足要求？解答： 最大偏差：e max= 4540 = 5       

21、60; 衰減比：n = B / B= 4 / 1 .                余差：C = 4140 = 1                    振蕩周期:T= 18 5&