1、过程控制复习题过程控制期末试题库 一、 填空题（本题共计10分，包括3小题，10个填空，每空1分）1 一般一个简单控制系统由（检测/变送）装置、（被控对象）、（调节）器和（执行）机构组成。2 过程控制系统常用的参数整定方法有：（经验法）、（衰减曲线法）、（稳定边界法/临界比例度法）和（响应曲线法）。3 在PID调节器中，调节器的Kc越大，表示调节作用（越强），Ti值越大，表示积分作用（减弱），Td值越大表示微分作用（增强）。4 常见的过程计算机控制系统分为下列几种典型形式：（操作指导控制系统）、直接数字控制系统、（监督计算机控制系统）、（集散控制系统）和现场总线控制系统。5 在闭环控制系统中，
2、根据设定值的不同形式，又可分为定值控制系统，随动控制系统和程序控制系统。1） 定值控制系统特点：设定值是（固定不变）；作用：保证在（扰动）作用下使被控变量始终保持在设定值上。2） 随动控制系统特点：设定值是一个（变化量）；作用：保证在各种条件下系统的输出（及时跟踪设定值变化）。3） 程序控制系统特点：设定值是一个（按一定时间程序变化的时间函数）；作用：保证在各种条件下系统的输出（按规定的程序自动变化）。6 热电偶温度计的基本组成部分部分是（热电偶）、（测量仪表）、（连接热电偶）和（测量仪表的导线）。7 串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器的广义对象特性，容许（副）回路内
3、各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。8 定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。二、 选择题（本题共计10分，包括5小题，每题2分）1. 由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来（C）:A.克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞后c和纯滞后0.B.克服调节对象的纯滞后0.C.克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞后c.2. 定值调节是一种能对（A ）进行补偿的调节系统。A 测量与给定之间的偏差B 被调量的变化C 干扰量的变化D. 设定值的变化3. 定值调节系统是（X）环调
4、节，前馈系统是（X）环调节( B )。A开，闭B闭，开C开，开D闭，闭4. 调节系统在纯比作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比例度（A）。A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小5. 成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（C）。A. PIB. PDC. PID6. .流量、压力调节系统的调节规律，通常选用（A ）。A. PI B. PDC. PID7. 液位调节系统的调节规律，通常选用（D ）。A. PI B. PD C. PIDD. P8. 调节系统中调节器正、反作用的确定是根据(B)：A实现闭环回路的正反馈。B 实现闭环回路的负反馈。C系统放大倍数恰到好处D生产的安
5、全性。9. 单纯的前馈调节是一种能对（C）进行补偿的调节系统。A 测量与给定之间的偏差B 被调量的变化C 干扰量的变化10. 定值调节是一种能对（A）进行补偿的调节系统。A 测量与给定之间的偏差B 被调量的变化C 干扰量的变化11. 热电偶温度计 （C）A) 是利用两个相互接触金属导体的温差电动势特性进行测温的。 B) 是利用两个相互接触金属导体的接触电动势特性进行测温的。 C) 是利用两个相互接触金属导体的温差电动势和接触电动势特性进行测温的。D) 是利用两个非接触金属导体的温差电动势和接触电动势特性进行测温的。12. 下面的叙述中哪一个是最为合理的（D）A) 控制系统的时间滞后现象主要是由
6、于被控对象的惯性特性引起的。B) 控制系统的时间滞后现象主要是由于检测装置的安装位置引起的。C) 控制系统的时间滞后现象对控制系统的稳定性无影响。D) 以上三种叙述都不完整。13. DCS的中文含意是：（B）A) 比例、积分、微分控制。B) 分布式控制系统。C) 可编程序控制器。D) 以上三个都不正确。三、简答题1 什么叫积分饱和？引起积分饱的原因是什么？如何消除？答案：一个具有积分作用的调节器，当其处于开环工作状态时，如果偏差输入信号长期存在，那么由于积分作用的结果，将使调节器的输出不断增加或不断减小，一直达到输出的极限值为止，这种现象称为积分饱和。防止积分饱和的方法有：（1）限幅法（2）积
