【过程控制系统】作业题

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”。

过程控制系统试卷及答案Credit is the best character, there is no one, so people should look at their character first.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”..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..5控制规律方面：反馈通常是P PI PD PID等典型规律；前馈控制规律较为复杂;不好掌握..3、控制器正反方向判断答：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、如图所示的压力容器;采用改变气体排出量以维持容器内压力恒定：1调节阀应选择气开式还是气关式请说明原因..2压力控制器PC应为正作用还是反作用请说明原因..答：1应选择气关式..因为在气源压力中断时;调节阀可以自动打开;以使容器内压力不至于过高而出事故..2 调节阀应选择气关式;则压力控制器PC应为反作用.. 当检测到压力增加时;控制器应减小输出;则调节阀开大;使容器内压力稳定.. 或：当检测到压力减小时;控制器应增大输出;则调节阀开小;使容器内压力稳定..四、分析与计算题第1小题8分;第2小题12分本题20分1、本小题8分如下图所示的隔焰式隧道窑烧成带温度控制系统;烧成带温度是被控变量;燃料流量为操纵变量..试分析： 1该系统是一个什么类型的控制系统画出其方框图；2确定调节阀的气开、气关形式;并说明原因..答：1该系统是一个串级控制系统;其方框图为：2当调节阀气源出现故障失去气源时;为保证系统安全;应使阀门处于关闭位置;故调节阀采用气开式..2、本小题12分如下图所示的液体储罐;设进水口和出水口的体积流量分别是 q1和 q o ; 输出变量为液位h;储罐的横截面积为A ..试建立该液体储罐的动态数学模型 HS/Q t S过程控制试题库答案一;填空题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..9.保证控制系统成为负反馈10.干扰量的变化11.正确;迅速;可靠12.改善动态性能13.微分二;选择题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τc3.定值调节是一种能对A进行补偿的调节系统..A．测量与给定之间的偏差B．被调量的变化C．干扰量的变化D.设定值的变化4.定值调节系统是X环调节;前馈系统是X环调节B..A．开;闭B．闭;开C．开;开D．闭;闭5.调节系统在纯比作用下已整定好;加入积分作用后;为保证原稳定度;此时应将比例度A..A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小6.成分、温度调节系统的调节规律;通常选用C..A.PIB.PDC.PID7..流量、压力调节系统的调节规律;通常选用A..A.PIB.PDC.PID8.液位调节系统的调节规律;通常选用D..A.PIB.PDC.PIDD.P9.A10.调节系统中调节器正、反作用的确定是根据B：A．实现闭环回路的正反馈..B．实现闭环回路的负反馈..C．系统放大倍数恰到好处D．生产的安全性..11.单纯的前馈调节是一种能对C进行补偿的调节系统..A．测量与给定之间的偏差B．被调量的变化C．干扰量的变化12.定值调节是一种能对A进行补偿的调节系统..A．测量与给定之间的偏差B．被调量的变化C．干扰量的变化13.热电偶温度计CA是利用两个相互接触金属导体的温差电动势特性进行测温的..B是利用两个相互接触金属导体的接触电动势特性进行测温的..C是利用两个相互接触金属导体的温差电动势和接触电动势特性进行测温的..D是利用两个非接触金属导体的温差电动势和接触电动势特性进行测温的..14.下面的叙述中哪一个是最为合理的DA控制系统的时间滞后现象主要是由于被控对象的惯性特性引起的..B控制系统的时间滞后现象主要是由于检测装置的安装位置引起的..C控制系统的时间滞后现象对控制系统的稳定性无影响..D以上三种叙述都不完整..15.D16.DCS的中文含意是：BA比例、积分、微分控制..B分布式控制系统..C可编程序控制器..D以上三个都不正确..三．判断1.×2.与DCS相比;Fieldbus的主要技术优点之一是实现了控制系统彻底的分散√3.热电阻温度计需要进行冷端补偿才能正常工作..×4.PID的含义是比例、积分和微分..√5.前馈控制系统是一种定值控制;一般情况下前馈控制可以单独使用..×6.用Smith补偿器来处理大时延控制对象时;不必要提供精确的对象数学模型..×7.被控对象特性是指被控对象输入与输出之间的关系..√8.串级控制系统中的副控制器给定值是由主控制器的输出决定的;所以副控制器相当于一个闭环定值控制系统..×9.衰减比n表示系统过渡过程曲线变化两个周期后的衰减快慢..×10.热电阻温度计和热电偶温度计一样;测温时需要进行温度补偿..×11.一个单回路控制系统由控制器、执行器、检测变送装置和被控对象组成..√12.在比值控制系统中;一般选择易调节的量为主变量;易测量的量为副变量..×18.DDC的中文含义是直接数字控制.. √19.被控对象的动态特性是描述被控对象输入输出关系动态特征的.. √ 20.串级控制系统适用于容量滞后较小的生产工艺过程.. ×21.前馈控制系统一般可单独使用;因为其控制精度高;且不受外界干扰影响..×22.前馈控制与定值控制的原理相同;都是以偏差进行调解的.. ×23.被控对象的存滞后时间常数是由于其自身的惯性特性引起的.. ×24.