过程装备控制技术
及应用习题及参考答案
第一章控制系统的基本概念
1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？
答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含：
①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。
2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。
自动控制系统常用的术语有：
被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；
给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值；
测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值；
操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；
干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；
偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s
控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？
答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系
统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
4.在自动控制系统中，什么是干扰作用？什么是控制作用？两者有什么关系？答：干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是由控制器或执行器作用于被控对象，通过改变操纵变量克服干扰作用，使被控变量保持在给定值，两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用，不同之处在于干扰作用是使被控变量偏离给定值，而控制作用是使被控变量接近给定值。
5.什么是闭环控制？什么是开环控制？定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统？
答：闭环控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制，即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，而被控变量又通过自动控制装置去影响操纵变量，从信号传递关系上看，构成了一个闭合回路。开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量，从信号传递关系上看，未构成闭合回路。定值控制系统要求给定值恒定不变，控制系统的输出即被控变量应稳定在与给定值相对应的工艺指标上，或在工艺指标的上下一定范围内变化，因此需要闭环控制。另外负反馈其反馈信号的作用方向与设定信号相反，是系统稳定工作的基本条件，因此定值控制系统必须是一个闭环负反馈系统。
6.在图1-11的换热器出口温度控制系统中，工艺要求热物料出口温度保持为某一设定值。
①试画出该控制系统的方框图；
②方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么？整个系统的输入信号和输出信号又是什么？
③系统在遇到干扰作用（如冷物料流量突然增大）时，该系统如何实现自动控制的？
答：如图所示为该控制系统的方框图。
该控制系统及各环节的输入、输出信号如图所示。整个系统的输入信号为：给定值y s，干扰作用f，输出为热物料出口温度T，
当冷物料流量增大，则出口温度y减小，TT检测后所得y m减小，偏差信号
e=y m-y s<0，输入调节器后产生控制信号u，使执行器或调节阀加大阀门开度，使温度T升高，从而实现控制。
7.图1-12为贮糟液位控制系统，工艺要求液位保持为某一数值，
（1）试画出该系统的方框图；
（2）指出系统中被控对象，被控变量，操纵变量，干扰作用各是什么？
（1
（2）该系统中被控变量对象为贮槽；被控变量为贮槽液位；操纵变量为出水流量；干扰作用为：进水流量，大气温度等。
8.什么是自动控制系统的过度过程？在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式？其中哪些能满足自动控制的要求，哪些不能，为什么？
答：对于任何一个控制系统，扰动作用是不可避免的，系统受到扰动作用后，其平衡状态被破坏，被控变量就要发生波动，在自动控制作用下经过一段时间，使被控变量回复到新的稳定状态，即系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过度过程。在阶跃干扰作用下，其过度过程曲线有：
①发散振荡过程②等幅振荡过程③衰减振荡过程④非振荡的单调过程。其中衰减振荡和非振荡的单调过程属于稳定的过渡过程，能满足自动控制的要求，其它的不能。
9.试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n→∞时的过度过程曲线？
答：如图所示：
10.表示衰减振荡过程的控制指标有哪些？
答：表示衰减振荡过程的控制指标有：
①最大偏差A——指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大值，即被控变量第一个波的峰值与给定值的差。
②衰减比n——过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比。
③回复时间（过渡时间）t s——指被控变量从过渡状态回复到新的平衡状态的时间间隔，即整个过渡过程所经历的时间。
④差e(∞)——指过渡过程终了时被控变量新的稳态值与设定值之差。
⑤振荡周期T——过渡过程的第一个波峰与相邻的第二个同向波峰之间的时间间隔，其倒数称为振荡频率。
第二章过程装备控制基础
1.什么是被控对象的特性？表征被控对象特性的参数有哪些？它们的物理意义是什么？
答：所谓被控对象的特性，是指当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小，速度），描述被控对象特性的参数有放大系数K，时间常数T和滞后时间τ。
K——被控对象重新达到平衡状态时的输出变化量与输入变化量之比。由于放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。
T——时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间。时间常数T是反映被控变量变化快慢的参数，因此是对象的动态参数。
τ——滞后时间是纯滞后τ
0时间和容量滞后τc的总和。
输入变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间，纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。滞后时间τ也是反映对象动态特性的重要参数。
2.为什么说放大系数是对象的静态特性，而时间常数和滞后时间是动态特性？答：放大系数K表达了被控对象在干扰作用下重新达到平衡状态的性能，是不随时间变化的参数，所以K是被控对象的静态特性参数。时间常数反映了被控对象受到输入作用后，输入变量达到新稳态值的快慢，它决定了整个动态过程的长短，所以是动态特性参数。滞后时间也是描述对象滞后现象的动态参数。
3.什么是被控对象的控制通道？什么是干扰通道？
答：对一个被控对象来说，输入量是扰动量和操纵变量，而输出是被控变量。由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道。操纵变量至被控变量的信号联系称为控制通道；扰动量至被控变量的信号联系称为扰动通道。
4.在控制系统中，对象的放大系数，时间常数，滞后时间对控制有什么影响？答：对于不同的通道，对象的特性参数（K，T ，τ）对控制作用的影响是不同的。对于控制通道：
放大系数K大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对扰动的补偿能力强，余差也小；放大系数K小，控制作用的影响不显著，被控变量的变化缓慢。但K太大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降。
