第三章调节器
1．掌握P、、，调节的特点，各调节规律定义公式，其阶跃响应。
积分时间的大小相应的积分作用怎样？微分时间的大小其作用怎样？比例度如何求取？
2．无扰动切换是指什么？
3．了解微分先行的算法主要用于解决什么问题？对什么有微分作用？
4．了解比例先行的算法有什么特点？
5．掌握微分方程及差分方程？
6．掌握调节器的正反作用判断。
执行器
7．掌握解执行器的作用、类型、由哪两部分组成？各部分的作用是什么？
8．了解气动执行器和电动执行器各有什么特点？
9．掌握什么是气开阀，什么是气关阀。按什么原则、如何来选择气开或气关方式？
10．掌握调节阀流量特性的定义；理想流量特性的定义、分类和特点；
11．工作流量特性的定义，串联管道中调节阀流量特性的变化12． S值是指什么？S值的大小对流量特性的影响？
13．掌握选择调节阀的流量特性的三原则？
14．了解电－气转换器起什么作用？为什么要用阀门定位器？
15．掌握构成一个安全火花型防爆系统的充要条件是什么？安全火花型防爆系统的组成结构。
16．了解防爆栅有哪几种类型？
17．了解危险场所分为哪几类？危险程度最高的是哪一类？第一类危险场所又分为哪几级？
第四章控制对象的特性测试
1.掌握利用机理法建立单容/双容对象的数学模型。
2.掌握什么是具有自衡能力的对象？具有滞后的一阶二阶特性
的表示式；什么是无自衡能力的对象？具有滞后的一阶二阶特性的表示式。
3.掌握什么是飞升曲线？单容对象或多容对象的飞升曲线可用
哪些参数来表征？
4.掌握如何测定飞升曲线和方波响应曲线？测得方波响应曲线
后如何获得飞升曲线(获取飞升曲线的原理和方法)。
5.掌握由飞升曲线来确定一阶对象，了解确定二阶对象的传递函
数的方法。
6.掌握测定对象动特性的方法分类
第三次作业（P108）
1（2）某比例积分调节器的输入，输出范围均为4~20 ，若设ó=100%，T1=2，稳态时其输出为6，若在某一时刻输入阶跃增加1，试求经过4后调节器的输出。
解：ā=1100% =>1
△U(t)(e(t)+1∫e(t))
= e(t)+1∫e(t)
=1+0.5∫1
=1+0.5×4=3
则4后调节器的输出为9
(5)什么叫无平衡无扰动切换？全刻度指示调节器是这样保证由自动到软手动，由软手动到硬手动，再由硬手动到软手动，由软手动到自动之间的无扰动切换的？
解：当调节器由硬手动切换到软手动是，由于切换后的积分器具有保持特性，即能保持切换前的硬手动输出状态，故由硬手动切向软手动，无需平衡即可做到输出无扰动
（6）调节器的正反作用是如何规定的？
答：随着测量信号的增加，调节器的输出也增加，则为正作用；随着测量信号的增加，调节器的输出减少，则为反作用。
（15）什么是调节阀的流量特性？调节阀的理想流量特性有哪几种？它们各是怎样定义的？调节阀的工作流量特性和阻力系数有关，而阻力系数又是怎样定义的？它的大小对流量特性有何影响？
答：调节阀的流量特性，是指控制介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系。
理想的流量特性有直线流量特性，对数流量特性和快开流量特性。直线流量特性是指流过调节阀的相对流量和阀门的相对开度成直线关系
对数流量特性是指单位行程变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量成正比关系
快开流量特性是指在小开度时就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快达到最大，故称为快开特性。
