仪表与控制系统题

一、填空题1、过程控制系统一般由 控制器 、 执行器 、 被控过程 和测量变送等环节组成。

2、仪表的精度等级又称 准确度级 ，通常用 引用误差 作为判断仪表精度等级的尺度。

3、过程控制系统动态质量指标主要有 衰减比n 、 超调量σ 和过渡过程时间s t ；静态质量指标有 稳态误差e ss 。

4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用 约定真值 或 相对真值 来代替。

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、Smith 预估补偿原理是预先估计出被控过程的 数学模型 ，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的 纯滞后 进展补偿。

10、随着控制通道的增益K 0的增加，控制作用 增强 ，克制干扰的能力 最大 ， 系统的余差 减小 ，最大偏差 减小 。

11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后， 不影响 系统的控制质量。

12、建立过程对象模型的方法有 机理建模 和 系统辨识及参数估计 。

13、控制系统对检测变送环节的根本要求是 准确 、 迅速 和 可靠 。

14、控制阀的选择包括 构造材质的选择、 口径的选择 、 流量特性的选择 和 正反作用的选择。

15、防积分饱和的措施有 对控制器的输出限幅 、限制控制器积分局部的输出和 积分切除法。

16、如果对象扰动通道增益f K 增加，扰动作用 增强 ，系统的余差 增大 ，最大偏差 增大 。

17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是 通过旁路控制 。

二、名词解释题1、衰减比答：衰减比n 定义为：衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。

为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:1～10:1。

自动化仪表与过程控制试题（含答案）自动化仪表与过程控制试题题号一二三四五总分得分得分评卷人一、填空题(每空1分，共20分)1、测量温度的方法虽然很多，但从感受温度的途径来分，可以分为两大类:一类是( )的，即通过测温元件与被测物体的接触而感知物体的温度;另一类是( )的，即通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。

2、电动温度变送器，核心都是一个直流低电平电压—电流变换器，大体上都可分为( )、( )及( )三部分。

3、调节器的输出电路是一个电压—电流转换器，还承担( )的任务。

4、在数字控制系统中，当需要限制输出量的变化速率，以及需要实现自动/手动无扰切换等场合，使用增量算式有许多便利之处，所以有些控制系统中不直接计算y，而先算出( )。

n5、SLPC单回路控制器是按( )或( )的定周期节拍工作的。

6、DCS系统常采用多主站的令牌传送方式，在系统内，各( )和( )的地位都是相同的，没有固定的主站与从站划分。

7、集散控制系统的操作站主要有三大功能，即以系统生成、维护为主的( )功能，以监视、运行、记录为主的( )功能，以及与现场控制站和上位计算机交换信息的( )功能。

8、从结构来说，执行器一般由( )和( )两部分组成。

9、目前，用来测定对象动态特性的实验方法主要有( )、( )和( )三种。

10、为了克服用白色噪声作为输入，估算脉冲响应函数需要较长时间，可以采用( )信号作为输入探测信号。

得分评卷人二、判断题(每题1分，共10分)1、比例度P是一个无因次量，它表示在只有比例作用的情况下，能使输出量作满量程变化的输入量相对变化的百分数。

( )2、DDZ-?型调节器的运算电路是PD与PID两个运算电路串联组成的。

( )3、在混合过程PID算法的混合过程中要求的是瞬时流量的正负偏差积分为零( ) 4、SLPC型单回路控制器的指令共有46种。

( ) 5、一个功能块参数可分为三类:输入参数，输出参数及外含参数。

《控制仪表及系统》复习题一、填空题1．DDZ-Ⅲ型基型控制器由_______________和_______________两个单元组成成。

控制单元由输入电路、________________、_________________、输出电路以及软手动、硬手动操电路等组成。

2．在用DDZ-Ⅲ型基型控制器组成的控制系统中，“自动⇌软手动”、“硬手操→软手操”和“___________⇀____________”的切换都是无平衡无扰动切换。

但进行“________________⇀_______________”和“___ __________⇀_______________”切换时要做到无扰切换，必须事先平衡。

3．开方器主要用于，并且设置了小信号切除电路。

4.用S表示控制阀全开时阀上压降占系统总压降的多少，称S为__________________，其一般取值范围为________________。

5.薄膜气动执行器有______________和____________两种。

对于基型控制器输出的标准电信号，气动执行器前必须加__________________才能接收。

6.过程控制系统按设定值的形式不同，可分为_______ _______、______ ________、_________________三类。

7. 评价过程控制系统的主要品质指标有________________、_____ _________、_______________、________________四项。

