绪论
0-1自动化仪表: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单元组合式调节仪表: 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
0-2 P5 第二段
0-3 P5~6
0-4 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摄氏度
1-4定义：第十五页第二段
工业上会出现共模干扰是因为现场有动力电缆，形成强大的磁场。造成信号的不稳。
共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号，是被测信号的地和数字电压表的地之间不等电位，由两个地之间的电势即共模干扰源产生的
在现场中，被测信号与测量仪器间相距很远。这两个地之间的电位差会达到几十伏甚至上百伏，对测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏仪表
共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，共模干扰幅度大、频率高、还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。消除共模干扰的方法包括：
（1）采用屏蔽双绞线并有效接地
（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽
（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线
（4）不要和电控锁共用同一个电源
（5）采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)
1-6硅：被测介质的压力直接作用与传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应与这一压力的标准测量信号。
差：电容式压力变送器主要由完成压力/电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制4-20mA电子线路板构成，当进程压力从从测量容室的两侧（或一侧）施加到隔离膜片后，经硅油灌充液传至容室的重心膜片上，重心膜片是个边缘张紧的膜片，在压力的作用下，发生对应的位移，该位移构成差动电容变化，并经历电子线路板的调理、震荡和缩小，转换成4-20mA信号输入，输入电流与进程压力成反比。
优点：他们不存在力平衡式变送器必须把杠杆穿出测压室的问题
1-9 1、热导分析仪的工作原理
热导式气体分析仪多采用半导体敏感元件与金属电阻丝作为热敏元件，将其与铂线圈烧结成一体，而后与对气体无反应的补偿元件，共同形成电桥电路，也就是热导式气体分析仪的测量回路，对热导系数进行测量。在测量气体组分时，热敏元件吸附被测量气体，其电导率和热导率就会发生变化，元件的散热状态也就随之改变，当铂线圈感知元件状态后电阻会相应变化，电桥平衡被破坏而输出电压，通过对电压的测定即可得到气体测量结果。
用途：热导式气体分析仪在工业生产中多应用气体、氨气、二氧化碳和二氧化硫等气体的测定，并可作为低浓度可燃性气体的测定工作，另外热导式气体分析仪还能够在色谱分析仪中用于其他成分分析。
2、红外线气体分析仪的基本原理
其工作原理是基于某些气体对红外线的选择性吸收。红外线分析仪常用的红外线波长为2~12μm。简单说就是将待测气体连续不断的通过一定长度和容积的容器，从容器可以透光的两个端面的中的一个端面一侧入射一束红外光，然后在另一个端面测定红外线的辐射强度，然后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比就可知道被测气体的浓度。
用途：使用范围宽，可分析气体，也可分析溶液
色谱分析仪是应用色谱法对物质进行定性、定量分析，及研究物质的物理、化学特性的仪器。工作原理是基于色谱法对样品进行检测，利用检测器对分离出来的色谱柱进行分析，对各成分进行测定
氧化锆氧分析仪工作原理：47页第一段
用途：在燃烧控制中得到广泛应用
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？
答：a、在-200到+500摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。
b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。
1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。在什么情况下要做零点迁移？
答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。
b、工作原理：应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻，热敏电阻集成温度传感器、半导体温度传感器等，然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号。
c、由铜丝绕制的电阻Rcu安装在热电偶的冷端接线处，当冷端温度变化时，利用铜丝电阻随温度变化的特性，向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿。桥路左臂由稳压电压电源Vz（约5v）和高电阻R1（约10K欧）建立的恒值电流I2流过铜电阻Rcu，在Rcu上产生一个电压，此电压与热电动势Et 串联相接。当温度补偿升高时，热电动势Et下降，但由于Rcu增值，在Rcu两端的电压增加，只要铜电阻的大小选择适当，便可得到满意的补偿。
