过程装备控制技术课后习题
及参考答案
-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
过程装备控制技术课后习题及参考答案
第一章控制系统的基本概念
1.什么叫生产过程自动化生产过程自动化主要包含了哪些内容
答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。
2.自动控制系统主要由哪几个环节组成自动控制系统常用的术语有哪些
答：自动控制系统主要有被控对象,测量元件和变送器，调节器，执行器等环节组成。
自动控制系统常用的术语有：
被控变量y；给定值y s；测量值y m；操纵变量m；干扰f；偏差信号（e）；控制信号u
3.什么是自动控制系统的方框图它与工艺流程图有什么不同
答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
4.在自动控制系统中，什么是干扰作用什么是控制作用两者有什么关系
答：干扰作用是指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是通过对被控变量的测量得到测量值，使其与给定值比较，得出偏差信号。这个信号按一定规律计算出控制信号来改变操纵变变量克服干扰作用。两者关系是控制作用的一部分职能就是减小或消除干扰对被控变量的影响。
5.什么是闭环控制什么是开环控制定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统
答：闭环控制是控制系统的输出信号的改变回返回影响操纵变量的控制方式。
开环控制是控制系统的输出信号不会影响操纵变量的控制方式。
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，当输出信号变大时，反馈影响操纵变量使输出信号减小，反之则影响操纵变量是输出信号增大。可见定值控制系统满足闭环负反馈系统的要求。
6.在图1-11的换热器出口温度控制系统中，工艺要求热物料出口温度保持为某一设定值。
①试画出该控制系统的方框图；
②方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么整个系统的输入信号和输出信号又是什么
③系统在遇到干扰作用（如冷物料流量突然增大）时，该系统如何实现自动控制的？
答：如图所示为该控制系统的方框图。
该控制系统及各环节的输入、输出信号如图所示。整个系统的输入信号为：给定值y s，干扰作用f，输出为热物料出口温度T，
当冷物料流量增大，则出口温度y减小，TT检测后所得y m减小，偏差信号e=y m-y s<0，输入调节器后产生控制信号u，使执行器或调节阀加大阀门开度，使温度T升高，从而实现控制。
7.图1-12图图糟液位控制系图，工图要求液位保持图某一图值，
（1）试画出该系统的方框图；
（2）指出系统中被控对象，被控变量，操纵变量，干扰作用各是什么？
（1
（2）该系统中被控变量对象为贮槽；被控变量为贮槽液位；操纵变量为出水流量；干扰作用为：进水流量，大气温度等。
8.什么是自动控制系统的过度过程在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式其中哪些能满足自动控制的要求，哪些不能，为什么
答：对于任何一个控制系统，从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量恢复到给定值附近范围内的过程叫做系统的过渡过程。
①发散振荡过程②等幅振荡过程③衰减振荡过程④非振荡的单调过程⑤等幅振荡过程。上述五种振荡过程，其中非振荡衰减和振荡衰减过程是稳定过程，能基本满足要求，但衰减过程被控变量达到新稳态值进程过于缓慢，致使被控变量长期偏离给定值，所以一般不采用。只有生产工艺不允许被控变量振荡时才会考虑采用这种形式的过渡过程。
等幅振荡发散振荡和非振荡发散受到阶跃干扰后不能稳定下来，不符合自动控自要求
9.试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n→∞时的过度过程曲线？
答：如图所示：
10.表示衰减振荡过程的控制指标有哪些？
答：表示衰减振荡过程的控制指标有：
①最大偏差A——指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大值，即被控变量第一个波的峰值与给定值的差。
②衰减比n——过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比。
③回复时间（过渡时间）t s——指被控变量从过渡状态回复到新的平衡状态的时间间隔，即整个过渡过程所经历的时间。
④差e(∞)——指过渡过程终了时被控变量新的稳态值与设定值之差。
⑤振荡周期T——过渡过程的第一个波峰与相邻的第二个同向波峰之间的时间间隔，其倒数称为振荡频率。
第二章过程装备控制基础
1.什么是被控对象的特性表征被控对象特性的参数有哪些它们的物理意义是什么
答：所谓被控对象的特性，是指当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小，速度），描述被控对象特性的参数有放大系数K，时间常数T和滞后时间τ。
K：被控对象重新达到平衡状态时的输出变化量与输入变化量之比。T：时间常数是指当对象受到输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。或当对象受到输入作用后，被控变量达到新的稳态值的快慢。它决定整个动态过程的长短；τ：描述对象滞后现象的动态参数
2.为什么说放大系数是对象的静态特性，而时间常数和滞后时间是动态特性？
答：放大系数K表达了被控对象在干扰作用下重新达到平衡状态的性能，是不随时间变化的参数，所以K是被控对象的静态特性参数。时间常数反映了被控对象受到输入作用后，输入变量达到新稳态值的快慢，它决定了整个动态过程的长短，所以是动态特性参数。滞后时间也是描述对象滞后现象的动态参数。
3.什么是被控对象的控制通道什么是干扰通道
答：被控对象的控制通道是指操纵变量与控制变量之间的关系，干扰通道是指干扰作用与被控变量之间的关系。
4.在控制系统中，对象的放大系数，时间常数，滞后时间对控制有什么影响？
答：放大系数对控制的影响：对控制通道而言，放大系数K 值大，即使调节器输出变化不大，也会对被控对象产生很大影响，控制灵敏。反之放大系数小，被控变量变化迟缓。对干扰通道而言，如果K 很小，即使干扰幅度很大也不会对控制变量产生很大影响，如果K 很大则当干扰幅度很大并且频繁出现系统很难稳定。