8. 单回路PID控制器中的D作用对_______________________________有超前作用；串级系统副回路对_________ ____有超前作用；前馈控制系统对____ _________有超前作用。

超前作用可以使______ _____________大大减小。

9. 一阶自衡无纯滞后过程的传递函数是，一阶无自衡有纯滞后过程的传递函数是。

一、某化学反应器,工艺规定操作温度为200±10℃,考虑安全因素,调节过程中温度规定值最大不得超过15℃;现设计运行的温度定值调节系统,在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示,试求：该系统的过渡过程品质指标最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间,并问该调节系统是否满足工艺要求;参考答案：最大偏差 A = 230-200 = 30℃余差C= 205-200 = 5℃衰减比n = y1: y3 = 25:5 = 5:1振荡周期T = 20 – 5 = 15 min设被控变量进入稳态值的土2％,就认为过渡过程结束,则误差区域=205 ×±2％＝±4.1℃在新稳态值205℃两侧以宽度为±4.1℃画一区域阴影线;曲线进入时间点Ts = 22min 工艺规定操作温度为200±10℃,考虑安全因素,调节过程中温度规定值最大不得超过15℃,而该调节系统A=30℃,不满足工艺要求;最大偏差 A = 230-200 = 30℃余差C= 205-200 = 5℃衰减比n = y1: y3 = 25:5 = 5:1二、如图所示,用差压变送器检测液位;已知ρ1＝1200kg／m3,ρ2＝950kg／m3,h1＝1.0m,h2＝5.0m,液位变化的范围为0～3.0m,如果当地重力加速度g ＝9.8m／s,求差压变送器的量程和迁移量;当液位在0～3.0m变化时,差压的变化量为ρ1gHmax＝1200××＝35280 Pa根据差压变送器的量程系列,可选差变的量程为40kPa当H＝0时,有Δp＝－ρ2gh2－h1＝－950××－＝－37240 Pa所以,差压变送器需要进行负迁移,负迁移量为迁移后该差变的测量范围为－～若选用DDZ-Ⅲ型仪表,则当变送器输出I＝4mA时,表示H＝0；当I＝20mA时,H＝40×／＝3.4m,即实际可测液位范围为0～3.4m;如果要求H＝3.0m时差变输出满刻度20mA,则可在负迁移后再进行量程调整,使得当Δp＝－＋＝－时,差变的输出达到20mA;三、有一台电动差压变送器,表量程为25000Pa,对应的最大流量为50t/h,工艺要求40t/h时报警;问：①不带开方器时,报警值设定在多少②带开方器时,报警信号设定在多少参考答案：①不带开方器时对应40t/h流量的差压ΔP1= 2500040/502=16000Pa对应40t/h流量的输出I出1=16000/2500016+4=∴报警值S=②带开方器时, ∵ΔQ=KΔP对应40t/h流量的差压ΔP2= 2500040/50=20000Pa对应40t/h流量的输出I出2=20000/2500016+4=∴报警值S=四、某比例控制器,温度控制范围为400～800℃,输出信号范围是4～20mA;当指示指针从600℃变到700℃时,控制器相应的输出从8mA变为16mA;求设定的比例度;即：温度的偏差在输入量程的50％区间内即200℃时,e和y是2倍的关系;五、有一台比例积分调节器,它的比例度为50%,积分时间为1分,开始时,测量、给定和输出都在50%,当测量变化到55%时,输出变化到多少1分钟后又变化到多少1当测量由50%跃变到55%的一瞬间,时间t=0;已知调节器的比例度δ=50%,积分时间TI=1分,ε=ΔI入=55%-50%=5%代入上式可得Δy0+= ΔI出0+= =10%即输出变化为10%加上原有的50%,所以输出跃变到60%;2一分钟后,输出变化为Δy1= ΔI出1=20%加上原有的50%,所以一分钟后输出变到50%+20%=70%六、请判定图所示温度控制系统中,调节阀和调节器的作用型式;T物料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； A2.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； B3.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； C4.