1、列举4种以上热工参数
答：温度、压力、流量、液位、成分、物性
2
、单回路控制系统方框图（构成）
3、工业生产对过程控制的要求（简答）
答：安全性:确保生产过程中人身与设备安全,保护或减少生产过程对环境的影响。 稳定性:具有抑制外部干扰、保持生产过程长期稳定运行的能力。
经济性：实现效益最大化或成本最小化。
4、过程控制系统的组成 (广义和常规定义)
答： 广义对象:检测元件、变送器、执行器和被控对象
5．控变量/受控变量/过程变量（Controlled Variable - CV , Process Variable - PV ）、
设定值/给定值 (Setpoint - SP, Setpoint Value - SV )、
操纵变量/操作变
(ManipulatedVariable, MV)
扰动/扰动变量 (Disturbance
Variable ，DV)
控制器G c (s )执行器G v (s)控制通道G p (s)测量变送
G m (s )设定值y sp 偏差 e +_控制变量u 操纵变量q 被控变量y 测量值
y m 扰动 D 干扰通道
G D (s )+
+被控对象
测量/测量信号 (Measurement )
控制/控制信号/控制变量（Control Variable ）
6、干扰和扰动的概念
答：干扰（扰动）：除操纵变量以外，作用于对象并能引起被控变量变化的因素，称为干扰或扰动。
7、过程控制系统按结构如何分类（画出结构图）
答：反馈控制系统
前馈控制系统
前馈-反馈控制系统
7、按设定值如何分类
答：定值控制系统：设定值固定不变或在规定的小范围内变化
随动控制系统：设定值随时间任意变化
程序控制系统：设定值按预定的时间程序变化，也称为顺序控制系统
8、过程控制单项性能指标有哪些？分别表征什么特性（会算）
答：最大偏差和超调量（准确性指标）、衰减比（稳定性指标）、余差（准确性指标）、过
渡时间（快速性指标）、振荡周期或频率（快速性指标）
9、数学模型要素
答：输出量和输入量
10、有自衡过程和无自衡过程（含传递函数）
答：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，能够自动恢复到原来或新的平衡状态，则称该过程具有自衡特性，否则，该过程则被认为无自衡特性。
11、被控过程数学模型的建立方法
答：机理法、实验法、混合法（机理法与实验法相结合）。
12、过程一阶环节、二阶环节的传递函数 答：一阶： 二阶： 0
1220)()()(a s a s a b s U s Y s G ++==1)()()(+==Ts K s U s Y s G
13、阶跃响应曲线法的测试对象与注意事项
答：对象：处于开环、稳态的被控对象
注意：1、测试前，被控过程应处于相对稳定的工作状态
2、输入的阶跃变化量不能过大，一般取正常输入信号最大幅值的5%～15%之
间，一般取10%。
3、完成一次实验测试后，应使被控过程恢复原来工况并稳定一段时间，再做
第二次实验测试
4、在相同条件下应重复多次实验
5、分别作阶跃输入信号为正、反方向变化的实验对比，以反映非线性因素对
过程的影响
14、一阶惯性环节的K 、T 、tao 的实验确定法 答：先由阶跃响应曲线定出y 无穷，根据 确定K 的值。再在阶跃响应曲线的起点t=0处做切线，该切线与y 无穷的交点所对应的时间即为T 。
16、过程干扰通道中Kf ，Tf ，和τf 对系统的影响
答：1、干扰通道静态放大系数Kf 越大，则系统的稳态误差越大，这表示在相同的阶跃
扰动作用下，将使被控参数偏离给定值越大，显著的降低了控制质量；若Kf 很小，这时即使扰动量较大，其影响也较小。
2、干扰通道时间常数Tf 越大，个数越多，干扰对被控参数的影响就越小，系统的控
制质量就越高。
3、干扰通道中存在纯滞后τf ，则干扰对被控参数的影响推迟了时间τf ，因而控制
作用也推迟了时间τf ，使整个过渡过程曲线推迟的时间为τf 。
16+、过程控制通道中K 、T 、tao 对系统的影响。
在相同衰减K 0越大，则表明控制参数对被控参数的影响越大，克服干扰影响更
为有效。比情况下，K 0K p =常数，当K 0越大时，K p 则越小，而K p 小则比例度δ
大。在调节器参数整定时，δ大比较容易调整，反之则不易调整。
控制通道时间常数T 0的大小反映了控制作用的强弱，反映了调节器的校正作用
克服扰动对被控参数影响的快慢。
控制通道的纯滞后会使系统的动态偏差增大，超调量增加，最终导致控制质量下
降。
17、说明图中过程控制仪表类型和作用（方框图）
答：1、液位控制、液位指示，
2、温度控制
3、压力控制
18、控制通道Ko 对控制质量的影响
答：从控制的有效性及调节器参数易调整性来考虑，希望控制通道放大倍数K0越大越好。0)(x y K ∞=
但是，如果K0过大，会引起控制通道过于灵敏，使控制系统不稳定。
19、控制通道T 对控制质量的影响
答：T 越大，系统的控制质量越差，太小则稳定性下降，系统质量也变差。大小应该适中。
20、控制通道滞后有哪些？有什么影响？
答：纯滞后τ0和容量滞后τc 。
1、控制通道的纯滞后会使系统的动态偏差增大，超调量增加，最终导致控制质量下降。
2、控制通道的容量滞后τc 同样会造成控制作用不及时，使控制质量下降。若引入微分作用，可克服τc 对控制质量的影响。
21、控制通道时间常数匹配的原则
答：时间常数相差越大，临界稳定增益越大，系统开环增益就允许增大得越多，因而对系
统的控制质量就越有利。所以，选择控制参数时，应将时间常数尽量错开 。
22、放大倍数 Km 的影响
答：Km 与变送器的量程有关，量程小则Km 。作为广义对象的一部分， Km 本身不影响
控制系统的性能指标。然而．当变送器精度等级一定时，量程小，有利于减小显示误差。
23、时间常数Tm 的影响，补偿方法
答：若Tm 较大，则会使被控参数的测量值与实际值之间产生较大的动态误差，从而对系
统的控制质量产生不利的影响。补偿：测量通道时间常数选控制通道的0.1倍，也可在变送器的输出端串联一微分环节。
24、滞后时间τm 的影响
答：会使系统的动态偏差增大，超调量增加，最终导致控制质量下降。
25、τm 的产生的原因，补偿方法
答：产生原因：1、检测仪表本身不能连续输出。2、安装位置不合适
补偿方法：加一个环节，使其的传递函数为 26、按使用的能源形式分类
答：气动、电动、液动
27、执行器构成
答：执行机构、调节机构
28、调节机构的结构
答：主要构成：阀体、阀座、阀心、和阀杆或转轴