在相同的控制作用下，时间常数T大，则被控变量的变化比较缓慢，此时对象比较平稳，容易进行控制，但过渡过程时间较大；若时间常数T小，则被
控变量变化速度快，不易控制。时间常数太大或太小，在控制上都将存在一定困难，因此，需根据实际情况适中考虑。
滞后时间 τ的存在，使得控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下降。因此，应尽量减小滞后时间 τ。 对于扰动通道：
放大系数K 大对控制不利，因为当扰动频繁出现且幅度较大时，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；而放大系数k 小，即使扰动较大，对被控变量仍然不会产生多大影响。
时间常数T 大，扰动作用比较平缓，被控变量变化较平稳，对象较易控制。
纯滞后的存在，相当于将扰动推迟τ0时间才进入系统，并不影响控制系统的品质；而容量滞后的存在，则将使阶跃扰动的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和些，因此，对系统是有利的。
5.试从图2-58某对象的反应曲线中，表示出该对象的放大系数，时间常数和滞后时间。
解：如图所示： k=
()(0)()(0)H H x x ∞-∞-=1()(0)H H qv ∞-? T
T=10t t -，00τ= c τ
∴0c τ=
6.什么是调节器的控制规律？调节器有哪几种基本控制规律？
答：调节器的控制规律是指调节器的输出信号随输入信号变化的规律或是指控制器的输出信号P 与输入偏差信号e 之间的关系。
1qv
常用的基本调节规律有：位式，比例，积分，微分等，以及它们的组合控制规律如PI，PD，PID。
7.什么是双位控制，比例控制，积分控制，微分控制，它们各有什么特点？答：①位式控制器的输出只有几个特定的数值，或它的执行机构只有几个特定的位置。最常见的是双位控制。，它们输出只有两个数值（最大或最小），其执行机构只有两个特定的位置（开或关）。
位式控制器结构简单，成本较低，易于实现，应用较普遍。但它的控制作用不是连续变化的，由它所构成的位式控制系统其被控变量的变化将是一个等幅振荡过程，不能使被控变量稳定在某一数值上。
②积分控制（P）是指调节器的输出信号变化量与输入信号变化量e(t)成比例关系：，--比例放大系数，比例控制的伏点是反应快，控制及时，其缺点是当系统的负荷改变时，控制结果有余差存在，即比例控制不能消除余差，因此只在对被控变量要求不高的场合，才单独使用比例控制。
③积分控制（I）：调节器输出信号的变化量与输入偏差的积分成正比，即：
式中--积分速度，--积分时间。积分规律的特点是控制缓慢，但能消除余差。由于输出变化量总要滞后于偏差的变化，因此不能及时有效地克服扰动的影响，加剧了被控变量的波动，使系统难以稳定下来，故不单独使用积分控制规律。
④微分控制（D）--指调节器输出信号的变化量与输入偏差的变化速度成正比。即。 --微分时间。
微分控制规律的特点是有一定的超前控制作用，能抑制系统振荡，增加稳定性；由于其输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的存在无关，因此，不能克服确定不变的偏差。故也不单独使用。
8．什么是余差？为什么单纯的比例控制不能消除余差积分控制消除余差。答：余差是指过渡过程终了时，被控变量新的稳态值与测定值之差。
比例调节器的输出变化量与输入偏差具有一一对应的比例差系，要使调节器有输出，就必须要有偏差存在，因此，比例调节控制不能消除余差。积分控制其输出信号的大小不仅与输入偏差信号的大小有关，还取决于偏差存在时间长
监测诊断技术基础
监测诊断技术基础
设备状态监测与故障诊断
（第一章 设备检测诊断的概念和基础知识 ）
课程介绍
1.课程背景 2.教学内容 3.教学培养目标 4.教学要求
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监测诊断技术基础
1.课程背景
监测诊断技术基础
设备状态监测与故障诊断(CMFD)。包含两 方面内容： ? 一是对设备的运行状态进行监测； ? 二是在发现异常情况后对设备的故障进行 分析、诊断，并给出是否有必要修理的结 论。 ? 它是随设备管理和设备维修发展起来的。
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? 引子：设备状态与人的状态有相似之处 ? 随着现代化工业的发展，设备能否安全可靠地以最佳状态 运行，对于确保产品质量、提高企业生产能力、保障安全 生产都具有十分重要的意义。 生产都具有十分重要的意义 ? 如何有效地提高设备运行的可靠性，及时发现和预测出故 障的发生是十分必要的，这正是加强设备管理的重要环节 和最重要的工作。 ? 设备从正常到故障会有一个发生、发展的过程，因此对设 备的运行状况应进行日常的、连续的、规范的工作状态的 检查和测量，是设备管理工作的一部分。
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监测诊断技术基础
? 设备故障诊断技术发展历史 1）1983－1985年：准备阶段 2）1986－1989年：实施阶段 3）1990－1995年：普及提高阶段 ） 年 普及提高阶段 4）1996－2000年：工程化、产业化阶段 5）2001年至今；传统诊断与现代诊断并存阶段
监测诊断技术基础
2.课程内容
基础知识 本课程内 容与方向 典型设备 诊断应用 诊断技术 与应用
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诊断方案 和评价
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过程装备控制技术 及应用习题及参考答案 第一章控制系统的基本概念 1?什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？ 答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含： ①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2. 自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。 自动控制系统常用的术语有： 被控变量y――被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度； 给定值（或设定值）y s――对应于生产过程中被控变量的期望值； 测量值y m 由检测原件得到的被控变量的实际值； 操纵变量（或控制变量）m――受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号； 干扰f――引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e） 被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s 控制信号u――控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 3. 什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？ 答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图