在串级控制中;副控制器的输入值为主控制器的输出.. √四．简答题13.什么是定值控制系统答案：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..14.什么是随动控制系统答案：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..15.什么是程序控制系统答案：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..16.什么是调节被控对象;给定值和偏差答案：自动调节系统的生产设备叫做调节对象或简称对象;而生产中要求保持的工艺指标;称为给定值..对于自动调节系统中;习惯采用给定值R减去测量值Y作为偏差e;即e=R-Y;给定值R大于测量值Y时为正偏差;而给定值R小于测量值Y时为负偏差..17.简述建立对象的数学模型两种主要方法:每写出1 种方法的得2分答案：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..18. 写出一个带有纯时间滞后的一阶惯性线性定常被控对象的传递函数表达式;说明个参数含义 K——放大系数——滞后时间——惯性时间常数 19.答：如果有一个输入量作用于过程;通过过程后被放大K倍.. 20.答：时间常数越大;系统反应越慢;T越小;系统反应越快.. 21.答：当输入量输入受控过程时;受控变量并没有马上动作;而是需要一定的时间才发生变化.. 22.答：机理分析法是通过对过程内部运行机理的分析;根据其物理或化学变化规律;在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后得到过程特性方程;其表现形式往往是微分方程或代数方程..这种方法完全依赖先验知识;所得到的模型称为理模型..机理分析法一般限于简单过程的数学模型建立..23.简述用机理分析方法建立被控对象数学模型的步骤机理建模的一般步骤如下：1)根据实际工作情况和生产过程要求;确定过程的输入变量和输出变量..2 依据过程的内在机理;利用适当的定理定律;建立原始方程..3 确定原始方程式中的中间变量;列写出中间变量与其他因素之间的关系..4 消除中间变量;即得到输入输出变量的微分方程..5 若微分方程是非线性的;则需要进行线性处理..6 标准化;将于输入有关的各项放在等号右边;与输出有关的各项放在等号左边;并按降幂排序..24简述建立被控对象数学模型的实验测试方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..25建立被控对象数学模型的常用实验测试方法有哪些主要有阶跃信号法和矩形脉冲法26.什么叫绝对压力、表压及真空度它们的相互关系是怎样的答案：绝对压力：绝对真空下的压力称为绝对零压;以绝对零压为基准来表示的压力叫绝对压力.. 表压力：当绝对压力大于大气压力时;绝对压力高于大气压力的数值称为表压力;简称表压.. 真空度：当绝对压力小于大气压力时;绝对压力低于大气压力的数值称为真空度或负压..27.简述PID调节器cK、iT和dT的作用是什么答案：在PID调节器中;cK越大;表示调节作用越强;iT值越大;表示积分作用减弱;dT值越大表示微分作用增强..28.有一流量调节系统;信号传输管线很长;因此;系统产生较大的传送滞后..有人设想给调节器后加微分器来改善系统特性;试问这种设想合理否为什么若不合理;应采取什么措施合理答案：这种设想不合理;因为信号传送滞后是纯滞后;而微分作用不能克服纯滞后.. 解决这一问题合理的措施是采用1：1继动器加在信号传输线之间;以增大信号流速;从而减小传输滞后;改善系统特性..29.利用微分作用来克服控制系统的信号传递滞后的设想是否合理与正确答案：这种设想不合理;因为信号传送滞后是纯滞后;而微分作用不能克服纯滞后..合理的措施是采用1：1继动器加在信号传输线之间;以增大信号流速;从而减小传输滞后;改善系统特性..30.通常在什么场合下选用比例P;比例积 PI;比例积分微分PID调节规律答案：比例调节规律适用于负载变化较小;纯滞后不太大而工艺要求不高又允许有余差的调节系统.. 比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小;系统负载变化不大需要消除干扰引起的余差;纯滞后不大时间常数不是太大而被调参数不允许与给定值有偏差的调节系统.. 比例积分调节规律适用于容量滞后较大;纯滞后不太大;不允许有余差的对象..31.试简述临界比例度法及其特点..答案：临界比例度法是在纯比例运行下通过试验;得到临界比例度靠和临界周期Tk;然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值.. 这种方法比较简单、易于掌握和判断;适用于一般的控制系统..但是不适用于临界比例度小的系统和不允许产生等幅振荡的系统;否则易影响生产的正常进行或造成事故..32.试简述衰减曲线法及其特点..答案：衰减曲线法是在纯比例运行下通过使系统产生衰减震荡;得到衰减比例度s和衰减周期sT或上升时间升T;然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值.. 这种方法比较简便;整定质量高;整定过程安全可靠;应用广泛;但对于干扰频繁;记录曲线不规则的系统难于应用..33.什么是检测元件能将被测的变量参数直接转换成适合于测量形式的元件或器件.. 例如;测量温度的检测元件热电偶;能将温度转换成毫伏信号;用于显示和控制..34.什么是变送器传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称;通常由敏感元件和转换元件组成.. 当传感器的输出为规定的标准信号时;则称为变送器..。

