过程控制原理及应用阶段练习题2

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。

微机原理综合练习二第一章微型计算机系统概述一、单项选择题1. 计算机中的CPU指的是（）A．控制器Ｂ．运算器和控制器Ｃ．运算器、控制器和主存Ｄ．运算器2. 计算机的发展阶段的划分通常是按计算机所采用的（）A．内存容量Ｂ．电子器件Ｃ．程序设计语言Ｄ．操作系统3. CPU中的运算器的主要功能是（）A．负责读取并分析指令Ｂ．算术运算和逻辑运算Ｃ．指挥和控制计算机的运行Ｄ．存放运算结果4. 计算机系统总线中，可用于传送读、写信号的是（）A．地址总线Ｂ．数据总线Ｃ．控制总线Ｄ．以上都不对二、填空题1. 在微机的三组总线中，总线是双向的。

2. 计算机软件系统分为和。

第二章80X86微处理器一、单项选择题1. 8088CPU的外部数据总线的位数为（）A．4 Ｂ．8Ｃ．16 Ｄ．322. 在8086CPU中，不属于总线接口部件的是（）A．20位的地址加法器Ｂ．指令队列Ｃ．段地址寄存器Ｄ．通用寄存器3. 在8088系统中，只需1片8286就可以构成数据总线收发器，而8086系统中构成数据总线收发器的8286芯片的数量为（）A．1Ｂ．2Ｃ．3 Ｄ．44. 8086的指令队列的长度是（）A．4个字节Ｂ．5个字节Ｃ．6个字节Ｄ．8个字节5. CPU内部的中断允许标志位IF的作用是（）A．禁止CPU响应可屏蔽中断Ｂ．禁止中断源向CPU发中断请求Ｃ．禁止CPU响应DMA操作Ｄ．禁止CPU响应非屏蔽中断6. 8086CPU中，一个最基本的总线周期中的时钟周期（T状态）数目为（）A．1 Ｂ．4Ｃ．2 Ｄ．67. 8086的执行部件EU中通用寄存器包括（）A．AX，BX，SP，BPＢ．AX，BX，CX，DXＣ．AL，BL，CL，DLＤ．SP，BP，SI，DI8. 在8086的存储器写总线周期中，微处理器给出的控制信号（最小模式下）WR，RD，M/IO分别是（）A．1，0，1Ｂ．0，1，0Ｃ．0，1，1Ｄ．1，0，09. 在8086的总线周期中，ALE信号的有效位置是（）A．T1 Ｂ．T2Ｃ．T3 Ｄ．T410. 8086 CPU响应DMA传送请求的信号是（）A．READY Ｂ．HLDAＣ．RDＤ．INTA11. 在8086的存储器写总线周期中，微处理器给出的控制信号（最小模式下）WR，RD，M/IO分别是（）A．1，0，1Ｂ．0，1，0Ｃ．0，1，1Ｄ．1，0，012. 当8086CPU从总线上撤消地址，而使总线的低16位置成高阻态时，其最高4位用来输出总线周期的（）A．数据信息Ｂ．控制信息Ｃ．状态信息Ｄ．地址信息13. 在8086的小模式系统中，M/IO、RD和WR当前信号为１、０、１，表示现在进行的是（）A．I/O读Ｂ．I/O写Ｃ．存储器写Ｄ．存储器读14. 8086CPU中指令队列采用的访问原则是（）A．先进先出Ｂ．先进后出Ｃ．后进先出Ｄ．自由出入15. 在8086系统中，内存采取分段结构，段与段之间是（）A．分开的Ｂ．连续的Ｃ．没有限制，都可以Ｄ．重叠的16. 在8086系统中，CPU被启动后，IP及四个段寄存器的初始状态是（）A．全部清0 Ｂ．全部置成FFFFHＣ．IP=FFFFH，四个段寄存器清0 Ｄ．CS=FFFFH，其它寄存器清017. 在8086系统中，一条指令的存放地址一般由段地址寄存器CS和指令指针寄存器IP来决定。

rty y )(∞y t y图1.3 过程控制系统阶跃响应曲线1-1过程控制系统中有哪些类型的被控量温度、压力、流量、液位、物位、物性、成分1-2过控系统有哪些基本单元构成，与运动控制系统有无区别被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他部件过程控制，是一种大系统控制，控制对象比较多，可以想象为过程控制是对一条生1-4衰减比和衰减率 衰减比等于两个相邻同向波峰值之比。

