第1章(P15)
1、基本练习题
(1)简述过程控制的特点。
Q：1)系统由被控过程与系列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；4)控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5)定值控制是过程控制的主要形式。
(2)什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。Q：1)过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。2)组成框图：
f(t)
r(t) e% u(t) q(t)》,
一上fo_U捽制器一►执行器一—
z(t) ---------------------
----------- 测量变送装置」-------
(3))单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。1)模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动皿型：4~20mADC或1~5V DC。2) 数字式仪表的信号：无统一标准。
(4)试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。Q：是串级控制系统。方块图：
热油出
(5)过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1)最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。2)略
(8)通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。Q：1)按结构不同，分为反馈控制
系统、前馈控制系统、前馈•反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。2)略
(10)只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q：1)不是这样。2)比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。
（11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？Q：1）是。2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。
2、综合练习题
（1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变
量名称和所用仪表的名称。
h --- ---- N ——一
Q：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。1 （流量）来实现液位控制的作用。2）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q2 （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）什么是仪表的信号制？通常，现场与控制室仪表之间采用直流电流信号、控制室内部仪表之间采用直流电压信号，这是为什么？Q：1）自动化仪表的信号制是指在成套系列仪表中，各个仪表的输入/输出信号均采用某种统一的标准形式，使各个仪表间的任意连接成为可能。2）略（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，在设定值作阶跃干扰时的过渡过程曲线如下图所示。要求：
图设定值「扰时的过渡过程曲线示意图
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。
Q ： 1）由上图可得 y （8）= 810℃,设定值 r=800℃, B 1=850-810=40, B 2=820-810=10
稳态误差 e （8）= r - y （8）=800℃-810℃= -10℃ B
衰减比：n = _1 = 40 =4 : 1,
B 10
2
最大超调量：S = M ）-M ◎ x 100% = 850- 810x 100% = 4.938% y （8） 810
过渡过程时间t s :大概在17min 左右2）虽然该系统最大超调满足要求，然而在规定操作 温度为800℃，而最后趋于稳定的值却为810℃,因此不满足工艺要求。
（4）图1-13所示为一类简单锅炉汽包水位控制流程图，试画出该控制系统框图，并说明其 被控过程、被控参数、控制参数和干扰参数各是什么？
Q ： 1）控制系统框图：
蒸汽流量变化
液位变送器 被控过程：加热器+汽包 被控参数：汽包水位控 制参数：上水流量 干扰参数：蒸汽流量变化
第2章(P70)
1、基本练习题
(3)某台测温仪表测量的上下限为500~1000℃,它的最大绝对误差为±2℃,试确定该仪表 的精度等级。
Q ：仪表的引用误差Y =±最大绝对误差x 100% =± 2 x 100% =± 0.4%，其精度等级为0.4
量程
1000- 500 7/L C
液位设定
__________ _______________ * 液位控制器 一►上水调节阀 一►!
实际液位
级。
(4)某台测温仪表测量的上下限为100~1000c，工艺要求该仪表指示值的误差不超过
±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？
Q：工艺允许的仪表引用误差为
” 一允许的最大绝对误差2
Y允二量程------ x100% = ±1000_ 100x 100% =± 0.22%
应选0・2级的仪表才能满足。
(5)有一台DDZ-小型两线制差压变送器，已知其量程为20~100kPa,当输入信号为40kPa 和
80kPa时，变送器的输出分别是多少？
Q：1) 8mA；2) 16mA.