d、当变送器输出信号Ymin下限值（即标准统一信号下限值）与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移。
1-5力平衡式压力变换器是怎样工作的？为什么它能不受弹性元件刚度变化的影响？
答：a、被测压力P经波纹管转化为力Fi作用于杠杆左端A点，使杠杆绕支点O 做逆时针旋转，稍一偏转，位于杠杆右端的位移检测元件便有感觉，使电子放大器产生一定的输出电流I。此电流通过反馈线圈和变送器的负载，并与永久磁铁作用产生一定的电磁力，使杠杆B点受到反馈力Ff，形成一个使杠杆做顺时针转动的反力矩。由于位移检测放大器极其灵敏，杠杆实际上只要产生极微小的位移，放大器便有足够的输出电流，形成反力矩与作用力矩平衡。
b、因为这里的平衡状态不是靠弹性元件的弹性反力来建立的，当位移检测放大器非常灵敏时，杠杆的位移量非常小，若整个弹性系统的刚度设计的很小，那么弹性反力在平衡状态的建立中无足轻重，可以忽略不计。
1-7试述节流式、容积式、涡流式、电磁式、漩涡式流量测量仪表的工作原理，精度范围及使用特点。
答：a、节流式
工作原理：根据流体对节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差等可以测定流量的大小。
差压流量计：根据节流元件前后的压差测流量。
精度：正负0.5%到1%
使用特点：保证节流元件前后有足够长直管段
靶式流量计：使用悬在管道中央的靶作为节流元件
精度：2%到3%
使用特点：可用于测量悬浮物，沉淀物的流体流量
转子流量计：以一个可以转动的转子作为节流元件
使用特点：可从转子的平衡位置高低，直接读出流量数值
b、容积式
工作原理：直接安装固定的容积来计量流体。
精度：可达2%较差时亦可保证0.5%~1%
使用特点：适用于高黏度流体的测量
c、涡轮式
工作原理：利用导流器保证流体沿轴向推动涡轮，并且根据磁阻变化产生脉冲的输出。
精度：0.25%~1%
使用特点：只能在一定的雷诺数范围内保证测量精度。由于有转子，易被流体中的颗粒及污物堵住，只能用于清洁流体的流量测量。
d、电磁式
工作原理：以电磁感应定律为基础，在管道两侧安放磁铁，以流动的液体当作切割磁力线的导体，由产生的感应电动势测管内液体的流量。
精度：0.5%~1%
使用特点：只能测导电液体的流量
e、漩涡式
工作原理：根据漩涡产生的频率与流量的关系测定流量
精度：正负0.2%~正负1%
使用特点：量程比达到30:1，可测液体和气体。
2-3 PID调节器中，比例度p，积分时间常数Ti,微分时间常数Td,积分增益Ki,微分增益Kd分别有什么含义？在调节器动作过程中分别产生什么影响？若令Ti 取∞，Td取0，分别代表调节器处于什么状态？
答：1在比例积分运算电路中，RI,CI组成输入电路，CM为反馈元件
1）比例度P=Cm/CiX100%表示在只有比例作用的情况下，能使输出量做满量程变化的输入量变化的百分数。
2）积分时间Ti=RICI Ti愈小，由积分作用产生一个比例调节效果的时间愈短，积分作用愈强。Ti越大，积分作用越弱。
3）积分增益Ki=CM/CIXA A 为放大器增益，Ki越大，调节静差越小。
比例微分运算电路中，由Rd Cd及分压器构成无源比例微分电路
4）kd为比例微分调节器输出地最大跳变值与单纯由比例作用产生的输出变化值之比。
5）微分时间Td=KdRdCd
2,Ti取无穷时，调节器处于PD状态。Td取零时调节器处于PI状态。
2-4 什么是PID调节器的干扰系数
答：用PI，PD串联运算获得PID调节规律时，在整定参数上存在相互干扰的现象，常用干扰系数F=1+Td/Ti表示
2-5调节器为什么必须有自动/手动切换电路？怎样才能做到自动/手动双向无扰切换？
为了适应工艺过程启动、停车或发生事故等情况，调节器除需要“自动调节”的工作状态外，还需要在特殊情况时能由操作人员切除PID运算电路，直接根据仪表指示做出判断，操纵调节器输出的“手动”工作状态。
在DDZ-III型调节器中，自动和手动之间的平滑无扰切换是由比例积分运算器上的开关S1实现的，如下图所示
其中开关接点“A”为自动调节；“M”为软手动操作；“H”为硬手动操作。
切换分析：
“A”→“M”为保持，无扰切换。
“M”→“A”：S1、2在M，S2把CI接VB，VO2以10V起对CI充
电，但CI右端电位被钳位不变（10V），A3的V-≈V+
=10V，当“M”→“A”，两点电位几乎相等，所以为
无扰切换。
“M”→“H”：断开前，必然先断开S4，M为保持。切换后，
接入“H”，V-与RH的电位相同时，则为无扰切换，所
以切换前应平衡RPH，有条件无扰切换。
“H“→”M“：切换后，S41~S44瞬间是断开的，CM和V-为
保持状态，所以为无扰切换。
2-7什么是调节器的正\反作用？调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式？输出电路是怎样将输出电压转换成4-20mA电流的？
（1）测量值增加(偏差信号e减少)，调节器输出增加，则调节器静态放大放大系数为负，KC为负值，称正作用调节器；
反之，测量值增加（偏差减小），调节器输出减小，则调节器静态放大系数为正，KC为正值，称反作用调节器。
（2）由于所有的仪表都用同一个电源供电，在公共电源地线上难免出现电压降，为了避免这些压降带来误差，输入电路需要采用差动输入方式。
（3）调节器的输出电路是一个电压-电流转换器，它将PID电路在1-5V间变化的输出电压转换为4-20mA的电流，输出电路实际就是一个比例运算器，通过强烈的电流负反馈使输出电流保持在4-20mA，输出电路的电路图如下：
其中经过运算得出
取R
f =62.5，则当V
03
=1-5V时，输出电流为4-20mA。
3-2 集散控制系统中，哪些功能是集中的？哪些功能是分散的？这样的设计有何优点？
答：操作监视与管理为集中，控制功能为分散。优点：①开放系统：互操作、可移植等②分级递阶控制：垂直方向和水平方向分级③分散控制：危险分散④自制和协调：相对独立⑤集中管理：管控一体化等