一、一、填空题（25分） 1、1、工业生产对过程装备的基本要求是（）、（）和（） 等。 2、2、压差式流量计的核心部件是（），常见的节流装置有（）、 （）和（）等。 3、3、液位是指（），常用的液位计有（）、（）、（）等。 4、4、在PID调节器中，需要整定的参数为（）、（）和（）。 5、5、调节阀的选型主要包括（）、（）、（）和（）等 内容。 6、6、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为（）、（）、 （）、（）等几种类型。 7、7、PLC的程序表达方式常采用（）、（）和（）等方法。 二、二、判断改正题（10分） 1、1、一单纯比例控制的液位对象，只要比例度选择的合适，系统就能跟踪 并最终稳定到设定值。( ) 2、2、自动调节系统中，滞后的存在总不利于调节的。（） 3、3、时间常数越大，表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越 短。（） 4、4、控制系统中直接产生控制作用的是控制信号。（） 5、5、串联管路中，随S值下降，调节阀的等百分比流量特性畸变趋近于直 线特性。 三、三、简答题（20分） 1、1、何为调节器参数的工程整定法，并简述临界比例度法进行参数整定的 过程。 2、2、试简要分析计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点。 3、3、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。 4、4、何为单容液位对象的自衡作用，并简要分析产生自衡作用的原因。 四、四、分析计算题（45分） 1、1、如图为一简单水槽液位控制系统，要求：（10分） （1）（1）画出本控制系统方框图。 （2）（2）系统被控变量、控制变量和检测变送环节各是什么？ （3）（3）系统调节机构的输入、输出量各是什么，属哪种调节规律，并推导出调节规律的数学表达式。
Kao7.流体动力过程是指遵循流体力学规律的过程，它涉及泵、压缩机、风机、管道和阀门等过程设备与元件。 流体是气体和液体的总称，包括哪几个方面的性质?答：1）流动性：切应力作用下流体会变形，且无恢复原状的能力。2）压缩性：温度不变时，流体的体积随压力增大而缩小的性质3）膨胀性：压力不变时，流体的体积随温度升高而增大的性质4）黏性：运动的流体，在相邻的流层接触面上，形成阻碍流层相对运动的等值而反向的摩擦力。反应了流体在运动状态下抵抗剪切变形速率的能力，它是运动流体产生机械能损失的根源。 1.产品的分类1）社会经济过程中的全部产品通常又可分为四类，即硬件产品、软件产品、流程性材料产品和服务型产品（国际标准化组织，ISO/DIS9000：2000）。 2）所谓“流程性材料”是指以流体（气、液、粉体等）形态存在的材料。 3）过程工业是加工制造流程性材料产品的现代制造业。 2.制造业的划分，按照“技术特征” 可将制造业分为哪两类？ 1）一类是以物质的化学、物理和生物转化，生成新的物质产品或转化物质的结构形态，多为流程性材料产品，产品计量不计件，连续操作，生产环节具有一定的不可分性，可统称为过程工业（过程制造业），如涉及化学资源和矿产资源利用的产业（石油化工、冶金）等； 2）另一类是以物件的加工和组装为核心的产业，根据机械电子原理加工零件并装配成产品，但不改变物质的内在结构，仅改变大小和形状，产品计件不计量，多为非连续操作，这类工业可统称为装备制造业。 3）二者关系：过程制造业为装备制造业提供原材料，同时装备制造业为过程制造业提供制造装备 3.过程工业包含的基本过程：1）流体动力过程：遵循流体力学规律的过程，涉及泵、压缩机、管道、阀门等。2）热量传递过程：遵循传热学规律的过程，涉及换热器。3）质量传递过程：遵循传质规律的过程，涉及干燥、蒸馏、浓缩、萃取。4）动量传递过程：遵循动量传递及固体力学规律的过程，涉及固体物料的输送、粉碎、造粒等。5）热力过程：遵循热力学规律的动力过程，涉及发电、燃烧、冷冻、空气分离等过程。6）化学反应过程：遵循化学反应诸规律的过程。 4.过程装置是流程性材料产品的工作母机: 1）成套过程装置是流程性材料产品的工作母机，它通常由一系列的过程机器和过程设备，按一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的连续系统，再配以控制仪表和电子电气设备，即能平稳连续地把以流体为主的各种材料，让其在装置中历经必要的物理化学过程，制造出人们需要的新的流程性产品。 2）单元过程设备（如换热器、反应器、塔、储罐等）与单元过程机器（如压缩机、泵、离心机等）二者统称为过程装备。 5.什么是过程装备与控制工程? 1）过程装备与控制工程是结合数、理、化和多领域的工程知识，以安全和经济的方式解决诸多的工业问题的学科2）与过程制造业和装备制造业同时相关。6.一般机械原理与过程机械原理的区别? 1）一般机械原理研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动。2）过程机械原理是研究机械及其系统中流程型物料的状态变化，以及这些物料和状态变化对机械及其系统影响的规律。
自动化在日常生活中的应用与展望 一、摘要：本文简要介绍自动化技术的基本概念、发展、应用和未来展望。随着信息技术的发展，特别是网络技术的发展，正在改变着人类若干世纪以来形成的信息传递及生活方式，是现代人们的生活得到了很大的便利。而且我相信，随着我们勤劳智慧的地球人的不断努力和奋斗，自动化控制技术在不久的将来将会得到更加广泛的应用。 二、关键词：自动化控制技术概念现代应用未来发展 三、内容： 1、概念：所谓自动化（Automation），是指机器或装置在无人干预的情况下，按规定的程序或指令自动的进行操作或运行。广义地讲，自动化还包括模拟或在现人的智力活动。自动化主要是人造系统的问题，如工厂中的机床、飞行器的飞行姿态控制等。而相比之下自动控制的概念就要广泛一些，它不仅设计人造系统问题，还涉及社会的方方面面，如环境的控制、人口的控制、经济的控制。以上是对自动化及自动化控制技术的简单认识。 2、应用：自动化技术的发展历史，大致可以划分为自动化技术的形成、局部自动化和综合自动化三个时期。 1788年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器（又称飞球调速器），代表着自动化技术的形成时期。第二次世界大战时期的经典控制理论对战后发展局部自动化起了重要的促进作用。而20世纪50年代末空间技术迅速发展，迫切需要解决多变量系统的最优控制问题，于是综合自动化技术应运而生。 现在自动化技术应用于很多方面，例如，机械加工、采矿冶炼、交通系统、军事技术、航空航天、农业生产、环境保护、科学研究、办公服务等领域。其中汽车工业的工厂自动化控制，采用一贯作业的生产方式，借着整条生产线的分工装配，没几分钟即可生产一部汽车。纺织工业的工厂自动化控制，亦采用一贯作业的生产方，没几分钟即可高速生产一批布料。塑料工业的工厂自动化控制，亦采用一贯作业的生产方式，产出塑料原料后，在经过射出成型机器，产出各种所料模型。机械制造的工厂自动化控制，通过柔性制造系统，是一台机器能生产符合要求的不同的零件，由数控机床、材料和工具自动运输设备产品，自动检测等实验设备真正实现“无人工厂”。 不仅在机械生产中，自动控制系统还大量出现在飞行器和交通设备的控制上，如导弹、航天飞机、火车等。由于技术的发展，如今飞行器的速度已远远不能靠人类的大脑反应来控制，这就需要自动控制系统。 在工业上，计算机集成制造系统使自动化无人工厂成为现实。 自动化正在与其它学科相互交融，朝着更多的应用领域延伸，例如：经济控制论的形成直接推动了国民经济的发展；人口控制论的研究，为计划生育工作决策起到很大作用；环境系统工程已经成为世界性的大课题，人类为了生存与发展，必须采取各种措施来改变环境，自动化理论与技术在这方面大有作为；另外在国际关系领域、军事领域以及社会治安综合治理等领域，均离不开自动化学科的介入及其研究成果的应用。 3、展望：自动化技术发展日新月异，特别是随着现代计算机技术的发展，自动化及自动化控制技术有了更广阔的前景。例如，在交通方面，现在汽车的普及速度之快，已经接近了平民化，它不再是一种奢侈的享受，但是由此而引发的
1.1.1 生产过程自动化系统所包含的内容：自动检测系统：采用检测仪表（如热电偶、热电阻、压力传感器等）对温度、压力、流量、液位等 进行测量，自动控制的依据 ? 信号连锁系统：信号连锁系统是一种安全装置，包括信号报警和联锁保护 ，信号连锁系统的作用 ，在事故发生前，自动发出声光报警 信号，引起操作员的注意以便及早采取措施 ? 自动操作系统：按预先规定的程序周期性操作（如PLC 程序控制） ? 自动控制系统：根据实际的工艺参数变化进行自动调节（如PID 调节期、计算机数控等） 1、工业生产对过程装备的基本要求是（安全性；经济性；稳定性）等。 2、压差式流量计的核心部件是（节流装置 ），常见的节流装置有（孔板；喷嘴；文都利管 ）等。 3、液位是指（容器内液体介质液面的高低），常用的液位计有（浮力式；静压式；电容式；光纤式） 4、在PID 调节器中，需要整定的参数为（比例度；积分时间；微分时间）。 5、调节阀的选型主要包括（阀的口径选择；型式选择；固有流量特性选择；材质选择）等内容。 6、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为（直接数字控制系统；监督控制系统；分级控制系统；集散控制系统）等几种类型。 7、PLC 的程序表达方式常采用（梯形图；语句表；逻辑功能图）等方法。 