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； DA.气关调节阀,正作用调节器；B.气开调节阀,反作用调节器；C.气开调节阀,正作用调节器；D.气关调节阀,反作用调节器.七、对于图示的加热器串级控制系统;要求：1画出该控制系统的方框图,并说明主变量、副变量分别是什么主控制器、副控制器分别是哪个2若工艺要求加热器温度不能过高,否则易发生事故,试确定控制阀的气开气关型式；3确定主、副控制器的正反作用；4当蒸汽压力突然增加时,简述该控制系统的控制过程；5当冷物料流量突然加大时,简述该控制系统的控制过程；注：要求用各变量间的关系来阐述解：1该控制系统的方框图扰动1扰动22由于工艺要求加热器温度不能过高,否则易发生事故,所以控制阀应选用气开型式,一但气源故障断气,控制阀自动关闭,蒸汽不再进入加热器,以避免介质温度过高发生事故;3确定主、副控制器的正反作用：在副回路中,由于流量对象是“＋”作用阀开大,流量增加的Ko2>0,控制阀也是“＋”作用气开式的Kv>0,故副控制器FC是“＋”特性Kc2>0,选反作用,这样才起到负反馈的控制作用；在主回路中,由于主对象是“＋”作用副变量蒸汽流量增大,主变量出口温度也增大的Ko1>0,故主控制器TC是“＋”特性Kc1>0,选反作用,这样才起到负反馈的控制作用;4当蒸汽压力突然增加时,该控制系统的控制过程如下：蒸汽压力增加,则蒸汽流量增加,由于FC为反作用,故其输出降低,因而气开型的控制阀关小,蒸汽流量减少以及时克服蒸汽压力变化对蒸汽流量的影响,因而减少以致消除蒸汽压力波动对加热炉出口物料温度的影响,提高了控制质量;5当冷物料流量突然加大时,该控制系统的控制过程如下：冷物料流量加大,加热炉出口物料温度降低,反作用的TC输出增加,因而使FC的给定值增加, FC为反作用,故其输出也增加,于是气开型的控制阀开大,蒸汽流量增加以使加热炉出口物料温度增加,起到负反馈的控制作用; 九、试判断图示两系统各属于何种控制系统说明其理由,并画出相应的系统方框图;右图是以加热器出口温度为主被控变量,以燃料油流量为副被控变量和操纵变量构成的典型串级控制系统；左图是一种形似串级控制但实际是一种前馈－反馈控制系统;两个控制器TC与FC串级工作,TC的输出作为FC的给定,形似串级控制,但并没有副回路,只有一个反馈回路,执行器的输出并不能改变原料的流量,所以不能认为是一个串级控制系统;为静态前馈-反馈控制的非标准形式;有时前馈－反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似,试问任何区分它们试分析图示的两个系统各属于什么系统说明其理由;•前馈－反馈控制系统也有两个控制器,但在结构上与串级控制系统是完全不同的;•串级控制系统是由内、外两个控制回路所组成；•而前馈－反馈控制系统是由一个反馈回路和另一个开环的补偿回路叠加而成;图b是以加热器出口温度为主被控变量,以燃料油流量为副被控变量和操纵变量构成的典型串级控制系统；图a是一种形似串级控制但实际是一种前馈－反馈控制系统;两个控制器TC与FC串级工作,TC的输出作为FC的给定,形似串级控制,但并没有副回路,只有一个反馈回路,执行器的输出并不能改变原料的流量,所以不能认为是一个串级控制系统;为静态前馈-反馈控制的非标准形式;参考答案：FCTC进料出料燃料油T被加热原料FT FC燃料油出口温度TTTC +炉出口温度对燃料油流量的串级控制加热炉的前馈－反馈控制系统十、图示的热交换器中,物料与蒸汽换热,要求出口温度达到规定的要求;试分析下述情况下应采取何种控制方案为好;画出系统的结构图与方块图;1物料流量F比较稳定,而蒸汽压力波动较大;2蒸汽压力比较稳定,而物料流量F波动较大;3物料流量F比较稳定,而物料入口温度及蒸汽压力波动都较大;1物料流量F比较稳定,而蒸汽压力波动较大;可设计出口温度为主变量,蒸汽压力为副变量的的串级控制系统;2蒸汽压力比较稳定,而物料流量F 波动较大;可设计出口温度为被控变量,物料流量为前馈量的前馈－反馈控制系统; 压力控 制器PC 执行器 压力对象温度T 设定值扰动f1 控制系统方块图 温度对象 温度控 制器TC － + － + 扰动f2测量、变送y1测量、变送y2P3物料流量F 比较稳定,而物料入口温度及蒸汽压力波动都较大;可设计物料入口温度为前馈量、出口温度为主变量,蒸汽压力为副变量的前馈－串级控制系统;给定 前馈－反馈控制系统方块图 温度控制器 执行器热交换器对象 测量、变送－ ＋ 流量控制器 测量、变送干扰＋出口温度。

