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过程控制系统试卷和答案过程控制系统试卷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”。
华中科技大学人工智能与自动化学院2019～2020学年第二学期“过程控制系统”考试(A 卷)考试方式： 开卷 考试日期: 2020年6月11日 考试时长: 150 分钟 专业班级： 2017自动化 学号：____________ 姓名：_____________题号 一 二 三 四 五 六 总分 分值 10 5 5 12 20 48 100 分数一、单选题（每题1分，共10分）1、若调节阀的引压管线很长，膜头空间又大，则时间常数及滞后时间都会很大，影响调节质量，其改进方法主要考虑（ ）。
A 、增大调节阀膜片 B 、投入或加强微分作用 C 、增大调节阀口径 D 、增设阀门定位器2、控制参数选择原则下面哪种说法不合理？（ ）A 、控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小。
B 、控制参数的选择还应该考虑工艺的合理性和生产的经济性。
C 、干扰通道滞后时间要大些，时间常数要小些。
D 、控制参数应是工艺上允许加以控制的可控变量。
分 数 评卷人3、定值控制是一种反馈控制，其目的是为了减少或者消除（）。
A、干扰量的变化B、被控变量的变化C、测量与给定之间的偏差D、设定值的变化4、均匀控制系统参数整定有何特点?下面哪个特点是不正确的？（）A、参数变化应限制在允许范围内；B、与常规系统相比系统结构无特殊性，达到均匀控制目标；C、控制作用较强；D、参数均应缓慢地变化。
5、执行机构为（）作用，阀芯为（）装，则该调节阀为气关阀。
A、反、正B、正、正C、正、反D、正或反、正6、在设备安全运行的工况下，能够满足气开式控制阀的是（）。
A、锅炉的燃烧油（气）调节系统B、锅炉汽包的给水调节系统C、锅炉汽包的蒸汽压力调节系统D、锅炉炉膛负压调节系统7、气动调节阀的（）称为阀体（调节机构）。
A、阀杆、阀芯和阀座B、阀杆和阀芯C、阀杆和阀座D、阀芯和阀座8、某液位控制系统，液位为被控参数，进水阀为控制参数，出水阀为扰动参数，若采用前馈控制，那么（）。
第一章1. 根据水位控制系统的示意图画出系统的框图。
2. 图1-2所示，为一直流发电机电压自动控制系统。
图中，1为发 电机；2为减速器；3为执行机构；4为比例放大器；5为可调电位器。
（1） 该系统由哪些环节组成，各起什么作用？（2） 绘出系统的框图，说明当负载电流变化时，系统如何保持发 电机的电压恒定。
（3） 系统中有哪些可能的扰动？图1-1水位控制系统示意图放大器图1-2电压自动控制系统3. 图1-3为仓库大门自动控制系统。
试说明自动控制大门开启和关 闭的工作原理。
如果大门不能全开或全关，则怎样进行调整？图1-4晶体管稳压电源5.电冰箱制冷原理图如图1-5所示，简述系统工作原理，指出被控对象，被控量和给定量，并画出系统方框图。
冷却器冰苗图1-5电冰箱制冷系统原理图鹰发番I / I 样制器4.题图1-4是一晶体管稳压电源。
试将其画成方块图并说明在该电 源里哪些起着测量、放大、执行的作用以及系统里的干扰量和给定量6.简述随动系统的自动调节过程?Aye —* 弟——早1.试求出图2-1中各电路的传递函数图2-12.试求出图2-2中各有源网络的传递函数。
图2-23.图2-3所示为一磁场控制的直流电动机。
设工作时电枢电流不变，控制电压加在励磁绕组上，输出为电机角位移，求传递函数4.试证明图2-4 (a)所示电气网络与图2-4(b)所示的机械系统具有相同的传递函数。
5.试分别写出图2-5中各有源网络的传递函数U c(s)/U r(s)o6.已知一系统由如下方程组组成，试绘制系统方框图，并求出闭环传递函数。
Xi（s）=X,（s）Wi（s）-Wi（s）［W7（s）-W8（s）］Xc（s）X2（S）= W2（S）［XI（S）-W6（S）X3（S）］X3（S）=［X2（S）-XJ S）W5（S）］W3（S）Xc（s） = ^4（S）X3（S）7.图2-6是一个转速控制系统，输入量是电压U,输出量是负载的转速3,画出系统结构图，并写出输入输出间的数学表达式。
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。
自动控制原理试卷与答案一、填空题1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过稳定性与反馈量的差值进行的2、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。
