1-什么是简单控制系统?试画出简单控制系统的典型方块图。
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XX 工业大学继续教育学院《过程控制 》习题集2011学年第一学期 使用班级:H 化本081、HY 自升本101、HY 自升本091习题集1一、填空题1.在自动控制系统中,能够测量某物理量的大小并把它转化为一种特定信号的自动化装置是(测量元件与变送器)。
2.过渡过程终了时,被调参数所达到的新的稳态值与给定值之差叫做(余差)。
3.在研究对象的动态特性时,将(被调参数)看作对象的输出量,而将(干扰作用和调节作用)看作对象的输入量。
4.自动调节系统方块图中,给定值R,测量值M 和偏差e 三者之间的关系是(E=R-M )。
5.积分时间愈(短),积分作愈强。
6.可用一阶微分方程式描绘其动态特性的对象称为(一阶对象)。
二、单项选择题1.在如图所示的水槽液位控制系统中,( C )是被控变量。
A. 进水流量B. 出水流量C. 水槽液位D. 水槽2.下列(A )不是描述对象特性的数。
A.过渡时间B.时间常数C.放大系数D.滞后时间3.下列关于积分饱和的说法,错误的是( D )。
A.调节器处于开环工作状态是出现积分饱和现象的必要条件 B.调节器具有积分作用才会出现积分饱和现象C.积分饱和状态时,调节器的输出将达到最大或最小的极限值D.只有在选择性调节系统中才会出现积分饱和现象4.串级调节系统中,副回路一般采用( A )调节规律。
A.比例B.比例积分C.比例微分D.比例积分微分5.如图所示为丙烯冷却器的控制方案示意图,图中所采用的控制系统为( D )控制系统。
A. 串级B. 均匀C. 分程D. 选择6.在合成纤维锦纶生产中,熟化罐的温度是一个重要的参数,其期望值是一已知的时间函数,则熟化罐的温度控制系统属于(D )。
A. 定值控制系统B. 随动控制系统C. 正反馈控制系统D. 程序控制系统三、判断改错题(判断下列各题,在题后的括号内,对的打“√”,错的打“×”。
)1.每个控制系统都有相应的方块图,同一形式的方块图只能代表一个控制系统。
第一章自动控制系统基本概念1.什么是化工自动化?它有什么重要意义?答:在化工等连续性生产设备上,配备一些自动化装置,代替操作人员的部分直接劳动,使生产在不同程度上自动地进行,称为化工自动化。
化工自动化的重要意义是:加快生产速度,降低生产成本,提高产品数量和质量;降低劳动强度,改善劳动成本,改变劳动方式;确保生产安全。
6.图1-16 为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
答:PI-307:表示测量点在蒸汽加热器的一台压力指示仪表,工段号为3,仪表序号为07。
仪表安装在现场。
TRC-303:表示测量点在蒸汽加热器出料管线上的一台温度记录控制仪表,工段号为3,仪表序号为03。
仪表安装在集中仪表盘面上。
FRC-305:表示测量点在蒸汽加热器进料管线上的一台流量记录控制仪表,工段号为3,仪表序号为05。
仪表安装在集中仪表盘面上。
8.自动控制系统中,测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?答:在自动控制系统中,测量变送装置用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号(如气压信号或电压、电流信号等);控制器将测量变送装置送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差,根据偏差的大小及变化趋势,按预先设计好的控制规律进行运算后,将运算结果用特定的信号(如气压信号或电流信号)发送给执行器;执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入(或流出)被控变量的物料量或能量,克服扰动的影响,最终实现控制要求。
9.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答:被控对象——自动控制系统中,需要实现控制的设备、机械或生产过程等。
被控变量——被控对象内要求保持一定数值(或按某一规律变化)的工艺参数(物理量)。
设定值——工艺规定被控变量所要保持的数值。
操纵变量——受控制器操纵的,用以克服干扰的影响,使被控变量保持一定数值的物料量或能量。