时间常数T 对控制影响：对控制通道而言，时间常数大，则被控变量变化较平缓，系统容易控制，缺点是控制较缓慢。若T 小，则控制变量变化迅速，不易控制。对干扰通道而言，时间常数大明显存在好处，此时阶跃干扰系统影响比较平缓，被控变量变化平缓，系统容易控制。
滞后时间对控制影响：对控制通道而言，滞后存在是不利的，使控制不够及时，在干扰出现后不能及时调节，严重影响控制质量。对干扰通道而言，纯滞后只是延迟干扰时间，并不影响控制质量，对于容量滞后则可以缓和干扰对控制变量的影响，因而对控制系统是有利
5.试从图2-58某对象的反应曲线中，表示出该对象的放大系数，时间常数和滞后时间。 解：如图所示： k=()(0)()(0)H H x x ∞-∞-=1()(0)H H qv ∞-? T
T=10t t -，00τ=
c τ 如图所示，不存在容量滞后，
∴0c τ= 6.信号P 与输入偏差信号e 之间的关系。
常用的基本调节规律有：位式，比例，积分，微分等，以及它们的组合控制规律如PI ，PD ，PID 。
7.什么是双位控制，比例控制，积分控制，微分控制，它们各有什么特点？
答：双位控制是指调节器的输出仅有最大和最小两个极限位置，双位控制结构简单成本较低使用方便，对配用的调节阀没有任何要求，缺点是被控对象总是在波动，控制质量不高，且当被控对象纯滞后较大时，被控变量波动幅度较大，不适合控制要求较高场合。 比例控制是指调节器输出变化量与输入变化量成比例，比例控制系统能迅速的克服干扰影响，使系统未定下来。有点是反应快控制及时，缺点是被控对象负荷发生改变时，系统输出存在余差。
积分控制是指调节器输出变化量与输入余差积分成正比，积分控制可以消除余差，但输出变化总是滞后于余差变化，不能及时克服扰动影响，使被控变量的波动加剧，使系统难以稳定。
过程控制系统习题 答案
什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统一般是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常见的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常见三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。
电阻测温信号经过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。 大幅度的零点调整叫零点迁移。实用价值是：有些工艺的参数变化范围很小，例如，某设备的温度总在500～1000度之间变化。如果仪表测量范围在0 ～1000度之间，则500℃以下测量区域属于浪费。因为变送器的输出范围是一定的。可经过零点迁移，配合量程调整，使仪表的测量范围在500～1000℃之间，可提高测量精度。
中南大学现代远程教育课程考试复习题及参考答案 电气控制技术 一、填空题： 1.低压电器基本结构是、和灭弧装置。 2.在交流接触器的铁心上一定要安装，目的是。 3.直流电动机的调速方法有：1）改变调速、2）改变调速、3）调速等三种。 4.用Y-△降压起动时,起动电流为直接用△接法起动时的 ,所以对降低很有 效。但启动转矩也只有直接用△接法启动时，因此只适用于启动。 5.反接制动时，当电机接近于时，应及时防止。 6.伺服电动机为了防止“反转”现象的发生，采用的方法。 7.低压电器的基本结构是、、。 8.熔断器又叫保险丝，用于电路的保护，使用时应接在电路中。 9.机床电气控制是对控制对象进行控制。 10.电磁制动是使电动机产生一个与旋转方向的方法实现的；按其产生的制动转矩方法 的不同可分为：能耗制动、再生制动、反接制动。 11.摇臂钻床的主运动是主轴带着钻头的旋转运动；进给运动是主轴的垂直运动；辅助运动主要有三 种：。 12.电动机的降压起动控制电路主要有：、、自耦变压器及延边 三角形降压起动。 13.在电气控制原理电路图中常用到几种“锁”字电路，如自锁、以及顺序联锁等。 14.直流电机的调速方法有、、。 15.笼型异步电机的降压起动方法有：、、。 16.行程开关也称开关，可将信号转化为电信号，通过控制其它电器来控 制运动部分的行程大小、运动方向或进行限位保护。 17.接触器可用于频繁通断电路，又具有保护作用。 18.伺服电机又称电机，在自动控制系统中作为元件。它将输入的电压信 号变换成转矩和速度输出，以驱动控制对象。 19.速度继电器是用来反映变化的自动电器。动作转速一般不低于300r/min，复位转 速约在。 20.刀开关安装时，手柄要向装，不得装或装，否则手柄可能因动下落而引 起，造成人身和设备安全事故。接线时，电源线接在端，端接用电器，这样拉闸后刀片与电源隔离，用电器件不带电，保证安全。 二、判断题： 1.直流电动机的起动方法有直接起动、电枢回路串电阻起动降压起动。（） 2.中间继电器主要用途是：信号传递和放大，实现多路同时控制，起到中间转换作用。（） 3.热继电器和过电流继电器在起过载保护作用时可相互替代。（） 4.选用空气式时间继电器要考虑环境温度的影响。（） 5.一台额定电压为220V的交流接触器在交流220V和直流220V的电源上均可使用。（） 6.三相笼型异步电动机的电气控制线路，如果使用热继电器作过载保护，就不必再装设熔断器作短路 保护。（） 7.刀开关安装时，手柄要向上装。接线时，电源线接在上端，下端接用电器。（） 8.按钮用来短时间接通或断开小电流，常用于控制电路，绿色表示起动，红色表示停止。（） 9.交流接触器通电后如果铁心吸合受阻，将导致线圈烧毁。（） 10.交流接触器铁心端嵌有短路铜环的目的是保证动、静铁心吸合严密，不发生震动和噪声。（）
机床电气控制技术试题及答案 一、填空题： 1、电器按动作性质分为手动和自动电器。 2、接触器的结构主要由电磁机构，触头系统，灭弧装置等组成。 3、电流继电器的励磁线圈应串接于被测量电路。 4、中间继电器具有触点对数多，容量小的特点。 5、常见的灭弧方法有电动力吹弧，窄缝灭弧室，栅片灭弧，磁吹灭弧。 6、机械开关电器在需要修理或更换机械零件前所能承受的无载操作次数，称为机械寿命。在正常工作条件下，机械开关电器无需修理或更换零件的负载操作次数称为电寿命。 7、电气控制系统中常见的保护线路用欠压保护、过载保护、缺相保护、短路保护和电气、机械互锁等。 8. 中间继电器在电路中的作用是增加触头的数目；热继电器在电路中的作用是过载保护，熔断器在控制线路中的作用是短路保护。9. 通常构成机械设备的电气工程图有电气原理图、电器位置图和安装接线图等三种。而设计电气控制线路，常用的方法是经验设计法和逻辑设计法。 10. 交流接触器从结构上看是由触头系统、触头系统和灭弧装置、以及其他部分组成，通常用它可作为零压保护和欠压保护。二、选择题
