过程控制复习题.doc

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过程控制复习题

一、填空题

1．过程控制系统由测量元件与变送器、控制器（调节器）、执行器（调节阀）和被控对象（过程）等环节组成。

2.按系统的结构特点，过程控制系统可分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈—反馈控制系统（复合控制系统）

3．按给定信号的特点，过程控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统等。

4.过程控制系统的性能可从稳定性、快速性、准确度三个方面来说明。

评价控制性能好坏的质量指标，通常采用的两种质量指标：

系统过渡过程的性能指标（时域控制性能指标）和偏差积分性能指标（积分性能指标），积分指标是采用偏差与时间的某种积分关系作为衡量系统质量的准则。

5．过渡过程的性能指标是用阶跃信号作用下控制系统的输出响应曲线表示，它包括余差（静态偏差）、衰减比n、最大偏差A与超调量、回复时间（过渡时间）t、峰值时间tp和振荡周期T等。

对于随动控制系统，常用超调量这个指标来衡量被控参数偏离给定值的程度。

6.衰减比n是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。

n＜l表示系统是不稳定的，振幅愈来愈大；n＝1表示为等幅振荡；n＝4表示系统为4：

1的衰减振荡。

7．建立被控过程数学模型的方法有：

解析法（机理演绎法、机理分析法）、实验辩识法（系统辨识与参数估计法）和混合法

8.按结构形式不同，自动化仪表可分为基地式仪表、单元组合式仪表、组件组装式仪表，其中单元组合式仪表是将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。

其中QDZ-Ⅲ型仪表采用的标准信号是20~100kPa。

9．按能源形式不同，自动化仪表可分：

液动仪表、气动仪表、电动仪表及混合仪表，其中气动仪表的特点是性能稳定、可靠性高、具有本质安全防爆性能、不受电磁干扰、结构简单、维护方便。

10.检测仪表是指检测元件（敏感元件或传感器）、变送器及显示装置的统称。

11．DDZ-Ⅲ型仪表采用的标准信号是1-5V或4-20mA，QDZ-Ⅲ型仪表采用的标准信号是20~100kPa。

12.Cu50热电阻是指在0℃时铜电阻有阻值为50欧

13．热电偶测温的关键是要使冷端温度恒定。

IEC对已经被国际公认的7种热电偶制定了国际标准，称为标准热电偶，其中最常用的有S、B、

K三种。

14.DDZ-Ⅲ型差压变送器是以力矩平衡原理工作的，其的作用是将被测压力、流量等过程参数变换成4~20mADC输出信号，以便实现集中检测或自动控制。

15．热电阻Pt100是指在0℃时铂电阻为100欧

16.变送器的发展趋势：

微型化、数字化、智能化和虚拟化。

17．调节器的作用是将测量信号与给定值比较产生偏差信号，然后按一定的运算规律产生输出信号，推动执行器，实现对生产过程的自动控制。

18.执行器的作用是接受调节器的控制信号，改变操纵变量（控制变量），使生产过程按预定要求正常进行。

执行器一般安装在生产现场直接与介质接触

19．执行器的执行机构是指根据调节器控制信号产生推力或位移的装置；执行器的调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，通常指调节阀。