(6)设有某DDZ-m型毫伏输入变送器，其零点迁移值u mn=6mV DC,量程为12mV DC。
现已知变送器的输出电流为12mA DC。试问：被测信号为多少毫伏？
Q：12mV DC
(12)某被测温度信号在40~80℃范围内变化，工艺要求测量误差不超过±1%,现有两台测温仪表，精度等级均为0.5级，其中一台仪表的测量范围为0~100℃,另一台仪表的测量范围为
0~200℃,试问这两台仪表能否满足上述测量要求？
Q：工艺允许的最大绝对误差=±40x 1% =± 0.4 ℃。
1)使用0~100℃的仪表，则Y.=± 400°" x 100% =± 0.4 , 0.5级精度不可以满足；允
0.4
2)使用0~200℃的仪表，则y允=± 200 x 100% =± 0.2 , 0.5级精度不可以满足；
(13)热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？其补偿方法常采用哪几种？Q：1)采用补偿导线可把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和比较稳定的操作室内，但冷端温度还不是0℃，而工业上常用热电偶的E t-t关系曲线是在冷端温度t=0℃情况下得到的，与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的。而操作室的温度往往不是0℃，这样测量结果就会有误差，因此需要进行冷端温度的校正。(解决冷端温度不为零的问题)2)常用的有查表法、电桥补偿法。
(14)热电阻测温电桥中的三线制接法为什么能减小环境温度变化对测温精度的影响？Q：因为用热电阻测温时，热电阻要安装在被测温度的现场，而电桥中的其它电阻连同仪表一起则安装在控制室。现场与控制室之间有一定的距离，因此连接热电阻的导线的电阻往往不可
忽略，若采用普通的二线制接法，则连接热电阻的两根导线都分布在电桥的一个桥臂上，因 此，连接导线的电阻随着环境温度的变化而变化，将同热电阻阻值的变化一起加在平衡电桥的 一个桥臂上，这会使测量产生较大的误差。采用三线制接法可以减少甚至抵消连接导线电阻对 测量结果造成的误差。
2、综合练习题
（1）某一标定为100~600℃的温度计出厂前经校验，各点的测量结果值如下:
1）试求该仪表的最大绝对误差。
2）确定该仪表的精度等级。
3）经过一段时间后，仪表的最大绝对误差为±7℃，问此时仪表的精度等级为多少? Q ： 1）取 A= I x — x a I 中的最大值，计算可知最大绝对误差等于±6℃。
最大绝^误差 6 量程
x 100% =^ 600_ 100x 100% =^- 1.2%，符合 1.5 级精度。 最大绝对误差 7 e E
量程 x 100% =^ 600— 100* 100% =i 1*4%，符合 1.5 级精度。
（2）用分度号Pt100的热电阻测温，却错查了 Cu50的分度表，得到的温度是150℃。问 实际温度是多少？
Q ： 1）查Cu50的分度表，找出与150℃对应的电阻值Rt=82,13Q ；查Pt100的分度表，找出 与82.13Q 对应的温度值，约为-45℃。
（3）若被测压力的变化范围为0.5~1.4MPa ,要求测量误差不大于压力示值的土 5%。可供选 用的压力表规格：量程为0~1.6MPa , 0~2.5 MPa , 0~4MPa ,精度等级为1.0、1.5、2,5。试 选择合适量程和精度的压力表。
Q ：最大工作压力不超过仪表量程的2/3,则可选择0~2.5MPa 范围。允许的最大绝对误差：土 0.5*5%=±0.025MPa ,允许的最大引用误差：y 允=±幽"2.5 x 100% =± 1%，可选择1.0级精度
等级。
（5）用差压变送器与标准孔板配套测量管道介质流量。若差压变送器量程为104Pa ,对应输 出信号为4~20mADC ,相应流量为0~320m 3/h 。求差压变送器输出信号为8mADC 时，对 应的差压值及流量值各是多少？
Q ：因为未加开方器。流量与差压的平方根成正比。8mADC 对应的差压值为2500Pa ,流量则 为 160 m 3/h 。
2）仪表引用误勤13 3）仪表引用误差y 2 g
3、设计题
（1）用分度号为K的镍铬-银硅热电偶测量温度，在无冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为600℃，此时冷端温度为50℃。试问：实际温度是多少？如果热端温度不变，使冷端温度为20℃时，此时显示仪表指示值应为多少？
Q：1）查K分度表，知600℃对应的热电势为24.902mV,由题意可知这热电势是由热端温度为
一、填空题 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s t ；静 态质量指标有 稳态误差e ss 。 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 进展补偿。 10、随着控制通道的增益K 0的增加，控制作用 增强 ，克制干扰的能力 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 系统辨识及参数估计 。 13、控制系统对检测变送环节的根本要求是 准确 、 迅速 和 可靠 。 14、控制阀的选择包括 构造材质的选择、 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 、限制控制器积分局部的输出和 积分切除法。 16、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 。 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 。 二、名词解释题 1、衰减比