1. 在低压电器中，用于短路保护的电器是（ B ）。 A. 过电流继电器 B. 熔断器 C. 热继电器 D. 时间继电器 2. 在电气控制线路中，若对电动机进行过载保护，则选用的低压电器是（ C ）。 A. 过电压继电器 B. 熔断器 C. 热继电器 D. 时间继电器 3. 下列不属于主令电器的是（ D ）。 A. 按钮 B. 行程开关 C. 主令控制器 D. 刀开关 4. 用于频繁地接通和分断交流主电路和大容量控制电路的低压电器是（ B ）。 A. 按钮 B. 交流接触器 C. 主令控制器 D. 断路器 5. 下列不属于机械设备的电气工程图是（ D ）。 A. 电气原理图 B. 电器位置图 C. 安装接线图 D. 电器结构图 6、接触器是一种自动控制电器，其作用是：（C ） （A）不频繁地接通或断开电路 （B）频繁地接通或断开电路，但不具备任何保护功能。 （C）频繁的接通或断开电路，且具有一定的保护功能。 （D）和普通开关的作用基本相同，只是能够控制的距离较远。
过程装备控制技术 及应用习题及参考答案 第一章控制系统的基本概念 1?什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？ 答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含： ①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2. 自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。 自动控制系统常用的术语有： 被控变量y――被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度； 给定值（或设定值）y s――对应于生产过程中被控变量的期望值； 测量值y m 由检测原件得到的被控变量的实际值； 操纵变量（或控制变量）m――受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号； 干扰f――引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e） 被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s 控制信号u――控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 3. 什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？ 答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图
第一章纸质作业答案 一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量与阀杆行程之间的关系。 调节阀的流量特性有线性型，等百分比型，快开型，抛物线型 调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑，利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性，从而使整个广义对象的特性近似为线性。 二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，也成为单回路控制系统。 简单控制系统的典型方块图为 三．按照已定的控制方案，确定使控制质量最好的控制器参数值。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解： (1) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为 (2) 被控对象：液体贮槽
被控变量：贮槽液位 操纵变量：贮槽出口流量 主要扰动变量：贮槽进口流量 五、解： (1) 选择流入量 Q为操纵变量，控制阀安装在流入管线上， i 贮槽液位控制系统的控制流程图为 为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以应选用气开形式控制阀，为“+”作为方向。 操纵变量即流入量 Q增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“+”作用方向。由于 i 控制阀与被控对象都是“+”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 (2) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为
为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于全开状态，所以应选用气关形式控制阀，为“-”作为方向。 操纵变量即流出量 Q增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“-”作用方向。由于 o 控制阀与被控对象都是“-”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 六、（1）加入积分作用后，系统的稳定性变差，最大动态偏差增大、余差减小 加入适当的微分作用后，系统的稳定性编号，最大动态偏差减小，余差不变。 （2）为了得到相同的系统稳定性，加入积分作用后应增大比例度，加入微分作用后应适当的减小比例度。 第二章纸质作业答案 一．由两个控制器组成，分别接受来自被控对象不同部位的测量信号。一个控制器的输出作为下一个控制器的给定值，后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构来看，两个控制器是串级工作的，称为串级控制系统。 方框图如下 二．答： 前馈控制系统方块图