20.执行器分为气动、电动和液动执行器，气动应用最广。

21．调节规律是指调节器的输出信号u（t）随输入信号e（t）变化的规律。

调节规律有开关控制、PID控制、先进控制（如人工智能、自适应控制以及模型预测控制等），其中PID控制就是最常用的一种调节规律

22.调节阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系

23.理想流量特性是在调节阀前后压差不变的情况下得到的流量特性。

它取决于阀芯的形状。

常见的理想流量特性有快开、直线、抛物线等。

24.阀门定位器利用负反馈原理来改善调节阀的定位精度和提高灵敏度，从而使调节阀能按调节器来的控制信号实现准确定位。

25．电-气转换器的作用是将电动单元组合仪表的标准统一信号转换为气动单元组合仪表的统一标准信号。

26.安全栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的一个限制能量的接口。

27.常用的工程整定方法有临界比例度法、衰减曲线法、反应曲线法、现场经验整定法、极限环自整定法等。

28.均匀控制系统是使控制量与被控量均匀缓性地在一定范围内变化的特殊控制系统。

常用均匀控制系统有简单均匀控制系统、串级均匀控制系统、双冲量均匀控制系统等

29.比值控制系统的结构形式有开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统和变比值控制系统等。

30.前馈控制是按照干扰作用的大小进行控制补偿。

前馈控制属于开环控制系统，被控参数没有反馈回来进行检验，前馈控制器的算法依赖于过程特性，随不同的干扰通道的特性，其算法形式或参数也不同。

31.现场总线的特点是开放性、互操作性、智能化和环境适应性等。

32.分布式控制系统（DCS）也称集散控制系统，其特点是集中管理、分散控制。

二、名词解释

单容过程是指只有一个贮蓄容量的过程。

单容过程可分为有自平衡能力和无自平衡能力两类。

自衡过程是指过程在扰动作用下，其平衡状态被破坏后不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。

无自衡过程是指过程在扰动作用下，其平衡状态被破坏后没有操作人员或仪表等干预，依靠其自身不能重新恢复平衡的过程。

多容过程------被控过程往往是由多个容积和阻力构成。

可分为有自平衡能力和无自平衡能力两类。

绝对误差-----指测量结果与被测量的真值之差。

通常把检定中高一等级的计量标准所测得的量值作为真值。

比例度（增益Kc的倒数）

通常用比例度来表示输出与偏差的成线性关系的比例控制器输入的范围，所以也

称比例带

二、简答题

1.简述过程控制系统的特点？

①系统由过程检测控制仪表组成

②被控过程的多样性

③被控过程多属慢过程，而又多半属参量控制

④控制方案的多样性

⑤定值控制是过程控制的一种主要控制形式

2.什么是被控过程的数学模型？

其有何作用？

被控过程的数学模型是指过程在各输入量（包括控制量和扰动量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。

简述数学模型的作用：

1）设计过程控制系统和整定调节器参数

2）指导生产工艺及其设备的设计与操作

3）进行仿真试验研究

4）培训运行操作人员

3.电气阀门定位器有哪些作用？

答①改善阀的静态特性；②改善阀的动态特性；③改变阀的流量特性；④用于分程控制；⑤用于阀门的反向动作

4、前馈控制和反馈控制各有什么特点？

为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质？

答:

前馈控制的特点是：

根据干扰工作；及时;精度不高,实施困难；只对某个干扰有克服作用。

反馈的特点作用依据是偏差；不及时；精度高，实施方便，对所有干扰都有克服作用。

由于两种控制方式优缺点互补，所以前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质。

5.简述过程控制系统设计的主要内容？

①控制方案的设计：

方案设计是系统设计的核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。

②工程设计：

包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号联锁及保护系统设计等。

③工程安装和仪表调校：

工程安装是控制系统的具体实施。

系统安装前后，要对各个控制检测仪表进行调校和对整个控制回路进行联调，以保证系统的正常运行。

④调节器参数工程整定：

调节器参数的整定保证系统运行在最佳状态，是过程控制系统设计的重要环节。

6.过程控制系统设计的设计步骤

①熟悉系统的技术要求或性能指标系统的技术要求或性能指标是系统设计的依据，必须全面了解和掌握。

注意技术要求要切合实际

②建立被控过程的数学模型被控过程的数学模型是控制系统设计的基础。

设计中要用恰当的数学模型来描述被控过程的特性。

③选择控制方案根据任务书和技术指标要求，经过调查研究，考虑经济效益和技术实施的可行性，选择合理的控制方案

④建立系统方框图

⑤系统静态、动态特性分析与综合

⑥实验和仿真

⑦系统投运

7.如何选择控制参数？

①控制通道参数选择：

选择过程控制通道的放大系数Ko要适当大一些，时间常数To要适当小一些。

纯时延τ0愈小愈好，在有纯时延τ0的情况下，τ0与To之比应小一些（小于1），若其比值过大，则不利于控制。

②扰动通道参数选择：

选择过程扰动通道的放大系数Kf应尽可能小。

时间常数Tf要大。

扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠近调节阀）。

容量时延τc愈大则有利于控制。

③时间常数匹配：

广义过程（包括调节阀和测量变送器）由几个一阶环节组成，在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时间常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。

④注意工艺操作的合理性、经济性

8.简述如何选择被控参数？

l选取被控参数的一般原则为：

①选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。

②当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。

③被控参数必须具有足够大的灵敏度。

④被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。

三、分析与设计题

1.为测定某液位对象的数学模型，在0时刻将液位对象的输入流量从20m3/h增加到30m3/h，此时液位的响应曲线如下图所示。

试写出液位对象的传递函数G（s）=H（s）/Q（s）。

液位对象的传递函数：

G（s）=H（s）/Q（s）=（K/Ts+1）ets

其中：

K=（100-50）/（30-20）=5

τ=30

T=50

2.某化学反应器工艺规定操作温度为（800士10）oC。

为确保生产安全，在控制过程中温度最高不得超过850oC。

现运行的温度控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1所示。

图1化学反应器温度控制系统的过渡过程曲线

（1）试求出演过渡过程的最大偏差、余差、衰减比。

过渡时间（温度按进入

士2％新稳态值即视为系统已稳定来确定）和振荡周期；

（2）说明此温度控制系统是否满足工艺要求。

根据过渡过程有关定义，在该温度控制系统的过渡过程中，有：

最大偏差:

A=845一800=45（℃）余差:

C=805一800=5（℃）

衰减比:

n=（845一805）/（815一805）=4:

1过渡时间:

Ts=25（min）

振荡周期:

T=20-7=13（min）

由此可知，该温度控制系统可以满足工艺要求。

3.如右图所示，加热炉对冷物料进行加热，生产工艺要求热物料温度必须恒定在某值附近。

①请画出控制系统框图；

②指出被控过程、被控参数、控制参数；

③当系统遇到干扰（冷物料流量突然加大）时，该系统是如何实现自动控制的？