过程控制试题集.docx

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过程控制试题集

一、填空题（本题共计10分，包括3小题，10个填空，每空1分）

1．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。

2．从理论上讲，干扰通道存在纯滞后，不影响系统的控制质量。

3．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。

4．控制系统对检测变送环节的基本要求是准确、迅速和可靠。

5.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。

6．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。

7．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。

8．在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是通过旁路控制。

二、

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（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：

判断下列陈述的对错。

你认为正确的，在每道题后面的括号里打√，否则打×（本题共计20分，包括10题，每题2分）

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。

[√]

三、简答题（本题共计15分，包括5小题，每题3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.简述串级控制系统的设计原则。

答：

（1）副回路的选择必须包括主要扰动，而且应包括尽可能多的扰动；

（2）主、副对象的时间常数应匹配；（3）应考虑工艺上的合理性和实现的可能性；（4）要注意生产上的经济性。

3.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.

四、

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．

7．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。

8．有一流量调节系统，信号传输管线很长，因此，系统产生较大的传送滞后。

有人设想给调节器后加微分器来改善系统特性，试问这种设想合理否？

为什么？

若不合理，应采取什么措施合理？

答案：

这种设想不合理，因为信号传送滞后是纯滞后，而微分作用不能克服纯滞后。

解决这一问题合理的措施是采用1：

1继动器加在信号传输线之间，以增大信号流速，从而减小传输滞后，改善系统特性。

9．利用微分作用来克服控制系统的信号传递滞后的设想是否合理与正确？

答案：

这种设想不合理，因为信号传送滞后是纯滞后，而微分作用不能克服纯滞后。

合理的措施是采用1：

1继动器加在信号传输线之间，以增大信号流速，从而减小传输滞后，改善系统特性。

10．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。

11．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。

12．试简述衰减曲线法及其特点。

答案：

衰减曲线法是在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。

13．简述热电偶温度计组成部分及各部件的功能。

（本题每写出1个组成部分得1分，每写出1个组成部分功能得1分）

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

图题4

（2）

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。

14．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。

15．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。

16．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。

17．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

18．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）

19．什么是串级控制，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。

20．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。

21．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。

22．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。

23．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。

24．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。

25．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。

四、（25分）图2为管式加热炉温度控制系统。

试确定：

1．这是一个什么系统？

画出其方框图。

2．调节阀的作用形式；主、副调节器的正反作用；

3．分析系统的可能经受的扰动及主要扰动；

4．简述进料流量增大时的控制过程；

5．如果进料流量是注意扰动，上述系统应如何改进？

答：

1、这是个串级控制系统；系统方块图如下

2、调节阀为气开式，副调节器应为反作用，主调节器也应为反作用

3、可能经受的扰动有被加热物料的流量、温度、成分的变化，燃料油的管道压力、流量、成分的变化及环境温度的变化。

主要扰动应该是燃料油管道压力的波动。

4、若进入加热炉的进料流量发生变化而影响到炉出口温度变化时，则由主调节器首先起控制作用，此时副回路虽不能直接克服扰动，但副回路的存在改善了过程特性，缩短了控制通道，因此控制质量有所提高。

5、此时应该选择炉膛温度作为副变量,组成串级控制系统,如下图所示:

得分

五、（11分）如图所示为锅炉液位双冲量控制系统。

试问：

当供水压力波动较大时

该方案是否能够满足控制要求?

说明理由.如果不能,请设计出改进的方案.

答：

当供水压力波动较大时，由于主要扰

动没有能够及时的克服，所以该方案不能

满足控制要求。

此时应该选择供水流量作

为副变量，以水位为主变量，蒸汽压力为

前馈信号，组成前馈串级复合控制系统。

改进的方案如右图所示