衡量振荡过程衰减程度的指标。

衰减率是经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数。

衡量振荡过程衰减程度的另一种指标。

一般希望过程控制系统的衰减比η=4:1～10:1,相当于衰减率Ψ=0.75到0.9。

若衰减率Ψ =0.75,大约振荡两个波系统进入稳态。

1-5最大动态偏差和超调量有何异同最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量，表现在过渡 过程开始的第一个波峰（y1）。

最大动态偏差是衡量过程控制系统动态准确性的指标。

超调量为最大动态偏差占被控量稳态值的百分比。

余差是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值与设定值的差值。

余差是过程控制系统稳态准确性的衡量指标。

调节时间ts 是从过渡过程开始到结束的时间。

理论上应该为无限长。

一般认为当被控量进入其稳态值的5%范围内所需时间 就是调节时间.调节时间是过程控制系统快速性的指标。

振荡频率β是振荡周期的倒数。

在同样的振荡频率下，衰减比越大则调节时间越短；当衰减比相同时，则振荡 频率越高，调节时间越短。

振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控 制系统快速性的指标。

过程控制的目标 安全性 稳定性 经济性过程工业的特点 强调实时性和整体性/全局优化的重要性/安全性要求过程控制系统的特点 / 被控过程的多样性 / 控制方案的多样性/被控过程属慢过程、多参数控制/定值控制/过程控制多种分类方法 过程控制系统的性能指标/稳定性、准确性/快速性2-1什么是对象的动态特性，为什么要研究它研究对象特性通常以某种形式的扰动输入对象，引起对象输出发生相应的变化，这种变化在时域或者频域上用微分方程或者传递函数进行描述，称为对象的动态特性。

PLC项目练习题PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于工业自动化控制的电子设备，广泛应用于工业生产线、机器制造以及各种自动化系统中。

本文将以实际案例为基础，通过PLC项目练习题的方式对PLC的基本原理和应用进行探讨。

项目一：自动灯控制系统1. 项目描述：设计一个基于PLC的自动灯控制系统。

系统能够自动检测环境光照强度，并根据设定的亮度阈值，自动控制灯光的开关。

2. 项目要求：a) 使用传感器检测环境光照强度，将检测结果传输给PLC；b) PLC根据设定的亮度阈值，控制灯光的开关；c) 系统要求能够实现自动模式和手动模式的切换。

3. PLC程序设计：a) 输入：- 光照传感器信号；- 手动模式控制信号。

b) 输出：- 控制灯光的信号。

4. PLC项目结构图：（图略）5. PLC程序实现：a) 步骤1：初始化- 设定亮度阈值；- 设置初始工作模式。

b) 步骤2：检测光照强度- 读取光照传感器信号；- 根据读取结果进行判断。

c) 步骤3：自动模式控制- 当光照强度低于设定阈值时，输出控制信号打开灯光； - 当光照强度高于设定阈值时，输出控制信号关闭灯光。

d) 步骤4：手动模式控制- 根据手动模式选择的指令输出控制信号。

6. 项目测试与调试：a) 确保光照传感器正常工作，并与PLC连接正确；b) 测试自动模式下，根据光照强度控制灯光的开关；c) 测试手动模式下，根据操作指令控制灯光的开关。

7. 项目应用前景：基于PLC的自动灯控制系统广泛应用于室内和室外场景，如办公室、商业建筑、道路照明等。

其优点包括节能、智能化以及降低人工操作成本等。

项目二：温度控制系统1. 项目描述：设计一个基于PLC的温度控制系统。

系统能够自动监测环境温度，并根据设定的温度范围，自动控制加热设备的开关。

2. 项目要求：a) 使用温度传感器检测环境温度，将检测结果传输给PLC；b) PLC根据设定的温度范围，控制加热设备的开关；c) 系统要求能够实现手动模式和自动模式的切换。