7、分切除法（每种1分，共2分）2 什么是调节(被控)对象，给定值和偏差？答案：自动调节系统的生产设备叫做调节对象或简称对象，而生产中要求保持的工艺指标，称为给定值。对于自动调节系统中，习惯采用给定值R减去测量值Y作为偏差e，即e=R-Y，给定值R大于测量值Y时为正偏差，而给定值R小于测量值Y时为负偏差。3 简述PID调节器、和的作用是什么？答案：在PID调节器中，越大，表示调节作用越强，值越大，表示积分作用减弱，值越大表示微分作用增强。4 通常在什么场合下选用比例（P），比例积 （PI）,比例积分微分（PID）调节规律？答案：比例调节规律适用于负载变化较小，纯滞后不太大而工艺要求不高又允许有余差
8、的调节系统。比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小，系统负载变化不大（需要消除干扰引起的余差），纯滞后不大（时间常数不是太大）而被调参数不允许与给定值有偏差的调节系统。比例积分调节规律适用于容量滞后较大，纯滞后不太大，不允许有余差的对象。5 试简述临界比例度法及其特点。答案：临界比例度法是在纯比例运行下通过试验，得到临界比例度靠和临界周期Tk，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。这种方法比较简单、易于掌握和判断，适用于一般的控制系统。但是不适用于临界比例度小的系统和不允许产生等幅振荡的系统，否则易影响生产的正常进行或造成事故。6 试简述衰减曲线法及其特点。答案：衰减曲线法是在
9、纯比例运行下通过使系统产生衰减震荡，得到衰减比例度和衰减周期（或上升时间），然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。这种方法比较简便，整定质量高，整定过程安全可靠，应用广泛，但对于干扰频繁，记录曲线不规则的系统难于应用。7 串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合?答案：串级控制系统的主要特点为：（每写出1个应用场合的得2分）a) 在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统；b) 系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量；c) 由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响；d) 系统对负荷改变时有一定的自适应能力。串级
10、控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。8 简述建立对象的数学模型两种主要方法:（每写出1 种方法的得2分）答案：一是机理分析法：机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等)，在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程。通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型，它们的表现形式往往是微分方程或代数方程。二是实验测取法：实验测取法是在所要研究的对象上，人为施加一定的输入作用，然后，用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律，即得到一系列实验数据或实验曲线。然后对
11、这些数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。9 复合前馈控制中的两种典型形式是什么？（4）答案：前馈-反馈控制和前馈-串级控制。10 写出任意三种常用的控制器参数整定方法（6）答案：a) 经验法b) 稳定边界法c) 衰减曲线法d) 响应曲线法e) 衰减频率特性法 （答出其中任意三种者得6分，每答出1种得2 分）11 什么是串级控制，它由哪些基本环节组成？答案：将两台控制器串联在一起，使被控量的控制器的输出作为辅助控制量控制器的给定值，而辅助控制器输出控制一台控制阀的控制系统就是串级控制系统。串级控制系统一般由主被控对象、副被控对象、控制阀、主控制器、副控制器、