判断1、一单纯比例控制的液位对象，只要比例度选择的合适，系统就能跟踪并最终稳定到设定值。(错误。单纯的比例控制不可能消除余差) 2、自动调节系统中，滞后的存在总不利于调节的。（错误。控制通道的滞后总是不利的，但干扰通道中的容量滞后可以缓和干扰的影响，对控制系统有利。） 3、时间常数越大，表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越短。（错误。时间常数越大，表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越长） 4、控制系统中直接产生控制作用的是控制信号。（错误。控制系统中直接产生控制作用的是操纵变量。） 5、串联管路中，随S 值下降，调节阀的等百分比流量特性畸变趋近于直线特性。正确 三、简答题1、何为调节器参数的工程整定法，并简述临界比例度法进行参数整定的过程。1、所谓的工程整定法，就是避开被控对象的特性和数学描述，在被控对象运行时，直接在控制系统中，通过改变调节器参数，观察被控变量的过渡过程，来获取调节器参数的最佳数值。临界比例度法整定参数的步骤是：首先将调节器的积分、微分作用全部去除，在纯比例作用调节比例度，直至得到等幅振荡的阶跃干扰过渡过程，此时的比例度和振荡周期称为临界比例度和临界周期，最后按照相应的经验公式计算出调节器各参数的整定数值。临界比例度法参数整定是以闭环系统得到4:1衰减比，且有合适的超调量为目标的。 2、试简要分析计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点。2、计算机直接控制系统与常规模拟控制系统的基本结构相同，有关调节原理和调节过程也相同，都是基于“检测偏差、纠正偏差”的控制原理。不同之处在于计算机控制系统中，控制器对控制对象的参数、状态信息的检测和控制结果的输出在时间上是断续的，对检测信号的分析计算是数字化的，而在模拟控制系统中则是连续的。 3、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。3、本质安全防爆型是指在正常和故障状态下，电路及设备产生的火花能量都不足于引起爆炸的防爆类型。它由两种场所、两种电路组成，即安装在危险场所的本质安全电路及安装在非危险场所的非本质安全电路，两者间采用防爆安全栅隔离。仪表的防爆性能是靠电路设计来实现和保证：采用低的工作电压和小的工作电流；用防爆安全栅将危险与非危险场所电路隔开；现场和控制室之间仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。 4、 何为单容液位对象的自衡作用，并简要分析产生自衡作用的原因。4、单容液位对象的自衡作用是指当输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时，在没有人为干预的情况下，被控对象的自身能重新恢复平衡的特性。产生的原因主要是出口阀的流量特性，即在流出变化量很小的情况下，流出量与液位成正比关系，即：s v R H q 2 四、分析计算题（45分）1、如图为一简单水槽液位控制系统，要求：（10分）（1） 画出本控制系统方框图。（2） 系统被控变量、控制变量和检测变送环节各是什么？ （3） 系统调节机构的输入、输出量各是什么，属哪种调节规律，并推导出调节规律的数学表达式。 2、聚合釜温度与流量的串级控制系统，如图所示，(10分)（1） 画出控制系统方框图。（2） 说明该系统的主、副对象，主、副变量，主、副调节器各是什么？（3） 分析系统不采用简单温度控制而采用串级温度、流量控制的原因。 3、如图为一牛奶干燥过程流程图，要保证产品质量，需严格控制干燥器的温度，试分析：（15分） （1） 影响干燥器温度的因素有哪些？（2） 合理选择系统控制变量，并说明原因。 （3） 画出控制系统方框图。
过程装备控制技术及应用试题 一、选择题（每题2分，共20分） 1、闭环控制系统是根据信号进行控制的。 A、被控量 B、偏差 C、扰动 D、给定值 2、 DDZ-皿型仪表采用国际标准信号，现场传输信号是（4?20mADC ），控制联络信号为1?5VDC。 （A）0 ?10mADC ; （B）4 ?20mADC ; （C）1 ?5VDC ; （D）1 ?10VDC。 3、对于PID调节器（I的作用是消除静态偏差、D的作用是减小动态偏差）。 （A）I的作用是减小动态偏差、D的作用是消除静态偏差；（B）l的作用是消除静态偏差、D的作用是消除动态偏差；（C）l的作用是消除动态偏差、D的作用是减小静态偏差；（D）l的作用是消除静态偏差、D的作用是减小动态偏差。 4、因为（微分动作）对于干扰的反应是很灵敏的。因此，它常用于温度的调节，一般不能用于压力、流量、液位的调节。 （A）比例动作；（B）积分动作；（C）微分动作；（D）比例积分。 5、调节系统中用临界比例带法整定参数的具体方法是（先将Ti置最大，TD置最小，SP置较大）。 （A）先将Ti置最大，TD置最小，SP置较大；（B）先将Ti置最小，TD置最大，SP置较大；（C）先将Ti置最小，TD 置最小，SP置较小；（D）先将Ti置最小，TD置最小，SP置较大。 6、调节对象在动态特性测试中，应用最多的一种典型输入信号是（阶跃函数）。 （A）阶跃函数；（B）加速度函数；（C）正弦函数；（D）指数函数。 7、霍尔压力变送器是利用霍尔效应把压力作用下的弹性元件位移信号转换成（电动势）信号，来反应压力的变化。 （A）电流；（B）相位；（C）电动势；（D）以上都是 8、要使PID调节器为比例规律，其积分时间Ti和微分时间TD应设置为（^、0 ）。 （A）g 汽（B）g 0 ；（C）0、0；（D）0、g 9、动态偏差是指调节过程中（被调量与给定值）之间的最大偏差。 （A）被调量与调节量；（B）调节量与给定值；（C）被调量与给定值；（D）以上都不是 10、需要知道对象的动态特性，才能进行参数整定的工程方法是____________ 。 A、临界比例带法 B、衰减曲线法 C、响应曲线法 D、广义频率法 二、填空题（每空2分，共30分） 1、工业生产对过程装备的基本要求是________________ 、_____________ 、__________ （安全性；经济性；稳定 性）等 2、在阶跃干扰作用下，自动控制系统的过度过程有哪几种基本形 式_____________ 、_____________ 、__________ 、 __________ 。①发散振荡过程② 等幅振荡过程③衰减 振荡过程④非振荡的单调过程
1.1.1生产过程自动化系统所包含的内容：自动检测系统：采用检测仪表（如热电偶、热电阻、压力传 感器等）对温度、压力、流量、液位等进行测量，自动控制的依据 ?信号连锁系统：信号连锁系统是一种安全装置，包括信号报警和联锁保护，信号连锁系统的作用， 在事故发生前，自动发出声光报警信号，引起操作员的注意以便及早采取措施 ?自动操作系统：按预先规定的程序周期性操作（如PLC程序控制） ?自动控制系统：根据实际的工艺参数变化进行自动调节（如PID调节期、计算机数控等） 1、工业生产对过程装备的基本要求是（安全性；经济性；稳定性）等。 2、压差式流量计的核心部件是（节流装置），常见的节流装置有（孔板；喷嘴；文都利管）等。 3、液位是指（容器内液体介质液面的高低），常用的液位计有（浮力式；静压式；电容式；光纤式） 4、在PID调节器中，需要整定的参数为（比例度；积分时间；微分时间）。 5、调节阀的选型主要包括（阀的口径选择；型式选择；固有流量特性选择；材质选择）等内容。 6、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为（直接数字控制系统；监督控制系统；分级控制系统； 集散控制系统）等几种类型。 7、PLC的程序表达方式常采用（梯形图；语句表；逻辑功能图）等方法。 判断1、一单纯比例控制的液位对象，只要比例度选择的合适，系统就能跟踪并最终稳定到设定值。(错误。单纯的比例控制不可能消除余差) 2、自动调节系统中，滞后的存在总不利于调节的。（错误。控制通道的滞后总是不利的，但干扰通道 中的容量滞后可以缓和干扰的影响，对控制系统有利。） 3、时间常数越大，表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越短。（错误。时间常数越大， 表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越长） 4、控制系统中直接产生控制作用的是控制信号。（错误。控制系统中直接产生控制作用的是操纵变量。） 