化工仪表及自动化期末复习题一、单项选择题1.由于仪表内部元件老化引起的误差称为( )。
A.疏忽误差B.缓变误差C.随机误差D.系统误差2.弹簧管压力表指针轴上之所以要装上游丝,其目的是为了消除传动机构之间的间隙,减小仪表的( )。
A.变差B.反应时间C.灵敏度D.灵敏限3.EJA智能变送器主要由膜盒组件和( )组成。
A.输入放大电路B.智能转换部件C.输出放大电路D.精度补偿传感器4.铂热电阻的测温范围是( )。
A.0℃~100℃B.一50℃~150℃C.一200℃一500℃D.一200℃~850℃5.在孔板和文丘里管两种节流装置中,若差压相同,则两者的压力损失( )。
A.孔板大B.文丘里管大C.一样D.不确定6.定值控制系统是( )固定不变的闭环控制系统。
A.测量值B.偏差值C.输出值D.给定值7.自动控制系统中常用来表示动态特性的表示方法有三种,其中( )是最原始最基本的方法A.微分方程法B.传递函数法C.阶跃响应法D.方块图法8.在调节系统中,调节器的积分作用加强,会使系统( )变坏。
A.余差B.最大偏差C.稳定性D.超调量9.在自动调节系统中比例调节的结果常常会产生( )。
A.误差B.偏差C.余差D.静差10.通常串级调节系统主调节器正反作用选择取决于( )。
A.调节阀B.副调节器C.副对象D.主对象11.在自控系统中,确定调节器、调节阀、被控对象的正、反作用方向必须按步骤进行,其先后排列次序为( )。
A.调节器、调节阀、被控对象 B.调节阀、被控对象、调节器C.被控对象、调节器、调节阀 D.被控对象、调节阀、调节器12.串级控制系统设计中,副回路应包含( )。
A.较多干扰 B.主要干扰C.特定的干扰 D.主要干扰和尽量多的干扰13.单纯前馈控制系统是一种对( )进行补偿的控制系统A.测量值与给定值的偏差 B.被控变量的变化C.干扰量的变化 D.特定干扰的变化14.以下简称中,常用来表示模拟输入、输出信号的是( )。
一、单回路控制系统1. 画出图示系统的方框图:2. 一个简单控制系统总的开环增益(放大系数)应是正值还是负值仪表行业定义的控制器增益与控制系统中定义的控制器的增益在符号上有什么关系为什么3. 试确定习题1中控制器的正反作用。
若加热变成冷却,且控制阀由气开变为气关,控制器的正反作用是否需要4. 什么是对象的控制通道和扰动通道若它们可用一阶加时滞环节来近似,试述K P 、K f 、τp 、τf 对控制系统质量的影响。
5. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P SτP P +-,若P P T τ的比值一定时,T P 大小对控制质量有什么影响为什么6. 一个简单控制系统的变送器量程变化后,对控制质量有什么影响举例说明。
7. 试述控制阀流量特性的选择原则,并举例加以说明。
8. 对图示控制系统采用线性控制阀。
当负荷G 增加后,系统的响应趋于非周期函数,而G 减少时,系统响应震荡加剧,试分析其原因,并设法解决之。
9. 一个简单控制系统中,控制阀口径变化后,对系统质量有何影响10. 已知蒸汽加热器如图所示,该系统热量平衡式为:G 1C 1(θ0-θi )=G 2λ(λ为蒸汽的冷凝潜热)。
(1)主要扰动为θi 时,选择控制阀的流量特性。
(2)主要扰动为G 1时,选择控制阀的流量特性。
(3)设定值变化时,选择控制阀的流量特性。
11. 一个单比例简单控制系统,增加积分作用后,对系统质量有什么影响为了保持同样的衰减比,比例度δ要增加,为什么12. 试写出正微分和反微分单元的传递函数和微分方程;画出它们的阶跃响应,并简述它们的应用场合。
13. 什么叫积分饱和产生积分饱和的条件是什么14. 采用响应曲线法整定控制器参数,选用单比例控制时,δ=K P τP /T P ×100%,即δ∝K P ,δ∝τP /T P ,为什么而选择比例积分控制时,δ=τP /T P ×100%,即比例度增加,为什么15. 采用临界比例度法整定控制器参数,在单比例控制时,δ=2δK (临界比例度),为什么16. 在一个简单控制系统中,若对象的传递函数为)1T )(1S 1)(T S (T K W P V P +-+S ,进TC行控制器参数整定时,应注意什么17. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P SτP P +-,采用比例控制,当系统达到稳定边缘时,K C =K CK ,临界周期为T K 。