A试题一、填空题（共7小题，每空1分，共30分）1．过程控制系统可以简化为调节器和广义对象两大部分，其中广义对象是_____、_____、_____和_____的组合。

2．过程控制系统按照被控变量的不同，可分为_____控制系统、_____控制系统、______控制系统、_____控制系统和_____控制系统；按照被控变量的多少可分为_____控制系统和_____控制系统。

3．评价过程控制系统性能优劣的指标主要包括_____、_____和_____三个方面。

4．被控过程的数学模型是反映被控过程的输出量和输入量之间的数学表达式，其中，对于参数模型，常用_____、_____、_____、_____等表示。

5. 国产调节阀的流量特性有_____特性、_____特性和_____特性三种。

6. 单回路控制系统是一种基于_____的闭环反馈控制，前馈控制系统是一种按照_____进行补偿的系统，对于减少被控参数____偏差最为有效。

7. 串级控制系统中，主回路是_____系统，副回路是_____系统8. 比值控制系统的具体实现方案有_____方案和_____方案。

9. 在前馈—反馈系统中，控制系统的_____由闭环控制回路决定，对被调参数影响最显著的主要干扰由_____进行补偿。

二、简答题（共6题，每小题6分，共36分）1. 衡量过程控制系统性能优劣的综合性能指标中，ITAE的含义是什么，请写出表达式，并指出其特点。

2. 什么是被控过程的静态数学模型和动态数学模型，两者之间有什么联系。

3. 控制参数的选择应当遵守哪些原则？4. 积分调节有何特点？5. 什么是不变性原理？根据下图列写不变性原理的表达式，并指出依据不变性原理设计的控制系统是何种控制系统。

6. 前馈控制系统的有何特点？三、综合分析题（第1题10分，第2,3题各12分，共34分）1．已知两水槽串联工作，如图所示，输入量为Q 1，流出量为Q 2，Q 3。

xxxx-xxxx学年第x学期《过程控制系统》试题（卷）A课程代码 BB058007 考试方式闭卷考试时长 100 分钟姓名学号教学班号专业级班（每空1分，共25分）1、过程控制系统由和两部分组成。

2、过程检测仪表的接线方式有两种：、。

3、压力检测的类型有三种，分别为：、、。

4、PID调节器分为和两种。

5、理想流量特性有四类，分别是、、、。

6、常用比值运算部件有：、、、。

7、前馈控制规律取决于和的传递函数。

8、主要扰动无法落在串级控制的副环时，用可得到更好的控制效果。

9、混合型选择性控制系统指：既包含有，又有。

10、产生积分饱和的3个条件：（1）（2）（3）。

（每个3分，共18分）1、阀位控制系统2、积分饱和3、比例控制系统4、.超驰控制系统5、现场总线6、均匀控制系统（每个6分，共30分）1、被控对象、调节阀、调节器的正、反作用方向各是怎样规定的？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。