3、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。
4、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和准确性。
5、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理论中系统数学模型有微分方程、函数等6.闭环控制系统又称为反馈控制系统。
7.一线性系统，当输入是单位脉冲函数时，其输出象函数与传递函数相同8.控制系统线性化过程中，线性化的精度和系统变量的时间常数T有关。
9、.PID调节中的“P”指的是比例控制器10.对控制系统的首要要求是系统具有稳定性。
11.反馈控制原理是检测偏差并纠正偏差的原理12.根据采用的信号处理技术的不同，控制系统分为模拟控制系统和数学控制系统。
13、由控制器（含测量元件）和被控制对象组成的有机整体称为自动控制系统。
14、闭环系统是指系统输出量直接或地参与系统的控制的作用。
15、开环控制系统与闭环系统相互结合的控制方式是复合控制16只有一个反馈通道的系统是单回路系统。
17、描述系统各个物理量之间关系的数学表达式或图形称为系统的数学模型18、过渡过程的三要素是起始值、稳定值、时间常数19从一个状态进入另一个稳态的中间过程叫做过渡过程或动态过程。
20、换路定律表明了换路前与换路后瞬间电路的工作状态之间的关系。
二、选择题1、采用负反馈形式连接后，则 ( D )A 、一定能使闭环系统稳定；B 、系统动态性能一定会提高；C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。
自动控制原理试卷与答案一、填空题1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过稳定性与反馈量的差值进行的2、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。
3、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。
4、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和准确性。
5、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理论中系统数学模型有微分方程、函数等6.闭环控制系统又称为反馈控制系统。
7.一线性系统，当输入是单位脉冲函数时，其输出象函数与传递函数相同8.控制系统线性化过程中，线性化的精度和系统变量的时间常数T有关。
9、.PID调节中的“P”指的是比例控制器10.对控制系统的首要要求是系统具有稳定性。
11.反馈控制原理是检测偏差并纠正偏差的原理12.根据采用的信号处理技术的不同，控制系统分为模拟控制系统和数学控制系统。
13、由控制器（含测量元件）和被控制对象组成的有机整体称为自动控制系统。
14、闭环系统是指系统输出量直接或地参与系统的控制的作用。
15、开环控制系统与闭环系统相互结合的控制方式是复合控制16只有一个反馈通道的系统是单回路系统。
17、描述系统各个物理量之间关系的数学表达式或图形称为系统的数学模型18、过渡过程的三要素是起始值、稳定值、时间常数19从一个状态进入另一个稳态的中间过程叫做过渡过程或动态过程。
20、换路定律表明了换路前与换路后瞬间电路的工作状态之间的关系。
二、选择题1、采用负反馈形式连接后，则 ( D )A 、一定能使闭环系统稳定；B 、系统动态性能一定会提高；C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。
过程控制期末考试题汇报人：2024-01-08•过程控制基础知识•过程控制技术•过程控制应用目录•过程控制发展趋势•过程控制常见问题及解决方案•过程控制期末考试题及答案解析01过程控制基础知识总结词过程控制是工业生产中用于控制生产过程参数的自动化系统，其目的是保持生产过程的稳定，提高产品质量和降低能耗。
详细描述过程控制是指在工业生产过程中，通过自动化系统对温度、压力、流量、液位等工艺参数进行监测和控制，以确保生产过程的稳定运行。
通过过程控制，可以减少生产过程中的波动，提高产品质量，降低能耗和生产成本。
过程控制定义总结词过程控制系统通常由传感器、控制器、执行器和受控对象等部分组成。
详细描述过程控制系统通常由传感器、控制器、执行器和受控对象等部分组成。
传感器负责监测受控对象的参数，并将信号传输给控制器；控制器根据预设的工艺要求和接收到的信号，计算出控制指令并发送给执行器；执行器根据控制指令调节受控对象的参数，以实现稳定和优化的生产过程。