5、串联管路中，随S值下降，调节阀的等百分比流量特性畸变趋近于直线特性。正确 三、简答题1、何为调节器参数的工程整定法，并简述临界比例度法进行参数整定的过程。1、所谓的 工程整定法，就是避开被控对象的特性和数学描述，在被控对象运行时，直接在控制系统中，通过改变调节器参数，观察被控变量的过渡过程，来获取调节器参数的最佳数值。临界比例度法整定参数的步骤是：首先将调节器的积分、微分作用全部去除，在纯比例作用调节比例度，直至得到等幅振荡的阶跃干扰过渡过程，此时的比例度和振荡周期称为临界比例度和临界周期，最后按照相应的经验公式计算出调节器各参数的整定数值。临界比例度法参数整定是以闭环系统得到4:1衰减比，且有合适的超调量为目标的。 2、试简要分析计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点。2、计算机直接控制系统与常规模拟控 制系统的基本结构相同，有关调节原理和调节过程也相同，都是基于“检测偏差、纠正偏差”的控制原理。不同之处在于计算机控制系统中，控制器对控制对象的参数、状态信息的检测和控制结果的输出在时间上是断续的，对检测信号的分析计算是数字化的，而在模拟控制系统中则是连续的。 3、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。3、本质安全防爆型是指在正常和故障状态下，电路及 设备产生的火花能量都不足于引起爆炸的防爆类型。它由两种场所、两种电路组成，即安装在危险场所的本质安全电路及安装在非危险场所的非本质安全电路，两者间采用防爆安全栅隔离。仪表的防爆性能是靠电路设计来实现和保证：采用低的工作电压和小的工作电流；用防爆安全栅将危险与非危险场所电路隔开；现场和控制室之间仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。 4、何为单容液位对象的自衡作用，并简要分析产生自衡作用的原因。4、单容液位对象的自衡作用 是指当输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时，在没有人为干预的情况下，被控对象的自身能重新恢复平衡的特性。产生的原因主要是出口阀的流量特性，即在流出变化量很小
1. 什么是被控对象的控制通道?什么是干扰通道? 答:对一个被控对象来说,输入量是扰动量和操纵变量,而输出是被控变量。由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道。操纵变量至被控变量的信号联系称为控制通道;扰动量至被控变量的信号联系称为扰动通道 2. 被控对象的特性是由生产工艺过程和工艺设备决定的,在控制系统的设计中是无法改变的。 3. 被控对象数学描述推导依据的:物料平衡和力学平衡. 4. 传感器的主要组成部分:敏感元件、转换元件、测量电路与其他辅助部件组成. 5. 力平衡式压差变送器主要组成部分:测量部分、放大器和反馈部分。 6,. 温度变送器类型:直流毫伏、电阻体温度和热电偶温度变送器. 7.试分析四线制变送器与两线制变送器与电源的连接方式并画出示意图。 答:电动变送器输出信号与电源的连接方式有两种:四线制和两线制,四线制中, 供电电源通过两根导线接入,另两根导线与负载电阻R2相连,输出0~10mA DC 信号。这种连线方式中,同变送器连接的导线共有4根,成为四线制,如图(a所示。如图b中所示,同变送器连接的导线只有两根,同时传送变送器所需的电源电压和4~20mA DC输出电流,称为两线制。 8.何为基型调节器?它具有哪些主要特点? 答:基型调节器是一种具有PID运算功能,并能对被调参数,给定值及阀门位置进行显示的调节器。 特点:①采用了高增益、高阻抗线性集成电路组件,提高万仪表的精度,稳定性和可靠性,降低了能耗。
②有软、硬两种手动操作方式,软手动与自动之间由于有保持状态而使调节器输出能够长期保持,因而在互相切换时具有双向无平衡无抗扰特性,提高了操作性能。 ③采用集成电路便于各种功能的扩展。 ④采用标准信号制,接受1-5V DC测量信号,输出4~20mA DC信号,由于空气受点不是从零点开始的,故容易识别断电、断线等故障 ⑤能与计算机联用。 9.什么是自动控制系统的方框图?它与工艺流程图有什么不同? 答:自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线(带有箭头的线段、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分,方块内填入表示其自身特性的数学表达式;方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系,以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号,表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接,借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程,即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。10.在自动控制系统中,什么是干扰作用?什么是控制作用?两者有什么关系?答:干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用;控制作用是由控制器或执行器作用于被控对象,通过改变操纵变量克服干扰作用,使被控变量保持在给定值,两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用,不同之处在于干扰作用是使被控变量偏离给定值,而控制作用是使被控变量接近给定值。 11.什么是自动控制系统的过度过程?在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式? 其中哪些能满足自动控制的要求,哪些不能,为什么?
《过程装备基础》试题库答案 第1章 第一种模式 （一）填空题 （1）A类难度 1．二力杆是指杆两端两个力沿此二力作用点的连线作用构件。 2．对所研究物体的位移起限制作用的周围物体称为约束。 3．约束作用于被约束物体的力称为约束反力。 4．光滑面约束产生的约束反力的方向沿接触面的公法线并指向被约束物体。5．两个力偶矩的值和转动方向完全相同，则称这两个力偶为等效力偶。6．平面汇交力系是指物体上各力的作用线在同一平面内并且相交于一点的力。7．平面一般力系的平衡条件是力系的合力等于零。 8．力偶是指两个大小相等、方向相反、作用线平行但不重合的力组成的力系。9．生产实践中遇到的构件，大致可分为三类：即：杆件、平板、壳体。10．柔性约束产生的约束反力的方向是使柔索被拉直的方向。 （2）B类难度 1．柔性约束的特点是只限制被约束物体使柔索被拉直方向的位移，其约束反力只能是拉力。 2．固定铰链约束的特点是限制被约束物体的移动，不限制其转动。 3．固定端约束的特点是物体的移动和转动全部被限制。 4．解除约束是指把要研究的物体从约束它的其他物体中分离出来，其他物体对分离体的约束用约束反力来表示。 5．刚体是指在任何情况下，其大小和形状始终保持不变的物体。 6．力偶等效的条件是力偶矩彼此相等。 7．力在坐标轴上的投影是指从力F的始端Ａ和末端B分别向x轴作垂线，得垂足a和b，线段ab就是力F在x轴上的投影。 （二）判断题 （1）A类难度 1．力偶与力矩一样都使物体产生转动，但力偶与矩心无关。（A） A 正确 B 错误
2．力偶可以用力来平衡。（B ） A 正确 B 错误 3．可动铰链的约束垂直向上指向被约束物体。（A ） A 正确 B 错误 4．固定端约束限制物体的移动不限制物体的转动（B） A 正确 B 错误 5．力偶与力矩的作用是完全相同的（B） A 正确 B 错误 6．光滑铰链约束与光滑面约束本质是一样的。（A） A 正确 B 错误 7．受力图是反映物体受约束反力的图（B） A 正确 B 错误 （2）B类难度 1．柔性物体的受力和二力杆的受力是完全一样的。（B） A 正确 B 错误 2．固定铰链的约束反力的方向是不确定的。（A） A 正确 B 错误 3．可动铰链的约束与光滑面本质是一样的。（A） A 正确 B 错误 4．固定端约束与铰链约束不同的是固定端约束限制物体的转动。（A） A 正确 B 错误 5．力在坐标轴上的投影是标量，只反映力的大小。（B） A 正确 B 错误 第二种模式 （一）简要回答下列问题： 1．二力杆须满足什么条件？ 要点：杆两端作用的两个力沿此二力作用点的连线。 2．什么叫约束？约束反力如何确定？ 要点：对非自由体的位移起限制作用的周围物体称为约束。