3、调节器参数整定的任务是什么？工程上常用的调节器参数整定有哪几种方法？4、怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律?5、积分饱和的危害是什么?有哪几种主要的抗积分饱和措施?四、分析题。

（共27分）1、（15分）请判定如图所示温度控制系统中，调节阀和调节器的作用型式。

（1）当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时；（2）当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时；（3）当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为待加热的软化水时；（4）当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为待加热的软化水时。

得分2、（12分）图示为一列管式换热器。

工艺要求出口物料温度保持恒定。

经分析如果保持物料入口流量和蒸汽流量基本恒定，则温度的波动将会减小到工艺允许的误差范围之内。

现分别设计了物料入口流量和蒸汽流量两个控制系统，以保持出口物料温度恒定。

（1）试画出对出口物料温度的控制系统方块图；（2）指出该系统是开环控制系统还是闭环控制系统，并说明理由。

过程控制系统试题一一、 选择题（ 10 × 3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、在过程控制系统过渡过程的质量指标中 , ( A ) 反映控制系统稳定程度的指标 A. 超调量 B. 衰减比 C. 最大偏差 D. 振荡周期3、下面对过程的控制质量没有影响的是: ( D ) K A . 控制通道放大倍数 K B. 扰动通道放大倍数O fC. 扰动通道时间常数D. 扰动通道纯滞后时间 4、 在对象特性中，() 是静特性。

A. 放大系数 Κ B. 时间常数 T C. 滞后时间τ D. 传递函数5、 选择调节参数应尽量使调节通道的( ) A. 功率比较大 B. 放大系数适当大C. 时间常数适当小D. 滞后时间尽量小 6、 在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是( ) 。

A . 变送器 B. 控制器 , C. 控制阀 D. 被控对象7、 下列说法正确的是 () 。

A. 微分时间越长，微分作用越弱；B. 微分时间越长，微分作用越强；C. 积分时间越长，积分时间越弱； D. 积分时间越长，积分时间越强。

8、调节阀按其使用能源不同可分为( ) 三种。

A ．电动B ．液动C ．气动D ．压动9、打开与控制阀并联的旁路阀，会使可调比 (A) 。

A. 变小B. 变大C. 不变 D. 为零 10、串级控制系统主、副对象的时间常数之比， T01/T 02 ＝ ( ) 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 ～ 10B.2 ～ 8 C. 1 ～ 4 D. 1 ～ 2二、 判断题（ 10 × 2分）1、过程控制系统中，需要控制的工艺设备 ( 塔、容器、贮糟等 ) 、机器称为被控对象。

( ) 2、调节阀的结构形式的选择首先要考虑价格因素。

第一章 概述1.1 过程控制系统由哪些根本单元构成？画出其根本框图。

控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？a.衰减比和衰减率：稳定性指标；b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标；c.余差：稳态准确性指标；d.调节时间和振荡频率：反响控制快速性指标。

第二章 过程控制系统建模方法习题2.10某水槽如下图。

其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。

要求：（1） 写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程；（2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。

〔1〕物料平衡方程为123d ()d HQ Q Q Ft-+= 增量关系式为 123d d HQ Q Q Ft∆∆-∆-∆= 而22h Q R ∆∆=， 33h Q R ∆∆=， 代入增量关系式，那么有23123()d d R R hh F Q t R R +∆∆+=∆ 〔2〕两边拉氏变换有：23123()()()R R FsH s H s Q s R R ++=故传函为：232323123()()()11R R R R H s KG s R R Q s Ts F s R R +===+++K=2323R R R R +, T=2323R R F R R +第三章 过程控制系统设计1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料到达所需温度后排出。

试问：（1） 影响物料出口温度的主要因素有哪些？（2） 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？（3） 如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器的正反作用？解：〔1〕物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量〔2〕被控变量：物料出口温度。

过程控制系统1、调节系统中不与调节对象方块相连接的信号是（）。

——[单选题]A 给定值B 调节参数C 干扰D 被控变量正确答案：A2、当调节器加入积分调节规律后，能够达到（）的目的。

——[单选题]A 减小系统震荡B 消除系统余差C 使系统更加稳定D 使过渡时间增加正确答案：B3、当工艺要求严格，不允许有较长时间的等幅振荡，这时不适合使用（）对调节器参数进行整定。