阻力系数S定义为阀全开时阀前后压差△与系统总压差△P的比值。当1时，管道压降为零，调节阀前后压差等于系统总压差，故工作流量特性即为理想流量特性；
当S<1时，由于串联管道阻力的影响，使流量特性产生两个变化：一个是阀全开时流量减少；另一个是使阀在大开度工作时控制灵敏度降低。随着S值减少，直流特性趋向于快开特性，对数特性趋向于直线特性，S值越小，流量特性的变形程度愈大。
2（5）如图所示，冷物料通过加热器用蒸汽对其加热。在事故状态下，为了保护加热器设备的安全，即耐热材料不被损坏，现在蒸汽管道上有一个气动执行器，试确定其气开，气关形式，并画出由调节器构成的控制系统结构框图。
解：为了保护加热设备的安全，应该选择气开阀。
（6）现测得三种流量特性的有关数据见表。试分别计算其相对开度在10%，50%，80%各变化10%时的相对流量的变化量，并据此分析它们对控制质量的影响和一些选用原则。
调节阀的相对开度()(％)和相对流量() (%) （30）
解：
直线流量特性：
相对开度在10%，50%，80%各变化10%的相对流量变化量为74.6%，18.6%，12%
对数流量特性：
相对开度在10%，50%，80%各变化10%的相对流量变化量为41%，40%，40%
快开流量特性：
相对开度在10%，50%，80%各变化10%的相对流量变化量为76%，11%，3%
由上述数据可知，直线特性的调节阀在开度变化相同的条件下，当流量小时，流量的变化值相对较大，调节作用强，容易产生超调和引起振荡；当流量大时，流量变化值相对较小，调节作用进行缓慢，不够灵敏。适合于符合稳定的场合。
对数流量特性的调节阀在同样的开度变化值下，当流量小（小开度）时，流量的变化也小（调节阀的放大系数小），调节平稳缓和；流量大（大开度）时，流量的变化也大（调节阀的放大系数大），调节灵敏有效。无论大开度还是小开度，相对流量的变化率都是相等的，表明流量变化的百分比是相同的。适用于符合变化的场合。
快开流量特性的调节阀在开度很小时，就已经将流量放大，随着
开度的增加，流量很快就达到最大（饱和）值，以后再增加开度，流量几乎没有什么变化。这种流量特性适合于迅速开闭的切断阀或双位控制系统。
补充作业：
1. 如图所示，用差压变送器测敞口容器液位，其最低液位和最高液位到仪表的距离分别为h1=1m，h2=3m,若被测介质的密度为9803,求： 1）该变送器的量程为多少？
2）是否需要迁移？迁移量为多少？
2
： 某负作用理想调节规律， ， 20,
在0时刻加入一幅值为1的阶跃信号，若调节器的起始工作点为6，试画出调节器的输出波形。
11
i
p e edt T δ??
?=-?+
? ?
??
?01110.82t t dt ??=-
+ ???
?()01110.8
2t
t ??
=-
+-??
?
?
80%δ=
3. 某正作用理想调节规律， 300,试画出在如图所示输入方波作用下的调节器输出波形（初始工作点6）。
100%δ=
(1) P1=1/0.5=2=200%, T1=0.5 P2=1/2=50%, T2=1
(2) 1’4*200800%, 1’0.25, 1’0.125
2’4* 50200%, T2=0.5 , 2’0.5 (2号线变为1号线 )
(3)比例、积分作用减弱，影响比例的是P ，影响积分作用的是P 和
5．
某电动比例调节器的测量范围为100~200 ，其输出为0~10。当温度从140 变化到160 时，测得温度调节器的输出从3变化到7，
试求该调节器的比例带。
()e t A
=在阶跃输入作用下，即 调节器的输出为：
因此，可以从阶跃响应曲线上确定， 1 ，则0, 1 22
C ?C ?C ?