第二章被控对象的数学模型第一章自动控制系统基本概念1.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?答:自动控制系统中常用的几个术语其含义是: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,用以克服干扰的影响,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。
2.自动控制系统按其基本结构形式可分为几类?其中闭环控制系统中按设定值的不同形式又可分为几种?简述每种形式的基本含义。
答:自动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。
闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有倾向控制又有反向联系的自动控制。
如图1—1(a)即是一个闭环自动控制。
图中控制器接受检测元件及变送器送来的测量信号,并与设定值相比较得到偏差信号,再根据偏差的大小和方向,调整蒸汽阀门的开度,改变蒸汽流量,使热物科出口温度回到设定值上。
从图l—1(b)所示的控制系统方块图可以清楚看出,操纵变量(蒸汽流量)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。
在闭环控制系统中,按照没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。
(a)(b)图1-1闭环自动控制基本结构(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。
过程控制系统部分习题讲解6.1说明一下名词术语的含义:被动对象、被控变量、操纵变量、扰动(干扰)量、设定(给定)值、偏差。
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——受控制器操作的,用以克服干扰的影响,使被控变量保持设定值的物料或能量。
扰动量——除操作变量外,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。
6.3下列控制系统中,哪些是开环控制,哪些是闭环控制?A.定制控制B.随动控制C.前馈控制D.程序控制答:C——开环控制;A、B、D——闭环控制。
(程序控制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。
)6.6在石油化工生产过程中,常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量,使裂解气体的温度下降到规定数值上。
图6-3是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。
被冷却的物料是乙烯裂解气,其温度要求控制在(15±1.5)℃。
如果温度太高,冷却后的气体会包含过多的水分,对生产造成有害影响;如果温度太低,乙烯裂解气会产生结晶析出,杜塞管道。
图6-3(1)指出系统中被控对象、被控变量和操作变量各是什么?(2)试画出该控制系统的组成方块图。
答:(1)被控对象为丙烯冷却器;被控变量为乙烯裂解气的出口温度;操作变量为气态丙烯的流量。
(3)该系统的方块图如图6-4所示。
图6-46.7图6-5所示是以反应温度控制系统示意图。
A、B两种物料进入反映,通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度保持不变。
图中TT表示温度变送器,TC便是温度控制器。
试画出该温度控制系统的方块图,并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、操作变量及可能影响被控变量变化的扰动各是什么?图6-5答:反应器温度控制系统中被控对象为反应器;被控变量为反应器内温度;操作变量为冷却水流量;干扰为A、B物料的流量、温度、浓度、冷却水的温度、压力及搅拌器的转速。
《化工仪表及自动化》期末复习题一.填空(每空1分)1.工程上所用的压力指示值多为表压,即绝对压力和大气压力之差;当被测压力低于大气压力时,一般用负压或真空度表示,即大气压力与绝对压力之差之差。
2.差压式液位计在使用中会出现三种零点迁移问题。
3.差压式流量计通常由4度测量的。