——[单选题]A 经验凑试法B 临界比例度法C 衰减曲线法D 反应曲线法正确答案：B4、当系统运行后，发现阀门出现大幅的剧烈振荡，这时应调整调节器参数，使其（）。

——[单选题]A 增大比例度增加积分时间B 减小比例度增加积分时间C 增大比例度减小积分时间D 减小比例度减小积分时间正确答案：D5、当系统运行不正常是，正确区分是工艺问题还是控制系统和仪表的故障问题，下面哪种不是经常使用的正确方法。

（）——[单选题]A 记录曲线的比较B 控制室与现场仪表的比较C 两个不同系统间的比较D 控制室显示仪表与就地显示仪表比较正确答案：C6、在确定调节通道时下面的哪种说法不正确（）。

——[单选题]A 调节通道的放大系数大一些好B 一般不选用主物料作调节参数C 调节通道的时间常数适当D 调节通道的纯滞后的时间影响不大正确答案：D7、判断一个控制器参数整定的好坏，是控制器的控制过程（）。

——[单选题]A 越快越好B 没有余差C 有较大衰减比D 有较好的稳定性和快速性正确答案：D8、比例度越大，对调节过程的影响是（）——[单选题]A 调节作用越弱B 调节作用越弱，过渡曲线变化快，振荡周期长，衰减比大C 调节作用越弱，过渡曲线变化缓慢，振荡周期短，衰减比大D 调节作用越弱，过渡曲线变化缓慢，振荡周期长，衰减比小正确答案：A9、积分时间越小，下列描述正确的是（）。

——[单选题]A 积分速度越小B 积分速度越大，积分作用越强，消除余差越快C 积分速度越小，积分作用越弱，消除余差越弱D 积分速度越大，积分作用越弱，消除余差越弱正确答案：B10、定值控制系统是（）固定不变的闭环控制系统。

过程控制系统试题一一、选择题（10×3分）1、过程控制系统由几大部分组成，它们是：( )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、在过程控制系统过渡过程的质量指标中, ( )反映控制系统稳定程度的指标A.超调量B.衰减比C.最大偏差D.振荡周期3、下面对过程的控制质量没有影响的是: ( )A .控制通道放大倍数KO B.扰动通道放大倍数KfC.扰动通道时间常数D.扰动通道纯滞后时间4、在对象特性中，( )是静特性。

A. 放大系数ΚB. 时间常数TC.滞后时间τD.传递函数5、选择调节参数应尽量使调节通道的( )A.功率比较大B.放大系数适当大C.时间常数适当小D.滞后时间尽量小6、在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是( )。

A .变送器 B. 控制器, C. 控制阀 D. 被控对象7、下列说确的是( )。

A. 微分时间越长，微分作用越弱；B. 微分时间越长，微分作用越强；C. 积分时间越长，积分时间越弱；D. 积分时间越长，积分时间越强。

8、调节阀按其使用能源不同可分为( )三种。

A．电动B．液动C．气动D．压动9、打开与控制阀并联的旁路阀，会使可调比(A)。

A.变小B.变大C.不变D. 为零10、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. 3～10B. 2～8C. 1～4D. 1～2二、判断题（10×2分）1、过程控制系统中，需要控制的工艺设备(塔、容器、贮糟等)、机器称为被控对象。

( )2、调节阀的结构形式的选择首先要考虑价格因素。

( )3、当生产不允许被调参数波动时，选用衰减振荡形式过渡过程为宜。

( )4、临界比例度法是在纯比例运行下进行的。

通过试验，得到临界比例度δK和临界周期TK，然后根据经验总结出来的关系，求出调节器各参数值。

什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。

基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。

热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀；中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响；中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。

只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。

冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。

为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。

电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。

对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答：变送器具有哪些主要功能？变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。