《过程控制系统》习题解答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。

五、过程控制方案十分丰富过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。

过程特性：多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等。

单变量控制系统、多变量控制系统；仪表过程控制系统、计算机集散控制系统；复杂控制系统，满足特定要求的控制系统。

六、定值控制是过程控制的一种常用方式过程控制的目的：消除或减小外界干扰对被控量的影响，使被控量能稳定控制在给定值上，使工业生产能实现优质、高产和低耗能的目标。

1-3 什么是过程控制系统，其基本分类方法有哪些？过程控制系统：工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和pH等这样一些过程变量的系统。

过程控制复习题（2）⼀、填空题：1、简单控制系统由（控制器）、（执⾏机构）、（被控对象）和（检测变送仪表）四个环节组成。

2、对象数学模型是指对象的（输⼊输出）特性，是对象在各输⼊量（控制量和检测变送量）作⽤下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。

3、获取对象数学模型的⽅法参⽅法有：（机理法）和（测试法）。

4、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。

5、流通能⼒Ｃ的定义是：调节阀全开，阀前后压差为（0.1Mp），流体重度为（1g/m3），每（⼩时）所通过的流体（系）数。

6、被调介质流过阀门的（相对）流量与阀门（相对）⾏程之间的关系称为调节阀的流量特性；若阀前后压差保持不变时，上述关系称为（理想流量）特性，实际使⽤中，阀门前后的压差总是变化的，此时上述关系为（⼯作流量）特性。

7、动态前馈控制的设计思想是通过选择适当的（前馈）控制器，使⼲扰信号经过（前馈）控制器致被控量通道的动态特性完全复制对象（⼲扰）通道的动态特性，并使它们符号（相反）（正、反），从⽽实现对⼲扰信号进⾏完全补偿的⽬标。

8、⾃动调节系统常⽤参数整定⽅法（动态特性参数法），（稳定边界法），（衰减曲线法），（经验法）。

9、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）。

4、模糊控制器的设计（不依赖）被控对象的精确数学模型。

⼆、单项选择题：1、调节系统的稳定性是对调节系统最基本的要求，稳定调节过程的衰减率ζ应是（C.0<ζ<1）。

2、线性调节系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于（Ｃ．⼲扰作⽤的形式、强弱和系统本⾝的结构、参数。

）3、单纯的前馈调节是⼀种能对（C．⼲扰量的变化）进⾏补偿的调节系统。

4、均匀控制系统的任务是（A．使前后设备在物料供求上相互均匀、协调。

）5、定值调节系统是环调节，前馈系统是环调节。

（B．闭，开）6、在选择性调节系统中防积分饱和⼀般采⽤（B．外反馈法）⽅法。

过程控制与自动化仪表课后作业详解第一章P152-1. (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。

答：1)图为液位控制系统，由储水箱(被控过程X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：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。

2-3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(8)=810-800=10衰减比：n=B1/B2=(850-810)/(820-810)=4最大超调量：。

=(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=17min2）由于规定操作温度为800 °C,而系统稳态值为810 ℃所以不满足工艺要求。

第二章P711-3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；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃ 则精度等级5 =±烹义100% = ±0.4% 所以仪表精度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃,工艺要求该仪表指示值的误差不得超过土 2℃,应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答： 由题可得：5=± ——2—— x 100% = ±0.22%1000 -100仪表精度等级至少0.2以上。

过程控制工程复习资料一、填空题1．过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程或被控对象、测量变送器等环节组成。