电气控制技术试题库及答案 一、名词解释：（每题5分） 1、低压电器：（B） 是指在交流额定电压1200V，直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。 2、主令电器：（B） 自动控制系统中用于发送控制指令的电器。 3、熔断器：（B） 是一种简单的短路或严重过载保护电器，其主体是低熔点金属丝或金属薄片制成的熔体。 4、时间继电器：（B） 一种触头延时接通或断开的控制电器。 5、电气原理图（B） 电气原理图是用来表示电路各电气元器件中导电部件的连接关系和工作原理的电路图 6、联锁（C） “联锁”电路实质上是两个禁止电路的组合。K1动作就禁止了K2的得电，K2动作就禁止了K1的得电。 7、自锁电路：（C） 自锁电路是利用输出信号本身联锁来保持输出的动作。 8、零压保护（B） 为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行起动的保护叫做零压保护。 9、欠压保护（B） 在电源电压降到允许值以下时，为了防止控制电路和电动机工作不正常，需要采取措施切断电源，这就是欠压保护。 10、星形接法：（A） 三个绕组，每一端接三相电压的一相，另一端接在一起。 11、三角形接法：（C） 三个绕组首尾相连，在三个联接端分别接三相电压。 12、减压起动（A） 在电动机容量较大时，将电源电压降低接入电动机的定子绕组，起动电动机的方法。13、主电路：（A） 主电路是从电源到电动机或线路末端的电路，是强电流通过的电路， 14、辅助电路；（B）
辅助电路是小电流通过电路 15、速度继电器：（C） 以转速为输入量的非电信号检测电器，它能在被测转速升或降至某一预定设定的值时输出开关信号。 16、继电器：（C） 继电器是一种控制元件，利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力(有触头式)或使输出状态发生阶跃变化(无触头式) 17、热继电器：（C） 是利用电流的热效应原理来工作的保护电器。 18、交流继电器：（C） 吸引线圈电流为交流的继电器。 19、全压起动：（C） 在电动机容量较小时，将电动机的定子绕组直接接入电源，在额定电压下起动。 20、电压：（A） 电路两端的电位差 21、触头 触头亦称触点，是电磁式电器的执行元件，起接通和分断电路的作用。 22、电磁结构 电磁机构是电磁式电器的感测元件，它将电磁能转换为机械能，从而带动触头动作。23、电弧 电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象 24、接触器 接触器是一种适用于在低压配电系统中远距离控制、频繁操作交、直流主电路及大容量控制电路的自动控制开关电器 25、温度继电器 利用过热元件间接地反映出绕组温度而动作的保护电器称为温度继电器。 26、点动电路 按下点动按钮，线圈通电吸合，主触头闭合，电动机接人三相交流电源，起动旋转；松开按钮，线圈断电释放，主触头断开，电动机断电停转， 27、电气控制系统 电气控制系统是由电气控制元器件按一定要求连接而成 28、变极调速：（A） 异步电动机调速中，改变定子极对数的调速方法。 29、电器元件位置图 电器元件布置图是用来表明电气原理中各元器件的实际安装位置的图 30、电器元件接线图 电气安装接线图是电气原理图的具体实现形式，它是用规定的图形符号按电器元件的实际位置和实际接线来绘制的 31、变频调速：（C） 异步电动机调速中，改变电源频率的调速方法。 二、填空：（每题2分） 1、常用的低压电器是指工作电压在交流( )V以下、直流( )V以下的电器。(B) 1200、 1500 2、选择低压断路器时，额定电压或额定电流应( )电路正常工作时的电压和电流。(C)
1.1.1 生产过程自动化系统所包含的内容：自动检测系统：采用检测仪表（如热电偶、热电阻、压力传感器等）对温度、压力、流量、液位等 进行测量，自动控制的依据 ? 信号连锁系统：信号连锁系统是一种安全装置，包括信号报警和联锁保护 ，信号连锁系统的作用 ，在事故发生前，自动发出声光报警 信号，引起操作员的注意以便及早采取措施 ? 自动操作系统：按预先规定的程序周期性操作（如PLC 程序控制） ? 自动控制系统：根据实际的工艺参数变化进行自动调节（如PID 调节期、计算机数控等） 1、工业生产对过程装备的基本要求是（安全性；经济性；稳定性）等。 2、压差式流量计的核心部件是（节流装置 ），常见的节流装置有（孔板；喷嘴；文都利管 ）等。 3、液位是指（容器内液体介质液面的高低），常用的液位计有（浮力式；静压式；电容式；光纤式） 4、在PID 调节器中，需要整定的参数为（比例度；积分时间；微分时间）。 5、调节阀的选型主要包括（阀的口径选择；型式选择；固有流量特性选择；材质选择）等内容。 6、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为（直接数字控制系统；监督控制系统；分级控制系统；集散控制系统）等几种类型。 7、PLC 的程序表达方式常采用（梯形图；语句表；逻辑功能图）等方法。 判断1、一单纯比例控制的液位对象，只要比例度选择的合适，系统就能跟踪并最终稳定到设定值。(错误。单纯的比例控制不可能消除余差) 2、自动调节系统中，滞后的存在总不利于调节的。（错误。控制通道的滞后总是不利的，但干扰通道中的容量滞后可以缓和干扰的影响，对控制系统有利。） 3、时间常数越大，表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越短。（错误。时间常数越大，表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越长） 4、控制系统中直接产生控制作用的是控制信号。（错误。控制系统中直接产生控制作用的是操纵变量。） 5、串联管路中，随S 值下降，调节阀的等百分比流量特性畸变趋近于直线特性。正确 三、简答题1、何为调节器参数的工程整定法，并简述临界比例度法进行参数整定的过程。1、所谓的工程整定法，就是避开被控对象的特性和数学描述，在被控对象运行时，直接在控制系统中，通过改变调节器参数，观察被控变量的过渡过程，来获取调节器参数的最佳数值。临界比例度法整定参数的步骤是：首先将调节器的积分、微分作用全部去除，在纯比例作用调节比例度，直至得到等幅振荡的阶跃干扰过渡过程，此时的比例度和振荡周期称为临界比例度和临界周期，最后按照相应的经验公式计算出调节器各参数的整定数值。