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
第1章(P15) 1、基本练习题 (1)简述过程控制的特点。 Q：1)系统由被控过程与系列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；4)控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5)定值控制是过程控制的主要形式。 (2)什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。Q：1)过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。2)组成框图： f(t) r(t) e% u(t) q(t)》, 一上fo_U捽制器一►执行器一— z(t) --------------------- ----------- 测量变送装置」------- (3))单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。1)模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动皿型：4~20mADC或1~5V DC。2) 数字式仪表的信号：无统一标准。 (4)试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。Q：是串级控制系统。方块图： 热油出 (5)过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1)最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。2)略 (8)通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。Q：1)按结构不同，分为反馈控制 系统、前馈控制系统、前馈•反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。2)略 (10)只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q：1)不是这样。2)比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。
《自动化仪表与过程控制》习题及思考题 习题一 1、设有一温度测量仪表，量程为0%~1100。g精度为0.5级，试求该仪表允许 的最大绝对误差、分格值的下限值和灵敏限的上限值？ 2、为什么热电偶测温时要进行冷端温度补偿？如何进行补偿？ 3、用热电偶测温时，为什么要用补偿导线？补偿导线能起冷端温度补偿的作用 吗？ 4、用镖铭-镖硅(分度号：K)热电偶工作时，冷端温度TO=30 %,测得热电偶的 电势：E (T, T0) =39.29mv,求被测介质的实际温度? 5、热电偶冷端温度补偿桥路如下图所示。已知∕∣=∕2=0∙5"Z A,热电偶为镖铭- 铜银热电偶。试求补偿电阻扁,在基准温度"=20%时的阻值。 习题二 1、已知粕错-伯、铜-康铜热电偶具有下图所示温度特性，其中& < & < ( <储, 试设计一个非线性反馈电路，并简述其工作原理。
2、DDZ-IIl型热电阻温度变送器的线性化器原理图及热电阻非线性特性如下两 图所示。求，,与用的关系表达式，并简述其线性化原理. RN 3、有两只DDZ-Ill型温度变送器，一只变送范围为IoOo°c,另一只变送范围为 1500°c,这两只表的精度等级均为0.5级,若用这两只表去测量500°C ~ 15OO o c 的温度，试问用哪只表测量时误差小些？(配合热电偶使用) 习题三 1、什么是绝对压力、表压力和真空度？其关系如何？ 2、为什么一般工业上的压力计都做成测表压或真空度，而不做成测绝对压力的 形式？ 3、某压力表的测量范围为O-IPa,精度等级为1级，试问此压力表允许的最大绝 对误差是多少？若采用标准压力计来校验该压力表，在校验点为0∙5Pa时, 标准压力计的读数为0,508Pa,试问被校压力表在这一点是否符合1级精度？ 为什么？ 4、若测量某容器压力，工艺要求压力为：L5±0∙05VPα,现可供选择的弹簧管压 力表的精度有：LO、1.5、2.5X及4.0,可供选择的量程有：0~1.6, 0-2.5, 及0~4.0 (MPa),试选择弹簧管压力表的量程及精度等级？ 5、现有一只测量范围在0~L6MPa,精度为1.5级的普通弹簧压力表，校验后, 其结果如下： 标准表MPa00.3850.79 1.21 1.595 上行程MPa00.40.8 1.2 1.6 下行程MPa00.380.78 1.195 1.59 试问这只表是否合格?