2、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。

3、自动控制系统按工作原理可分为三类：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统。

按给定值特点分类可分为三类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

4、过程控制系统方案设计的基本要求是：安全、稳定、经济。

5、过程数学模型的求取方法有三种，分别是：机理法建模、系统辨别法建模、混合法（机理分析+系统辨别）建模。

6、理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。

7、定比值控制系统包括：开环比值控制系统、单闭环比值控制系统和双闭环比值控制系统。

8、控制器参数整定法有：经验法、临界比例度法、衰减振荡法、响应曲线法。

9、根据实践经验的总结发现，除少数无自平衡的对象以外，大多数对象均可用一阶、二阶、一阶加纯滞后、二阶加纯滞后这四种典型的动态特性来加以近似描述。

为进一步简化，也可以将所有的对象的动态特性都简化为一阶加纯滞后的形式，用传递函数可以表示为：（）。

其中K表示对象的静态放大系数，T表示对象的时间常数，表示纯滞后时间。

10、调节器的比例度δ越大，则放大倍数Kc越小，比例调节作用就越弱，过渡过程曲线就越平稳，但余差也越大。

积分时间T i越小，则积分速度越大，积分特性曲线的斜率越大，积分作用越强，消除余差越快，微分时间T d越大，微分作用越强。

11、定值控制系统是按测量与给定偏差大小进行调节的，而前馈调节是按扰动量大小进行调节的；前者是闭环调节，后者是开环调节。

采用前馈-反馈调节的优点是利用前馈调节的及时性和反馈调节的静态准确性。

12、防止几分饱和有哪三种方法：限幅法、外反馈法、积分切除法。

13、测量变送器的要求：准确、快速、可靠。

14、在串级控制系统中，调节器参数的整定方法有：逐次逼近法、两步整定法、一步整定法。

二、选择题1、下列控制系统中，哪些是开环控制(C)，哪些是闭环控制（ABD）A、定值控制B、随动控制C、前馈控制D、程序控制2、对某PI控制系统，为了防止积分饱和，采取下列措施，问哪一条是不起作用的（D）C、采用高低阻幅器 B、采用调节器外部积分反馈法C、采用PI-P调节器D、采用PI-D调节器3、如果甲乙两个广义调节对象的动态特性完全相同（如均为二阶对象），甲采用PI作用调节器，乙采用P作用调节器。

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。

（3）控制结构方面：反馈为闭环控制，存在稳定性问题，即使闭环环节中每个系统都是稳定的，但闭环后稳定与否,还需要进一步分析；前馈属于开环控制,各环节稳定，系统必然稳定.(4）校正范围方面：反馈对各种扰动都有校核作用;前馈，只对被校核的前馈扰动有校正作用,其他则没有。

1、试述串级控制系统的的工作原理,它有哪些特点？2、某加热炉出口温度控制系统，经运行后发现扰动主要来自燃料流量波动，试设计控制系统克服之，如果发现扰动主要来自原料流量波动，应如何设计控制系统以克服之画出带控制点工艺流程图和控制系统框图。

3、为什么一些液位控制系统中，减小控制器的增益反而使系统出现持续震荡，是从理论角度分析之。

4、液位均匀控制系统与简单液位控制系统有什么异同那些场合需要采用液位均匀控制系统？5、某加热炉出口温度控制系统中，副被控变量是炉膛温度，温度变送器的量程都选用0--500℃，控制阀选用气开阀。

经调试后系统已经正常运行，后因副回路的的温度变送器损坏，该用量程为200--300℃的温度变送器，问对控制系统有什么影响？6、题5中，如果损坏的是主回路温度变送器，问改用量程为200--300℃的温度变送器，对控制系统有什么影响如何解决？7、某反应器由A和B两种物料参加反应，已知，A物料时供应有余，B物料可能供用不足，他们都可测可控。

采用差压变送器和开方器测量它们的流量，工艺要求正常工况时，Fa=300Kg/h,Fb=600Kg/h,拟用DDZ-III 型仪表，设计双闭环（相乘方案）控制系统，确定乘法器的输入电流，画出控制系统框图和带控制点的工艺流程图。