临界比例度法参数整定是以闭环系统得到4:1衰减比，且有合适的超调量为目标的。 2、试简要分析计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点。2、计算机直接控制系统与常规模拟控制系统的基本结构相同，有关调节原理和调节过程也相同，都是基于“检测偏差、纠正偏差”的控制原理。不同之处在于计算机控制系统中，控制器对控制对象的参数、状态信息的检测和控制结果的输出在时间上是断续的，对检测信号的分析计算是数字化的，而在模拟控制系统中则是连续的。 3、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。3、本质安全防爆型是指在正常和故障状态下，电路及设备产生的火花能量都不足于引起爆炸的防爆类型。它由两种场所、两种电路组成，即安装在危险场所的本质安全电路及安装在非危险场所的非本质安全电路，两者间采用防爆安全栅隔离。仪表的防爆性能是靠电路设计来实现和保证：采用低的工作电压和小的工作电流；用防爆安全栅将危险与非危险场所电路隔开；现场和控制室之间仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。 4、 何为单容液位对象的自衡作用，并简要分析产生自衡作用的原因。4、单容液位对象的自衡作用是指当输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时，在没有人为干预的情况下，被控对象的自身能重新恢复平衡的特性。产生的原因主要是出口阀的流量特性，即在流出变化量很小的情况下，流出量与液位成正比关系，即：s v R H q 2 四、分析计算题（45分）1、如图为一简单水槽液位控制系统，要求：（10分）（1） 画出本控制系统方框图。（2） 系统被控变量、控制变量和检测变送环节各是什么？ （3） 系统调节机构的输入、输出量各是什么，属哪种调节规律，并推导出调节规律的数学表达式。 2、聚合釜温度与流量的串级控制系统，如图所示，(10分)（1） 画出控制系统方框图。（2） 说明该系统的主、副对象，主、副变量，主、副调节器各是什么？（3） 分析系统不采用简单温度控制而采用串级温度、流量控制的原因。 3、如图为一牛奶干燥过程流程图，要保证产品质量，需严格控制干燥器的温度，试分析：（15分） （1） 影响干燥器温度的因素有哪些？（2） 合理选择系统控制变量，并说明原因。 （3） 画出控制系统方框图。
过程控制工程课后习题参考答案-前三章
过程控制工程 第一章单回路控制系统 1.1 何谓控制通道？何谓干扰通道？它们的特性对控制系统质量有什么影响？ 控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系； 干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。 （1）控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面） 控制通道静态放大倍数越大，系统灵敏度越高，余差越小。但随着静态放大倍数的增大，系统的稳定性变差。 控制通道时间常数越大，经过的容量数越多，系统的工作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统的质量越低，但也不是越小越好，太小会使系统的稳定性下降，因此应该适当小一些。 控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还还会使系统的稳定性降低。 （2）干扰通道特性对系统控制质量的影响：
（从K、T、τ三方面） 干扰通道放大倍数越大，系统的余差也越大，即控制质量越差。 干扰通道时间常数越大，阶数越高，或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀，干扰对被控变量的影响越小，系统的质量则越高。 干扰通道有无纯滞后对质量无影响，不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个 。 纯滞后时间τ 1.2 如何选择操纵变量？ 1）考虑工艺的合理性和可实现性； 2）控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数； 3）控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道 时间常数。干扰动通道时间常数越大 越好，阶数越高越好。 4）控制通道纯滞后越小越好。 1.3 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响？对控制系统的动态质量有何影响？ 比例度δ越小，系统灵敏度越高，余差越小。
（一）常用低压电器 一、填空题 1、选择接触器时应从其工作条件出发，控制交流负载应选用（交流接触器）；控制直流负载 则选用（直流KM）。 2、接触器选用时，其主触点的额定工作电压应（大于）或（等于）负载电路的电压，主 触点的额定工作电流应（ > ）或（ = ）负载电路的电流，吸引线圈的额定电压应与控制回路（电压相一致）。 3、中间继电器的作用是将一个输入信号变成（多个）输出信号或将信号（转化成其它信号）。 4、试举出两种不频繁地手动接通和分断电路的开关电器（ KT ）、（ FR ）。 5、试举出两种主令电器（按钮SB ）、（行程开关SQ ）。 6、试举出组成继电器接触器控制电路的两种电器元件（ KM ）、（ FR ）。 7、当电路正常工作时，熔断器熔体允许长期通过1.2倍的额定电流而不熔断。当电路发生（短 路）或（过载）时，熔体熔断切断电路。 8、熔断器熔体允许长期通过1.2倍的额定电流，当通过的（电流）越大，熔体熔断的（时间） 越短。 9、凡是继电器感测元件得到动作信号后，其触头要（延迟）一段时间才动作的电器称为（时 间）继电器。 10、当接触器线圈得电时，使接触器（敞开触点）闭合、（常闭触点）断开。 11、热继电器是利用电流的（发热）原理来工作的保护电器。它在电路中主要用作三相异步 电动机的（过载及断相保护）。 12、控制设备按其操作方式分为（点动）控制和（连动）控制。 13、自动空气开关又称（低压断路器），当电路发生（过载或短路）以及（欠电压） 等故障时，能自动切断故障电路。 14、主令电器种类繁多，常用的主令电器有（按钮）和（行程开关）等。 15、熔断器主要由（熔体）和安装熔体的（外壳）组成。 