1、调节器正反作用方式的定义是什么？在方案设计中应该怎样确定调节器的正反作用方式？P157-P158 答： （1）当被控过程的输入量增加（或减小）时，过程的输出量（即被控参数）也随之增加（或减小），则称为正作用被控过程，反之称为反作用被控过程； （2）①首先根据生产工艺要求及安全等原则确定调节阀的气开、气关形式，以确定Kv的正负； ②然后根据被控过程特征确定其属于正、反哪种类型，以确定Ko的正负； ③最后根据系统开环传递函数中各环节静态增益的乘积α必须为正这一原则确定调节器Ko的正负，进而确定调节器的正反作用类型。 2、P、I、D调节规律各有何特点？P152 答： P调节（比例调节规律）特点： 1)有差调节，不可避免地存在稳态误差： 2)稳态误差随比例度的增大而增大；； 3)不适用于给定值随时间变化的系统； 4)增大Kc，不仅可以减小稳态误差，还可以加快响应速率 I调节（积分调节规律）特点： 1)可以提高系统的无差度，也即提高系统的稳态控制精度： 2)过渡过程变化相对缓慢，系统的稳定性差 D调节（微分调节规律）特点： 1)单纯的微分调节器是不能工作的； 2)能预测偏差变化趋势，防止系统被调量出现较大动态偏差； 3、调节器的参数有哪些工程整定方法？各有什么特点？P159 答： （1）反应曲线法，临界比例度法，衰减曲线法 （2）特点： a)反应曲线法是一种开环整定方法，是得到被控过程的典型参数之后，再对调节器参数进行整定的； b)临界比例度法是一种闭环整定方法，不需测试动态特征，方便简洁，使用方便； c)衰减曲线法与临界比例度法类似，都是依赖系统在某种运行状况下的特征信息对调节器进行参数整定的， 无需单据被控的数学模型，但不同的是无需出现等幅振荡过程 4、微分控制为什么不能单独作用调节规律？P154 答：因为任何实际的调节器都有一定的不灵敏区（或称死区），在不灵敏区内，当系统的输出产生变化时，调节器并不动作，从而导致被调节的偏差有可能出现相当的数值而得不到校正 5、控制方案确定中为了减小或消除控制通道中纯时延时对系统控制品质不良影响，怎样设计一种补偿措施？答：在系统设计时，应使控制通道的时间常数To既不能太大也不能太小。当To过大而又无法减小时，可以考虑在控制通道中增加微分环节。另可以选用快速测量仪表变送环节的时间常数，或采取一定措施以减小执行器的时间常数等等。 6、简述DDE-Ⅲ全刻度指示器的组成、工作状态和各开关作用。P76 答： 1.指示单元：测量指示电路，给定指示电路 2.控制单元：输入电路，PD电路，PI电路，输出电路，软手动与硬手动操作电路 3.工作状态：自动，软手动，硬手动 4.各开关作用：内、外给定，换挡，工作状态选择等 7、简述执行器的组成、作用，常用执行器及特点。P93 答：
《过程控制与自动化仪表》习题答案 篇一：2012过程控制及其自动化仪表A卷参考答案 ：号学：名姓：级班业专装：院学 安徽农业大学2011~2012学年第二学期试卷 (A卷) 考试形式:闭卷笔试，2小时，满分100分适用专业:09电气 一、单项选择题(共10小题，每小题2分，共20分) (注意：第一大题答案请写入下面的答题卡中) 1、控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫做( B ) A、负反馈 B、正反馈 C、前馈 2、某测温仪表范围为200~1000℃，根据工艺要求，温度指示值不允许超过±6℃，则应选仪表的精度等级为( A ) A、级 B、级 C、级 3、常见的自动控制系统是一个( C )系统。 A、开环控制 B、前馈控制 C、反馈控制 4、积分作用可用来( A ) A、消除余差 B、克服纯滞后 C、克服容量滞后 5、下列表达式中，表示比例积分调节规律的是( A ) A、?MV?K1 p(DV? TDVdt)B、?MV?Kp(DV?TdDVD)C、?MV? KpDV I ?dt6、压力表的测量使用范围一般为其量程的( A )处。
A、1/3~2/3 B、1/3 7、常见的调节阀按其工作方式分有气动、电动和液动，其中加工、安装和维护工作量大，但动力强劲，常用于航空航天、矿山机械的是 ( C ) A、电动调节阀 B、气动调节阀 C、液动调节阀 8、如图所示直通双座阀，下列表述正确的是( A ) A、适于大压差场合 B、不适于大管径场合 C、泄漏量较小 9、对象受到阶跃输入后，输出达到新的稳态值的％所需的时间，就是( B ) A、放大倍数 B、时间常数 C、纯滞后时间 10、有些工艺对象不允许长时间施加较大幅度的扰动，在实验法建立其数学模型时应采用( B ) A、阶跃响应曲线法 B、方波响应曲线法 C、最小二乘法 二、判断题(共5小题，每小题2分，共10分) ( ×)1、工业过程控制系统大部分是随动系统。 ( ×)2、被调参数为温度的对象，时间常数和滞后都比较小。 ( ×)3、用电子电位差计测热电偶温度，若冷端温度下降3℃，热端温度升高3℃，则示值约升高6℃。 ( √)4、测量液体管道静压时，应选择在管道中间偏下方45度取压。 ( √)5、零点迁移的实质是测量范围的平移，它并不改变仪表的量程。 三、填空题(共10小题，每题2分，共20分) 1、自动调节系统方块图中，给定值SV，测量值 PV，偏差DV 之间的关系是。