8、题7中，控制系统已正常运行，后因两台差压变送器均损坏，改用相同量程的变送器（注：量程能够满足工艺要求），试问控制系统应作什么改动为什么？9、什么情况下前馈控制系统需要设置偏置信号应如何设置？10、某加热炉出口温度控制系统，原采用出口温度和燃料油流量的串级控制方案，为防止阀后压力过高造成脱火事故，是设计有关控制系统，说明该控制系统是如何工作的1．调节器的Kc值愈大，表示调节作用（），Ti值愈大，表示积分作用（），Td值愈大表示微分作用（）。

答案：越强;减弱;增强。

2．选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）（），干扰通道的放大倍数（增益）（）。

第2章 思考题与习题1．基本练习题（1）简述过程参数检测在过程控制中的重要意义以及传感器的基本构成。

答：1）过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、成分等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量的生产安全，并使生产过程按最优化目标进行。

要想对过程参数实行有效的控制，首先要对他们进行有效的检测，而如何实现有效的检测，则是有检测仪表来完成。

检测仪表是过程控制系统的重要组成部分，系统的控制精度首先取决与检测仪表的精度。

检测仪表的基本特性和各项性能指标又是衡量检测精度的基本要素。

2）传感器的基本构成：通常是由敏感元件、转换元件、电源及信号调理/转换电路组成。

（2）真值是如何定义的？误差有哪些表现形式？各自的意义是什么？仪表的精度与哪种误差直接有关？答：1）真值指被测物理量的真实（或客观）取值。

2）误差的各表现形式和意义为：最大绝对误差：绝对误差是指仪表的实测示值x 与真值a x 的差值，记为Δ，如式（2‐1）所示：a Δx x =- （2-1）相对误差：相对误差一般用百分数给出，记为δ，如式（2‐2）所示：aΔδ100%x =⨯（2-2） 引用误差：引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。

它是相对仪表满量程的一种误差，一般也用百分数表示，记为γ，如式（2‐3）所示：max minΔγ100%x x =⨯- （2-3）式中，max x 仪表测量范围的上限值；min x 仪表测量范围的下限值。

基本误差：基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。

附加误差 附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。

3) 仪表的精度与最大引用误差直接有关。

（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；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ所以仪表精度等级为0.4级（4）某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：仪表精度等级至少为0.001级。