6 图示锅炉生产情况，冷水进入气鼓，经燃烧加热产生蒸汽，在生产过程中，工艺要求气鼓里的水不能烧干，不然将产生事故，甚至发生爆炸。为了保证锅炉的安全生产，试确定冷水进水管道上调节阀的气开，气关形式。
气关阀
7、图示，冷物料通过加热器用蒸汽对其加热，在事故状态下，为了保护加热器设备的安全，即耐热材料不损坏，现在蒸汽管道上有一只调节阀，确定其气开，气关形式。
气开阀
第四、五章习题
1、水槽如图所示。其中F 为槽的横截面积，R 1、R
2、R 3均为线性水阻，Q 1为流入量，Q 2 、Q 3为流出量。要求：
(1) 写出以水位H 为输出量，Q 1为输入量的对象动态方程； （2）写出对象的传递函数，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。
1232323
23
2323123()
()()1d H Q Q Q F dt
H H
Q Q R R R R R R H s G s R R Q s Fs R R ??-?-?=???=?=
+==
++
2、有一液位对象，其矩形脉冲响应实验结果见下表。
矩形脉冲幅值 阀门开度变化，矩形脉冲宽度 。
(1)试将矩形脉冲响应曲线转换为阶跃响应曲线。
(2)若将它近似为带纯延迟的一阶惯性对象，试用不同的方法确定其特性参数K 、T 和 的数值。
x （t ）= x 1（t ）+ x 2（t ）
x 2（t ）= - x 1（t -Δt ）
y （t ）= y 1（t ）+ y 2（t ）
= y 1（t ）- y 1（Δt ）
t
0 20
40
60
80
100 120 140 160 180
200
220
240
260
280
h1 0 0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 7.4 9.3 11
12.6 13.6 14.4 15.1 15.8 16.4
300 320 340 360 380 400 17
17.4
17.6
17.8
17.95
18.1
画图并求得
20%
u ?=s
t 20=?τ
11()()()y t y t y t t =+-?()18.1
y ∞
?0:20:400;
?h1=[0,
0.2,0.8,2.0,3.6,5.4,7.4,9.3,11,12.6,13.6,14.4,15.1,15.
8,16.4,
17, 17.4,17.6,17.8,17.95,18.1];
?1/0.2;
?0:0.5:400;
?();
?x0=[100,139,51];
?(''0)
? ();
?1(().^2)
?x2=[90.5,180,40];
?y2= (x2);
?2((2).^2)
?(,'r*','k'2,'b');
?;
100.7384 138.9393 50.6627
90.5,180,40
3.求无自平衡能力的双容水槽液位与输入流量的对应关系
解：根据动态平衡关系，列出以下增量方程
进行拉普拉斯变换，整理，得到传递函数、数学模型
为槽1的时间常数
为槽2的时间常数
4.求有自平衡能力的双容水槽液位与输入流量的对应关系
1111
2222
20
d h C Q Q
dt h Q R d h C Q Q dt Q ?=?-???=
?=?-??=2112()()11
()()()1H s Q s G s Q s Q s T s T s
=
?=?+121T R C =22
T C =
5. 如图所示简单水槽对象，进水流量为20m 3，液位h 稳定在10m 处，现在我们人为地将进水流量突然加大到30m 3，液位h 的反应曲线如图所示，试求出该水槽对象的特性参数并写出对象传函。（液位h 为输出变量，进水流量为输入变量）
2()1011042221()21i s h K Q T G s e s τ-?∞===?=-===+
（1）
（2）
()()
1
o o f
o o
R
G s G s
R F s
==
+
干扰通道特性对控制质量的影响, 当干扰是幅值为F的阶跃信号6
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。
统计过程控制（SPC 课程培训测试题 部门：___________ 姓名：______________________ 分数：__________________ 一、名词解释： 1变差：过程的单个输出之间不可避免的差别；变差的原因可分为两类：普通原因和特殊原因。 3.1固有变差：仅由普通原因造成的过程变差，由？ = R/d 2来估计。 3.2总变差：由普通原因和特殊原因共同造成的变差，用?S来估计。 2、特殊特性：可能影响安全性或法规的符合性、配合、功能、性能或产品后续生产过程 的产品特性或制造过程参数。 3、标准差：过程输出的分布宽度或从过程中统计抽样值（例如：子组均值）的分布宽度的 量度，用希腊字母或字母s（用于样本标准差）表示。 4、控制限：控制图上的一条线（或几条线），作为制定一个过程是否稳定的基础。如有超 出了控制极限变差存在，则证明过程受特殊因素的影响。控制限是通过过程数据 计算出来的，不要与工程的技术规范相混淆。 5、过程能力：一个稳定过程的固有变差（6? : R/d2 ）的总范围。 6、C pk （稳定过程的能力指数）：为一稳定过程【某一天、某一班次、某一批、某一机台 其组內的变差（R-bar/d2 or S-bar / C4 ）】下的“能力指数”，计算时须同 时考虑过程数的趋势及该趋势接近于规格界限的程度。即：通常定义为CPU 或CPL中的最小值。 7、P pk（性能指数，即初期过程的性能指数）：为试生产阶段一项类似于Cpk的能力指数， 某一产品长期监控下的“能力指数”；但本项指数的计算，是以新产品的初期过程 性能研究所得的数据为基础。即：通常定义为PPU或PPL中的最小值。 8 PPM（质量水准，即每百万零件不合格数）：指一种根据实际的有缺陷材料来反映过程能力 的一种方法。PPM数据常用来优先制定纠正措施。