29、气开、气关阀的选择依据
答：⑴ 首先要从生产安全出发。
⑵ 从保证产品质量出发。
⑶ 从降低原料、成品、动力损耗来考虑。
⑷ 从介质的特点考虑。
30、调节阀流量特性有几种，分别是哪几种？
答：1、直线特性 2、等百分百特性 3、快开特性 4、抛物线特性
31、阀门定位器在什么情况下用？分类
答：当调节阀上的压降过大，因填料压得过紧使阀杆存在较大的摩擦力以及流体黏度较大
时，都能产生附加的力来阻碍阀芯的运动，这时调节阀的开度将与调节器的要求不符，这时就可以在调节阀上附设阀门定位器。
分类：电气阀门定位器、气动阀门定位器、智能阀门定位器
32、 什么是比例度？有什么意义？
)
1)(()(s m B m e s G s G τ--=
答：比例度—调节器输入的相对变化量与输出的相对变化量之比的百分数。
其表达式为
物理意义：δ代表使调节阀开度改变100% 即从全关到全开时所需要的被控参数的变化范围。只有当被控参数处在这个范围以内，调节阀的开度变化才与偏差成比例。超出这个范围，调节阀处于全开或全关状态，此时，调节器就失去了控制作用。
33、PI 调节器引入I ，则比例度可以？为什么，适用场合。
答：比例度要适当加大，为了保持控制系统原来的衰减率。PI 调节器适用于对象纯滞后
不大，时间常数也不大，而又不允许被控参数有静差的场合。
34、PD 调节器引入D ，则比例度可以？为什么，适用场合
答：比例度要适当的降低，为了提高系统的稳定性。只能应用于被控参数变化非常平稳的
过程
35、静态放大系数正负号的规定
答：⑴ 调节器放大系数Kp 的正负号
正作用方式：y ↑→u ↑,Kp 为“-”； 反作用方式: y ↑→ u ↓, Kp 为“+”。
⑵ 调节阀放大系数的正负号
气开式调节阀Kv 为“+”;
气关式调节阀Kv 为“-”。
⑶ 被控过程放大系数的正负号
正作用μ↑→y ↑,被控过程的静态放大系数Ko 为“+”；
反作用μ↑→y ↓ ,被控过程的Ko 为“-”。
⑷ 变送器的放大系数Km 为正号
36、确定调节器正、反作用的顺序/方法
答：根据生产工艺安全等原则确定调节阀的气开、气关形式；
按被控过程特性，确定其正、反作用；
根据组成系统的开环传递函数各环节的静态放大系数极性相乘必须为正的原则，确定调节器的正、反作用方式。
37、参数整定的方法有哪些？涵盖哪些内容？整定什么内容？
答：理论计算整定法、工程整定法、最优积分准则
整定的任务：根据被控过程的特性，确定PID 调节器的比例度、积分时间以及微分
时间的大小。
38、工程整定方法有哪些？
答：临界比例度法、衰减曲线法、反映曲线法、现场试验整定法
39、哪些情况容易引起振荡？有什么区别？
答：δ过小、Ti 过小、Td 过大都会引起振荡。Ti 过小引起的振荡周期较长；δ过小引起的振荡周期较短；Td 过大引起的振荡周期最短。
40、在带夹套的化学反应釜中，三个热容积分别是什么？影响反应温度的干扰有哪些？应该采用哪种控制方案？
答：热容积：夹套中的冷却水、釜壁、釜内物料
干扰：1、进料方面有进料流量、温度和化学变化
2、冷却水方面有水的入口温度和阀前压力
41、串级控制的思想是什么呢，与单回路控制系统有什么明显特征区别？
答：基本思想：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
%100)/()/(min max min max ?--=u u u x x e δ)(y r K u p -=
区别：在结构上增加了一个变送器和一个调节器，形成了两个闭合回路，一个内环一个外环（补全）
42、串级控制中内环、外环的分工或作用。
答：内环，在控制过程中起着“粗调”的作用；外环，用来完成“细调”的任务
43、串级控制系统副环的引入，对系统有何影响？
答：1. 改善对象的动态特性,提高系统的工作频率
2. 具有较强的抗干扰能力，能迅速克服二次干扰
3. 对负荷变化具有一定的自适应能力
44、串级控制适用的场合有哪些？
答：1.容量滞后较大的被控对象
2.干扰变化频繁且幅度大的过程
3.纯滞后时间比较长的被控对象
4.当被控参数的给定值需要根据工艺情况经常改变时
5.被控对象有非线性，而负荷变化又较大时
45、串级控制参数如何选择？
答：⑴选择可控性良好的参数作为控制参数。
⑵所选择的控制参数必须使控制通道有足够大的放大系数，并应保证大于主要扰动
通道的放大系数，以对主要扰动进行有效控制并提高控制质量。
⑶所选择的控制参数必须使控制通道有较高的灵敏度，即时间常数适当小一些。
⑷选择控制参数应同时考虑经济性与工艺上的合理性。
46、串级控制主副回路控制器的正、反作用选择方法
答：1、副调节器的正、反作用根据副环的具体情况决定，与主环无关。
2、由于副环是一个随动系统，因此可以看做是一个放大倍数是“+”的环节。
3、主变送器放大倍数符号一般情况下都为“+”，因此，主调节器的正反作用实际上
只取决于主对象的放大倍数的符号。
47、串级控制参数整定方法有哪些？
答：1、逐步逼近法2、两步整定法3、一步整定法
48、比值控制系统的类型
答：1、开环比值控制系统2、单闭环比值控制系统3、双闭环比值控制系统4、变比值控制系统5、串级和比值控制组合系统6、具有逻辑关系的比值控制系统
49、双闭环比值控制系统有什么特点？适用于那些场合？
答：特点：（1）不仅实现了比较精确的流量比值，而且也确保了两物料总量基本不变。
（2）提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量调节器的给定值，就可以提降主流量，同时副流量也就自动跟踪提降，并保持两者比值不变。
这种方案常适用于主流量干扰频繁及工艺上不允许负荷有较大波动或工艺上经常需要提降负荷的场合。
50、变比值控制系统与串级和比值组合控制系统有什么不同？
答：可以自行修正比值系数，它实质上是一个以某种质量指标X为主参数，两物料比值为副参数的串级控制系统，所以也称串级比值控制系统。（补全）
51、在什么情况下需要用到具有逻辑关系的比值控制系统？
答：在生产过程中，有时工艺上不但要求物料量成一定的比例，而且要求在负荷变化时，它们的提、降量有一定的先后次序。
52、比值控制系统中主副流量如何确定？
答：(1)在生产中起主导作用的物料流量，一般选为主流量，其余的物料流量以它为准，
跟随其变化而变化，则为副流量。
(2)在生产过程中不可控的物料流量，一般选为主流量，而可控物料流量作为副流量。
(3)在可能的情况下，选择流量较小的物料作为副流量，这样调节阀可以选得小一些，控制较灵活。