16、交流接触器上的短路环的作用是减少吸合时产生的（强烈震动和噪声）。 17、低压控制电器常用的灭弧装置有（灭弧罩）、（灭弧栅）两种。 二、判断题 1、一台额定电压为 220V 的交流接触器在交流 220V 和直流 220 V的电源上均可使用。（×） 2、交流接触器通电后如果铁心吸合受阻，将导致圈烧毁。（×） 3、交流接触器铁心端面嵌有短路铜环的目的是保证动、静铁心吸合严密，不发生震动与噪声。（√） 4、直流接触器比交流接触器更适用于频繁操作的场合。（√） 5、低压断路器又称为自动空气开关。（√） 6、只要外加电压不变化，交流电磁铁的吸力在吸合前、后是不变的。（×） 7、直流电磁铁励磁电流的大小与行程成正比。（×） 8、闸刀开关可以用于分断堵转的电动机。（×） 9、熔断器的保护特性是反时限的。（√） 10、低压断路器具有失压保护的功能。（√） 11、一定规格的热继电器，其所装的热元件规格可能是不同的。（√） 12、无断相保护装置的热继电器就不能对电动机的断相提供保护。（×） 13、热继电器的额定电流就是其触点的额定电流。（×） 14、热继电器的保护特性是反时限的。（√） 15、行程开关、限位开关、终端开关是同一种开关。（√） 16、万能转换开关本身带有各种保护。（√）
《电气控制技术》试题库及答案 一、名词解释：（每题 5 分） 1、低压电器： 是指在交流额定电压 1200V，直流额定电压 1500V 及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。 2、主令电器： 自动控制系统中用于发送控制指令的电器。 3、熔断器： 是一种简单的短路或严重过载保护电器，其主体是低熔点金属丝或金属薄片制成的熔体。 4、时间继电器： 一种触头延时接通或断开的控制电器。 5、电气原理图 电气原理图是用来表示电路各电气元器件中导电部件的连接关系和工作原理的电路图 6、联锁 “联锁”电路实质上是两个禁止电路的组合。 K1 动作就禁止了 K2 的得电， K2 动作就禁止了 K1 的得电。 7、自锁电路： 自锁电路是利用输出信号本身联锁来保持输出的动作。 8、零压保护 为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行起动的保护叫做零压保护。 9、欠压保护 在电源电压降到允许值以下时，为了防止控制电路和电动机工作不正常，需要采取措 施切断电源，这就是欠压保护。 10、星形接法： 三个绕组，每一端接三相电压的一相，另一端接在一起。 11、三角形接法： 三个绕组首尾相连，在三个联接端分别接三相电压。 12、减压起动 在电动机容量较大时，将电源电压降低接入电动机的定子绕组，起动电动机的方法。 13、主电路： 主电路是从电源到电动机或线路末端的电路，是强电流通过的电路， 14、辅助电路；
辅助电路是小电流通过电路 15、速度继电器： 以转速为输入量的非电信号检测电器，它能在被测转速升或降至某一预定设定的值时 输出开关信号。 16、继电器： 继电器是一种控制元件，利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力 (有触头式 )或使输出状态发生阶跃变化(无触头式 ) 17、热继电器： 是利用电流的热效应原理来工作的保护电器。 18、交流继电器： 吸引线圈电流为交流的继电器。 19、全压起动： 在电动机容量较小时，将电动机的定子绕组直接接入电源，在额定电压下起动。 20、电压： 电路两端的电位差 21、触头 触头亦称触点，是电磁式电器的执行元件，起接通和分断电路的作用。 22、电磁结构 电磁机构是电磁式电器的感测元件，它将电磁能转换为机械能，从而带动触头动作。 23、电弧 电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象 24、接触器 接触器是一种适用于在低压配电系统中远距离控制、频繁操作交、直流主电路及大容 量控制电路的自动控制开关电器 25、温度继电器 利用过热元件间接地反映出绕组温度而动作的保护电器称为温度继电器。 26、点动电路 按下点动按钮，线圈通电吸合，主触头闭合，电动机接人三相交流电源，起动旋转；松开按钮，线圈断电释放，主触头断开，电动机断电停转， 27、电气控制系统 电气控制系统是由电气控制元器件按一定要求连接而成 28、变极调速： 异步电动机调速中，改变定子极对数的调速方法。 29、电器元件位置图 电器元件布置图是用来表明电气原理中各元器件的实际安装位置的图 30、电器元件接线图 电气安装接线图是电气原理图的具体实现形式，它是用规定的图形符号按电器元件的 实际位置和实际接线来绘制的 31、变频调速： 异步电动机调速中，改变电源频率的调速方法。 二、填空：（每题 2 分） 1、常用的低压电器是指工作电压在交流(1200)V 以下、直流 (1500 )V 以下的电器。 2、选择低压断路器时，额定电压或额定电流应(不小于 )电路正常工作时的电压和电流。 3、行程开关也称(限位)开关，可将 (机械位移)信号转化为电信号，通过控制其它电器来
1.1.1生产过程自动化系统所包含的内容：自动检测系统：采用检测仪表（如热电偶、热电阻、压力传 感器等）对温度、压力、流量、液位等进行测量，自动控制的依据 ?信号连锁系统：信号连锁系统是一种安全装置，包括信号报警和联锁保护，信号连锁系统的作用， 在事故发生前，自动发出声光报警信号，引起操作员的注意以便及早采取措施 ?自动操作系统：按预先规定的程序周期性操作（如PLC程序控制） ?自动控制系统：根据实际的工艺参数变化进行自动调节（如PID调节期、计算机数控等） 1、工业生产对过程装备的基本要求是（安全性；经济性；稳定性）等。 2、压差式流量计的核心部件是（节流装置），常见的节流装置有（孔板；喷嘴；文都利管）等。 3、液位是指（容器内液体介质液面的高低），常用的液位计有（浮力式；静压式；电容式；光纤式） 4、在PID调节器中，需要整定的参数为（比例度；积分时间；微分时间）。 5、调节阀的选型主要包括（阀的口径选择；型式选择；固有流量特性选择；材质选择）等内容。 6、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为（直接数字控制系统；监督控制系统；分级控制系统； 集散控制系统）等几种类型。 7、PLC的程序表达方式常采用（梯形图；语句表；逻辑功能图）等方法。 判断1、一单纯比例控制的液位对象，只要比例度选择的合适，系统就能跟踪并最终稳定到设定值。(错误。