1、过程控制系统按其基本结构形式可分为几类?其中闭环系统中按设定值的不同形式又可分为几种? 答：过程控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。 在闭环控制系统中，按照设定值的不同形式又可分为： (1)定值控制系统(2)随动控制系统(3)程序控制 系统2、试述热电阻测温原理，常用热电阻的种类有 哪些？r0各为多少？ 答：热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变 化而变化的特性来进行温度测量的，只要设法测出电 阻值的变化，就可达到温度测量的目的。工业上常用 的热电阻有：铂电阻，铜电阻。目前工业上使用的铂 电阻有两种：一种是10；另外一种是100。工业上使 用的铜电阻也有两种：一种是50；另一种是100。 3、试述过程控制系统中常用的控制规律及其特点。 答：控制系统中常用的控制规律有比例(P)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)控制规律。 比例控制规律是控制器的输出信号与它的输入信号 (给定值与测量值的偏差)成比例。它的特点是控制及 时，克服干扰能力强，但在系统负荷变化后，控制结 果有余差。 比例积分控制规律是控制器的输出信号不仅与输入信 号成比例，而且与输入信号对时间的积分成比例。它 的特点是能够消除余差，但是积分控制作用比较缓慢、 控制不及时。 比例积分微分控制规律是在比例积分的基础上再加上 微分作用，微分作用是控制器的输出与输入的变化速 度成比例，它对克服对象的容量滞后有显著的效果。 4、何为控制阀的理想流量特性和工作流量特性？常用 的调节阀理想流量特性有哪些？ 答：阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量 特性；在实际使用过程中，阀前后的压差会随阀的开 度的变化而变化，此时的流量特性称为工作流量特性。 常用的调节阀理想流量特性有：直线流量特性、等百分比(对数)流量特性、快开特性。 5、控制器参数整定的任务是什么?工程上常用的控制 器参数整定有哪几种方法?答：控制器参数整定的任务 是：根据已定的控制方案，来确定控制器的最佳参数 值，以便使系统能获得好的控制质量。 控制器参数的工程整定法主要有临界比例度法、衰减曲线法和经验凑试法等。 6、什么是调节器的控制规律？基本控制规律有哪几种？各有什么特点？ 答：调节器的输出信号随着它的输入偏差信号变化的规律叫控制规律。 基本控制规律有：①双位控制：输出不是最大，就是 最小，只有两个位置。②比例控制：控制作用及时，有余差。 ③积分控制：具有消除余差的作用④微分控制：具有 超前调节的作用。 1、某测量范围是0---500℃的温度计出厂前校验结果 如下表： 被0 123 标0 123求：该表的基本误差并确定它的精度等级。 解：基本误差：δ= 500 300 306 - - *100﹪=1.2﹪<1.5﹪ 所以它的精度等级为1.5级. 2、某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到 如下数据： 标准表0 200 400 600 800 1000 被校表0 201 402 604 806 1001 求：1）该表最大绝对误差；2）该表精度； 3）如果工艺允许最大测量误差为土5℃，该表 是否能用？ 解：1）6℃2）δ=6/1000=0.6%，1.0级3） 不能用 3、甲的正常流量为240kg/h，仪表量程为0-360kg/h； 乙的正常流量为120NM3/h，仪表量程为0-240NM3/h。 采用控制乙的单闭环比值控制系统，计算引入开方运 算与不引入开方运算所分别设置的比值系数。 答：F1为甲流量，F2为乙流量 1.引入开方器时： 2.不引入开方器时： 4、用带隔离罐的差压变送器测某储罐的液位，差压 变送器的安装位置如图所示。请导出变送器所测差压 Δp与液位H之关系。变送器零点需不需要迁移？若要 迁移，是正迁移还是负迁移？ P+=Hρ 1g+ h1ρ2g+P0 P-= h2ρ2g+P0 ΔP= P+- P-= Hρ 1g-( h2- h1)ρ2g H=0时，ΔP<0，需迁移负迁移 5、用差压变送器测某储罐的液位，差压变送器的安 装位置如图所示。请导出变送器所测差压与液位之关 系。讨论变送器零点在什么条件下不需要迁移？在什 么条件下需要正迁移？在什么条件下需要负迁移？ P+=Hρ 1g+ h1ρ1g+P0 P-= h2ρ2g+P0 ΔP= P+- P-= Hρ 1g+ h1ρ1g- h2ρ2g - 1 -
过程控制工程 第一章单回路控制系统 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。 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。 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。 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
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。（×）
过程控制期末试题及 其答案