(4)在生产中较昂贵的物料流量可选为主流量，或者工艺上不允许控制的物料流量作为主流量，这样可以不造成浪费或者可以提高产量。
(5)当生产工艺有特殊要求时，主、副物料流量的确定应服从工艺要求。
53、比值系数的计算式。 答：线性 非线性
54、比值控制系统中的非线性补偿方法
答：可以选用不同流量特性的调节阀来补偿，但根本解决方法是在差压变送器的输出端加
上开方器，使最终输出信号与流量之间成线性关系。
55、比值控制系统中的动态补偿器特性
答：具有超前特性
56、比值控制系统的实现
答：1、相乘方案2、相除方案
57、前馈、反馈控制系统的优缺点
答：前馈控制优点：是按照干扰作用的大小进行控制的，如控制作用恰到好处，一般比反
馈控制要及时。
缺点：不能用一个控制回路克服多个干扰
反馈控制优点：可以用一个控制回路克服多个干扰
缺点：控制不及时
58、前馈控制系统的特点
答：（1）前馈控制是按照干扰作用的大小进行控制的，如控制作用恰到好处，一般比反馈
控制要及时。
（2）前馈控制是一种开环控制，控制效果得不到检验。
（3）前馈控制使用的是视过程特性而定的“专用”调节器。
（4）前馈控制只能抑制可测而不可控的扰动对被调参数的影响
（5）一种前馈控制作用只能克服一种干扰
59、常见的前馈控制系统结构有哪些
答：1、静态前馈控制系统2、动态前馈控制系统3、前馈-反馈控制系统4、前馈-串级控制系统
60、前馈调节器的实现方案
答：1、Kf 型前馈调节器2、11
21++s T s T K f 型前馈调节器3、s f f e s T s T K τ-++1121型前馈调节器
61、前馈控制系统的选用原则
答：1、当系统中存在变化频繁、幅值大、可测而不可控且对被控参数影响显著的干扰时，
采用前馈可大大提高控制品质。
2、当对象控制通道滞后大，时间常数比干扰通道大时，反馈控制不及时，控制质量
差，可选用前馈控制。
3、当主要干扰无法采用串级控制进行克服时，选用前馈控制能获得很好的控制效果。
4、为实现变量间的某种特殊关系，将干扰代入数学模型求解控制变量，从而消除干
扰对被控变量的影响。
max 2max 1'F F K K ?=2m ax 2m ax 12???? ??='F F K K 非
5、经济性原则。由于动态前馈的设备投资高于静态前馈，所以，若静态前馈能达到
工艺要求时，即选用静态前馈。
注意：前馈-反馈与串级控制的区别
共同点：测取对象的两个信息，采用两个控制装置，在结构形式上具有一定的共性。
不同点：1、串级：由内、外两个反馈回路组成。
前馈-反馈：一个反馈回路和一个开环补偿回路叠加而成
2、串级：副参数是反映主参数的中间变量，控制作用对它产生明显的调节效果。
前馈-反馈：前馈输入量是对主参数有显著影响的干扰量，是完全不受控制作用
的独立变量。
3、前馈调节器与串级中的副调节器担负着不同的功能。（要具体些）
62、控制参数选择的一般原则
⑴所选的控制参数必须是可控的。
⑵控制通道的放大倍数K0要适当大一些；时间常数T0要适当小，但不宜过小；纯滞后τ0越小越好，在有纯滞后τ0的情况下，τ0/ T0一般应小于0.3，若其比值过大，则不利于控制。
⑶干扰通道的放大倍数K f应尽可能小；时间常数T f应尽可能大，容量数尽可能多；干扰进入系统的位置尽可能远离被控参数而靠近调节阀。
⑷广义被控对象由几个一阶惯性环节组成，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，以便尽可能提高系统的可控性。
⑸在选择控制参数时还需考虑到工艺的合理性、经济性。一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制参数。
63、比值控制系统中主副流量的选择原则
(1)在生产中起主导作用的物料流量，一般选为主流量，其余的
物料流量以它为准，跟随其变化而变化，则为副流量。
(2)在生产过程中不可控的物料流量，一般选为主流量，而可控
物料流量作为副流量。
(3)在可能的情况下，选择流量较小的物料作为副流量，这样，
调节阀可以选得小一些，控制较灵活。
(4)在生产中较昂贵的物料流量可选为主流量，或者工艺上不允
许控制的物料流量作为主流量，这样可以不造成浪费或者可
以提高产量。
(5)当生产工艺有特殊要求时，主、副物料流量的确定应服从工
艺要求。
64、什么是调节器的控制规律，有哪几种，各有什么特点？
单闭环比值控制系统：比值器仅起比值计算作用，若用
调节器，应选P控制规律；单闭环中的调节器起比值控制
作用和使副流量相对稳定，故应选PI控制规律。
双闭环比值控制系统：两流量不仅要保持恒定的比值，而
且主流量要实现定值控制，其结果是副流量的设定值也是
恒定的，所以两个调节器均应选PI控制规律。
变比值控制系统：又可称为串级比值控制系统，它具有串
级控制系统的一些特点，仿效串级控制系统调节器控制规律的选择原则，主调节器选PI或PID控制规律，副调节器选用P控制规律。
什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统通常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？常用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。 为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。 电阻测温信号通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。可通过零点迁移，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。 热电偶冷端温度补偿电路起什么作用？ 热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0度为依据，否则会产生误差。 5、电容式差压传感器和应变式压力传感器原理 当电容式差压变送器的一个被测压力是大气压时，就成为压力变送器。 电容式压力变送器先将压力的变化转换为电容量的变化，再将电容量转换成标准电流输出。 应变式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。电阻应变片有金属应变片（金属丝或金属箔）和半导体应变片两类。R=ρL/S，当应变片产生纵向拉伸变形时，L变大、S变小，其阻值增加；当应变片产生纵向压缩变形时，S 变大、L变小，其阻值