567.对于比例积分微分(PID)控制来说,单纯的比例作用存在余差,加入积分作用可以消除余差,而加入微分作用可以起到“超前控制”的效果。
8两种。
9.衰减振荡过程的品质指标主要有最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期等。
10.对于一个比例积分微分(PID)控制器来说,积分时间越大则积分作用越弱;微分时间越大,则微分作用越强。
11.根据滞后性质的不同,滞后可以分为12.测量仪表的量程是指测量范围上限值与测量范围下限值之差。
13.按照使用能源的不同,工业仪表可以分为气动仪表、电动仪表两类。
15。
16.用于输送流体和提高流体压头的机械设备统称为流体输送设备,其中输送液体并提高其压头的机械称为泵,而输送气体并提高其压头的机械称为风机或压缩机。
17、气动仪表的信号传输,国际上统一使用20~100KPa 的模拟气压信号;DDZIII型电动仪表国际上规定的统一标准信号制是4~20mA DC 。
18.化工自动化的主要内容有自动检测系统、自动信号和联锁保护系统、自动操纵和开停车系统、自动控制系统。
19.选择性控制系统可分为开关型选择性自动控制系统、连续型选择性控制系统和混合型选择性控制系统,对于选择性控制系统要注意防止积分饱和现象的发生。
20、常见的传热设备有换热器、加热炉、锅炉等。
21.两种常用的均匀控制方案包括简单均匀控制、串级均匀控制。
22.速度式流量计中,应用电磁感应原理测量流体流量的仪表为电磁流量计,根据“卡曼涡街”现象测量流体流量的仪表为漩涡流量计,而差压式流量计体积流量大小与其所测得差压的平方根(平方/平方根)成比例关系。
23.比例度对过渡过程的影响规律是比例度越大,过渡过程曲线越平稳,但余差也越大,比例度越小,余差减小,但过渡过程曲线越振荡25.某换热器温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1所示,温度给定值为200℃,该控制系统的最大偏差为30℃,余差为5℃,衰减比为5∶1 。
第一单元过程控制系统基本概念――系统工作过程(10%)一、填空题。
1、过程控制系统一般由________、________、________和测量变送器组成。
2、对象为气体贮罐时应设置________控制系统,对象为加热炉时应设置_______控制系统。
锅炉上应设置________和________控制系统。
精馏塔上应设置________控制系统和________控制系统等。
(填入被控变量)3、被控对象的输入信号称为_________变量,输出信号称为_________变量。
4、控制器接受________和________两个输入量,按一定的控制规律对二者的_________值进行运算后,再将输出量送给________去执行。
5、过程控制系统的核心是_________,它有_________个输入量,_________个输出量,该输出量将驱动仪表_________。
6、气动仪表的标准统一信号是_________。
8、常规控制系统的_________用计算机替代后,系统就称为计算机控制系统。
9、过程控制系统中五大类参数(被控变量)指_________、_________、_________、_________和_________。
(填写被控变量名称及字母)二、判断题。
()1、自动调节系统的给定值是根据生产要求人为设定的。
()2、锅炉工作中最重要的参数是温度。
()3、仪表的给定值就是它的测量值。
()4、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控对象和测量变送器组成。
三、选择题。
夹套式化学反应器的控制系统一般设置为()系统。
(A)成分(B)液位(C)流量(D)温度四、问答题。
1、什么是自动控制系统?什么是过程控制系统?2、过程控制系统主要有哪些环节组成?3、名词解释:被控对象、被控变量、操纵变量、测量值、给定值、比较机构、干扰、闭环和负反馈。
11、下列环节在控制系统工作时各起什么作用:控制器、执行器、被控对象和测量(元件)变送器。
一、单回路控制系统1一个简单控制系统由那几部分组成?各有什么作用?2什么是简单控制系统?试画出简单控制系统的典型方块图。
答:所谓简单控制系统,通常是指由一个被控对象、一个检测元件及传感器(或变送器)、一个调节器和一个执行器所构成的单闭环控制系统,有时也称为单回路控制系统。