自动控制技术现状及发展趋势 发表时间：2017-11-03T16:38:49.533Z 来源：《电力设备》2017年第18期作者：孔德磊[导读] 摘要：自动控制技术是一项综合性技术，目前被广泛地应用于企业生产及人们的日常生活中，极大地提高了企业的生产效率及人们的生活质量。本文通过对目前我国自动控制技术的现状及其发展进行了详细的分析，从而指出自动控制技术正在向智能化、网络化、微型化以及集成化等方面发展，自动控制技术是现代化生产的基础，是提高生产效率的关键。 （河南理工大学河南焦作 454000）摘要：自动控制技术是一项综合性技术，目前被广泛地应用于企业生产及人们的日常生活中，极大地提高了企业的生产效率及人们的生活质量。本文通过对目前我国自动控制技术的现状及其发展进行了详细的分析，从而指出自动控制技术正在向智能化、网络化、微型化以及集成化等方面发展，自动控制技术是现代化生产的基础，是提高生产效率的关键。关键词：自动控制技术；现状；发展趋势一、目前我国自动控制技术的现状分析就目前我国在自动控制领域的实际情况来看，虽然自动控制技术得到了长足的发展以及比较广泛地实际应用，但是这与国外发达国家的自动控制技术水平及应用程度还有很大的差距。我国想要提高自动控制技术的水平，就必须加大投资与科研的力度，对新型的生产线要科学合理地对其进行自动化的设计及未来发展的预设，要特别注重自动化信息流的作用，从而提升我国自动控制水平及应用，进而提高我国企业的国际竞争力。从目前我国自动控制技术在应用领域中的作用来看，主要是为提高设备的运行效率。根据我国发展的具体情况，研制开发自动控制技术，从而避免研制自动控制技术的盲目性。但是，还是存在自动控制技术在研发过程中缺乏宏观层面上的明确指导，在投入实际生产中所获得的经济效益比较低的现象，在我国自主研发的自动化设备上还存在精确度比较差、可靠性比较低以及实用性比较差的现象。随着手工制造业在国家经济建设中逐渐丧失了优势地位，自动化生产在社会生产中日益显示出其生产操作简单、产品质量高及生产效率高等特点，成为企业生产中的主要模式。在我国自动控制技术的发展也是非常不平衡的，大部分生产领域的自动化程度还非常低，例如，玩具、服装等。 我国想要提高自动控制水平并不是很容易，这即需要对新的自动控制技术的研发，也要对原有企业的生产设备进行自动化改造，这样不但能够提高生产效率而且还能起到降低成本的作用。可以通过数控技术等自动控制技术改造原有机械设备，提高传统机械设备的自动化程度，从而提高设备的使用率和生产率。在机床上通过控制技术的改造，充分发挥计算计技术的优势，实现设备及生产线的自动化的改造，从而提高生产效率。 二、我国自动控制技术的发展趋势分析（一）智能化自动控制技术的发展自动控制技术水平的发展是现代化生产不断推进的动力和基础力量，在自动化生产的开始阶段，控制系统比较简单，控制规律也很简单，因此，采用常规的控制方法就可以完成作业。智能化是自动化控制技术发展的更高水平，智能化主要表现在控制的功能多样化和用途多样化，智能化是未来制造业发展的方向。随着科学技术的不断进步，现代化生产的发展方向逐步向人工智能与自动控制技术相结合应用的趋势。人工智能理论向自动控制技术领域的渗透，不但理论上而且在实践上都是新的发展途径，为智能化的自动控制技术，提供了新的思想和方法。人工智能与自动控制技术相结合，能够根据生产过程中的变化情况，对系统采取更为有效的控制。在目前许多生产领域都采用了智能化控制技术应用于生产系统中，智能化控制技术的水平和应用程度关系到企业现代化生产自动化水平及程度的高低。（二）网络化、微型化自动控制技术的发展从自动控制技术的发展历程来看，在比较长的时期内，自动控制技术都是在工业生产领域内进行的。自动控制技术为工业生产所需的各种机械设备，提供了可靠性及性能都非常高的控制设备。在科学技术快速发展的当下，各领域之间都不是独立发展进行的，而是相互借鉴促进甚至结合发展成为新的发展领域。自动控制技术的发展当然也离不开对其他领域的借鉴与冲击，其中来自工业PC的影响最为严重。网络化及微型化是将来自动控制技术发展的必然趋势，在自动控制技术系统发展的初期，其形态非常的大而且价格又非常的高。自动控制技术未来发展的方向必然也离不开网络化，网络技术在现代化生产中具有重要的作用。尤其是对生产过程中信息数据的传递以及分析起到了关键作用，对自动控制系统发现安全问题采取合理的处理措施，预防故障的发生等都起到行之有效的作用。随科学技术的不断进步，发展到现在它与以前相比已经改变了很多，正在向微型化发展而且在价格上也在逐步的下降。随着自动控制系统的控制软件的进一步的完善和发展，未来能够安装控制系统软件的市场份额将会逐步呈上涨趋势。（三）综合化自动控制技术的发展在现代化自动控制技术领域中已经建立模糊控制、智能控制及专家系统等控制技术的发展方向，这些方向自动控制技术的主要特点就是综合性。这些特殊方向性的控制系统都是以自动控制技术理论为基础，从而对整个设备或流程进行综合控制。其中涉及的理论知识比较多，不在是单一的自动控制技术知识，还包括电子技术、计算机技术、机械技术等等。自动控制技术要想得到快速的发展，从而适应并促进社会的进步，就必须把自动控制技术与相关技术相结合进而发展成为一个新的方向，这样才能够给自动控制技术领域注入新鲜养分与活力，才能提高自动控制技术的可靠性、精确性与高效性。不断发展各项自动控制技术，例如，各种控制系统、专用计算机等自动控制技术的基础技术，不断引进多个领域的新知识、新理论及新技术。对原有的自动控制技术进行不断地改进与发展，这就需要大量的新理论、新方法以及新技术对其进行补充，更需要高水平的专业人才对其进行研究与开发。随着自动控制技术的不断发展，对普通工人以及经验与技能的要求会越来越低，而对知识的要求会越来越高，相关工作人员必须具备较高的知识层次才能更好地完成自动控制技术的相关工作。当自动控制设备发展到非常高的水平后，会因为技术及管理上的原因，使得产品的废品率比较高。造成这种现象的主要原因不是设备的问题而是工作人员素质的问题，所以要大力培养适合自动控制设备工作的新型技术人才，这需要相关人员必须掌握各种与自动控制设备的新方法、新原料以及操作方法等。在自动控制技术领域只有拥有了大量的专业技术人才或相关技术的综合型人才，才能够实现对自动控制技术的有力推广，从而提高我国自动控制技术的水平。参考文献：
《过程装备控制技术及应用》 （第二版） 王毅、张早校 化学工业出版社 思考题与习题及参考答案 第一章控制系统的基本概念 1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？ 答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？ 答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。 自动控制系统常用的术语有： 被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度； 给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值； 测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值；
操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号； 干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s 控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？ 答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。 4.在自动控制系统中，什么是干扰作用？什么是控制作用？两者有什么关系？ 答：干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是由控制器或执行器作用于被控对象，通过改变操纵变量克服干扰作用，使被控变量保持在给定值，两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用，不同之处在于干扰作用是使被控变量偏离给定值，而控制作用是使被控变量接近给定值。 5.什么是闭环控制？什么是开环控制？定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统？