1.2根据题1.2图所示的电动机速度控制系统工作原理 （1）将a,b 与c,d 用线连接成负反馈系统； （ 2）画出系统 框图。 c d + - 发电机 解： （1） a 接d,b 接c. （2） 系 统 框 图 如下 1.3题1.3图所示为液位自动控制系统原理示意图。在任何情况下，希望页面高度c 维持不变，说明系统工作原理并画出系统框图。
解： 工作原理：当打开用水开关时，液面下降，浮子下降，从而通过电位器分压，使得电动机两端出现正向电压，电动机正转带动减速器旋转，开大控制阀，使得进水量增加，液面上升。同理，当液面上升时，浮子上升，通过电位器，使得电动机两端出现负向电压，从而带动减速器反向转动控制阀，减小进水量，从而达到稳定液面的目的。 系统框图如下： 2.1试求下列函数的拉式变换，设t<0时，x(t)=0: (1) x(t)=2+3t+4t 2 解： X(S)= s 2 +23s +38 s
(2) x(t)=5sin2t-2cos2t 解：X(S)=5 422+S -242+S S =4 2102+-S S (3) x(t)=1-e t T 1- 解：X(S)=S 1- T S 11+ = S 1-1 +ST T = ) 1(1 +ST S (4) x(t)=e t 4.0-cos12t 解：X(S)=2 212 )4.0(4 .0+++S S 2.2试求下列象函数X(S)的拉式反变换x(t)： (1) X(S)= ) 2)(1(++s s s 解：= )(S X )2)(1(++s s s =1 122+-+S S t t e e t x ---=∴22)( (2) X(S)=) 1(1 522 2++-s s s s 解：=)(S X ) 1(1522 2++-s s s s =15 12+-+S S S
过程控制工程试题 一、填空题（每空1分，共20分）： 的增加，控制作用增强，克服干扰的能力最1．随着控制通道的增益K 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f K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、简答题（每题6分，共24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. 三、(10分)一个如图1所示的换热器,用蒸汽将进入其中的冷物料加热到一定温度,生产工艺要求热物料出口温度维持恒定(1 T≤ ?℃).试设计一简单温度控制系统,选择被控量和操纵量，画出其结构原理图，并选择调节器的控制规律。
《过程控制系统》思考题 一． 1．简单归纳过程控制系统设计的主要内容。 2．选择调节阀时口径过大或过小会产生什么问题？正常工况下调节阀的开度应以多大范围为宜？ 1．什么叫串级控制系统？绘制其结构方框图。 2．与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？ 3．为什么说串级控制系统由于存在一个副回路而具有较强的抑制扰动的能力？4．串级控制系统在副参数的选择和副回路的设计中应遵循哪些主要原则？5．串级控制系统通常可用在哪些场合？ 6．前馈控制与反馈控制各有什么特点？绘制前馈控制系统结构方框图。 7．在什么条件下前馈控制效果最好？为什么一般不单独使用前馈控制方案？8．试述前馈控制系统的整定方法。 9．什么是比值控制系统？常用的比值控制方案有哪些？并比较其优缺点，绘制各比值控制方案结构方框图。 10．比值与比值系数有何不同？设计比值控制系统时需解决哪些主要问题？11．什么是均匀控制？常用的均匀控制方案有哪些？ 12．什么是分程控制？怎样实现分程控制？在分程控制中需注意哪些主要问题? 13．什么是选择性控制？试述常用选择性控制方案的基本原理。 14．什么是积分饱和现象？如何消除选择性控制中的积分饱和现象？ 15．一般地说从结构上看，分程控制是由一只控制器控制两只控制阀，而选择性控制是由两只控制器控制一只控制阀，试绘制各自系统结构方框图。 16．什么是推断控制？两类“计算指标控制”是什么？ 17．试述复杂控制系统有哪些？它们都是为什么目的而开发的？
二． 1．离心泵或离心式压缩机的负荷控制方案有哪些？ 2．叙述离心式压缩机的特性曲线及产生喘振的原因。 3．用图示说明离心式压缩机的防喘振控制方案。 4．为什么有的场合下需要压缩机的串并联运行？ 三． 1．典型的传热设备有哪些？热量的传递方式有哪几种？ 2．传热目的及其控制方案？ 3．用图示加热炉的各串级控制方案，并说明各方案的优缺点及适用场合。4．用图示说明加热炉的前馈-反馈控制方案。 5．设置加热炉的安全联锁保护系统的作用是什么？对于燃气和燃油加热炉可能产生事故的原因分别是什么？用图示分别说明各安全联锁保护系统。 6．工业锅炉的主要控制系统 7．造成锅炉汽包“虚假”水位现象的原因是什么？为避免控制器误动作所采取的措施是什么？ 8．详细叙述锅炉汽包水位的双冲量控制方案，绘制其工艺流程简图，并给出加法器的设置。 9．试绘制锅炉汽包水位三双冲量控制方案的工艺流程简图。 10．试绘制锅炉燃烧控制系统有逻辑提量控制方案的工艺流程简图，叙述其动作过程。 11．试设计氨冷换热器的选择性控制方案，绘制其工艺流程简图，并确定控制阀的气开、气关形式和控制器的正反作用形式。 四． 1．简述精馏塔受控变量的选择有哪些？各自的特点是什么？ 2．精馏塔产品质量的开环控制方案有哪些？绘制其工艺流程简图，叙述各自的特点。
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。
第 四 章 4-4 设单位反馈控制系统开环传递函数如下，试概略绘出相应的闭环根轨迹图(要求确定分离点坐标d)： (1) )15.0)(12.0()(++= s s s K s G （2）)12()1()(++=s s s K s G 解：(1))5)(2()15.0)(12.0()(* ++=++=s s s K s s s K s G ，K K 10*= ① n ＝3，根轨迹有3条分支； ② 起点：p1＝0，p2＝-2，p3＝-5；没有零点，终点：3条根轨迹趋向于无穷远处。 ③ 实轴上的根轨迹：[-2,0],(5,-∞-]; ④ 渐进线： 373520-=--= a σ，πππ?,33)12(±=+=K a ； ⑤ 分离点：051211=++++d d d 求解得：79.31-=d （舍去），88.02-=d ； 作出根轨迹如图所示： (2) *(1)(1)()(21)(0.5)K s K s G s s s s s ++= =++，*0.5K K = ① n ＝2，根轨迹有2条分支； ② 起点：p1＝0，p2＝-0.5，；终点： 11z =-，1n m -=条根轨迹趋向于无穷远处。 ③ 实轴上的根轨迹：[-0.5,0],(,1-∞-]; ④ 分离点：1110.51d d d +=++ 求解得：1 0.29d =-，2 1.707d =-； 作出根轨迹如图所示：
