化工过程控制复习答案.docx
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第1章 自动控制系统基本概念填空题：
1.自动控制系统主要由测量元件与变送器、控制器、执行器和被控对象组成。
2.自动控制系统中，将工艺参数需要控制的设备、机器或生产过程等，称为被控对象。
3.自动控制系统的干扰作用是指除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的一切因素。
4.自动控制系统中的操纵变量是指受执行器控制，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给定值的物料流量或能量。
5.自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。
6.仪表符号除了图形外，圆圈之中还有一串由字母和数字组成的代号，称为仪表位号。
7.自动控制系统的动态是指被控变量随时间变化的不平衡状态。
8.自动控制系统的静态是指被控变量不随时间变化的平衡状态。
9.在分析和设计控制系统时，最常选用的干扰形式是阶跃干扰。
10.一般来说，自动控制系统在阶跃干扰作用下，希望得到的过渡过程是衰减振荡过程。
-27-
11.衰减振荡过渡过程的衰减比一般取4：
1至10：
1
范围内为宜。
选择题：
1.下列图形符号中，表示集中仪表盘面安装仪表的是
（ C ）
A．B．C．
D．
2.下列图形符号中，表示就地仪表盘后安装仪表的是
（ B ）
A．B．C．
D．
3.自动控制系统方块图中带有箭头的线条表示
（ A ）A．信号的相互关系，箭头指向方块表示为这个环节的输入，箭头离开方块表示为这个
环节的输出B．物料从一个设备进入另一个设备C．能量从一个设备进入另一个设备
D．既表示方框之间的物料流动方向，又表示方框之间的信号流向，两者是一致的
4.自动控制系统可分为定值系统、随动系统和程序系统，其分类标准是（ D ）A．被控变量的名称 B．控制器的控制规律
C．控制系统的复杂程度 D．给定值的特点
简答题：
1.简述自动控制系统中都采用负反馈控制的原因。
答：
采用负反馈，是因为当被控变量受到干扰作用后，若使其升高，则反馈信号升高，经过比较，偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使执行器动作，施加控制作用，其作用方向与干扰作用方向相反，致使被控变量下降，这样就达到了控制的目的。
2.附图所示为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题4图
答：
PI-307：
第3工段第07号压力指示仪表，就地安
装；TRC-303：
第3工段第03号具有指示、记录功能
的温度控制器，集中仪表盘面安装；FRC-305：
第3
工段第05号具有指示、记录功能的流量控制器，集中仪表盘面安装。
3.在研究控制系统时，为什么常采用阶跃信号作为系统的输入信号？
答：
因为阶跃信号具有突发性，比较危险，且持续时间较长，对被控变量的影响较大。
如果一个控制系统能够有效地克服这种扰动的影响，那么对于其他比较缓和的扰动也一定能够很好地克服。
另外，阶跃信号的数学表示形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。
4.自动控制系统衰减振荡过渡过程主要有哪些品质指标？
答：
最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。
5.某温度控制系统在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如附图所示。
已知系统给定值为
题8图
40℃，试问该过渡过程的最大偏差、余差、衰减比、过渡时间（按温度进入 2%新稳态值即视为达到稳定来确定）和振荡周期分别是多少？
解：
最大偏差：
A=45-40=5℃；余差：
C=41-40=1℃；衰减比：
n=B/B=（45-41）/（42-41）=4:
1；过渡时间：
ts=23min；振荡周期：
T=18-5=13min
填空题：
第2章 被控对象的数学模型
1.对象的通道是指由对象的输入变量至输出变量的信号联系。
2.对象的干扰通道是指干扰作用至被控变量的信号联系。
3.对象的控制通道是指操纵变量至被控变量的信号联系。
4.描述对象特性的三个参数分别是放大系数、时间常数、滞后时间。
5.时间常数是表示对象受到输入作用后，其输出变化快慢的参数。
6.对象纯滞后产生的原因是物料的输送或热的传递需要一段时间。
7.对象容量滞后产生的原因是物料或能量的传递需要通过一定的阻力。
8.已知某一阶对象的时间常数为5，放大系数为10，则描述该对象特性的微分方程式为
5dyt yt
dt
10xt 。
选择题：
1.被控对象的特性是指（ A ）
A．被控对象的输入与输出之间的关系 B．扰动变量与操纵变量之间的关系C．操纵变量与被控变量之间的关系 D．整个自动控制系统的输入与输出之间的关系
2.控制通道是指（ B ）A．操纵变量至扰动变量的信号联系 B．操纵变量至被控变量的信号联系C．扰动变量至被控变量的信号联系 D．输入变量至被控变量的信号联系
3.不具有自衡特性的是（ C ）
A．一阶对象 B．二阶对象 C．积分对象 D．纯滞后一阶对象