1.控制系统对检测变送的基本要求是___准确___、__迅速__和可靠 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.离心泵的控制方案有直流节流法、改变泵的转速n 改变旁路回流量。效 率最差的是改变旁路回流量。 4.随着控制通道的增益K o的增加，控制作用___增强_______，克服干扰能 力___最大______,最大偏差_____减小_____系统的余差减小 5.控制器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K f增加，扰动作用__增强__,系统的余差__增大__,最 大偏差_增大___。 8.简单控制系统的组成，各部位的作用是什么？ 解答： 简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。 检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。 控制器的作用是接受检测装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。 执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。 被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置
9.气动执行器由__调节__机构和执行机构两部分组成，常用的辅助装置有 __阀门__定位器和手轮机构。 10.调节系统中调节器正反作用的确定依据是保证控制系统成为负反馈。 11.被控变量是指工艺要求以一定的精度保持__恒定 _或随某一参数的变化而 变化的参数。 12.反应对象特性的参数有放大倍数、时间常数、和纯滞后时间。 13.自动调节系统常用参数整定方法有哪些？常用的参数整定方法有!经验法*衰 减曲线法*临界比例度法*反应曲线法) 动态特性参数法，稳定边界法，衰减曲线法，经验法。 14.检测变送环节对控制系统的影响主要集中在检测元件的滞后和信号传递 的滞后问题上。 15.什么是对象数学模型，获取模型的方法有哪些？ 答：对对象特性的数学描述就叫数学模型。 机理建模和实验建模系统辨识与参数估计。解析法）和（实验辨识法） 机理建模：由一般到特殊的推理演绎方法，对已知结构、参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，根据对象或生产过程的内部机理，经过合理的分析简化而建立起描述系统各物理量动静态性能的数学模型。 实验建模步骤：1确定输入变量与输出变量信号；2测试；3对数据进行回归分析。 16.简述被控量与操纵量的选择原则。. 答：一、(1) 被控量的选择原则: ①必须尽可能选择表征生产过程的质量指标作为被控变量;
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（
《过程控制系统》思考题 一． 1．什么叫串级控制系统？绘制其结构方框图。 串级控制系统是由两个控制器的串接组成，一个控制器的输出做为另一个控制器的设定值，两个控制器有各自独立的测量输入，有一个控制器的给定由外部设定。 2．与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？ 多了一个副回路，形成双闭环。特点：主控制器输出改变副控制器的设定值，故副回路构成的是随动系统，设定值是变化的。在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。 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？ ①副回路的快速作用，对于进入副回路的干扰快速地克服，减小了干扰对主变量的影响； ②引入副回路，改善了副对象的特性(减小副对象的相位滞后)，提高
了主回路的响应速度，提高了干扰的抑制能力； ③副回路可以按照主回路的要求对副变量进行精确控制； ④串级系统提高了控制系统的鲁棒性。 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？ ①将主要干扰包括在副回路； ②副回路尽量包含多的干扰； ③为保证副回路的快速响应，副对象的滞后不能太长； ④为提高系统的鲁棒性，将具有非线性时变部分包含于副对象中； ⑤需要对流量实现精确的跟踪时，将流量选为副对象。 5．串级控制系统通常可用在哪些场合？ * 应用于容量滞后较大的过程 * 应用于纯时延较大的过程 * 应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程 * 应用于参数互相关联的过程 * 应用于非线性过程 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。 前馈：基于扰动来消除扰动对被控量 的影响； 动作“及时” ；
1．闭环控制系统分为几种类型？每种代表什么含义？ 答：（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，是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作。 （3）随动控制系统，是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。 2.一个单回路控制系统主要由哪几个环节组成？作出简单控制系统的方框图。 答：一个单回路控制系统主要由测量元件、变送器、调节器、调节阀、和被控过程等环节组成。 3.什么是气开式调节阀？什么是气关式调节阀？其选择的原则是什么？ 答：气开式：执行器输入压力p>0.02mpa时，阀开始打开，也就是说有信号压力时阀打开，无信号压力时阀关。 气关式则反之，有信号压力时阀关，无信号压力时阀开。 原则：主要是考虑在不同工艺条件下安全生产的需要。a、考虑事故状态时人身、工艺设备安全。b、考虑事故状态下减少经济损失，保证产品质量。c、考虑介质的性质。 4.根据流量特性曲线，分别写出其对应的流量特性。 