第一章控制系统的基本概念 1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？ 答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含： ①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。 自动控制系统常用的术语有： 被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度； 给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值； 测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值； 操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号； 干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素； 偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s 控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？ 答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。 4.在自动控制系统中，什么是干扰作用？什么是控制作用？两者有什么关系？
1. 过程装备的三项基本要求过程装备的三项基本要求：安全性、经济性和稳定性. A.安全性:指整个生产过程中确保人身和设备的安全 B.经济性:指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生产成本低而效率高 C.稳定性:指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力. 2. 过程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等. 3. 流程工业四大参数：温度、压力、流量、液位（或物位） 4. 控制系统的组成控制系统的组成:(1)被控对象 (2)测量元件和变送器 (3)调节器 (4)执行器 5. 控制系统各参量及其作用:1.被控变量 y 指需要控制的工艺参数，它是被控对象的输出信号 2.给定值（或设定值) ys 对应于生产过程中被控变量的期望值 3.测量值 ym 由检测元件得到的被控变量的实际值 4.操纵变量（或控制变量）m 受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号 5.干扰（或外界扰动）f 引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素 6.偏差信号 e 在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差 7.控制信号u 控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 6. 控制系统的分类（1）控制系统的分类：按给定值 a 定值控制系统；随动控制系统；程序控制系统（2） b c 按输出信号的影响 a 闭环控制；b 开环控制（3）按系统克服干扰的方式 a 反馈控制系统；b 前馈控制系统；c 前馈-反馈控制系统 7. 控制系统过度过程定义：从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内，然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。 8. 阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点（1）发散振荡过程：这是一种不稳定的阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点：过渡过程，因此要尽量避免（2）等幅振荡过程：被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡幅度恒定不变，这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用（3）衰减振荡过程：被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期就稳定下来，这是一种稳定的过渡过程（4）非振荡的过渡过程：是一个稳定的过渡过程，但与衰减振荡相比，其回复到平衡状态的速度慢，时间长，一般不采用。 9. 评价控制系统的性能指标（1）以阶跃响应曲线形式表示的质量指标: A.最大偏差 A（或评价控制系统的性能指标：超调量σ） B.衰减比 n C. 过渡时间 ts D.余差 e E.振荡周期 T （2）偏差积分性能指标: A.平方误差积分指标（ISE） B.时间乘平方误差积分指标（ITSE）C.绝对误差积分指标（IAE） D.时间乘绝对误差积分指标（ITAE） 10. 被控对象特性的定义被控对象特性的定义：就是当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小，速度等）。 11. 连续生产过程所遵守的两个最基本的关系：物料平衡和能量平衡。即静态条件下，单位时间流入对象的物料（或能量）等于从系统中流出的物料（或能量）；动态条件下，单位时间流入对象的物料（或能量）与从系统中流出的物料（或能量）之差等于系统内物料（或能量）存储量的变化率。 12. 有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别：A.自衡特性有利于控制，在某些情况下，使用简单的控制系统就能得到良好的控制质量，甚至有时可以不用设置控制系统。B.无自衡特性被控对象在受到扰动作用后不能重新恢复平衡，因此控制要求较高。对这类被控对象除必须施加控制外，还常常设有自动报警系统。 13. 一阶被控对象一阶被控对象：它是一个一阶常系数微分方程，具有该特性的被控对象叫一阶被控对象. 14. 描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响（1）放大系数 K 对控制通道，K 描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响：值大，控制灵敏，但被控变量不易控制，系统不稳定；对干扰通道，K 值越小，相同干扰产生的作用越小，利于控制。（2）时间常数 T 不同通道,时间常数对系统的影响：对控制通道，若时间常数 T 大，则被控变量的变化比较缓和，一般来讲，这种对象比较稳定，容易控制，但缺点是控制过于缓慢；若时间常数 T 小，则被控变量的速度变化快，不易控制。因此，时间常数太大或太小，对过程控制都不利；对干扰通道，时间常数大有明显的好处，使干扰对系统的影响变得比较缓和，被控变量的变化平稳，对象容易控制。（3）滞后时间不同通道、不同滞后对控制性能的影响：对控制通道，滞后的存在不利于控制；对于干扰通道，作用不一，纯滞后是只是推迟了干扰作用的时间，因此对控制质量没有影响；容量滞后则可以缓和干扰对被控对象的影响，因而对控制系统是有利的。 15. 单回路控制系统参数选择的原则（1）被控变量的选择基本原则；被控变量信号最好是单回路控制系统参数选择的原则：能够直接测量获得，并且测量和变送环节的滞后也要比较小。若被控变量信号无法直接获取，可选择与之有单值函数关系的间接参数作为被控变量。被控变量必须是独立变量。变量的数目一般可以用物理化学中的相律关系来确定。被控变量必须考虑工艺合理性，以及目前仪表的现状能否满足要求。（2）操纵变量的选择；使被控对象控制通道的放大系数较大，时间常数较小，纯滞后时间越小越好；使被控对象干扰通道的放大系数尽可能小，时间常数越大越好。（3）检测变送环节：检测变送环节在控制系统中起着获取信息和传送信息的作用。①减小纯滞后的方法，正确选择安装检测点位置，使检测元件不要安装在死角或容易结焦的地方。当纯滞后时间太大时，就必须考虑使用复杂控制方案。②克服测量滞后的方法，一是对测量元件时间常数进行限定。尽量选用快速测量元件，以测量元件的时间常数为被控对象的时间常数的十分之一以下为宜；二是在测量元件后引入微分环节，达到超前补偿。在调节器中加入微分控制作用，使调节器在偏差产生的初期，根据偏差的变化趋势发出相应的控制信号。③减小信号传递滞后的方法，尽量缩短气压信号管线长度，一般不超过 300m；较长距离的传输尽量转换成电信号；在气压管线上加气动继电器，以增大输出功率；按实际情况尽量采用基地式仪表等。 