4-6 设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，要求： 确定 )20)(10()()(2+++=*s s s z s K s G 产生纯虚根为±ｊ1的ｚ值和*K 值。 解： 020030)()20)(10()(**234*2=++++=++++=z K s K s s s z s K s s s s D 令j s =代入0)(=s D ，并令其实部、虚部分别为零，即： 02001)]1(Re[*=+-=z K j D ，030)]1(Im[*=+-=K j D 解得：63.6,30*==z K 画出根轨迹如图所示： 4-10 设单位反馈控制系统的开环传递函数 )102.0)(101.0()(++= s s s K s G 要求： (1) 画出准确根轨迹(至少校验三点)； (2) 确定系统的临界稳定开环增益K ｃ； (3) 确定与系统临界阻尼比相应的开环增益K 。 分析：利用解析法，采用逐个描点的方法画出系统闭环根轨迹。然后将s j ω=代入特征方程中，求解纯虚根的开环增益，或是利用劳斯判据求解临界稳定的开环增益。对于临界阻尼比相应的开环增益即为实轴上的分离点对应的开环增益。
题库 一填空 1、一般过程控制系统是由[<被控对象>] 和[<自动装置>]两部分组成。 2、一般过程控制系统中自动装置是由[<测量变送器>]、控制器、[〈控制阀〉]三个环节组成。 3、过程控制系统按设定植的形式不同分为定植控制系统、[〈随动控制系统〉]和[〈程序控制系统〉]。 4、定植控制系统是指过程控制系统的[〈设定植〉]恒定不变，工艺生产中要求控制系统的[〈被控变量〉]保持在一个标准 值上不变。 5、过程控制系统按控制系统的结构特点分为[〈反馈控制系统〉]，前馈控制系统和[〈前馈-反馈控制系统〉]。 6、过程控制系统按控制系统的任务分为比例控制、[〈均匀控制〉]、[前馈控制〉]。 7、过程控制系统按自动化装置的不同分类分为[〈常规控制系统〉]和[〈计算机控制系统〉]。 8、过程控制系统按是否形成闭合回路分为[〈开环控制系统〉]和[〈闭环控制系统〉]。 9、过程控制系统按控制系统的功能分为比值、[〈均匀〉]、分程和[〈选择性控制系统〉]。 10、表征生产设备是否正常运行而需要加以控制的物理量是[〈被控变量〉]；受控制装置操纵，并使被控变量保持在设定植 的物理量是[〈操纵变量〉]。 11、把系统的输出信号对控制作用有直接影响的控制系统称为[〈闭环控制系统〉]；把把系统的输出信号对控制作用没有影 响的控制系统称为[〈开环控制系统〉]。 12、过程控制系统按调节器的控制规律分为比例、[〈比例积分〉]、比例微分、[〈比例积分微分〉]控制系统。 13、过程控制系统性能的好坏，不仅取决于系统[〈稳态时的控制精度〉]，还取决于[〈瞬态时的工作状况〉]。 14、对过程控制系统的基本性能要求有三点，分别为[〈稳定性〉]，准确性和[〈快速性〉]。 15、过程控制系统是由6种基本典型环节组成，它们分别为一阶环节、[〈二阶环节〉]、比例环节、积分环节、微分环节和 [〈纯滞后环节〉]。 16、被控对象的特性就是[〈被控对象〉]的输出变量与[〈输入变量〉]之间的关系。 17、过程控制系统的传递函数就是在[〈零初始条件下〉]，系统或环节[〈输出变量的拉氏变换〉]与输入变量的拉氏变换之 比。 18、一阶环节微分方程为5dy/dt+y（t）=4x（t），则其传递函数为[<4/(5s+1)>];比例环节的微分方程为y(t)=Kx,(其传递 函数为t)[
第4章思考题与习题 1．基本练习题 （1）什么是被控过程的特性？什么是被控过程的数学模型？为什么要研究过程的数学模型？目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种？ 答： 1）过程控制特性指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变化规律。 2）被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。 3）目的： ○1设计过程控制系统及整定控制参数； ○2指导生产工艺及其设备的设计与操作； ○3对被控过程进行仿真研究； ○4培训运行操作人员； ○5工业过程的故障检测与诊断。 4）机理演绎法和实验辨识法。 （2）响应曲线法辨识过程数学模型时，一般应注意哪些问题？ 答： 1）合理地选择阶跃输入信号的幅度，幅值不能过大以免对生产的正常进行产生不利影响。但也不能太小，以防其他干扰影响的比重相对较大而影响试验结果。一般取正常输入信号最大幅值的10%； 2）试验时被控过程应处于相对稳定的工况； 3）在相同条件下进行多次测试，消除非线性； 4）分别做正、反方向的阶跃输入信号试验，并将两次结果进行比较，以衡量过程的非线性程度； 5）每完成一次试验后，应将被控过程恢复到原来的工况并稳定一段时间再做第二次试验。 （3）怎样用最小二乘法估计模型参数，最小二乘的一次完成算法与递推算法有何区别？ 答： 1）最小二乘法可以将待辨识过程看作“黑箱”。利用输入输出数据来确定多项式的系数利用) h k e =θ来确定模型参数。 k T+ ) ( (y k ( ) 2）区别：一次完成要知道所有的输入输出数据才能辨识参数，即只能离线辨识。递推算法可以只知道一部分数据即进行辨识，可用于在线辨识。
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。