答：流量特性主要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开四种 直线特性是指阀门的相对流量与相对开度成直线关系，即单位开度变化引起的流量变化时常数。 对数特性是指单位开度变化引起相对流量变化与该点的相对流量成正比，即调节阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增大而增大。 抛物线特性是指单位相对开度的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系。 快开流量特性是指在开度较小时就有较大的流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，此后再增加开度，流量变化很小，故称快开特性。 隔膜阀的流量特性接近快开特性，蝶阀的流量特性接近等百分比特性，闸阀的流量特性为直线特性，球阀的流量特性在中启闭阶段为直线，在中间开度的时候为等百分比特性。
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。
过程控制期末试题库 （适用于沈阳建筑大学自动化专业期末考试） 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．热电偶温度计的基本组成部分部分是（热电偶）、（测量仪表）、（连接热电偶）和（测量仪表的导线）。 7．串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器的广义对象特性，容许（副）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系 统的控制品质。 8．定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。 二、选择题（本题共计10分，包括5小题，每题2分） 1.由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来（C）:
过程控制系统试卷C卷 一、填空题（每空1.5分）（本题33分） 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组成。 2、过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3、压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测。 4、气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 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、造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长 期存在偏差。 二、名词解释题（每小题5分）（本题15分） 1、过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2、串级控制系统：值采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 3、现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。 三、简答题（每小题8分）（本题32分） 1、什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？ 答：PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为：（1）比例参数KC，作用是加快调节，减小稳态误差。（2）积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度（3）微分参数Kd，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。 2、前馈与反馈的区别有哪些？ 答：（1）控制依据：反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”，前馈控制是“基于扰动消除扰动对被控量的影响”。
1、串级控制系统的设计原则有哪些？ 答：（1）在单回路控制不能满足要求的情况下可以考虑采用串级控制；（2）具有能够检测的副回路，且主要干扰应该包括在副回路中； （3）副对象的滞后不能太大，以保持副回路的快速响应性能； （4）将对象中具有显著非线性或时变特性的部分归于副对象中。 2、什么是选择性控制系统？选择性控制的基本用途是什么？ 答：凡是在控制回路中引入选择器的系统都可称为选择性控制系统。 选择性控制的基本用途是： 1）用于控制系统的软保护； 2）用于被控变量测量值的选择； 用于“变结构控制”。 3、积分饱和产生的原因是什么，常用的防积分饱和方法有哪些？ 答：积分饱和是指对于有积分功能的控制器，若偏差长时间存在，控制器的输出将不断增大。如果这时阀门已经达到饱和（已全开或全关），而无法继续进行调节，那么偏差将无法消除，而控制器仍试图校正该偏差，若时间足够长，控制器的输出将达到某个限值并停留在该限值，形成积分饱和。 防积分饱和的主要方法： 1）限幅法 2）外反馈法 3）积分切除法 4、前馈控制系统具有哪些特点？ 答：前馈控制系统的特点有： （1）前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制及时； （2）前馈控制属于开环控制系统； （3）前馈控制采用的是由对象特性确定的“专用”控制器。 5、自动控制系统主要由哪些环节组成？各环节起什么作用？ 答：自动控制系统的组成环节及各部分的主要作用如下： 1）被控对象：指被控制的生产设备或装置； 2）测量变送器：用于测量被控变量，并转换成标准信号输出； 3）执行器：接受来自控制器的命令信号，自动改变控制阀的开度； 4）控制器（也称调节器）：将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号，并按一定的规律给出控制信号。 6、被控变量的选择原则有哪些？
