过程控制系统 (2)

过程控制系统第二章（对象特性） 习题

2-1．什么是被控过程的数学模型？

2-1解答：

被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。

2-2．建立被控过程数学模型的目的是什么？过程控制对数学模型有什么要求？

2-2解答：

1）目的：○1 设计过程控制系统及整定控制参数；

○2 指导生产工艺及其设备的设计与操作；

○3 对被控过程进行仿真研究；

○4 培训运行操作人员；

○5 工业过程的故障检测与诊断。

2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。

2-2．简述建立对象的数学模型两种主要方法。

2-2解答：

一是机理分析法。机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等)，在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程。通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型，它们的表现形式往往是微分方程或代数方程。

二是实验测取法。实验测取法是在所要研究的对象上，人为施加一定的输入作用，然后，用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律，即得到一系列实验数据或实验曲线。然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。

5-12 何为测试法建模？它有什么特点？

2-3解答：

1）是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。 2）可以在不十分清楚内部机理的情况下，把被研究的对象视为一个黑匣子，完全通过外部测试来描述它的特性。

2-3．描述简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义?

2-3解答：

描述对象特性的参数分别是放大系数K、时间常数T、滞后时间。

过程控制系统

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过程控制系统

第一题

问：选择性控制有哪些类型？各有什么特点？简述几种主要的抗积分饱和的措施。

答：选择性控制系统主要有被控变量的选择性控制系统和被控变量测量值的选择性控制系统两种类型。

被控变量的选择新控制系统，当生产处于正常情况时，选择其选择正常控制器的输出信号送给执行器，实现对生产过程的自动控制，此时取代控制器处于开路状态。当生产过程处于非正常情况时，选择其选择取代控制器的输出信号送给执行器，取代控制器代替正常控制器对生产过程进行控制，此时正常控制器出去开路状态。当生产过程恢复正常时，通过选择器的自动切换，仍由原来的正常控制起来控制生产过程的进行。被控变量测量值得选择新控制系统，多个变送器共用一个控制器，选择器对变送器的输出信号进行选择。其主要用途有两个：一是选出几个测量变送信号的最高或最低信号用于控制；二是为了防止仪表故障造成事故，对同一检测点采用多个仪表测量，选出可靠的测量值。

抗积分饱和的措施主要有：限幅法、外反馈法和积分切除法。 过程控制系统

2 / 13  限幅法:用高低值限幅器，使控制器的输出信号被限制工作区间内，但这样有可能在正常操作中不能消除系统的余差。

 外反馈法：采用外部信号作为控制器的积分反馈信号，如此，当控制器处于开环状态时，由于积分反馈信号不是输出信号本身，就不会形成对偏差的积分作用，从而可以防止积分饱和现象的出现。

 积分切除法：当控制器被选中处于闭环状态时，具有比例积分作用；若控制器未被选中处于开环状态时，将积分作用自动切除，使之只有比例作用。这样既不会积分饱和又能在小偏差时利用积分作用消除偏差。

第二题

问：分程控制系统可以应用于那些场合？请分别举例说明其控制过程，如何整定参数和投运？

答：分程控制系统可以应用于以下几种场合：

1. 用于扩大控制发的可调范围，以改善控制品质。

通常国产控制阀的可调比R为30，在绝大部分场合下能满足生产要求。但有些场合要求可调范围很宽，此时一个控制法无法满足生产要求。这种情况下，可将两个口径不同的控制阀当做一个控制法使用，从而扩大可调范围。

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. 1～2

4. 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0

6.( )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

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《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。