3-6 什么是“现场总线”，现场总线控制系统与集散控制系统相比，有哪些优点？
答:现场总线（fieldbus）是连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、具有多节点分支结构的通信链路，它是用于工业自动化领域的许多局域网之一。
现场总线技术与传统的4～20mA模拟传输技术相比，其优势是明显的，
首先，双向数字通信使我们不仅可以从现场纪实读取大量实时信息，而且可以根据需要，实现远程组态与维护。
其次，现场总线的网络化结构可以大大节省连接网络，降低安装费用。
此外，传统控制器中的标准功能，如PID控制算法，输入/输出处理等，均可在现场总线设备中完成，使控制功能比DCS更加分散，可减少硬件设备，降低控制系统的总成本。
最后，现场总线设备的一致性与可相互操作性，保证了现场总线系统的开放性，以及在数字通信条件下，来自不同厂商设备的互换性
第四章
4-1执行器是安全测控中不可缺少的重要部分，它在系统中的作用是根据调节器的命令，直接控制被测物体的状态和参数。
4-2调节阀根据结构分为九个大类：(1)单座调节阀；适用于泄漏要求严、工作压差小的干净介质场合(2)双座调节阀；适用于泄漏要求不严、工作压差大的干净介质场合(3)套筒调节阀；适用于单座阀场合(4)角形调节阀；适用于泄漏要
求些 压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场合(5)三通调节阀；用于分
流和合流及两相流、温度差不大于150 ℃的场合(6)隔膜阀；适用于不干净介质、弱腐蚀介质的两位切断场合(7)蝶阀；适用于不干净介质和大口径、大流量、大压差的场合(8)球阀；适用于不干净、含纤维介质、可调比较大的控制场合(9)偏心旋转阀。故适用于不干净介质、泄漏要求小的调节场合执行机构是执行器的推动部分规则P178 最顶上一段
4-6具有一定的防燃防爆措施安全火花：不会引起引燃、爆炸等事故的火花Nullnull
4-3 什么是调节阀的固有流量特性和工作流量特性？为什么流量特性的选择对控制系统的工作至关重要？
答：①在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性，也叫理想流量特性。
在各种具体的使用条件下，阀芯位移对流量的控制特性，称为工作流量特性。②从自动控制的角度看，调节阀一个最重要的特性是他的流量特性，即调节阀阀芯位移与流量之间的关系，值得指出调节阀的特性对整个自动调节系统的调节品质有很大的影响
4-4为什么合理选择调节阀的口径，也就是合理确定调节阀的流通能力C非常重要？
答：在控制系统中，为保证工艺操作的正常进行，必须根据工艺要求，准确计算阀门的流通能力，合理选择调节阀的尺寸。如果调节阀的口径选的太大，将
是阀门经常工作在小开度位置，造成调节质量不好。如果口径选的太小，阀门完全打开也不能满足最大流量的需要，就难以保证生产的正常进行。
4-5电-气阀门定位器（含电-气转换器和阀门定位器）是怎样工作的？它们起什么作用？
答:①由电动调节器送来的电流I通入线圈，该线圈能在永久磁铁的气隙中自由地上下运动，当输入电流i增大时，线圈与磁铁产生的吸引增大，使杠杆作逆时针方向旋转，并带动安装在杠杆上的挡板靠近喷嘴，改变喷嘴和挡板之间的间隙②使气动执行器能够接收电动调节器的命令，必须把调节器输出的标准电流信号转换为20~100kPa的标准气压信号。
4-8 防爆栅的基本结构是什么？它是怎样实现限压限流的？
分齐纳式和隔离式两种
齐纳式安全栅电路中采用快速熔断器、限流电阻或限压二极管以对输入的电能量进行限制，从而保证输出到危险区的能量。它的原理简单、电路实现容易，价格低廉，但因由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到很大影响，并限制了其应用范围，其原因如下：
1、安装位置必须有非常可靠的接地系统，并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1Ω，否则便失去防爆安全保护性能，显然这样的要求是十分的苛刻并在实际工程应用中难以保证。
2、要求来自危险区的现场仪表必须是隔离型，否则通过齐纳式安全栅的接地端子与大地相接后信号无法正确传送，并且由于信号接地，直接降低信号抗干扰能力，影响系统稳定性。
3、齐纳式安全栅对电源影响较大，同时也易因电源的波动而造成齐纳式安全栅的损坏。
4、由于齐纳式安全栅的电路原理需要吸收输入回路的能量，所以易造成输出不稳定。
隔离式安全栅
采用了将输入、输出以及电源三方之间相互电气隔离的电路结构，同时符合本安型限制能量的要求。与齐纳式安全相比，虽然价格较贵，但它性能上的突出优点却为用户应用带来了更大的受益：
1.由于采用了三方隔离方式，因此无需系统接地线路，给设计及现场施工带来极大方便。
2.对危险区的仪表要求大幅度降低，现场无需采用隔离式的仪表。
3.由于信号线路无需共地，使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强，从而提高了整个习题可靠性
4.隔离式安全栅具备更强的输入信号处理能力，能够接受并处理、热电阻、频率等信号，这是齐纳式安全栅所无法做到的。
5.隔离式安全栅可输出两路相互隔离的信号，以提供给使用同一信号源的两台设备使用，并保证两设备信号不互相干扰，同时提高所连接设备相互之间的电气安全绝缘性能。
因此，对比齐纳式和隔离式安全栅的特点和性能后可以看出，隔离式安全栅有着突出的优点和更为广泛用途，虽然其价格略高于齐纳式安全栅，但从设计、施工安装、调试及维护成本来考虑，其综合成本可能反而低于齐纳式安全栅。在要求较高的工程现场几乎无一例外地采用了隔离式安全栅作为主要本安防爆仪表，隔离式安全栅已逐渐取代了齐纳式安全栅，在安全防爆领域得到了日益广泛的应用.