过程控制工程2-4章答案 (孙洪程著) -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第二章思考题及习题 与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点 答：串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。(1) 串级控制系统具有更高的工作频率；(2) 串级控制系统具有较强的抗干扰能力；(3) 串级控制系统具有一定的自适应能力 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用只取决于主对象放大倍数的符号，而与其他环节无关 答：主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。主环内包括有主控制器、副回路、主对象和主变送器。控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来看待。这样，只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求。即Sign{G01(s)}Sign{G02’(s)}Sign{G m1(s)}Sign{G c1(s)}=-1就可以确定主控制器的正、反作用。实际上主变送器放大倍数符号一般情况下都是“正”的，再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节，因此主控制器的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。当主对象放大倍数符号为“正”时，主控制器应选“负”作用；反之，当主对象放大倍数符号为“负”时，主控制器应选正作用。 串级控制系统的一步整定法依据是什么 答：一步整定法的依据是：在串级控制系统中一般来说，主变量是工艺的主要操作指标，直接关系到产品的质量，因此对它要求比较严格。而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量，对副变量本身没有很高的要求，允许它在一定范围内变化，因此在整定时不必将过多的精力放在副环上，只要主变量达到规定的质量指标要求即可。此外对于一个具体的串级控制系统来说，在一定范围内主、副控制器的放大倍数是可以互相匹配的，只要主、副控制器的放大倍数K c1与K c1的乘积等于K s(K s为主变量呈4：1衰减振荡时的控制器比例放大倍数)，系统就能产生4：1衰减过程(下面的分析中可以进一步证明)。虽然按照经验一次放上的副控制器参数不一定合适，但可通过调整主控制器放大倍数来进行补偿，结果仍然可使主变量呈4：1衰减。 试证明串级控制系统中，当干扰作用在副环时，只要主、副控制器其中之一有积分作用就能保证主变量无余差。而当干扰作用于主环时，只有主控制器有积分作用时才能保证主变量无余差。 答：从串级控制系统结构图中可以看出：
三:简答题３2分 1.什么是ＰID,它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？ 答： PＩD是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为: （1)比例参数KC,作用是加快调节，减小稳态误差。 （２)积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度 （3）微分参数Kｄ，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用,减少超调量,减少调节时间。 2．正反方向判断气开气关,如何选择？Ｐ８４ 答：所谓起开式,是指当气体的压力信号增大时,阀门开大；气关式则相反,压力增大时，阀门关小。气动调节阀气开气关形式的选择,主要从工艺生产的安全来考虑的。详见例题3-5 气开气关调节阀的选择主要是从生产安全角度和工艺要求考虑的,当信号压力中断时应避免损坏设备和伤害操作人员。如阀门处于开的位置时危害性小，则应选气关式反之选用气开式。 3．控制器正反方向判断 P133 答:所谓作用方向,就是指输入作用后，输出的变化方向。当输入增加时，输出也增加，则成该环节为“正环节”,反之，当输入增加时,输出减少，则称“反作用”。具体步骤 （1）,判断被控对象的正／反作用那个方向，主要由工艺机理确定。 (2）确定执行器的正/反作用方向由安全工艺条件决定。 （3)确定广义对象的正/反作用方向 （4)确定执行器的正／反作用方向 4.串级系统方框图Ｐ17６及特点是什么? 答:特点（1）减小了被控对象的等效时间常数;(2）提高了系统工作频率;(３）对负载变化有一定的自适应能力。 ５.前馈反馈的区别有哪些? 答:（1）控制依据：反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”，前馈控制是“基于扰动消除扰动对被控量的影响”。 （2）控制作用发生时间方面:反馈控制器的动作总是落后于扰动作用的发生,是一种“不及时”的控制；扰动发生后,前馈控制器及时动作。
