自动化仪表及系统.docx

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自动化仪表及系统

自动化仪表及系统

一、填空题

第一部分：

1、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环节组成。

2、仪表的精度等级又称准确度级，通常用引用误差作为判断仪表精度等级的尺度。

3、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n、超调量σ和过渡过程时间

；静态质量指标有稳态误差ess。

4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。

5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三大类。

6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。

7、积分作用的优点是可消除稳态误差（余差），但引入积分作用会使系统稳定性下降。

8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭环比值控制和变比值控制三种。

9、Smith预估补偿原理是预先估计出被控过程的数学模型，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后进行补偿。

10、随着控制通道的增益K0的增加，控制作用增强，克服干扰的能力最大，

系统的余差减小，最大偏差减小。

11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后，不影响系统的控制质量。

12、建立过程对象模型的方法有机理建模和系统辨识与参数估计。

13、控制系统对检测变送环节的基本要求是准确、迅速和可靠。

14、控制阀的选择包括结构材质的选择、口径的选择、流量特性的选择和正反作用的选择。

15、防积分饱和的措施有对控制器的输出限幅、限制控制器积分部分的输出和积分切除法。

16、如果对象扰动通道增益

增加，扰动作用增强，系统的余差增大，

最大偏差增大。

17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是通过旁路控制。

第二部分：

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，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

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τc和纯滞后τ0.

B.克服调节对象的纯滞后τ0.

C.克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞后τc.

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.PI

B.PD

C.PID

6..流量、压力调节系统的调节规律，通常选用（A）。

A.PI

B.PD

C.PID

7.液位调节系统的调节规律，通常选用（D）。

A.PI

B.PD

C.PID

D.P

8.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、判断题：

1．与DCS相比，Fieldbus的主要技术优点之一是实现了控制系统彻底的分散[√]

2．热电阻温度计需要进行冷端补偿才能正常工作。

[×]

3．PID的含义是比例、积分和微分。

[√]

4．前馈控制系统是一种定值控制，一般情况下前馈控制可以单独使用。

[×]

5．用Smith补偿器来处理大时延控制对象时，不必要提供精确的对象数学模型。

[×]

6．被控对象特性是指被控对象输入与输出之间的关系。

[√]

7．串级控制系统中的副控制器给定值是由主控制器的输出决定的，所以副控制器相当于一个闭环定值控制系统。

[×]

8．衰减比n表示系统过渡过程曲线变化两个周期后的衰减快慢。

[×]

9．热电阻温度计和热电偶温度计一样，测温时需要进行温度补偿。

[×]

10．一个单回路控制系统由控制器、执行器、检测变送装置和被控对象组成。

[√]

11．在比值控制系统中，一般选择易调节的量为主变量，易测量的量为副变量。

[×]

12．DDC的中文含义是直接数字控制。

[√]

13．被控对象的动态特性是描述被控对象输入输出关系动态特征的。

[√]

14．串级控制系统适用于容量滞后较小的生产工艺过程。

[×]

15．前馈控制系统一般可单独使用，因为其控制精度高，且不受外界干扰影响。

[×]

16．前馈控制与定值控制的原理相同，都是以偏差进行调解的。

[×]

17．被控对象的存滞后时间常数是由于其自身的惯性特性引起的。

[×]

18．在串级控制中，副控制器的输入值为主控制器的输出。

[√]

四、概念题

第一部分：

1衰减比

答：

衰减比

定义为：

衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。

为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:

1～10:

1。

2自衡过程

答：

当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性。

称该类被控过程为自衡过程。

3分布式控制系统

答：

分布式控制系统DCS，又称为集散控制系统，一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系统。

DCS的设计思想是“控制分散、管理集中”

第二部分：

1．什么是定值控制系统？

答案：

定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统。

定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响，使被控变量最终回到设定值或其附近.以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言。

2．什么是随动控制系统？

答案：

随动控制系统的设定值是不断变化的，随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地,准确无误地跟踪设定值的变化而变化。

3．什么是程序控制系统？

答案：

程序控制系统的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。

4．什么是调节（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。

5．什么叫绝对压力、表压及真空度?

它们的相互关系是怎样的?