. 第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答： 自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。 闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。 闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。 < 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。 答： 自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。 稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。 准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的精度
填空 1 前馈控制一般有四种结构形式，分别为：（ ），（ ）， （ ），（ ）。 2 工业上PID 控制器一般可以分为四类，分别为：（ ），（ ），（ ），（ ）。 （1） Smith 预估补偿控制对给定值的跟随效果比对干扰量的抑制效果要好（ ） (2) 在PID 控制中，若系统震荡剧烈，则应加大积分信号（ ） （3） 在PID 控制中，为了提高系统的响应速度，则应加大比例信号（ ） （4） 在控制系统中，控制通道时间常数的大小反映了控制作用的强弱（ ） （5） 增量型PID 算式仅仅是计算方法上的改进，并没有改变位置型PID 算式的本质（ ） （6） 串级控制系统的主回路可以看成是一个定值控制系统（ ） （7） 在模糊控制中，隶属度函数值一般不会大于1 （ ） （8） 在解耦控制中，若Λ矩阵的元素λ越接近1，表示相关通道受耦合的影响越小（ ） （9） 在选择性控制中，总有一个控制器（调节器）处于开环状态 （ ） (10) 分程控制本质上是一个单回路控制系统 （ ） (10) 均匀控制结构上与单回路控制系统完全相同 （ ） （11）自衡的非振荡过程传递函数一般可写为：s e Ts s K s G τ-+= ) 1()(( ) （12）不论前馈还是反馈控制系统扰动滞后f τ都不会影响控制系统的品质( ) （13）任何串级控制系统副对象的动态滞后总是比整个对象的动态滞后大( ) （14）前馈控制系统属于开环控制系统 ( ) （15）在解耦控制中，相对增益λ为负值，表示严重关联 ( ) （16）实验室控制AE2000A 的控制方式中没有计算机控制( ) （17）在实验室DCS 中，JX-300的所有卡件均为热插拔卡件 ( ) （18）鲁棒控制是基于含有不确定性的非精确数学模型来设计系统控制器。 ( ) （19）鲁棒控制中，小增益定理给出了多变量系统稳定的充要条件( ) （20）微分作用在高频下有大的振幅比，所以存在高频噪声的地方可以采用微分（ ） (21) 均匀控制的控制器参数整定目标和方法与单回路控制系统完全相同 （ ） (22) 在PID 控制中，若系统的超调量过大，则可以通过减小比例系数的大小修正（ ） （23） 在PID 控制中，通过加入积分控制实现系统的无静差控制（ ） （24） 在控制系统中，控制通道时间常数的大小反映了控制作用的强弱（ ） （25） 在控制系统中，扰动通道滞后时间常数的大小反映了扰动作用的强弱（ ） （26） 串级控制系统的副回路可以看成是一个定值控制系统（ ） （27） Smith 预估补偿控制效果的好坏依赖于系统的数学模型的精度（ ） （28）内模控制本质上时一种特殊的Smith 预估补偿控制（ ）
1、列举4种以上热工参数 答：温度、压力、流量、液位、成分、物性 2 、单回路控制系统方框图（构成） 3、工业生产对过程控制的要求（简答） 答：安全性:确保生产过程中人身与设备安全,保护或减少生产过程对环境的影响。 稳定性:具有抑制外部干扰、保持生产过程长期稳定运行的能力。 经济性：实现效益最大化或成本最小化。 4、过程控制系统的组成 (广义和常规定义) 答： 广义对象:检测元件、变送器、执行器和被控对象 5．控变量/受控变量/过程变量（Controlled Variable - CV , Process Variable - PV ）、 设定值/给定值 (Setpoint - SP, Setpoint Value - SV )、 操纵变量/操作变 (ManipulatedVariable, MV) 扰动/扰动变量 (Disturbance Variable ，DV) 控制器G c (s )执行器G v (s)控制通道G p (s)测量变送 G m (s )设定值y sp 偏差 e +_控制变量u 操纵变量q 被控变量y 测量值 y m 扰动 D 干扰通道 G D (s )+ +被控对象
测量/测量信号 (Measurement ) 控制/控制信号/控制变量（Control Variable ） 6、干扰和扰动的概念 答：干扰（扰动）：除操纵变量以外，作用于对象并能引起被控变量变化的因素，称为干扰或扰动。 7、过程控制系统按结构如何分类（画出结构图） 答：反馈控制系统 前馈控制系统 前馈-反馈控制系统
7、按设定值如何分类 答：定值控制系统：设定值固定不变或在规定的小范围内变化 随动控制系统：设定值随时间任意变化 程序控制系统：设定值按预定的时间程序变化，也称为顺序控制系统 8、过程控制单项性能指标有哪些？分别表征什么特性（会算） 答：最大偏差和超调量（准确性指标）、衰减比（稳定性指标）、余差（准确性指标）、过 渡时间（快速性指标）、振荡周期或频率（快速性指标） 9、数学模型要素 答：输出量和输入量 10、有自衡过程和无自衡过程（含传递函数） 答：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，能够自动恢复到原来或新的平衡状态，则称该过程具有自衡特性，否则，该过程则被认为无自衡特性。 11、被控过程数学模型的建立方法 答：机理法、实验法、混合法（机理法与实验法相结合）。 12、过程一阶环节、二阶环节的传递函数 答：一阶： 二阶： 0 1220)()()(a s a s a b s U s Y s G ++==1)()()(+==Ts K s U s Y s G