5-1.为什么说研究自动控制系统的动态比研究其静态更为重要？
答: 再连续生产过程中，最基本的关系是物料平衡和能量平衡，在静态条件下，单位时间流图对象的物料或能量等于从系统中流出的物料或能量，然而，对象的动特性是研究参数随时间而变化的规律，在动态条件下，物料平衡和能量平衡的关系是：单位时间内进入系统的物料（或能量）之差等于系统内物料（或能量）储存量的变化率
5-3测定对象动特性飞升曲线的方法及注意要点。
答：飞升特性是指输入为阶越函数时的输出量变化曲线。采用时域方法，输入量作阶越变化，测绘输出量随时间变化曲线就得到飞升特性。实验时，可以让对象在某一稳态下稳定一段时间后，快速的改变它的输入量，是对象达到另一稳定状态。
注意要点：①采取措施防止其他干扰的发生，否则将影响实验结果。
②为克服其他干扰影响，同一飞升曲线应重复测试两三次。
③求出其中合理部分的平均值，据此平均曲线来分析对象的动态特
性。
④需特别注意被调量离开起始点状态时的情况，应准确记录加入阶
越作用的计时起点，以便计算对象滞后的大小。
5-8为什么要用闭路测定对象的频率特性？
答：因为正弦波方法和频率特性相关测试法都是在开路状态下输入周期信号x(t)，测定其输出y(t)，这种测定方法的缺点是，被调量y(t)的震荡中线――零点的漂移不能消除，误差大，因而不能长期进行试验。另外，它要求输入的振幅不能太大，以免增大非线性的影响，降低测定频率特性的精度。采用闭路系统则可以避免上述缺点。
优点：精度高：①削弱了对象的零漂。②减少了开路测定时的非线性环节所引起的误差。
安全：调节器串接在系统中，即使突然有干扰加入，也不会产生过大的偏差而发
生事故。
此外，这种方法可以对自衡特性对象进行频率特性的测定，也可以同
时测得调节器的动态特性。
6-4.何谓单回路调节系统？单回路调节系统适用于哪些场合？
答：单回路调节系统，一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数
恒定，而调节器只接收一个测量信号，其输出也只是控制一个执行机构。在一般连续生产过程中，单回路调节系统可以满足大多数工业生产的要求，因此它的用量很大。只有在单回路调节系统不能满足生产的更高要求的情况下，才用复杂的调节系统。
6-5.试分析对象的干扰通道和控制通道特性对控制性能的影响？
答：干扰通道的放大系数Kf影响着干扰加在系统上的幅值。若调节系统是有差系统，则干扰通道，控制系统的静差也愈大。
干扰通道时间常数Tf的影响，如果干扰通道是一阶惯性环节，其时间常数为Tf1，则阶跃干扰通过惯性环节，其过渡过程的动态分量被滤波而幅值减小了，这样一来，使控制过程最大偏差随着Tf1的增大而减小，从而提高了调节质量。
当干扰作用点的位置离测量点近，则动态偏差大；反之，干扰离测量点远，则动态偏差小，调节质量高。
6-6.稳定边界法又称临界比例度法，即在生产工艺容许的情况下，用试验方法找出。当一个比例调节系统的被调量作等幅振荡时，按经验公式求出调节器的整定参数。
反应曲线法，用反应曲线法整定调节器的参数应先测定对象的动特性，即对象输入量作单位阶跃变化时被调量的反应曲线，亦即飞升特性，根据飞升特性曲线定出几个能代表该调节对象动态特性的参数，然后可直接按这个数据定出调节器最佳整定参数。
衰减曲线法，是在总结“稳定边界法”和其他一些方法的基础上，经过反复实验得出来的。
反应曲线法的优点是进行飞升特性实验比其他两种方法的实验容易掌握，做实验所需时间比其他方法短些；缺点是在实际生产中做飞升曲线试验，往往不太容易。这个方法适用于被调量允许变化较大的对象。
稳定边界法的优点是，在稳定边界的条件下，调节器的比例度P较小，动作很快，结果被调量的波动幅度很小，一般生产过程是允许的；缺点是，对于比例度特别小的系统和调节对象τ/T值很大、时间常数T也很大的系统不适用。该方法适用于一般的流量、压力、液面和温度调节系统。
衰减曲线法的优点是，被调量偏离工作点不大，也不需要把调节系统推进到稳定的边界，因而比较安全，且容易掌握，能适用于各种类型的调节系统；缺点是，整个实验很浪费时间。
7-6前馈调节系统有哪些典型的结构形式？什么是静态前馈和动态前馈？答：典型结构形式1静态前馈2前馈—反馈控制系统3前馈—串级控制系统
7—3、简述串级控制系统的设计原则
答：⑴、主被控参数和主回路的选择主参数：主回路设计与单回路设计基本相同。凡直接或间接反映生产过程的产品质量和产量、并可测量的参数作为主被控参数，所构成的回路为主回路。
⑵、副被控参数的选择和副回路设计串级控制系统的所有优点是该系统具有副回路，因此副回路设计尤为重要。
①副被控参数的选择应使副回路的时间常数、纯滞后小，以保证控制通道短和快速性，副被控参数须对住被控参数有足够的灵敏度，控制参数应对副被控参数影响快。
②副回路必须包括生产过程中变化剧烈、频繁、幅度大的干扰，并且尽可能多的干扰，使得干扰被尽快的消除。
③应使主、副回路的时间常数匹配，一般T01/T02=3~10，既时间常数错开，有利于动态指标。
7—4、串级调节系统的调节器选型及两种参数整定方法。
答：选型：
①主调节器：主被控参数要求严格，选择PI、PID。
②副调节器：保证调节的快速性，可以有误差，所以选择P即可。若选择PD，因副回路包含剧烈扰动，容易使得调节阀动作过大，对调节反而不利。
参数整定方法：
（1）在通常情况下，副环的对象时间常数较小，而副环以外的那一部分对象特性的时间常数和滞后都较大。主副环的波动频率相当较大，可以按以下方法整定。
整定时先切除主调节器，使主环处于在开路的情况下，按通常的方法整定调节器参数。然后再投入副调节器的情况下，把副环看做弱阻尼的二阶环节等效对象，再加上副环外的部分对象，按通常方法整定主调节参数。
（2）当由副环分割的两部分对象的时间常数和滞后大致相等，主、副环的频率比较接近时，它们之间的影响就大了。在这种情况下，就需要在主、副环之间反复进行凑试，才能达到最佳整定。此时采用串级调节器的“二步整定法”。
①在主环闭合的情况下，将主调节器的比例带P1放在100%处，用“衰减曲线法”整定副回路，求出副回路在衰减率Ψ=0.75~0.9时副调节器的比例度
P2值。
②将副调节器置于这一求得的比例度上，把副回路视为调解系统中的一个组成部分，用同样的方法，求出主回路在Ψ=0.75~0.9的衰减过程的主调节器比例度P1s和被调量y1在出现第一个高峰时的时间tr。然后根据P1s、tr按经验公式，求出主调节器的参数。按“先副环后主环”的原则，先放上副调节器参数，后放上主调节器参数。
7-11复合调节系统调节器参数选择的原理是什么？
在选择调节器的整定参数时，假设系统只按被调量的偏差控制，不考虑扰动引入到系统中的附加作用。这样可以用第六章介绍的方法整定调节器参数，同时还可以球的这是闭环系统的共振频率
8-4: 什么叫正耦合和负耦合？
答; 正耦合：在相对增益阵列中所有元素为正时，称之为正耦合
负耦合：在相对增益阵中只要有一元素为负，称之为负耦合
8-6：解耦控制在工程实施过程中需要注意哪些问题？什么叫做部分解耦？它有什么特点？
答：需要注意的问题：（1）稳定性问题（2）部分耦合
部分耦合：指在复杂的耦合过程中，只对部分耦合进行解耦，而忽略另
一部分耦合。
特点：部分耦合过程的控制性能会优于不解偶过程而比完全解耦过程要差。相应的部分解耦的补偿器也比较简单，实现起来比较容易。因此在相当多的过程中得到有效的应用。
8-7什么是推理控制？推理控制的应用背景是什么？
（1）推断控制是指利用数学模型实现反馈控制或将不可测的由可测输出变量将不可测的被控过程的输出变量推算出来，以扰动推算出来，以实现前馈控制的一种控制系统。
（2）应用背景：前馈控制系统能有效地克服过程可测扰动对输出的影响，但在实际工业生产中，常常存在这样的一些情况，即被控过程的输出变量不能直接测量或难以测量，因而无法实现反馈控制;或者被控过程的扰动也无法测量，也不能实现前馈控制。在这种情况下，提出了推理控制理论，主要思路是通过采用控制辅助输出量的办法间接控制过程的被控输出量。
8-8，推理控制系统有哪些特征？
8-11 什么是预测控制？预测控制主要有哪些基本控制算法？
（1）根据过程的实验模型来预测过程的输出，再用过程实际输出和预测输出之差来校正，校正后的结果作为反馈量，送去与设定值比较，使得由比较结果而产生的控制作用能让过程输出很好的跟踪指定的输出轨迹。
（2）基于非参数模型的动态矩阵控制(DMC),模型算法控制（MAC），基于参数模型的广义预测控制（GPC）,广义预测极点配置控制（GPP）等。