4.属于对象的静态特性参数的是（ A ）A．放大系数 B．时间常数 C．纯滞后时间 D．容量滞后时间
5.对于控制通道来说，放大系数K大，说明（ C ）A．操纵变量对被控变量的影响小 B．干扰变量对被控变量的影响小C．操纵变量对被控变量的影响大 D．干扰变量对被控变量的影响大
6.干扰通道的放大系数K小，表明（ B ）
A．操纵变量对被控变量的影响小 B．干扰变
量对被控变量的影响小C．操纵变量对被控变量的影响大 D．干扰变量对被控变量的影响大
7.某被控对象用阶跃响应曲线法测取对象特性，现得如附图所示的响应曲线，则该对象的放大系数和时间常数分别为（D）
A．6，5 B．5，3 C．10，6 D．5，6
8.A．5dyt yt
dt
C．3dyt yt
dt
6xt
5xt
题8图
B．6dyt yt
dt
D．6dyt yt
dt
5xt
10xt
题9图
9.某被控对象用阶跃响应曲线法测取对象特性，现得
y
10
6.32
x
2
0 t/min
0
题10图
5 10
t/min
如下图所示的响应曲线，则该对象的放大系数、时间常数和纯滞后时间分别为（ D ）A．5，10，5 B．10，5，10 C．10，10，10 D．5，5，5
10.某被控对象特性可用微分方程4dy（t）
dt
y（t）
2x（t）表示，则
该对象的放大系数和时间常数分别为（ B ）A．4，2 B．2，4 C．2，1D．4，1
简答题：
1.已知某对象特性可用微分方程Tdy（t）
dt
y（t）
Kx（t）来表示，
试写出其阶跃响应函数（阶跃输入时刻t0=0），并说明各符号的含义。
答：
yt
KA1
etT
。
式中，y为对象输
蒸汽流量/（m3h-1）
出变化量，K为放大系数，T为时间常数，t为时间，A为阶跃输入的幅值。
28
温度/oC
25
150
t/min
2.为了测定某物料干燥筒的对象特性，在t0=0时刻突然将加热蒸汽量从25m3/h增加到28m3/h，
120
02
6
题4图
t/min
物料出口温度记录仪得到的阶跃响应曲线如图所示。
试写出描述物料干燥筒特性的微分方程。
答：
放大系数K
y（）A
（150
120）（28
25）
10，时间常数T=6-2=
4min，纯滞后时间=2min。
所以，对象特性的微分方程为4dyt 2
dt
yt 2
10xt
式中，y是物料干燥筒温度变化量；x是加热蒸汽流量变化量。
计算题：
1.某温度对象在单位阶跃输入信号作用下，其被控变量的变化曲线如附图所示。
试求该对象的放大系数
和时间常数。
（已知
ln5
1.61）
解：
从图中可以看出，该对象是一阶对象，动态方程为
Tdyt yt
dt
Kxt
。
其阶跃响应函数
（温度变化量与时间的关系）为
题1图
yt KA1
etT。
放大系数：
K y
A 80
601 20
将t=5min，y（t）=76-60=16代入阶跃响应函数，即
16 201
e5T
可解出时间常数：
T=3.1min。
分析题：
1.试分析不同通道的对象特性参数（K、T和）对自动控制系统的影响。
答：
控制通道：
放大系数K大，操纵变量的变化对被控变量的影响大，即控制作用对干扰的补偿能力强，余差也小；放大系数K小，控制作用的影响不显著，被控变量的变化缓慢。
但K太大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降。
在相同的控制作用下，时间常数T大，则响应慢、控制作用迟缓、过渡时间长、超调量大；时间常数T小，则响应快、控制及时、过渡时间短、超调量小；但T太小，会使响应过快、容易引起振荡、降低系统稳定性。
滞后时间 的存在，使得控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下降。
因此，应尽量减小滞后时间 。
干扰通道：
放大系数K大，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；放大系数K小，既使干扰较大，对被控变量仍然不会产生多大影响。
时间常数T大，干扰作用比较平缓，被控变量变化较平稳，对象较易控制。
纯滞后的存在，相当于将干扰推迟0时间才进入系统，并不影响控制系统的品质，而容量滞后h的存在，则将使干扰的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和些，
因此，对系统是有利的。
试
填空题：
第3章 检测仪表与传感器
1.仪表的精确度不仅与绝对误差有关，而且还与仪表的测量范围有关。
2.工业上将仪表绝对误差折合成仪表测量范围的百分数表示，称为相对百分误差。
3.某压力表量程为0～100kPa，在50kPa处计量检定值为49.5kPa，那么该表在50kPa处的相对百分误差等于0.5%。
4.仪表的允许误差是指 在规定的正常情况下仪表允许的最大相对百分误差。
5.标准信号是指物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。
6.弹性式压力计中，常用的三种弹性元件分别是弹簧管、薄膜、波纹管。
7.弹性式压力计是根据弹性元件受力变形原理，将被测压力转换成位移信号来进行测压的。
8.压力传感器的作用是把压力信号检测出来，并转换成电信号输出。
9.
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