第七章过程控制控制系统习题及答案 一、填空 1. 单回路控制系统由传感器、调节器、执行器和被控对象组成。 2. 一个包含伺服放大器的电动调节阀，实际上是一个以调节器送来的信号为给定值、阀门位置信号为被控参数的单回路控制系统，该系统所采用的调节规律是位式调节规律。 3. 单回路控制器常见的五种控制规律是位式控制规律、比例控制规律、比例积分控制规律、比例微分控制规律及比例积分微分控制规律。 4. 当对象调节通道和测量元件的时间常数T 0较大，纯滞后τ很小，即τ/ T 很 小时，应用微分作用可以获得相当良好的效果。 5. 当对象调节通道时间常数T 较小，系统负荷变化较大时，为了消除干扰引起的余差，除了比例作用外还应采用积分作用。 6. 串级控制系统有两个控制回路。 7. 串级控制系统的内回路是一个随动控制系统，其给定值为外回路中的主调节器输出。 8. 串级控制系统主要用于控制通道时间常数太大的被控系统。 9. 串级控制系统副调节器一般选择比例调节规律，最好不采用积分调节作用，他会牺牲副回路的快速性，彻底消除偏差也不是副回路的职责，微分调节作用也是不能采用的，否则一旦主调节器的输出稍有变化就会引起执行机构的大幅度动作，加大其磨损。 10. 串级控制系统的主调节器最好包含积分控制作用，以保证干扰被彻底克服。 11. 某个干扰能否用前馈控制系统来克服的前提条件是该干扰信号可测量。 12. 单纯的前馈控制系统能实现良好控制效果的前提是能获得相应干扰通道精确的数学模型。 二、选择 1. 串级控制系统的副回路一般采用的调节规律是（A）。 （A）比例调节规律（B）比例积分微分（C）比例微分（D）比例积分2. 对串级控制系统副回路的要求是（B）。 （A）消除稳态误差（B）快速克服主要干扰（C）消除所有干扰（D）消除主干扰3. 单回路控制系统由（A）组成。 （A）控制器、执行器、变送器和被控对象（B）控制器、执行器和变送器（C）输入、反馈、控制器和执行器（D）PID调节器、变送器和电动调节阀 三、判断 1. 串级控制系统有内外两个控制回路，主副两个调节器、两个执行器和两个被控对象。（×） 只有一个执行器，一个被控对象被分为了主对象和副对象。 2. 采用一步整定法对串级控制系统进行参数整定是考虑到对副变量控制的要求不高，允许它在一定范围内变化这一前提，根据经验先将副调节器一次放好，不再变动，然后按一般单回路控制系统的整定方法直接整定主调节器参数。（√） 3. 由于串级控制系统副回路具有快速性的特点，所以应将所有干扰包含在副回路中，以使干扰被快速克服。（×） 如果要将副回路包含所有的干扰，则副回路必然变得冗长而失去其快速性的优点，违背了串级控制系统设计的原则。 4. 串级控制系统中，副回路的控制目的就是稳定副变量。（×）
第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答： 自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。 闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。 闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。 答： 自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。 稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。 准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的精度越高，准确性越好。当准确性与快速性有矛盾时，应兼顾这两方面的要求。 1-3 请给出图1-4炉温控制系统的方框图。 答：
一、填空题 1.被控过程的数学模型，是指过程在各个输入量作用下，其相应输出量变化函数关系的数学表达式。 2.过程的数学模型有两种，非参数模型和参数模型。 3.过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量 是、、、 、和等这样的一些过程变量的系统。 4.表示过程控制系统控制关系的方框图，两个框之间的带箭头连线表 示，但是不表示。 5.一种测量体与被测介质接触，测量体将被测参数成比例转换成另一种便于计量的物理量，再用仪表加以显示，通常把前一种过程叫做，所用的仪表称 为，后面的计量显示仪表称为。 6.在热电偶测温回路中接入第三种导体时，只要接入第三种导体的两个接点温度相同，回路中总电动势值。 7.DDZ-III型变送器是一种将被测的各种参数变换成的仪表。 8.正作用执行机构是指。 反作用执行结构是指。 9.流通能力定义为。 10.执行器的流量特性是指与的关系。 11.接触式测温时，应保证测温仪表与被测介质，要求仪表与介质成状态，至少是，切勿与介质成安装。 12.干扰通道存在纯时间滞后，理论上（影响/不影响）控制质量。 13.扰动通道离被控参数越近，则对被控过程影响。 14.正作用调节器的测量值增加时，调节器的输出亦，其静态放大倍数取。 反作用调节器的测量值增加时，调节器的输出，其静态放大倍数取。 15.气开式调节阀，其静态放大倍数取，气关式调节阀，其静态放大倍数取。 16.常见复杂控制系统有、、、 和等。 17.串级控制系统与单回路控制系统的区别是其在结构上多了一个，形成了两 个。 18.一般认为纯滞后时间τ与过程时间常数T之比大于0.3，则称该过程为。 19.凡是两个或多个参数自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为。20．分程控制系统从控制的平滑性来考虑，调节阀应尽量选用调节阀，可采用法来控制调节阀开度。 21．选择性控制系统的特点是采用了。它可以接在两个和多个调节器的输出端，对进行选择，也可以接在几个变送器的输出端，对 进行选择。 22．常见DDZ-III型温度变送器有温度变送器、温度变送器、温度变送器。 23．绝对误差是指。 24．典型的过程控制系统由、、、和等环节构成。 25．按过程控制系统结构特点来分类可分为、、。26．按过程控制系统给定值来分类可分为、、。27．被控过程输入量与输出量的信号联系称为。控制作用与被控量之间的信号通道联系称为。 28．当阶跃扰动发生后，被控过程能达到新的平衡，该过程称为过程，如果不能达到新的平衡，则称该过程为过程。 29．研究建模过程的目的主要有、、