简单控制系统的典型方块图如下图所示。
题2 方块图3在石油化工生产过程中,常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量,使裂解气体的温度下降到规定数值上。
下图是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。
被冷却的物料是乙烯裂解气,其温度要求控制在(15±)℃。
如果温度太高,冷却后的气体会包含过多的水分,对生产造成有害影响;如果温度太低,乙烯裂解气会产生结晶析出,杜塞管道。
题3 图丙烯冷却器(1)指出系统中被控对象、被控变量和操作变量各是什么?(2)试画出该控制系统的组成方块图。
答:(1)被控对象为丙烯冷却器;被控变量为乙烯裂解气的出口温度;操作变量为气态丙烯的流量。
(3)该系统的方块图:题3 方块图4反应温度控制系统示意图。
A、B两种物料进入反映,通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度保持不变。
图中TT表示温度变送器,TC便是温度控制器。
试画出该温度控制系统的方块图,并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、操作变量及可能影响被控变量变化的扰动各是什么?题4图反应器温度控制系统答:反应器温度控制系统中被控对象为反应器;被控变量为反应器内温度;操作变量为冷却水流量;干扰为A、B物料的流量、温度、浓度、冷却水的温度、压力及搅拌器的转速。
反应器的温度控制系统的方块图:题4方块图5 乙炔发生器是利用电石和水来产生乙炔气装置。
为了降低电石消耗量,提高乙炔的收率,确保生产安全,设计了如图所示温度控制系统。
工艺要求发生器温度控制在(80±1)℃。
试画出该温度控制系统的方块图,并指出图中的被控对被控变量、操作变量及可能存在的扰动。
题5图乙炔发生器答:乙炔发生器温度控制系统方块图如下图所示(图中T、T O分别为乙炔发生器温度及其设定值)。
1. 什么是简单控制系统?试画出简单控制系统的典型方块图。
2.被控变量的选择原则是什么?
3.操纵变量的选择原则是什么?
4.试述自动控制系统中常用的控制规律及其特点和应用场合。
5.为什么要考虑控制器的正、反作用? 如何选择?
6.被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向各是怎样规定的?
7.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?
8.试简述临界比例度法及其特点。
9.试简述衰减曲线法及其特点
10.图1所示为一蒸汽加热器温度控制系统。
(1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、被控对象各是什么?
(2)该系统可能的干扰有哪些?
(3)该系统的控制通道是指什么?
(4)试画出该系统的方块图。
(5)如果被加热物料过热易分解时,试确定控制阀的气开、气关型式和控制器的正、反作用。
(6)试分析当冷物料的流量突然增加时,系统的控制过程及各信号的变化情况。
图1 蒸汽加热器温度控制系统
11.试确定图2所示系统中控制阀的气开、气关型式和控制器的正、反作用(图2为一冷却器出口物料温度控制系统,要求物料温度不能太低,否则容易结晶)。
图2 出口温度控制系统图3 贮槽
12.图3为一液体贮槽,需要对液位加以自动控制。
为安全起见,贮槽内液体严格禁止溢出,试在下述两种情况下,分别确定控制阀的气开、气关型式及控制器的正、反作用。
(1)选择流入量Q i为操纵变量;
(2)选择流出量Q0为操纵变量。
13.图4是锅炉的压力和液位控制系统的示意图。
试分别确定两个控制系统中控制阀的气开、气关型式及控制器的正、反作用。
图4 锅炉控制图5 流量控制
14.图5为一离心泵出口流量控制系统,试指出该系统中的被控变量、操纵变量、对象各是什么?并说明流量控制器FC正、反作用的选择方法。
15.控制系统在控制器不同比例度情况下,分别得到两条过渡过程曲线如图6(a)、(b)所示,试比较两条曲线对应的比例度的大小(假定系统为定值系统)。
图6 不同比例度时的过渡过程曲线
16.控制系统在控制器积分时间不同的情况下,分别得到两条过渡过程曲线如图7(a)、(b)所示,试比较两条曲线所对应的积分时间的大小。
图7 不同积分时间时的过渡过程曲线
图7-19 改进后的自控流程。