12、主变送装置、副变送装置组成。12 简述大时延控制系统Smith预估补偿方案的特点。答案：Smith预估补偿方案的特点是预估出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿，力图使被延迟了时间的被调量超前反映到控制器，使控制器提前动作，从而明显的减小超调量和加速调节过程，改善控制系统的品质。13 简述什么是有自衡能力的被控对象。答案：当被控对象受到干扰作用，平衡状态被破坏后，不需要外加控制作用，能依靠自身达到新的平衡状态的能力称为有自衡能力，这种对象称为有自衡能力的被控对象。14 前馈控制适用于什么场合？答案：前馈控制是按扰动而进行控制的，因此，前馈控制常用于的场合：a) 一是扰动必须可测，否
13、则无法实施控制；b) 二是必须经常有比较显著和比较频繁的扰动，否则无此必要。c) 三是存在对被控参数影响较大且不易直接控制的扰动。15 分别说明比例、积分、微分控制对控制系统的作用。答案：比例控制影响系统的动态特性和系统的稳定性；积分控制的作用是可以消除系统余差；微分控制可以提高系统的响应速度，克服对象容量滞后的影响。16 前馈控制适用于什么样的场合？前馈控制是按扰动而进行控制的，因此，前馈控制常用于以下场合：1) 扰动必须是可测的，否则无法实施控制；2) 必须经常有比较明显和频繁的扰动，否则没有必要；3) 存在对被控参数较大而且不易直接控制的扰动。17 为什么前馈控制常与反馈控制构成前馈反馈
14、控制系统？答案：前馈控制是一种补偿控制。一般来讲，前馈控制无法全部补偿扰动对被控变量所产生的影响。因此，单纯的前馈控制系统在应用中就会带来一定的局限性。为克服这一弊端，前馈控制常与反馈控制联用，构成前馈反馈控制系统。对最主要的、显著的、频繁的无法直接控制的扰动，由前馈来进行补偿控制；对无法完全补偿的扰动影响，由反馈控制根据其对被控变量所产生的偏差大小来进行控制。四、 计算题（本题共计15分，包括2小题）1 （5分）某控制系统用稳定边界法分别整定控制器参数，已知临界比例度，试分别确定用PI和PID作用时的控制器参数。稳定边界法计算表如下。控制参数控制作用P2-PI2.20.85-PID1.70.
15、50.13解：对于PI 控制器查表得： 对于PI D控制器查表得： 2 （5分）某控制系统用4：1衰减曲线法分别整定控制器参数。将积分时间调至最大，微分时间调至最小，对系统施加阶跃信号，经过调节后系统的衰减比为4：1，此时记录下来的比例度和时间参数。试分别确定用PI和PID作用时的控制器参数。4：1衰减曲线整定经验参数表如下。控制参数控制作用P-PI1.20. 5-PID0.80.30.1解：对于PI 控制器查表得： 对于PI D控制器查表得： 3 一个流量双闭环比值控制系统如题图所示。其比值用DDZ-型乘法器实现。已知，。求：1) 当时，比值控制系统的比值及比值系数分别为多少。2) 待比值系
16、统稳定时，测得，试计算此时的为多大。题图 流量双闭环比值控制系统原理图解：1) 由于 得 所以 2) 由仪表的比例系数定义， 得： 即： 4 一个比值流量控制系统用DDZ-型乘法器来进行比值运算，其原理图如题图所示。流量用孔板配差压变送器来测量，但没有开方器，已知，。如果要求比值为，应如何设置乘法器的设定值。（乘法器的输出）题图 单闭环乘法比值控制系统原理图解：流量的最大量程分别为，。检测电流I1,I2，流量比值为，乘法器的输出为。稳态时有，即：，。不加开方器情况，要进行非线性处理： 乘法器的设置值：五 综合题1. 教科书 P115 习题5.3如图所示为某一氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液
17、温度恒定。为保证氨冷器内有一定的汽化空间，避免液氨带入冰机造成事故，采用温度液位串级控制。试问：1）该串级控制系统的主、副被控变量各是什么？2) 试设计温度液位串级控制系统, 完成该控制方案（即将图示的氨冷器控制系统示意图补充完整）；3)试画出温度-液位串级控制系统的方块图；4)确定气动调节阀的气开、气关形式，并说明原因；5)确定主、副调节器的正反作用。2. 教科书 P108 例5.2某聚合釜进行放热反应，釜温过高会发生事故，为此采用夹套水冷却。由于釜温控制要求较高，且冷却水压力、温度波动较大，故设置控制系统如图所示。1）这是什么类型的控制系统？说明其主变量和副变量是什么？2) 试画出其方块图;3）选择调节阀的气开、气关型式并你选择的理由； 4）选择调节器的正、反作用；5）如主要干扰是冷却水的温度波动，试简述其控制过程；