自动化仪表与过程控制试题（含答案）自动化仪表与过程控制试题 题号一二三四五总分 得分 得分评卷人 一、填空题(每空1分，共20分) 1、测量温度的方法虽然很多，但从感受温度的途径来分，可以分为两大类:一类是( )的，即通过测温元件与被测物体的接触而感知物体的温度;另一类是( )的，即通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。 2、电动温度变送器，核心都是一个直流低电平电压—电流变换器，大体上都可分为( )、( )及( )三部分。 3、调节器的输出电路是一个电压—电流转换器，还承担( )的任务。 4、在数字控制系统中，当需要限制输出量的变化速率，以及需要实现自动/手动无扰切换等场合，使用增量算式有许多便利之处，所以有些控制系统中不直接计算y，而先算出( )。 n 5、SLPC单回路控制器是按( )或( )的定周期节拍工作的。 6、DCS系统常采用多主站的令牌传送方式，在系统内，各( )和( )的地位都是相同的，没有固定的主站与从站划分。 7、集散控制系统的操作站主要有三大功能，即以系统生成、维护为主的( )功能，以监视、运行、记录为主的( )功能，以及与现场控制站和上位计算机交换信息的( )功能。 8、从结构来说，执行器一般由( )和( )两部分组成。 9、目前，用来测定对象动态特性的实验方法主要有( )、( )和( )三种。 10、为了克服用白色噪声作为输入，估算脉冲响应函数需要较长时间，可以采用( )信号作为输入探测信号。
得分评卷人 二、判断题(每题1分，共10分) 1、比例度P是一个无因次量，它表示在只有比例作用的情况下，能使输出量作满量程变化的输入量相对变化的百分数。 ( ) 2、DDZ-?型调节器的运算电路是PD与PID两个运算电路串联组成的。 ( ) 3、在混合过程PID算法的混合过程中要求的是瞬时流量的正负偏差积分为零 ( ) 4、SLPC型单回路控制器的指令共有46种。 ( ) 5、一个功能块参数可分为三类:输入参数，输出参数及外含参数。 ( ) 1 6、设备管理是所有基金会现场设备中重要的应用进程，用以管理设备信息，并协调分布式现场总线系统中各设备的运行。 ( ) 7、我国生产的DDZ-?型仪表中，在要求较高的场合，防爆栅采用隔离式方案，以变压器作为隔离元件，分别将输入、输出和电源电路进行隔离，以防止危险能量直接窜入现场。 ( ) 8、因为可以采用随机激励信号、瞬态激励信号来迅速测定系统的动态特性，所以现在很少采用稳态正弦激励试验来测定。 ( ) 9、和最佳过渡过程相反的调节器参数值叫做最佳整定参数。 ( ) 10、串级调节系统是一个双回路系统，实质上是把两个调节器串接起来，通过它们的协调工作，使一个被调量准确保持为给定值。 ( ) 得分评卷人 三、选择题(每题1分，共10分) 1、被称为( )仪表的理由是这些检测元件安装在生产第一线，直接与工艺介质相接触，取得第一次的测量信号。 A 一次 B 二次 C 三次 D 四次 2、下列( )不是工业上最常用的弹性测压元件。
•自动化仪表指哪一类仪俵么叫单元组合式仪表 答:a:是由若干自动化元件构成购有较完善功能的自动化技术而剧具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表 •DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电域流信号传输标准是伟海现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处 答:在DDZ-型和DDZ-II型以表中采用〜10mA流电流作为标准信丽在DDZ-III型和DDZ-型仪表中采用国际上统一的〜20mA流电流作为标准信域两种标准信号都以直流电流作为联络信得用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区另阻不存在相移问额不受传输线中电确容和负载性质的限怵用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化6镰狮信号白^远距离传送其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理梅琳电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械邺卜对于要求电压输入的仪表和麻耍在电流回路中串联电阻便可得到电压,蔽装用比较灵活 ・什么叫两线制变送?雷与传统的四线制变送器相比有什么懒攀例画出两线制变送器的基本结懒明其必要的组成部分 答:a.就是将供电的电源线与信号的传输线合并起集只用两根导载1有利于识别仪表的断电断线等救舜仅节省电缆布线方侧且大大有利与安全防爆易抗干扰3上限值较大有利于才制干挑上下限的比值为:1与气动仪表信号制对应便于相互折拿产生较大的磁力.图.
•什么是仪表的精确道问一台量程为00〜+1(00.精确度为0.5级的测量仪表 在量程范围内的最大误差为多少 答:模拟式仪表的合理精确膻该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡好文种比值称为相对百分误豫表工业规林掉百分误差的称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比，相对误差越小精度越 高.x/(100+100)=0.5%定1 ・1-1试述热电偶的测温原理业上常用的测温热电偶有哪喻检热电偶的分度 号次什么情况下要使用补偿导线 答:a.当两种不同的导体或半导体连接成闭合回籁两个接点温度不南路中就 会出现热电动聊产生电流.钳极其合例铸银硅银铸康铜专屏康铜c.分度 号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列d.在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势励补偿冷端温度 变化以保证测量精殿1了节约作为热偶丝在低温区的替代品 ・1-2热电阻测温有什么特施什么热电阻要用三线按法 答:a.在-200到+50城氏度范围内精度1tt能稳定可靠不需要冷端温度补1f鲫温 范围比热电偶彳盼在非线，曲.在使用平衡电桥对热电阻进行测量管电阻引出 三根导线一根的电阻与电源相连接不影响电桥的平彳朝外两根接到电桥的两臂内，他们随环境温度的变化可以相互抵消 ・1-3说明热电偶温度变送器的基本.制原理以及实现冷端温度补偿的箔法