什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。

电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。

大幅度的零点调整叫零点迁移。

实用价值是：有些工艺的参数变化范围很小，例如，某设备的温度总在500～1000度之间变化。

如果仪表测量范围在0 ～1000度之间，则500℃以下测量区域属于浪费。

《过程控制系统》思考题一．1．什么叫串级控制系统？绘制其结构方框图。

串级控制系统是由两个控制器的串接组成，一个控制器的输出做为另一个控制器的设定值，两个控制器有各自独立的测量输入，有一个控制器的给定由外部设定。

2．与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？多了一个副回路，形成双闭环。

特点：主控制器输出改变副控制器的设定值，故副回路构成的是随动系统，设定值是变化的。

在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。

副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。

3．为什么说串级控制系统由于存在一个副回路而具有较强的抑制扰动的能力？①副回路的快速作用，对于进入副回路的干扰快速地克服，减小了干扰对主变量的影响；②引入副回路，改善了副对象的特性(减小副对象的相位滞后)，提高了主回路的响应速度，提高了干扰的抑制能力；③副回路可以按照主回路的要求对副变量进行精确控制；④串级系统提高了控制系统的鲁棒性。

4．串级控制系统在副参数的选择和副回路的设计中应遵循哪些主要原则？①将主要干扰包括在副回路；②副回路尽量包含多的干扰；③为保证副回路的快速响应，副对象的滞后不能太长；④为提高系统的鲁棒性，将具有非线性时变部分包含于副对象中；⑤需要对流量实现精确的跟踪时，将流量选为副对象。

5．串级控制系统通常可用在哪些场合？* 应用于容量滞后较大的过程* 应用于纯时延较大的过程* 应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程* 应用于参数互相关联的过程* 应用于非线性过程6．前馈控制与反馈控制各有什么特点？绘制前馈控制系统结构方框图。

前馈：基于扰动来消除扰动对被控量的影响；♦动作“及时” ；♦只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定；♦具有指定性补偿的局限性；♦控制规律取决于被控对象的特性。

♦反馈：基于偏差来消除偏差；♦“不及时”的控制；♦存在稳定性问题；♦对各种扰动均有校正作用；♦控制规律通常是P、PI、PD或PID等典型规律。

过程控制系统试题一一、选择题（10×3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、在过程控制系统过渡过程的质量指标中, ( A )反映控制系统稳定程度的指标A.超调量B.衰减比C.最大偏差D.振荡周期3、下面对过程的控制质量没有影响的是: ( D )A .控制通道放大倍数K O B.扰动通道放大倍数K fC.扰动通道时间常数D.扰动通道纯滞后时间4、在对象特性中，( )是静特性。

A. 放大系数ΚB. 时间常数TC.滞后时间τD.传递函数5、选择调节参数应尽量使调节通道的( )A.功率比较大B.放大系数适当大C.时间常数适当小D.滞后时间尽量小6、在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是( )。

A .变送器 B. 控制器, C. 控制阀 D. 被控对象7、下列说法正确的是( )。

A. 微分时间越长，微分作用越弱；B. 微分时间越长，微分作用越强；C. 积分时间越长，积分时间越弱；D. 积分时间越长，积分时间越强。

8、调节阀按其使用能源不同可分为( )三种。

A．电动B．液动C．气动 D．压动9、打开与控制阀并联的旁路阀，会使可调比(A)。

A.变小B.变大C.不变D. 为零10、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. 3～10B. 2～8C. 1～4D. 1～2二、判断题（10×2分）1、过程控制系统中，需要控制的工艺设备(塔、容器、贮糟等)、机器称为被控对象。