8-12预测控制的优越性表现在哪里？原因是什么？是否必须采用非参数模型？（1）（2）a 建模方便。预测模型是在过程的实验数据基础上建立的，不需要求的过程参数模型。
b 采用了滚动优化算法。它的优化算法是在线进行的，能根据过程的实际输出，不断地进行优化计算，及时修正控制作用，滚动实施，从而使模型由失配、时变、干扰等引起的不确定性能及时得到补偿，改善了系统的控制效果。
c 采用对预测模型的反馈校正。预测控制算法中，用实际输出与预测输出的偏差作为反馈量，来校正原来的预测模型，使预测输出能跟踪实际输出，克服了过程不确定性的影响，提高了控制算法的鲁棒性。
d 信息冗余量大。信息量的扩大，有助于辨识和克服过程不确定性和复杂变化的影响，提高控制系统的鲁棒性。
e 易于工业实现。这些算法不牵扯矩阵运算和线性方程组求解，便于工业
实现，受到普遍欢迎。（3）否
《过程控制系统》习题解答 1-1 试简述过程控制的发展概况及各个阶段的主要特点。 答：第一个阶段50年代前后：实现了仪表化和局部自动化，其特点： 1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表 2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统 3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数 4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响 5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题 第二个阶段60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点： 1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统 2、计算机系统开始运用于过程控制 3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制） 4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用 第三个阶段70年代以来：现代过程控制的新阶段——计算机时代，其特点： 1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制 2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用 3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用 4、集散控制系统的广泛应用 第四个阶段80年代以后：飞跃的发展，其特点： 1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展 2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的集中、远动控制中心 3、过程控制的概念更大的发展，包括先进的管理系统、调度和优化等。 1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？ 过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。 一、连续生产过程的自动控制 连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。 二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成 过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。 三、被控过程是多种多样的、非电量的 现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。 四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制 因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。
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 T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 T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T 0。 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。随着δ减小，系统的稳定性下降。 1.5 图1-42 为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。试问： 影响物料出口温度的主要因素有哪些？如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什 么？如果物料在温度过低时会凝结，应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的正反作用？ 答： 影响物料出口温度的因素主要有蒸汽的流量和温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和入口温度。 被控变量应选择物料的出口温度，操纵变量应选择蒸汽流量。物料的出口温度是工艺要求的直接质量指标，测试 技术成熟、成本低，应当选作被控变
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
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 （??在解耦控制中，若矩阵的元素越接近1，表示相关通道受 耦合的影响越小（）（8） ）（（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 K?s?e?(s)G) ）自衡的非振荡过程传递函数一般可写为：11 ( （)?1s(Ts?) ）不论前馈还是反馈控制系统（12扰动滞后都不会影响控制系统的品质( f) （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( ?) 为负值，表示严重关联（15）在解耦控制中，相对增益( ) 的控制方式中没有计算机控制( （16）实验室控制AE2000A) 中，JX-300的所有卡件均为热插拔卡件( （17）在实验室DCS) 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（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（（24））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（）（25）串级控制系统的副回路可以看成是一个定值控制系统（）26 ）（Smith）（27 预估补偿控制效果的好坏依赖于系统的数学模型的精度（） Smith）内模控制本质上时一种特殊的（28）预估补偿控制（
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。
过程控制模拟试题（一） 1、什么是过程控制系统? 其基本分类方法有哪几种? （5分） 2、什么是机理分析法建模? 该方法有何特点? （5分） 3、何谓调节阀的流通能力？对数流量特性有何特点？（5分） 4、何谓单回路系统？说明组成单回路系统各部分的作用。（10分） 5、选择调节器控制规律的依据是什么? 若已知过程的数学模型，怎样来选择PID控制规 律? （10分） 6、什么叫比值控制系统? 常用比值控制方案有哪些? 并比较其优缺点。（10分） 7、试推导单容过程数学模型（输入量为q1，被控量为h1）。（15分） 8、某生产过程中，冷物料通过加热炉对其进行加热。热物料温度必须满足生产工艺要求， 故设计下图所示温度控制系统流程图。试画出其框图，并确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用。（20分） 加热炉 9、对于下图所示的加热炉串级控制系统，试画出系统的结构框图，并分析其工作过程。 与单回路系统相比，串级控制系统有哪些主要特点?（20分）