过程控制系统与仪表习 题答案王再英 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
过程控制系统与仪表 王再英刘淮霞陈毅静编着 习题与思考题解答 机械工业出版社 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：
第1章思考题与习题 1．根本练习题 〔1〕简述过程控制的特点。 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．过程控制系统由规化的过程检测控制仪表组成 〔2〕什么是过程控制系统？试用方框图表示其一般组成。 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。 过程控制系统的一般性框图如图1-1所示： 图1-1 过程控制系统的一般性框图 〔3〕单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？ 答： 各个单元模块之间用统一的标准信号进展联络。 1〕模拟仪表的信号：气动0.02 ~0.1MPa；电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。 2〕数字式仪表的信号：无统一标准。 〔4〕试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。 答： 加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示：
图1-2 加热炉过程控制系统流程 图1-3加热炉过程控制系统流程方框图 〔5〕过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？ 答： 1〕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。 2〕各自定义为： 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y 〔∞〕之比的百分数： 1 100%() y y σ= ⨯∞ 最大动态偏差A ：在设定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度； 静差，也称剩余偏差C ： 过渡过程完毕后，被控参数所到达的新稳态值y 〔∞〕与设定值之间的偏差C 称为剩余偏差，简称残差；
第1章（P15） 1、基本练习题 （1）简述过程控制的特点。 Q：1）系统由被控过程与系列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；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5）定值控制是过程控制的主要形式。 （2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。 Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。2）组成框图： （3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？ Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。2）数字式仪表的信号：无统一标准。 （4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。 Q：是串级控制系统。方块图： （5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？ Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。2）略 （8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。 Q：1）按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。2）略 （10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？ Q：1）不是这样。2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。