第1章绪论思考题与习题 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：控制器，被控对象，执行机构，检测变送装置。 1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？ 解答： 被控对象自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。 被控变量被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。 操纵变量受控制器操纵的，用以克服扰动的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。扰动量除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。 设定值被控变量的预定值。 偏差被控变量的设定值与实际值之差。 1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 按照设定值的不同形式又可分为: 1．定值控制系统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.随动控制系统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.程序控制系统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。 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？为什么说研究控制系统的动态比其静态更有意义？ 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。 在自动化工作中，了解、研究控制系统动态比其静态更为重要。因为在生产过程中，干扰是客观存在的，是不可避免的。在扰动引起系统变动后，就需要通过控制装置不断地施加控制作用去消除干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺生产所规定的技术指标上，以满足过程控制的要求。一个正常工作的自动控制系统，时时刻刻都受到扰动的频繁作用，总是处在一种频
第一章 绪论 1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答：1开环系统 (1) 优点:结构简单，成本低，工作稳定。用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。 (2) 缺点：不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量 偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。它是一种按偏差调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。 1-2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？试举例说 明之。 解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。 闭环控制系统常采用负反馈。由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。 1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非 线性，定常，时变）？ （1）22 ()()() 234()56()d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+ （2）()2()y t u t =+ （3）()()2()4()dy t du t t y t u t dt dt +=+ （4）() 2()()sin dy t y t u t t dt ω+= （5）22 ()() ()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++= （6）2() ()2() dy t y t u t dt +=
《过程控制工程》期末复习题 一、（每空1分）填空题： 1、对于一个比例积分微分（PID）控制器来说，积分时间越小则积分作用越；微分时间越小，则微分作用越。 2、三种常用的均匀控制方案包括、、。 3、常规PID控制器中的P指作用、I指作用、 D指作用。 4、用于输送流体和提高流体压头的机械设备统称为流体输送设备，其中输送液体并提高其压头的机械称为，而输送气体并提高其压头的机械称为。 5、工程上常用的几种整定PID控制器参数的方法是、、、 。 6、请举出我们曾经学过的三种复杂控制系统：、、。 7、比值系统控制系统从结构上可分为四种，分别是开环比值控制系统、、 、四种。 8、调节阀的固有流量特性主要有、、、 四种。 9、比值系统控制系统从结构上可分为四种，分别是开环比值控制系统、、 、四种。 10、单回路控制系统一般由、、、四个环节组成 11、常见的传热设备有、、等。 12、要消除系统的稳态误差，通常选用控制器。 13、用来评价控制系统性能优劣的阶跃响应曲线性能指标分别是、、、振荡频率和回复时间等。 14、工程上进行PID控制器参数整定时，随动系统的控制品质要求衰减比为，定值系统中控制品质要求衰减比为。 15、常见的传热设备有、、等。 16、精馏装置一般由、、、等设备组成。精馏塔产品质量指标选择有直接产品质量指标和两类。
二、选择题（10分，每小题2分） 1、成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（）。 A. PI B. PD C. PID 2、自动控制系统中控制器正、反作用的确定是根据（）。 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。 3、单纯的前馈调节是一种能对（）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 4、分程控制系统常要加装（）来达到分程的目的。 A．调节器 B.变送器 C.阀门定位器 5、在某一分离异丁烷与正丁烷的精馏塔中，微小的压力波动也会影响温度的变化，同时压力波动引起的各板上温度变化的方向是一致的，此时应选择（）作为间接质量指标进行控制。 A．灵敏板温度 B.温差 C.双温差 6、如果甲乙两个广义调节对象的动态特性完全相同（如均为二阶对象），甲采用PI作用调节器，乙采用P作用调节器。当比例带的数值完全相同时，甲，乙两系统的振荡程度相比 A. 甲系统振荡程度比乙系统剧烈。 B. 乙系统振荡程度比甲系统剧烈。 C. 甲、乙两系统的振荡程度相同。 7、定值控制系统是（）环调节，单纯的前馈控制系统是（）环调节。 A．开，闭 B．闭，开 C．开，开 D．闭，闭