过程控制模拟试题（一）答案 1、答案 过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两部分组成的。 按过程控制系统的结构特点可进行如下分类： 1）反馈控制系统：反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差的目的。 2）前馈控制系统：前馈控制系统直接根据扰动量的大小进行工作，扰动是控制的依据。由于它没有被控量的反馈，所以也称为开环控制系统。 3）前馈—反馈控制系统(复合控制系统)：开环前馈控制的最主要的优点是能针对主要扰动及时迅速地克服其对被控参数的影响；对于其余次要扰动，则利用反馈控制予以克服，使控制系统在稳态时能准确地使被控量控制在给定值上。 按给定值信号的特点可进行如下分类： 1）定值控制系统：就是系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在小范围附近不变。 2) 程序控制系统：它是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作的。控制的目的就是使系统被控量按工艺要求规定的程序自动变化。 3) 随动控制系统：它是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。其主要作用是克服一切扰动，使被控量快速跟随给定值而变化。 2、答案 机理建模： 是根据过程的内部机理(运动规律)，运用一些已知的定律、原理，如生物学定律、化学动力学原理、物料平衡方程、能量平衡方程、传热传质原理等，建立过程的数学模型。特点： 机理分析法建模的最大特点是当生产设备还处于设计阶段就能建立其数学模型。由于该模型的参数直接与设备的结构、性能参数有关，因此对新设备的研究和设计具有重要意义。另外，对于不允许进行试验的场合，该方法是唯一可取的。机理分析法建模主要是基于分析过程的结构及其内部的物理化学过程，因此要求建模者应有相应学科的知识。通常此法只能用于简单过程的建模。对于较复杂的实际生产过程来说，机理建模有很大的局限性，这是因为实际过程的机理并非完全了解，同时过程的某些因素如受热面的积垢、催化剂的老化等可能在不断变化，难以精确描述。另外，一般来说机理建模得到的模型还需通过试验验证。 3、答案 流通能力C表示执行器的容量，其定义为：调节阀全开，阀前后压差为0.1MPa，流体密度为1g／cm3时，每小时流过阀门的流体流量(体积(m3)或质量(kg))。 对数(等百分比)流量特性：
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 一 章 1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。 图1-2 液位自动控制系统 解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液 位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度 不变。 工作原理：当电位电刷位于中点（对应 r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的 开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度r c ，一旦流入水量或流出水量 发生变化时，液面高度就会偏离给定高度 r c 。 当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度 r c 。 反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度 r c 。 系统方块图如图所示：
1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统 （１） 222 )()(5)(dt t r d t t r t c ++=； （２）)()(8) (6)(3)(2 233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++； （３） dt t dr t r t c dt t dc t ) (3)()()(+=+； （４）5cos )()(+=t t r t c ω； （５）?∞-++=t d r dt t dr t r t c τ τ)(5)(6)(3)(； （６）)()(2 t r t c =； （７）???? ?≥<=.6),(6,0)(t t r t t c 解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2 ()r t ，所以该系统为非线性系统。 （2）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。 （3）该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，所以该系统为线性系统，但第一项 () dc t t dt 的系数为t ，是随时间变化的变量，因此该系统为线性时变系统。 （4）因为c(t)的表达式中r(t)的系数为非线性函数cos t ω，所以该系统为非线性系统。 （5）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。 （6）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，表示二次曲线关系，所以该系统为非
过程控制期末试题库 一、填空题（本题共计10分，包括3小题，10个填空，每空1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．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。 7．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 )。
第一章 思考题与习题 1－3 常用过程控制系统可分为哪几类? 答：过程控制系统主要分为三类： 1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。 2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。 3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。 3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？ 答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。它是一个静态指标，对定值控制系统。希望余差越小越好。 2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第 一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即： n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。 衡量系统稳定性也可以用衰减率φ 4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。 5． 过程过渡时间：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％ （根据系统要求）范围内所需要的时间。它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，越小，过渡过程进行得越快。 6．峰值时间: 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。称为峰值时间。它反映了系统响应的灵敏程度。 静态指标是余差，动态时间为衰减比（衰减率）、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间。 B B n ' = B B B '-= ?