单纯的比例控制不可能消除余差) 2、自动调节系统中，滞后的存在总不利于调节的。（错误。控制通道的滞后总是不利的，但干扰通道 中的容量滞后可以缓和干扰的影响，对控制系统有利。） 3、时间常数越大，表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越短。（错误。时间常数越大， 表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越长） 4、控制系统中直接产生控制作用的是控制信号。（错误。控制系统中直接产生控制作用的是操纵变量。） 5、串联管路中，随S值下降，调节阀的等百分比流量特性畸变趋近于直线特性。正确 三、简答题1、何为调节器参数的工程整定法，并简述临界比例度法进行参数整定的过程。1、所谓的 工程整定法，就是避开被控对象的特性和数学描述，在被控对象运行时，直接在控制系统中，通过改变调节器参数，观察被控变量的过渡过程，来获取调节器参数的最佳数值。临界比例度法整定参数的步骤是：首先将调节器的积分、微分作用全部去除，在纯比例作用调节比例度，直至得到等幅振荡的阶跃干扰过渡过程，此时的比例度和振荡周期称为临界比例度和临界周期，最后按照相应的经验公式计算出调节器各参数的整定数值。临界比例度法参数整定是以闭环系统得到4:1衰减比，且有合适的超调量为目标的。 2、试简要分析计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点。2、计算机直接控制系统与常规模拟控 制系统的基本结构相同，有关调节原理和调节过程也相同，都是基于“检测偏差、纠正偏差”的控制原理。不同之处在于计算机控制系统中，控制器对控制对象的参数、状态信息的检测和控制结果的输出在时间上是断续的，对检测信号的分析计算是数字化的，而在模拟控制系统中则是连续的。 3、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。3、本质安全防爆型是指在正常和故障状态下，电路及 设备产生的火花能量都不足于引起爆炸的防爆类型。它由两种场所、两种电路组成，即安装在危险场所的本质安全电路及安装在非危险场所的非本质安全电路，两者间采用防爆安全栅隔离。仪表的防爆性能是靠电路设计来实现和保证：采用低的工作电压和小的工作电流；用防爆安全栅将危险与非危险场所电路隔开；现场和控制室之间仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。 4、何为单容液位对象的自衡作用，并简要分析产生自衡作用的原因。4、单容液位对象的自衡作用 是指当输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时，在没有人为干预的情况下，被控对象的自身能重新恢复平衡的特性。产生的原因主要是出口阀的流量特性，即在流出变化量很小
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
第一章 1-1电器为什么需要灭弧装置 答：电路中的电压超过10~12V和电流超过80~100mA，则在动、静触头分离时在它们的气隙中间就会产生强烈的火花或电弧。电弧时一种高温高热的气体放电现象，其结果会使触头烧坏，缩短使用寿命，因此通常要设灭弧装置。 1-2单相交流电磁机构中的短路环的作用是什么三相交流电磁机构中是否也需短路环当接触器内部发出振动噪声时，产生的原因可能有哪几种 答：单相交流电磁机构中的短路环的作用在于它产生的磁通滞后于主磁通一定相位差，它们产生的电磁力与F1之间也就有一相位差。三相交流电磁机构中不需短路环。交流电流要周期过零值，其产生的电磁吸力也要周期过零，这样在释放弹簧反力和电磁力的共同作用下衔铁就要产生振动。 1-3“将三只20A的接触器的触头并联起来，就可正常控制60A的负载；若控制30A的负载，它们的寿命就约延长一倍。”对吗为什么答：不对，前半句是对的，将三只20A的接触器的触头并联起来，就可正常控制60A的负载，但若控制30A的负载，它们的寿命就约延长一倍，是错误的。 1-4额定电流30A的电动机带稳定负载，测得电流值为26A，应如何整定热继电器的额定电流值对于三角形接法的电动机应如何选择热继电器
答：整定热继电器的额定电流值： 三角形接法的电动机在有可能不满载工作时，必须选用带断相保护功能的热继电器。 1-5对保护一般照明线路的熔体额定电流如何选择对保护一台电动机和多台电动机的熔体额定电流如何选定 答：对保护一般照明线路的熔体额定电流等于或稍大于线路的工作电流；对保护一台电动机或多台电动机的熔体额定电流等于或稍大于可能出现的最大电流除以，其中多台电动机，可能出现的最大电流等于容量最大一台电动机起动电流，加上其他各台电动机的额定电流。1-6固态继电器有哪些优缺点在什么场合应优先选用固态继电器 答：优点：工作可靠、寿命长、对外界干扰小、能与逻辑电路兼容、抗干扰能力强、开关速度快、无火花、无动作噪声和使用方便； 缺点：过载能力低，易受温度和辐射影响，通断阻抗比小。 1-7断路器可以拥有哪些脱扣器用于保护电动机需要哪些脱扣器用于保护灯光球场的照明线路需要哪些脱扣器断路器与熔断器相比较，各有什么特点 答：断路器可以拥有分励脱扣器、漏电脱扣器、热脱扣器与过电流脱扣器等；用于保护电动机需要电流脱扣器；用于保护灯光球场的照明线路需要复式脱扣器；断路器是能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路条件下接通、承载一定时间并分断电流的开关电器；熔断器是当通过它的电流超过规定值达一定时间
《过程装备控制技术及应用》 （第二版） 王毅、张早校 化学工业出版社 思考题与习题及参考答案 第一章控制系统的基本概念 1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？ 答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？ 答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。 自动控制系统常用的术语有： 被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度； 给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值； 测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值；