过程控制系统复习题一。

选择题（每题2分，共10题,共20分)1.过程控制系统由几大部分组成，它们是：（ C ）A.传感器、变送器、执行器B。

控制器、检测装置、执行机构、调节阀门C. 控制器、检测装置、执行器、被控对象D。

控制器、检测装置、执行器2. 在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是( B ）。

A 。

变送器B。

控制器，C。

控制阀D。

被控对象3. 串级控制系统主、副对象的时间常数之比，T01/T02＝（）为好，主、副回路恰能发挥其优越性，确保系统高质量的运行。

A. 3~10 B。

2～8 C。

1～4 D. 1～24。

过渡过程品质指标中，余差表示（）.A。

新稳态值与给定值之差 B.测量值与给定值之差C.调节参数与被调参数之差D.超调量与给定值之差5。

PID调节器变为纯比例作用，则( )。

A。

积分时间置∞、微分时间置∞ B. 积分时间置0、微分时间置∞C。

积分时间置∞，微分时间置0 D. 积分时间置0，微分时间置06.( ）在阀芯行程比较小时，流量就比较大,随着行程的增加，流量很快地达到最大. A。

快开流量特性B。

线性流量特性C。

抛物线流量特性 D. 等百分比流量特性7。

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8.衡量控制准确性的质量指标是（).A。

衰减比B。

过渡过程时间 C.最大偏差 D.余差9。

对象特性的实验测取常用的方法是( ）。

A。

阶跃响应曲线法 B.频率特性法C。

比例积分法D．最小二乘法10.用于迅速启闭的切断阀或两位式调节阀应选择( ）的调节阀。

A.快开特性B．等百分比特性C．线性D。

抛物线特性11。

调节具有腐蚀性流体,可选用（)阀。

A。

单座阀B。

双座阀 C.蝶阀D．隔膜阀12。

调节阀接受调节器发出的控制信号，把( ）控制在所要求的范围内，从而达到生产过程的自动控制。

A. 操纵变量B.被控变量C. 扰动量D. 偏差13。

串级调节系统主调节输出信号送给（）。

《过程控制原理及应用》阶段练习题一1答案第一章控制系统的基本概念1.1.答：自动控制系统主要由被控对象、测量元件和变送器、调节器和执行器等环节组成。

自动控制系统中常用的术语包括：被控变量y、给定值y s、测量值y m、操纵变量m、干扰f、偏差信号e、控制信号u。

被控变量y：是指需要控制的工艺参数，是被控对象和控制系统的输出信号；给定值y s：生产过程中被控变量的期望值；测量值y m：由检测元件得到的被控变量的实际值；操纵（控制）变量m：用以实现干扰作用，实现控制作用的变量，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：被控变量的给定值与测量值之差；控制信号u：调节器将偏差按一定规律计算得到的量。

1.2答：自动控制系统的方框图是由环节方块、信号线、比较点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。

控制系统的典型方框图如下：于干扰作用（干扰变给定值图1-1控制系统的方框图1.3答：①系统的方框图如图1-3所示。

②TT环节的输入信号：温度T,输出信号：T mTC环节的输入信号：偏差e,输出信号：控制信号u调节阀环节的输入信号：控制信号u,输出信号：操纵变量m 换热器环节的输入信号：操纵变量m和干扰f,输出信号：温度T整个系统的输入信号是热物料设定温度T SP和干扰f,输出信号是热物料出口温度T O*调节阀换热器图1-3换热器出口温度控制系统方框图③系统遇到干扰作用后，如冷物料流量突然增大△ q v,被控变量热物料出口温度T将下降，温度测量变送器TT测得信号T,与T S比较后得到偏差信号e,调节器TC根据e值的大小按照一定的控制规律计算得到控制信号u, 并送给调节阀，调节阀根据控制信号u改变阀门开度，调节蒸汽用量m,调节热物料的出口温度，使其回复到给定值附近。

1.4答：①贮槽液位控制系统的方框图如图1-5所示。

*调节阀图1-5贮槽液位控制系统方框图②在该液位系统中，被控对象贮槽;被控变量液位L;操纵变量调节阀控制的出水流量q v2；干扰作用贮槽入水流量q vi的变化1.5答：处于平衡状态下的自动控制系统，在受到干扰作用后，被控变量发生变化偏离给定值，这时调节器开始起调节作用，直到使被控变量回复到给定值附近范围内。

第一章思考题与习题1－2 图为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。

解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量。

当电石加入时，内部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。

系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器内温度控制参数：冷水流量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( g)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： Bn —Bn v 1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n> 1, 系统是稳定的，若n=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© B BB4 .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。

第三章思考题与习题3.1 图3-31为某单位负反馈系统校正前、后的开环对数幅频特性曲线，比较系统校正前后的性能变化。

L(ω)dB图3-31 习题3.1图加入串联P校正装置，提高系统增益后：1）使系统的相对稳定性降低，超调量增加。

2）增益提高，系统的稳态精度改善。

3.2 什么是比例控制规律、积分控制规律和微分控制规律？它们各有什么特点？当控制器的输出变化量与输入变化量（即设定值和测量值之间的偏差）成比例时，这就是比例（P）控制。