总结词过程控制系统可以根据不同的分类标准进行分类，如按照控制方式、控制结构、控制参数等。
要点一要点二详细描述过程控制系统可以根据不同的分类标准进行分类。
按照控制方式，过程控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统；按照控制结构，过程控制系统可以分为单变量控制系统和多变量控制系统；按照控制参数，过程控制系统可以分为温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等。
此外，还可以根据应用领域、系统规模等因素进行分类。
02过程控制技术模拟控制技术是一种早期的过程控制技术，通过模拟电路实现控制功能。
详细描述模拟控制技术使用模拟电路，如运算放大器、比较器和电阻器等，来构建控制回路，实现对工业过程的控制。
这种技术简单、可靠，但调试困难，且不易实现复杂控制算法。
总结词数字控制技术是一种基于数字信号的过程控制技术。
详细描述数字控制技术使用数字信号处理器（DSP）或微控制器等数字器件，通过数字计算实现控制算法。
华中科技大学人工智能与自动化学院
2019～2020学年第二学期
“过程控制系统”考试(A 卷)
考试方式： 开卷 考试日期: 2020年6月11日 考试时长: 150 分钟 专业班级： 2017自动化 学号：____________ 姓名：_____________
题号 一 二 三 四 五 六 总分 分值 10 5 5 12 20 48 100 分数
一、单选题（每题1分，共10分）
1、若调节阀的引压管线很长，膜头空间又大，则时间常数及滞后时间都会很大，影响调节质量，其改进方法主要考虑（ ）。
A 、增大调节阀膜片 B 、投入或加强微分作用 C 、增大调节阀口径 D 、增设阀门定位器
2、控制参数选择原则下面哪种说法不合理？（ ）
A 、控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小。
B 、控制参数的选择还应该考虑工艺的合理性和生产的经济性。
C 、干扰通道滞后时间要大些，时间常数要小些。
D 、控制参数应是工艺上允许加以控制的可控变量。
分 数 评卷人
3、定值控制是一种反馈控制，其目的是为了减少或者消除（）。
A、干扰量的变化
B、被控变量的变化
C、测量与给定之间的偏差
D、设定值的变化
4、均匀控制系统参数整定有何特点?下面哪个特点是不正确的？（）
A、参数变化应限制在允许范围内；
B、与常规系统相比系统结构无特殊性，达到均匀控制目标；
C、控制作用较强；
D、参数均应缓慢地变化。
5、执行机构为（）作用，阀芯为（）装，则该调节阀为气关阀。
A、反、正
B、正、正
C、正、反
D、正或反、正
6、在设备安全运行的工况下，能够满足气开式控制阀的是（）。
A、锅炉的燃烧油（气）调节系统
B、锅炉汽包的给水调节系统
C、锅炉汽包的蒸汽压力调节系统
D、锅炉炉膛负压调节系统
7、气动调节阀的（）称为阀体（调节机构）。
A、阀杆、阀芯和阀座
B、阀杆和阀芯
C、阀杆和阀座
D、阀芯和阀座
8、某液位控制系统，液位为被控参数，进水阀为控制参数，出水阀为扰动参数，
若采用前馈控制，那么（）。
A、K0>0, K f>0, K ff<0
B、K0>0, K f<0, K ff>0
C、K0<0, K f>0, K ff>0
D、K0<0, K f<0, K ff<0
9、如图所示为进料流量和液位的双冲量均匀控制系统，若采用气开阀，请问加法
器两个输入信号的符号是（）、（），控制器的正反作用是（）作用。
A、正，正，正作用
B、正，反，正作用
C、正，反，反作用
D、正，正，反作用
10、有一个2×2过程，有两种不同的控制方案（u1→y1, u2→y2和u1→y2, u2→y1），
当λ11=0时，（）。
A、选择u1→y1, u2→y2，需要解耦
B、选择u1→y1, u2→y2，不需要解耦
C、选择u1→y2, u2→y1，需要解耦
D、选择u1→y2, u2→y1，不需要解耦
二、多选题（每题1分，共5分）
1、 过程控制系统的主要被控变量都有哪些？（ ） A 、流量 B 、温度 C 、液位 D 、压力
2、 过程的数学模型有两种，一是非参数模型，一种是参数模型。
属于非参数模型的有（ ）。
A 、频率特性曲线 B 、输入输出曲线 C 、阶跃响应曲线 D 、脉冲响应曲线
3、 过程控制的主要目标是（ ）。
A 、系统的经济性 B 、产品的质量 C 、系统的安全性 D 、系统的稳定性
4、 分程控制在分程点上怎样实现流量特性的平滑过渡？下面哪些方案正确？（ ）