( )2、调节阀的结构形式的选择首先要考虑价格因素。

( )3、当生产不允许被调参数波动时，选用衰减振荡形式过渡过程为宜。

( )4、临界比例度法是在纯比例运行下进行的。

通过试验，得到临界比例度δK和临界周期T K，然后根据经验总结出来的关系，求出调节器各参数值。

1 过程控制系统由几大部分组成，它们是:（控制器、检测装置、执行器、被控对象）2 下面对过程的控制质量没有影响的是：（ D ）A：控制通道放大倍数K B:扰动通道放大倍数KC：扰动通道时间常数 D：扰动通道纯滞后时间3在对象特性中，（放大系数K）是静特性4在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是（控制器）5 说法正确的是（微分时间越长，微分作用越强；积分时间越长，积分作用越弱）6 调节阀按其使用能源不同可分为（电动、液动、气动）三种8 串级控制系统主、副对象的时间常数之比To1/To2=（3-10）为好,主/副回路恰能发挥其优越性,确保系统高质量的运行9 下列控制系统中，（C ）是开环控制系统A定值控制系统 B随动控制系统 C前馈控制系统 D程序控制系统10 过渡过程品质指标中，余差表示（新稳态值与给定值之差）11 对于一阶对象特性，通常可以用（放大倍数K、时间常数T、滞后时间t ）来表示12 用来表征生产设备或过程运行是否正常而需要加以控制的物理量是（被控变量）13 被控对象干扰通道具有纯延迟t，对系统控制质量的影响是（没影响）；控制通道t减小，对控制质量的影响是（有利）14 PID调节器变为纯比例作用，则（积分时间置无穷，微分时间置0 ）15（快开流量特性）在阀芯行程比较小时，流量就比较大，随着行程的增加，流量很快达到最大16 闭环控制系统是根据（偏差）信号进行控制的17 衡量控制准确性的流量指标是（余差）18 对象特性的实验测取常用方法是（阶跃响应曲线法）19 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（响应曲线法）20 过程控制系统中，若使控制变量最终不存在余差，系统本身已经稳定裕量充足应选用（比例积分控制器）24 调节阀接受调节器发出的控制信号，把（被控变量）控制在所要求范围内，从而达到生产过程的自动控制27 串级调节系统主调节输出信号送给（副调节器）29 在阶跃扰动作用下，过程控制系统的过渡过程出现的形式如下，（衰减振荡过程）是一种稳定控制系统30 受控制器的操纵，使被控变量保持在设定值的物理量是（操纵变量）31 在过程控制系统中，既能使控制变量不存在余差，又要使系统具有超前性控制应选用（ＰＩＤ）控制规律33 控制阀所能控制的最大流量与最小流量之比,称控制阀的（可调比）34 串级控制系统参数整定步骤应为（先副环后主环）35 单纯的前馈系统是一种能对（干扰量的变化）进行补偿的控制系统36 在一阶过程控制系统中, （放大系数K ）决定了系统在响应结束时的稳态性能37 被控变量的测量值就是（变送器）环节输出的信号38 某控制系统采用比例积分作用调节器,某人先用比例后积分的凑试法来整定调节器的参数。

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”。

第七章过程控制控制系统习题及答案一、填空1. 单回路控制系统由传感器、调节器、执行器和被控对象组成。

2. 一个包含伺服放大器的电动调节阀，实际上是一个以调节器送来的信号为给定值、阀门位置信号为被控参数的单回路控制系统，该系统所采用的调节规律是位式调节规律。

3. 单回路控制器常见的五种控制规律是位式控制规律、比例控制规律、比例积分控制规律、比例微分控制规律及比例积分微分控制规律。

4. 当对象调节通道和测量元件的时间常数T0较大，纯滞后τ很小，即τ/ T很小时，应用微分作用可以获得相当良好的效果。

5. 当对象调节通道时间常数T较小，系统负荷变化较大时，为了消除干扰引起的余差，除了比例作用外还应采用积分作用。

6. 串级控制系统有两个控制回路。

7. 串级控制系统的内回路是一个随动控制系统，其给定值为外回路中的主调节器输出。

8. 串级控制系统主要用于控制通道时间常数太大的被控系统。

9. 串级控制系统副调节器一般选择比例调节规律，最好不采用积分调节作用，他会牺牲副回路的快速性，彻底消除偏差也不是副回路的职责，微分调节作用也是不能采用的，否则一旦主调节器的输出稍有变化就会引起执行机构的大幅度动作，加大其磨损。

10. 串级控制系统的主调节器最好包含积分控制作用，以保证干扰被彻底克服。

11. 某个干扰能否用前馈控制系统来克服的前提条件是该干扰信号可测量。

12. 单纯的前馈控制系统能实现良好控制效果的前提是能获得相应干扰通道精确的数学模型。

二、选择1. 串级控制系统的副回路一般采用的调节规律是（A）。

（A）比例调节规律（B）比例积分微分（C）比例微分（D）比例积分2. 对串级控制系统副回路的要求是（B）。

（A）消除稳态误差（B）快速克服主要干扰（C）消除所有干扰（D）消除主干扰3. 单回路控制系统由（A）组成。

（A）控制器、执行器、变送器和被控对象（B）控制器、执行器和变送器（C）输入、反馈、控制器和执行器（D）PID调节器、变送器和电动调节阀三、判断1. 串级控制系统有内外两个控制回路，主副两个调节器、两个执行器和两个被控对象。