比例控制能实现被控变量在过渡过程结束后，能稳定在某一个值上。

∆与输入偏差值e随时间的变化成正比的控制规律，积分控制是控制器的输出变化量u亦即控制器的输出变化速度与输入偏差值成正比。

在积分控制时，余差最终会等于零。

∆与输入偏差e的变化速度成正比的控制规理想微分控制是指控制器的输出变化量u律。

微分控制却是根据偏差的变化趋势进行动作的。

从而有可能避免产生较大的偏差，且可以缩短控制时间。

3.3 什么是比例度、积分时间和微分时间？它们对过渡过程有什么影响？比例度δ就是指控制器输入的相对变化量与相应的输出相对变化量之比的百分数。

比例度δ来衡量比例控制作用的强弱。

使用比例控制器控制系统时，控制器在闭环运行下比例度δ对系统过渡过程的影响。

1）比例控制是有余差的控制，余差的大小与比例度δ有关，与负荷的变化量有关。

在同样的负荷变化扰动下，比例度越小，比例增益越大，余差越小；在相同比例度下，负荷变化量越大，余差越大。

2）不论是在设定值变化还是负荷（扰动）变化的情况下，比例度δ越小，系统的振荡也越剧烈，稳定性越差。

当δ太小时，系统可能出现等幅振荡，甚至发散振荡；反之，则系统越稳定。

积分时间T i定义为：在阶跃偏差作用下，控制器的输出达到比例输出的两倍所经历的时间。

积分时间T i对系统过渡过程的影响。

随着T i减小，积分作用增强，消除余差较快，但控制系统的振荡加剧，系统的稳定性下降；T i 过小，可能导致系统不稳定。

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。

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。

《过程控制原理及应用》阶段练习题—3第三章 过程检测技术3.1 检定一只量程为5A 的电流表，结果如下：（1）试求仪表各示值的绝对误差﹑ 实际相对误差﹑示值相对误差和引用误差。

（2）确定仪表的精度等级。

解：（1）取ΔI 为绝对误差， δI 为相对误差， δIr 为示值相对误差，q 为引用误差。

相应各值如下表所示：（2）由于 q max =q 1=2.0 因此该仪表的精度等级为2。

3.2 某台测温仪表的测温范围为0~500℃，校验该表时得到的最大绝对误差为±3℃。

试确定该仪表的精度等级。

解：该仪表的最大引用误差为：国家规定的精度等级中没有0.6级仪表，而该仪表的最大引用误差超过了0.5级仪表的允许误差，故该台仪表的精度等级应为1.0级。

3.3 现有精度等级为1.5级，2.0级各2.5级的三块仪表，测量范围分别为0~ 100 ℃，-50~550 ℃和-100~500 ℃。

现需测量500 ℃左右的温度，要求测量的相对误差不超过2.5%，选用哪块仪表比较合适？%6.05003%100max max ±=±=⨯∆=N x δ解 ： 测量所允许的最大误差为Δt max =500×2.5%=12.5℃1.5级仪表测量范围上限只有100 ℃，直接排除之。

2.0级仪表所允许的最大误差为Δt max,2=（550+50）×2.0%=12℃2.5级仪表所允许的最大误差为Δt max,3=（500+100）×2.5%=15℃故只有2.0级满足Δt max,2＜Δt max 的情况。

因此，测量500℃左右的温度，应选2.0级量程是-50~550 ℃的仪表。

3.4 已知被测压力在范围0.7~1MP 内波动，要求测量的绝对误差不得超过0.02MPa ，试选定弹簧管压力计的量程和精度等级。

可供选用的压力计量程系列为：0~0.6MPa ；0~1MPa ；0~1.6MPa ； 0~2.5MPa. 解：因为压力有波动，故仪表上限应大于最大工作压力的3/2，即MPa N 5.1)2/3(1=⨯>为了满足测量精度的要求，被测压力的最小值不应低于满量程的1/3，即MPa N 1.237.0=⨯<故应选择量程范围为0~1.6MPa 的压力表。

1100%()y y σ=⨯∞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（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σ：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数：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； 调节时间s t ：系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的5%±（2%±）范围内所需要的时间；振荡频率n ω：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；上升时间p t：系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间；峰值时间pt ：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。

（9）两个流量控制系统如图1-4所示。

试分别说明它们是属于什么系统？并画出各自的系统框图。

图1-4两个流量控制回路示意图答：系统1是前馈控制系统，系统2是反馈控制系统。

系统框图如图1-5如下：系统1 系统2 图1-5两个流量控制回路方框图（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？答：1）不是这样。