答案：

绝对压力：

绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的压力叫绝对压力。

表压力：

当绝对压力大于大气压力时，绝对压力高于大气压力的数值称为表压力，简称表压。

真空度：

当绝对压力小于大气压力时，绝对压力低于大气压力的数值称为真空度或负压。

绝对压力、大气压、表压、真空度之间的相互关系如图所示。

6．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。

7．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。

8．简述热电偶温度计组成部分及各部件的功能。

答案：

热电偶温度计的基本组成部分有：

热电偶、测量仪表、连接热电偶和测量仪表的导线。

如下图所示

热电偶是系统中的测温元件，测量仪表是用来检测热电偶产生的热电势信号的，可以采用动圈式仪表或电位差计，导线用来连接热电偶与测量仪表。

为了提高测量精度，一般都要采用补偿导线和考虑冷端温度补偿。

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．热电偶有哪几种冷端补偿方法？

（6）

答案：

a）冷端温度冰浴法

b）计算修正法

c）补偿电桥法

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、主变送装置、副变送装置组成。

12．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。

13．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。

14．为什么前馈控制常与反馈控制构成前馈—反馈控制系统？

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。

第三部分：

1、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

2.简单控制系统由哪几部分组成？

各部分的作用是什么？

答：

简单控制系统由一个被控对象，一个检测元件和变送器，一个调节阀和一个调节器组成。

检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检测到的信号转换为标准信号，输出到控制器。

控制器用于将检测变送器的输出信号与设定值进行比较，得出偏差，并把偏差信号按一定的控制规律运算，运算结果输出到执行器。

执行器是控制系统回路中的最终元件，直接用于改变操纵量，以克服干扰，达到控制的目的。

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、PID调节器的参数

、

、

对控制性能各有什么影响？

答：

（1）比例增益

反映比例作用的强弱，

越大，比例作用越强，反之亦然。

比例控制克服干扰能力较强、控制及时、过渡时间短，但在过渡过程终了时存在余差；

（2）积分时间

反映积分作用的强弱，

越小，积分作用越强，反之亦然。

积分作用会使系统稳定性降低，但在过渡过程结束时无余差；

（3）微分时间

反映积分作用的强弱，

越大，积分作用越强，反之亦然。

微分作用能产生超前的控制作用，可以减少超调，减少调节时间；但对噪声干扰有放大作用。

6、与反馈控制系统相比，前馈控制系统有哪些特点？

答：

（1）反馈控制的本质是基于偏差来消除偏差，而前馈控制是基于扰动来消除扰动对被控量的影响；

（2）反馈控制是“不及时”的，而前馈控制器可“及时”动作；

（3）反馈控制属闭环控制，而前馈控制属开环控制；

（4）反馈控制对闭环内扰动均有校正作用，而前馈控制具有制定性补偿的局限性；

（5）反馈控制规律通常有P、PI、PD、PID等，而前馈控制规律比较复杂。

补充：

过程控制的特点

1，系统由被控过程与系类化生产的自动化仪表组成

2，被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计

3，控制方案丰富多彩，控制要求越来越高

控制过程大多属于慢变过程与参量控制

定值控制是过程控制的主要形式

过程参数检测仪表通常由传感器和变送器组成。

压力是指作用于单位面积上的力，即物理上的压强

流量

单位时间内流过工艺管道某截面的流体数量称为瞬时流量，而把某一段时间内流过工艺管道某截面的流体总量称为累计流量

执行器由执行机构和调节机构两部分组成。

执行器的气开，是指当气压信号p>0.02MPa时，阀门由关闭逐渐打开；气关相反

调节阀的流量特性是指控制介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系

理想流量特性是指当调节阀前后压差一定是获得的流量特性

理想流量特性主要有三种，直线流量特性，对数（等百分比）流量特性，快开流量特性

有自衡特性

当原来处于平衡状态的过程出现干扰时，其输出量在无人或无控制装置的干预下，能够自动回复到原来或新的平衡状态

单容过程：

只有一个储存容积的过程

串级控制

将两个调节器串联在一起工作、各自完成不同任务的系统结构，就称为串级控制结构

主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择调节规律的基本出发点

四、关于准确度和量程的计算习题：

1、有一台温度变送器，量程为400－600℃，输出为4－20mA，当温度从500℃变化到550℃时，变送器从多少变为多少？

答：

500℃时输出为：

（20－4）×［（500－400）/（600－400）］＋4＝12mA

500℃时输出为：

（20－4）×［（550－400）/（600－400）］＋4＝16mA

即：

当温度从500℃变化到550℃时，变送器从12mA变为16mA。

2.某仪表的测量范围为—200--600℃，仪表的精度为0.5级，在600℃该仪表指示为604℃，问该仪表是否超差？

答：

某仪表的测量范围为—200--600℃，仪表的精度为0.5级，在600℃该仪表指示为604，问该仪表是否超差？

（600—（—200））×0.5=4℃

 该仪表不超差。

3.某测量仪表的测量范围是+200~+500℃精度等级为为5.0，求当其示值为200℃和500℃时,被测点的真实温度（真值）大约为多少？

3、答：

某测量仪表的测量范围是+200~+500℃,精度等级为为5.0，求当其示值为200℃和500℃时,被测点的真实温度（真值）大约为多少？

△max=±5.0%（500-200）=±15

示值为200℃时真值在185和215℃之间

示值为500℃时真值在485和515℃之间