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） （2） （3） （4） （5）
（6） （7） 解答：（1）线性定常（2）非线性定常（3）线性时变 （4）线性时变（5）非线性定常（6）非线性定常 （7）线性定常 1-4如图1-4是水位自动控制系统的示意图，图中Q1，Q2分别为进水流量和出水流量。控制的目的是保持水位为一定的高度。 试说明该系统的工作原理并画出其方框图。 题1-4图水位自动控制系统 解答： (1) 方框图如下： ⑵工作原理：系统的控制是保持水箱水位高度不变。水箱是被控对象，水箱的水位是被控量，出水流量Q2的大小对应的水位高度是给定量。当水箱水位高于给定水位，通过浮子连杆机构使阀门关小，进入流量减小，水位降低，当水箱水位低于给定水位时，通过浮子连杆机构使流入管道中的阀门开大，进入流量增加，水位升高到给定水位。 1-5图1-5是液位系统的控制任务是保持液位高度不变。水箱是被控对象，水箱液位是被控量，电位器设定电压时（表征液位的希望值Cr）是给定量。
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
过程控制系统与仪表习题与思考题 解答
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。
. 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
过程控制试题库． 《过程控制》试题库 第1-2章试题 单选题 1.生产过程中引起被控量偏离其给定值的各种
因素称为（）。答案 B A．被控量 B．扰动 C．控制量 D．给定值 当被控量受到扰动偏离给定值后，使被控量恢 2. 复为给定值所需改变的物理量称为 （）。答案 C A．被控量 B．扰动 C．控制量 D．给定值 自动控制系统按照给定值进行分类，可以分
成：3. （）、程序控制系统和随动控制系统。B ．闭环控制系统A ．定值控制系统B C．开环控制系统D．简单控制系统自动控制系 统按照给定值进行分类，可以分成：4. 定值控制系统、（）和随动控制系统。B A．闭环控制系统．程序控制系统B C．开环控制系统D．简单控制系统自动控制系统按照给定值进行分类，可以分 5.成：定值 控制系统、程序控制系统和（）。B ．闭环控制系统A． B．随动控制系统 C．开环控制系统 D．简单控制系统 6.给定值在系统工作过程中保持不变，从而使被控量保持恒定，这样的系统称为 （）。D
A ．开环控制系统 B ．程序控制系统 C ．随动控制系统 定值控制系统 ．D 控制系统的给定值是时间的确定函数，这样的7.系统称为（ ）。 B A ．开环控制系统 B ．程序控制系统 ．随动控制系统 C 定值控制系统 D ． 控制系统的给定值按事先不确定的随机因素8.改变，这样的系统称为（ ）。C ．开环控制系统A ．程序控制系统B ．随动控制系统C 定值控制系统 ．D 自动控制系统按照结构进行分类，可以分成：9.（ ）、开环控制系统和复合控制系统。
B A．开环控制系统B．闭环控制系统．复合控制系统C D．随动控制系统自动控制系统按照结构进行分类，可以分成：10.闭环控制系统、（）和复合控制系统。A A．开环控制系统．闭环控制系统B． C．复合控制系统 D．随动控制系统 自动控制系统按照结构进行分类，可以分成：11.闭环控制系统、开环控制系统和（）。C A．开环控制系统．闭环控制系统B ．复合控制系统C ．随动控制系统D（）
第一章思考题与习题 1－3 常用过程控制系统可分为哪几类? 答：过程控制系统主要分为三类： 1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。 2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。 3 ) 5．过程过渡时间ts：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％（根据系统要求）范围内所需要的时间。它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，t s越小，过渡过程进行得越快。 6．峰值时间tp: 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。称为峰值时间tp。它反映了系统响应的灵敏程度。 静态指标是余差，动态时间为衰减比（衰减率）、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间。
第二章思考题与习题 2－1如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求： （1）列出过程的微分方程组； （2）求过程的传递函数W0（S）＝H（S）/Q1（S）； 1 （3）过程的方框图：
2－2．如图所示：Q 1为过程的流入量，Q 2为流出流量，h 为液位高度，C 为容量系数，若以Q 1为过程的输入量，h 为输出量（被控量），设R 1、R 2为线性液阻，求过程的传递函数 W 0(S)＝H(S)/Q 1(S)。 2－5 某过程在阶跃扰动量Δu ＝20％，其液位过程阶跃响应数据见下表： （1） 画出液位h 的阶跃响应曲线 τ S 2210e 1 S CR R )s (Q ) s (H )s (W -+==