仪表与自动化课后习题与答案 1-3、自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：一个自动控制系统主要是由两大部分组成：一部分是起控制作用的全套仪表，称自动化装置，包括测量元件及变送器、控制器、执行器；另一部分是自动化装置所控制的生产设备。 1-5、在自动控制系统中，测量变装置、控制器、执行器各起什么作用？ 答：测量元件与变送器，用于测量液位，并将测得的液位转化成统一的标准信号输出。 控制器，接受测量变送器送来的信号并与工艺要求的液位高度进行比较，计算出偏差的大小，并按某种运算规律算出结果，再将此结果用标准信号发送至执行器。 执行器，它接受控制器传来的操作指令信号，改变阀门的开度以改变物料或能量的大小，从而起到控制作用。 1-8、图1-15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？ 答：PI-307：具有指示功能的压力 表，该仪表就地安装，工号段为07。 TRC-303：具有记录功能的温度 控制仪表，该仪表集中仪表盘面 安装，工号段为3，仪表序号为07。 FRC-305：具有记录功能的流量控制 仪表该仪表集中仪表盘面安装，工 号段为3，仪表序号屡05。 1-11、图1-16所示为一反应温度控制系统示意图A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试现出该温度控制系统的方块图，并指出该项系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么，并说明该温度控制系统是一个具有负反馈的团环系统。
答：被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度； 操纵变量：冷却水流量；可能干扰：进料和冷却水的流量、压力和温度的改变当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时，其测量值与给定值比较，获得偏差信号，经温度控制器运算处理后，输出控制信号去驱动控制阀，使其开度增大，冷却水流量增加，这样使反应器的温度降下来，所以该项温度控制系统为一个具有负反馈的闭环系统。 1-19、某化学反应器工艺规定操作温度为（900±10℃）。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过60℃。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-17所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差和振荡周期。该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？ 答：最大偏差：A=950-900=50℃超调量：B=50-（908-900）=42℃ 衰减比：n=B：==21：5 余差：C=908-900=8℃ 振荡周期：45-9=36 min 1-20、图1-18（a）是蒸汽加热器的温度控制原理图。试现出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么。现因生产需要，要求出口物料温度从80℃提高到81℃，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如图1-18（b）所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81℃）。 答：被控对象：蒸汽加热器被控变量：出口物料温度 操纵变量：蒸汽流量可能干扰；物料和蒸汽输入的流量、压力、温度2-1、什么是对象特性？为什么要研究对象特性？ 答：对象的特性即对象的输入量与输出量之间的关系，是对象的外部特征，但它是由对象的内部结构机理等所决定。 研究控制对象的特征，掌握其内在规律，可以为合理地选择自动控制方案，设计最佳的控制系统、选择合适的控制器及控制器参数提供依据，使系统正常地运行。 2-8、反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？它们对自动控制系统有什么影响？ 答：反映对象特性的参数有：放大系数Ｋ、时间常用数Ｔ、滞后时间τ 放大系数Ｋ在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。对象放大系数越大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大。时间常数Ｔ：当对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间。时间常数越大，表示对象受到干扰作用后，被控变量变化得越慢，达到新的稳态值所需的时间越长。
第一章绪论 2.（1） 解： 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q1（流量）来实现液位控制的作用。 系统框图如下： 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q1 (t )； 被控对象的输入输出为：操作变量q1 (t )、扰动量q2 (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.（4） 解： 控制系统框图： 蒸汽流量变化液位设定 实际液位 液位控制器上水调节阀汽包 液位变送器 被控过程：加热器+汽包 被控参数：汽包水位 控制参数：上水流量 干扰参数：蒸汽流量变化 第二章过程参数的检测与变送 1.（1） 答：在过程控制中，过程控制仪表：调节器、电/气转换器、执行器、安全栅等。 调节器选电动的因为电源的问题容易解决，作用距离长，一般情况下不受限制；调节精 度高，还可以实现微机化。执行器多数是气动的，因为执行器直接与控制介质接触，常常在 高温、高压、深冷、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、易爆等恶劣条件下工作，选气动的执行 器就没有电压电流信号，不会产生火花，这样可以保证安全生产和避免严重事故的发生。 气动仪表的输入输出模拟信号统一使用 0.02~0.1MPa 的模拟气压信号。 电动仪表的输入输出模拟信号有直流电流、直流电压、交流电流和交流电压四种。各国 都以直流电流和直流电压作为统一标准信号。过程控制系统的模拟直流电流信号为 4~20mA DC，负载 250 &；模拟直流电压信号为 1~5V DC。 1.（2） 解：