A 、可选用两个对数阀，使两个阀在分程点附近有一段重叠的调节器输出信号，从而使两阀特性衔接平滑；
B 、两个增益相同的线性阀在分程点处的平滑衔接；
C 、两个增益相差较大的线性阀并联使用；
D 、可选用两个流通能力相等的线性阀，使两阀的流量特性衔接成直线。
分 数 评卷人
5、 DDZ III 型仪表的信号为（ ）。
A 、1~5V DC B 、4~20mA DC C 、0.02~0.1MPa D 、0~10mA DC
三、判断题（每题1分，共5分）
1、调节阀并联配管中，一般要求S'≤0.8，即旁路流量只能为总管流量的百分之十
几。
（ ）
2、当被控过程存在多个时间常数时，应尽量使时间常数错开。
（ ）
3、气动调节阀接收的调节器气动信号一般为0~0.1MPa 。
（ ）
4、控制器加微分控制可以改善大时滞过程的控制品质。
（ ）
5、调节阀的流量系数大小是有调节阀内阀芯的形状决定的。
（ ）
四、简答题（每题3分，共12分）
1、测试过程阶跃响应曲线时需注意哪些问题？
分 数 评卷人
分 数 评卷人
2、试写出PID控制器的数学表达式。
3、试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？
4、简述阀门气开气关的确定原则，并举例说明。
五、计算题（每题10分，共20分）
1、如图所示为大时延系统，试设计Smith 预估器。
1）求Smith 预估器Ws （s ）；并画出系统方块图； 2）求补偿后控制系统的闭环传递函数；
3）根据以上结论分析该控制系统的原理及存在的问题。
分 数 评卷人
2、如图所示液位控制系统，液体流入量为Q1，流出量为Q3，上级水箱的液体经
过阀门R2后需要τ时间流入到下级水箱。
上级水箱的水位为h1，下级水箱的水位h2为被控变量。
设上级和下级水箱截面积分别为A1和A2，阀门线性液阻R2、R3均为已知的常数。
1）列写过程的微分方程组；
2）求过程的传递函数WW0(ss)=HH2(ss)/QQ1(ss)；
3）画出被控过程的方框图。
六、分析设计题（每题8分，共48分）
1、如图所示高位槽向用户供水，为保证供水流量的平稳，要求对高位槽出口流量Q 2进行控制。
但为了防止高位槽水位过高而造成溢水事故，需要对液位采取保护性措施。
根据上述情况要求设计一选择性控制系统。
1）画出该系统的工艺流程图(原理图)； 2）画出该系统的方块图；
3）选择控制阀的气开气关形式，控制器的正反作用及选择器的类型。
分 数 评卷人
2、有一放热反应的化学反应釜，需要移走热量，在一般情况下用自来水作冷剂，
但在热天需补充深井水作冷剂。
控制的要求是当自来水阀全开还感到去热不足时，才开启深井水阀。
现设计如图所示的一套分程控制系统，试：
1）绘制该分程控制系统方块图；
2）此分程控制为同向分程还是异向分程？
3）确定阀的气开气关形式；
4）确定控制器的正反作用；
5）以DDZ III仪表为例，绘制阀门动作示意图。
3、如图所示，精馏塔通过精馏操作可以将石油分离成较纯组分的产品。
由于塔釜
温度是保证产品分离纯度的重要指标，所以工艺要求塔釜温度控制系统对其进行控制，温度偏差为±1.5℃。
在生产过程中，蒸汽压力变化激烈，而且幅度大。
采用单回路反馈控制系统时，不能够满足工艺要求。
图中TT为温度变送器，FT为流量变送器，它们的极性为正。
试设计一串级控制系统：
1）说明主参数、副参数是什么？
2）阀门的气开气关？
3）主调节器、副调节器的正反作用？
4）画出系统的流程原理图。
4、在某生产过程中，根据现场的生产特点和工艺要求，为了提高控制质量，设计了一个前馈-反馈控制系统。
已知过程控制通道的传递函数为WW0(ss)=
1
(3ss+1)(2ss+1)，过程扰动通道的传递函数为WW ff(ss)=ee−2ss4ss+1，试写出前馈控制器的传递函数WW ffff(ss)，并分析其可实现性。
生成一氧化氮。
为了提高氧化率，要求维持氨与氧的比例为2:1，已设计比值控制系统如图所示。
已知：QQ NH3mmmmmm=12000m3/h，QQ O2mmmmmm=5000m3/h。
试：1）分析系统的主流量（主动量）和副流量（从动量）；
2）画出系统方块图；
3）计算比值系数K’。
6、如图所示储槽加热器，其流入量为q1，温度为T1，槽用蒸汽加热，其流出量
为q2，温度为T2。
假设槽内搅拌均匀，认为流出量温度T2即为槽内介质温度，生产要求T2保持在给定值上。
试设计一个简单控制系统，实现槽内介质温度控制。
1）确定调节阀的气开、气关方式；
2）调节器正、反作用方式以及调节器
的调节规律；
3）画出控制系统工艺流程图；
4）若q1波动较大时，系统性能不理
想，请问可用什么方法解决？画出设
计的系统方块图。