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τ0。 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。随着δ减小，系统的稳定性下降。 1.5图1-42为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。试问：影响物料出口温度的 主要因素有哪些？如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？如果物 料在温度过低时会凝结，应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的正反作用？ 答：影响物料出口温度的因素主要有蒸汽的流量和温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和入口温度。 被控变量应选择物料的出口温度，操纵变量应选择蒸汽流量。物料的出口温度是工艺要求的直接质量 指标，测试技术成熟、成本低，应当选作被控变量。可选作操纵变量的因数有两个：蒸汽流量、物料 流量。后者工艺不合理，因而只能选蒸汽流量作为操纵变量。控制阀应选择气关阀，控制器选择正作用。 1.6 图1-43为热交换器出口温度控制系统，要求确定在下面不同情况下控制阀的开闭形式及控制器的正反作用： 被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚； 被加热物料在温度过低时会发生凝结； 如果操纵变量为冷却水流量，该地区最低温度 在0℃以下，如何防止热交换器被冻坏。 答：控制阀选气开阀，选反作用控制器。 控制阀选气关阀，选正作用控制器。 控制阀选气关阀，选反作用控制器。 1.7 单回路系统方块图如图1-44所示。试问当系统中某组成环节的参数发生变化时，系统质量会有何变化？为什么？ （1）若T0增大；（2）若τ0增大；（3）若Tf增大；（4） 若τf增大。 答：（1）T0 增大，控制通道时间常数增大，会使系统的工作频 率降低，控制质量变差； （2）τ0 增大，控制通道的纯滞后时间增大，会使系统控制不 及时，动态偏差增大，过渡过程时间加长。 （3）Tf 增大，超调量缩小1/Tf倍，有利于提高控制系统质量； （4）τf 增大对系统质量无影响，当有纯滞后时，干扰对被控 变量的影响向后推迟了一个纯滞后时间τf 。 第二章串级控制系统 2．1 与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点？ (1) 串级系统由于副回路的存在, 使等效副对象时间常数减小，改善了对象的特性,使系统工作频率提高。
过程控制复习题 一、填空题 1．过程控制系统由测量元件与变送器、控制器（调节器）、执行器（调节阀）和被控对象（过程）等环节组成。 2. 按系统的结构特点，过程控制系统可分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈—反馈控制系统(复合控制系统) 3．按给定信号的特点，过程控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统等。 4.过程控制系统的性能可从稳定性、快速性、准确度三个方面来说明。评价控制性能好坏的质量指标，通常采用的两种质量指标：系统过渡过程的性能指标（时域控制性能指标）和偏差积分性能指标（积分性能指标），积分指标是采用偏差与时间的某种积分关系作为衡量系统质量的准则。 5．过渡过程的性能指标是用阶跃信号作用下控制系统的输出响应曲线表示，它包括余差（静态偏差）、衰减比n、最大偏差A与超调量、回复时间（过渡时间）t、峰值时间tp和振荡周期 T等。对于随动控制系统，常用超调量这个指标来衡量被控参数偏离给定值的程度。 6.衰减比n是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。n＜l表示系统是不稳定的，振幅愈来愈大；n＝1表示为等幅振荡；n＝4表示系统为4：1的衰减振荡。 7．建立被控过程数学模型的方法有：解析法（机理演绎法、机理分析法）、实验辩识法（系统辨识与参数估计法）和混合法 8. 按结构形式不同，自动化仪表可分为基地式仪表、单元组合式仪表、组件组装式仪表，其中单元组合式仪表是将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。其中QDZ-Ⅲ型仪表采用的标准信号是20~100kPa。 9．按能源形式不同，自动化仪表可分：液动仪表、气动仪表、电动仪表及混合仪表，其中气动仪表的特点是性能稳定、可靠性高、具有本质安全防爆性能、不受电磁干扰、结构简单、维护方便。 10. 检测仪表是指检测元件（敏感元件或传感器）、变送器及显示装置的统称。 11．DDZ-Ⅲ型仪表采用的标准信号是1-5V或4-20mA，QDZ-Ⅲ型仪表采用的标准信号是 20~100kPa。 12. Cu50热电阻是指在0℃时铜电阻有阻值为50欧 13．热电偶测温的关键是要使冷端温度恒定。IEC对已经被国际公认的7种热电偶制定了国际标准，称为标准热电偶，其中最常用的有 S 、 B 、 K 三种。 14. DDZ-Ⅲ型差压变送器是以力矩平衡原理工作的，其的作用是将被测压力、流量等过程参数变换成4~20mADC输出信号，以便实现集中检测或自动控制。 15．热电阻Pt100是指在0℃时铂电阻为100欧 16. 变送器的发展趋势：微型化、数字化、智能化和虚拟化。 17．调节器的作用是将测量信号与给定值比较产生偏差信号，然后按一定的运算规律产生输出信号，推动执行器，实现对生产过程的自动控制。 18. 执行器的作用是接受调节器的控制信号，改变操纵变量（控制变量），使生产过程按预定要求正常进行。执行器一般安装在生产现场直接与介质接触 19．执行器的执行机构是指根据调节器控制信号产生推力或位移的装置；执行器的调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，通常指调节阀。