16. 基本调节规律：A.断续调节：位式；B.连续调节：比例、积分、微分。 17. PID 调节器的参数整定：整定内容；调节器的比例度δ，积分时间 T1 和微分时间 TD。整定方法；①经验试凑法，②临界比例度法，③衰减曲线法。 18. 复杂控制系统的分类分类：①为提高响应曲线的性能指标而开发的控制系统； ②为某些特殊目的而开发的控制系统。 19. 串级控制系统的工作原理：串级控制系统由两套检测变送器，两个调节器，两个被控对象和一个调节阀组成，其中两个调节器串联起来工作，前一个调节器的输出作为后一个调节器的给定值，后一个调节器的输出才送往调节阀。串级控制系统与简单控制系统有一个显著的区别，它在结构上形成了两个闭环，一个闭环在里面，成为副环或副回路，在控制过程中起着“初调”的作用，一个闭环在外面，称为主环或主回路，用来完成“细调”任务，以保证被控变量满足工艺要求。 20. 串级控制系统的工作特点控制系统的工作特点：①能迅速克服进入副回路的干扰②能改善被控变量的特性，提高系统克服干扰的能力③主回路对副对象具有“鲁棒性”，提高了系统的控制精度。 21. 串级控制系统的适用对象：凡是可以利用上述特点之一来提高系统的控制品质的场合，都可以采用串级控制系统，特别是在被控对象的容量滞后大，干扰强，要求高的场合，采用串级控制可以获得明显的效果。 22. 主副回路的选择依据主副回路的选择依据：让主要干扰位于副回路。23. 前馈控制相较于反馈控制的特点：在反馈控制中，信号的传递形成了一个闭环系统，而在前馈控制中，则只有一个开环系统,闭环系统存在一个稳定性的问题，调节器参数的整定首先要考虑这个稳定性问题，但是，对于开环控制系统来讲，这个稳定性问题是不存在的，补偿的设计主要是考虑如何获得最好的补偿效果。在理想情况下，可以把补偿器设计到完全补偿的目的，即在所考虑的扰动作用下，被控变量始终保持不变，或者说兑现了“不变性”原理。 24. 前馈-反馈控制系统：在工程上往往将前馈与反馈结合起来应用，既发挥了前馈校正作用及时的优点，又保持了反馈控制能克服多种扰动及对被控变量最终检验的长处，是一种适合化工过程控制的控制方法。 25. 系统误差：指在相同条件下，多次测量同一被测量值的过程中出现的一种误差，它的绝对值和符号或者保持不变，或者在条件变化时按某一规律变化。 26. 随机误差:又称偶然误差，它是在相同条件下多次测量同一被测量值的过程中所出现的绝对值和符号以不可预计的方式变化的误差。 27. 粗大误差：明显的歪曲测量结果的误差称为粗大误差，这种误差时由于测量操作者的粗心，不正确的操作，实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙实验等原因所造成的。 28. 减小误差的方法：①标准法：预先测出系统误差，然后对测量值进行修正。由于修正值本身存在一定误差，因此这种方法只适用于工程测量，②零示法：测量误差与读数误差无关，主要取决于已知的标准量，但要求指示器灵敏度足够高，如电位差计（平衡式电桥）。③代替法：用已知量来代替被测量的测量方法。④交换法：将引起系统误差的某些条件相互交换以达到减小或消除误差的方法。（例如等臂天平称量物体时），此外还有对称法、微差法、比较法等。 29. 仪表的绝对误差：仪表指示值与被测变量真值之间的代数差. 30. 仪表的相对误差：测量的绝对误差与被测变量的约定真值（实际值）之比. 31. 仪表的引用误差：绝对误差与仪表的量程之比. 32. 仪表的精度等级：工业自动化仪表通常根据引用误差来评定其精确度等级，并规定用允许引用误差限去掉百分号后的数字来表示精度等级。如精度等级为 1.0 级的仪表其允许引用误差为 1.0%。精密等级值越低的仪表其精确度越高。 33. 流量的概念：流量是指单位时间内流过某一截面的流体数量的多少。 34. 流量计的分类：A 压差式流量计，B 转子式流量计、C 电磁式流量计 35. 压差式流量计的工作原理：当充满管道的流体流经节流装置时，流束收缩，流速提高，静压减小，在节流装置前后会产生了一定的压差。这个压差的大小与流量有关，根据它们之间的关系即可得到流量的大小。 36. 压差式流量计结构上的核心部件：核心部件是节流装置，包括节流元件，取压装置以及其前后管段。 37. 常见的节流装置分类：孔板，喷嘴，文都利管. 38. 液位的概念：液位是指液体介质液面的高低。 39. 液位计的分类：按工作原理可分为直读式、浮力式、静压式、电容式、光纤式、激光式、核辐射式。 40. 静压式液位计的工作原理：通过测量某点的压力或该点与另一参考点的压差来间接测量液位。 41. 变送器的作用:将测量元件的输出信号转换为一定的标准信号，送后续环节显示、记录或调节。 42. 变送器的分类：变送器按驱动能源不同的分类:气动变送器，电动变送器。 43. 气动变送器和电动变送器的区别：气动变送器是以压缩空气为驱动能源，电动变送器是以电力为能源。 44. 常用的标准信号：电压(1-5V DC)，电流(4-20mA)，气压(20-100kPa)信号。 45. 常见的气动元件和组件：1.气阻 2.气容 3.阻容耦合组件:(1)节流通室(2)节流盲室 4. 喷嘴-挡板机构 46. 安全火花的定义安全火花的定义：指该火花的能量不足以对其周围可燃介质构成点火源。 47. 自动化仪表的防爆结构类型及各自特点：①隔爆型，仪表的电路和接线端子全部置于隔爆壳体中，表壳的强度足够大，表壳接合面间隙足够深，最大的间隙宽度又足够窄，即使仪表因事故产生火花，也不会引起仪表外部的可燃性物质发生爆炸。②本质安全防爆型，防爆性能好，理论上适用于一切危险场所；安全性能不随时间而变化；可在线进行维修、调整。 48. 安全防爆系统的构成及工作原理：安装在危险场所中的本质安全电路及安装在非危险场所中的非本质安全电路。为了防止非本质安全电路中过大的能量传入危险场所中的本质安全电路中，在两者之间采用了防爆安全栅，使整个仪表系统具有本质安全防爆性能。 49. 执行器按工作能源的分类：气动执行器、电动执行器、液动执行器 50. 电动执行器的分类：1.按照输入位移的不同，电动执行机构可分为角行程（DKJ 型）和直行程（DKZ 型）；2.按照特性不同，电动执行机构可分为比例式和积分式。 51. 调节阀的理想流量特性：在调节阀前后压差一定的情况下的流量特性称为调节阀理想流量特性，根据阀芯形状不同，主要有直线，等百分比（对数），抛物线及快开四种理想流量特性。 52. 调节阀的工作流量特性：在实际使用调节阀时，由于调节阀串联在管路中或与旁路阀并联，因此阀前后的压差总在变化，这时的流量特性称为调节阀的工作流量特性。 53. 常见的流量特性分类及其使用特性：A.理想流量特性①直线流量特性，在流量小时，流量的变化值大，而流量大时，流量变化的相对值小。因此具有直线流量特性的调节阀不宜用于负荷变化较大的场合。②对数流量特性，适应能力强，在工业过程控制中应用广泛。③快开流量特性，主要用于迅速启闭的切断阀或双位调节系统。④抛物线流量特性，介于直线流量特性与等百分比流量特性之间。 B.工作流量特性①串联管道工作流量特性②并联管道工作流量特性. 54. 串联管道工作流量特性:系统的总压差ΔP 等于管路系统的压差ΔP1 与调节阀的压差Δ Pv 之和.系统管道的压差与通过的流量的平方成正比,若系统的总压差ΔP 不变,调节阀一旦动作, ΔP1 将随着流量的增大而增加,调节阀两端的压差ΔPv 则相应减少.以 S 表示调节阀全开时阀上的压差ΔPv 与系统总压差ΔP 之比,S=1 时，工作特性与理想特性一致；随着 s 值减小，管道阻力损失增加，实际可调比减小，流量特性发生畸变，由直线趋于快开，等百分比趋于直线。实际使用中，S 过大或过小都不合适，通常希望介于 0.3-0.5. 55. 调节阀选型内容：口径、型式、固有流量特性、材质. 56. 调节阀的可调比:调节阀能够控制的最大流量与最小流量之比,即R=qvmax/qvmin . qvmin 不等于阀的泄漏量, qvmin 指阀能控制的流量下限,一般为(2%--4%)qvmin,而阀的泄漏量指阀处于关闭状态下的泄漏量,一般小于0.1%C(C 为流量系数). 57. 进行电-气或气-电转换的原因:控制系统中调节执行单元品种繁多，电、气信号常混合使用，需进行电-气或气-电转换. 58. 电-气转换器及电-气阀门定位器：A.电-气转换器作用:将从电动变送器来的电信号变成气信号，送气动调节器或气动显示仪表。工作原理：力矩平衡原理 B.电-气阀门定位器作用：将电动调节器输出信号变成气信号去驱动气动调节阀主要功能：电气转换+气动阀门定位工作原理：力矩平衡原理. 59. 计算机控制系统的组成:计算机控制系统是由工业对象和工业控制计算机两大