操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号； 干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s 控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？ 答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。 4.在自动控制系统中，什么是干扰作用？什么是控制作用？两者有什么关系？ 答：干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是由控制器或执行器作用于被控对象，通过改变操纵变量克服干扰作用，使被控变量保持在给定值，两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用，不同之处在于干扰作用是使被控变量偏离给定值，而控制作用是使被控变量接近给定值。 5.什么是闭环控制？什么是开环控制？定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统？
过程控制与自动化仪表课后作业详解 第一章 P15 2-1. （1）简述图1-6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。 LT LC 1 Q 2 Q A 图1-6 控制系统流程图 答： 1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液位控制器来控制调节阀，从而调节Q 1（流量）来实现液位控制的作用。 2）框图如图1-7所示： 控控控LC 控控控 控控控控 A 控控控控LT _ 2() Q t () 1Q t () r t () e t () u t h 图1-7 控制系统框图 3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e (t )、控制量u (t )；执行器输入输出分别为：控制量u (t )、操作变量Q 1 (t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量Q 1 (t ) 、扰动量Q 2 (t ) ，被控量h ；所用仪表为：控制器（例如PID 控制器）、调节阀、液位测量变送器。 2-3某化学反应过程规定操作温度为800℃，最大超调量小于或等于5％，要求设计的定值控制系统，在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图所示。要求： 1）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间； 2）说明该系统是否满足工艺要求。 答： 1）稳态误差：e(∞)=810-800=10 衰减比：n=B 1/B 2=(850-810)/(820-810)=4 最大超调量：σ=(850-810)/810=4.9% 假设以系统输出稳定值的2%为标准，则810*2%=16.2，则 过渡过程时间：ts=17min
不知道谁弄的 和我们要求的课后作业相似度很大，值得参考，另外答案准确度应该还行。 T1.6 （1）最大偏差A —被控变量偏离给定值的最大数值 （给定值为800） A=843-800=43 C 超调量B —第一个波峰值与新稳定值之差 B=843-808=35C 衰减比B1：B2 — 相邻两个波峰值之比 ( 843-808)/(815-808)=5 余差值 被控变量的新稳定值与给定值之偏差C=808-800=8C 振荡周期 过渡过程同向两个波峰间间隔时间为周期T=20-5=15min 工艺规定的操作温度为800±9） C ，表示给定值为800C ，余差为9C ,由（1）得出的最大偏差A=43C <50C ，余差C=8C <9C ，所以该系统满足要求。 T2.8 （1 ） （2）由图可知： ,22030250,30s T s 10%)10*196/()0196(/)]0()([ x y y k （阶跃扰动为稳态值的10%，即k=10） （P36）计算法：阶跃响应表达式)(/)()(0 y t y t y )(0)(10)2()( t t e t T t y （1.1）
选取t1=140s,t2=250s 对应)2(),1(0 0t t h h ，其中t2>t1> 由式（1.1）可得e h T t t ) 21(01)1( ，e h T t t )22(01)2( 取自然对数并联立求解，得)] 2(1ln[)]1(1ln[1200t t t t T h h ； （1.2) )] 2(1ln[)]1(1ln[)] 2(1ln[1)]1(1ln[20000t t t t t t h h h h (1.3) 为计算方便，选取632.0)2(,39.0)1(00 t t h h 代入式（1.2）和（1.3）则 T=2（t2-t1)=s 220)140250(2 ; s t t 302501402212 ; 10%)10*196/()0196(/)]0()([ x y y k 。 T3.9 (1)影响物料出口温度的主要因素有：蒸汽压力、流量，冷物料温度、压力、流量。 (2)被控参数选热物料的出口温度，因为它直接决定着产品的质量；调节参数选蒸汽流量，因为它可以控制。 (3)从工艺安全和经济性的角度考虑，应该保证在系统发生故障时，调节阀处于闭合状态，避免因换热器温度过高而发生损坏和不必要的浪费。所以选择气开式。 (4) 被控参数为热物料的出口温度，因此调节规律选择PID 。温度变送器Km 为"+"；调节阀为气开，即Kv 为"+"；对于被控对象，当阀门开度增大时，热物料的出口温度升高，即K0为"+"。由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以调节器的Kp 为"+"，即为反作用。 (5) T3.10 大修后变送器的量程由500℃变为300-200=100℃，变送器的放大倍数将发生变化，从而导致广义对象特性放大倍数发生变化： 032.005004200 K ，00516.0200 300420'K K 系统的过渡过程将会发生变化，系统可能不稳定，此时，应该减小PID 调节器的比例放大系数，使p p K K 51' ，以