一：填空题 28分 1．过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程、测量变送等环节组成。 2．过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3．过程控制仪表的测量变送环节由传感器和变送器两部分组成。 4．过程检测仪表的接线方式有两种：电流二线制四线制、电阻三线制 5．工程中，常用引用误差作为判断进度等级的尺度。 6．压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测 7．调节阀按能源不同分为三类：气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀 8．电动执行机构本质上是一个位置伺服系统。 9．气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 10. 理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。 11. 过程数学模型的求取方法有三种，分别是机理建模、试验建模、混合建模。 12．PID调节器分为模拟式和数字式两种。 13．造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。 14．自动控制系统稳定运行的必要条件是：闭环回路形成负反馈。 15． DCS的基本组成结构形式是“三点一线”。 二：名词解释 20分 1.过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2．积分饱和: 在积分控制范围内，积分控制输出与偏差的时间积分成正比，当控制输出达到一定限制后就不在继续上升或下降，这就是积分饱和现象。 3.串级控制系统：值采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 4.比例控制系统：凡是两个或多个参数自动维持一定比例关系的过程控制系统，称为比例控制系统。 5均匀控制系统：控制量和被控量在一定范围内都缓慢而均匀的变化的系统，称为均匀控制系统。 6.超驰控制系统：指在一个控制系统中，设有两个控制器，通过高低值选择器选出能适应安全生产状态的控制信号，实现对生产过程的自动化控制。 7.分程控制系统：一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上调节阀动作的系统称为分程控制系统。 8.阀位控制系统：是综合考虑快速性、有效性、经济性和合理性的一种控制系统。 9.集散控制系统：是把控制技术、计算机技术、图像显示技术及通信技术结合起来，实现对生产过程的监视控制和管理的系统。 10.现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。 三：简答题 32分 1.什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？ 答： PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为： （1）比例参数KC，作用是加快调节，减小稳态误差。 （2）积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度 （3）微分参数Kd，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。2．正反方向判断气开气关,如何选择？ P84 答：所谓起开式，是指当气体的压力信号增大时，阀门开大；气关式则相反，压力增大时，阀门关小。气动调节阀气开气关形式的选择，主要从工艺生产的安全来考虑的。详见例题3-5 气开气关调节阀的选择主要是从生产安全角度和工艺要求考虑的，当信号压力中断时应避免损坏设备和伤害操作人员。如阀门处于开的位置时危害性小，则应选气关式反之选用气开式。 3.控制器正反方向判断 P133
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
名词解释： 衰减比 答：衰减比n 定义为： 衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:1～10:1。 B1,B2为前两个峰顶与稳定值的差值。其中4 ：1 常作为评价过程动态性能指标的一个理想指标。 2、自衡过程 答：当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性。称该类被控过程为自衡过程。 3、分布式控制系统 答：分布式控制系统DCS ，又称为集散控制系统，一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系统。 DCS 的设计思想是“控制分散、管理集中” 4、串级控制系统 将两个控制器串联在一起工作、各自完成不同任务的系统结构，就称为串级控制结构。 主控制器的输出作为副控制器的设定值，再用控制器的输出去操纵调节阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。 流量：单位时间内流过工艺管道某截面的流体数量称为瞬时流量，而把某一段时间内流过工艺管道某截面的流体总量称为累计流量。 简答题： 1.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。 2.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 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. 5、PID 调节器的参数对控制性能各有什么影响？ 答：(1)比例增益 反映比例作用的强弱， 越大，比例作用越强，反之亦然。比例控制克服干扰能力较强、控制及时、过渡时间短，但在过渡过程终了时存在余差； 21B B n