●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表? 1答:a:是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表. ●DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处? 答:在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDZ-III型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mA直流电流作为标准信号.这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别,且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活. ●什么叫两线制变送器?它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分. 答:a.就是将供电的电源线与信号的传输线合并起来,一共只用两根导线.b. 1有利于识别仪表的断电断线等故障2不仅节省电缆布线方
便,而且大大有利与安全防爆易抗干扰.3上限值较大,有利于抑制干扰4上下限的比值为5:1与气动仪表信号制对应,便于相互折算,产生较大的磁力c.图. ●什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少? 答:模拟式仪表的合理精确度,应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量,这种比值称为相对百分误差,仪表工业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(100+100)=0.5%x=1℃. ●1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么热电偶的分度号?在什么情况下要使用补偿导线? 答:a.当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势,并产生电流.b.铂极其合金,镍铬-镍硅,镍铬-康铜,铜-康铜.c.分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列.d.在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时,自动补偿冷端温度变化,以保证测量精度,为了节约,作为热偶丝在低温区的替代品. ●1-2热电阻测温有什么特点?为什么热电阻要用三线接法?
第1章思考题与习题 1．基本练习题 （1）简述过程控制的特点。 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 （2）什么是过程控制系统？试用方框图表示其一般组成。 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。 过程控制系统的一般性框图如图1-1所示： 图1-1 过程控制系统的一般性框图 （3）单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？ 答： 各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。 1）模拟仪表的信号：气动0.02 ~0.1MPa；电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。 2）数字式仪表的信号：无统一标准。 （4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。 答： 加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示：
图1-2 加热炉过程控制系统流程 图1-3 加热炉过程控制系统流程方框图 （5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？ 答： 1）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。 2）各自定义为： 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数： 1 100%() y y σ= ⨯∞ 最大动态偏差A ：在设定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度； 静差，也称残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；