《自动化仪表与过程控制》习题及思考题习题一1、设有一温度测量仪表，量程为0o c~1100 o c ，精度为0.5级，试求该仪表允许的最大绝对误差、分格值的下限值和灵敏限的上限值？2、为什么热电偶测温时要进行冷端温度补偿？如何进行补偿？3、用热电偶测温时，为什么要用补偿导线？补偿导线能起冷端温度补偿的作用吗？4、用镍铬-镍硅（分度号：K ）热电偶工作时，冷端温度T 0=30 o c ，测得热电偶的电势：E （T ，T 0）=39.29mv ，求被测介质的实际温度？5、热电偶冷端温度补偿桥路如下图所示。

已知120.5I I mA ==，热电偶为镍铬-铜镍热电偶。

试求补偿电阻cu R 在基准温度0020T c =时的阻值。

习题二1、已知铂铑-铂、铜-康铜热电偶具有下图所示温度特性，其中1234K K K K <<<，试设计一个非线性反馈电路，并简述其工作原理。

)i2、DDZ-Ⅲ型热电阻温度变送器的线性化器原理图及热电阻非线性特性如下两图所示。

求t i 与t R 的关系表达式，并简述其线性化原理.3、有两只DDZ-Ⅲ型温度变送器，一只变送范围为01000c ，另一只变送范围为01500c ，这两只表的精度等级均为0.5级，若用这两只表去测量00500~1500c c的温度，试问用哪只表测量时误差小些？（配合热电偶使用）习题三1、什么是绝对压力、表压力和真空度？其关系如何？2、为什么一般工业上的压力计都做成测表压或真空度，而不做成测绝对压力的形式？3、某压力表的测量范围为0~1Pa ，精度等级为1级，试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若采用标准压力计来校验该压力表，在校验点为0.5Pa 时，标准压力计的读数为0.508Pa ，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度？为什么？4、若测量某容器压力，工艺要求压力为：1.50.05MPa ±,现可供选择的弹簧管压力表的精度有：1.0、1.5、2.5、及 4.0，可供选择的量程有：0~1.6，0~2.5，及0~4.0（MPa ），试选择弹簧管压力表的量程及精度等级？5、现有一只测量范围在0~1.6MPa ，精度为1.5级的普通弹簧压力表，校验后，bR t1006、液位检测系统如图所示。

自动化仪表与过程控制习题集一、选择题简单控制系统从结构上来说是由一个受控对象、一个测量变送器、一个控制器和一个执行器(调节阀)所组成的( C )系统。

A、预测控制B、推理控制C、闭环控制电子式电动执行器接受的控制信号为( A )。

A．4-20mADC信号B．220VAC信号C．开关信号由热偶测温原理，下列哪种条件下，可测得电势？( A )A、热电偶电极材料不同，两端温度不同B、热电偶电极材料相同，两端温度不同C、热电偶电极材料不同，两端温度相同热电偶是利用热电偶的( B )测量温度的。

A、电阻值B、热电效应C、电磁感应在过程控制中，使用最多的是（A）。

A.气动执行器B.电动执行器C.热动执行器D.手动执行器与热敏电阻相比，金属电阻的温度系数（B ）。

A. 大B. 小C. 相等D. 与外部条件有关若仪表的精度为1级，即允许误差为( A )A、±1%B、-1%C、1%校验一块精度为1.5级，量程为6.0MPa的工业压力表，选用的标准压力表的精度和量程为（C ）A、0.4级，16MpaB、0.6级，10MpaC、0.25级，10Mpa一台测温仪表，其测温范围为600~1100℃，已知其最在绝对误差为±6℃，则其精度等级为(C)A、1.0级B、1.2级C、1.5级压力表的测量使用范围一般为其量程的( A )处。

A、1/3~2/3B、<2/3C、>1/3压力表的测量使用范围一般为其量程的1/3~2/3处，如果低于1/3则( C )A、因压力过低而仪表无指示B、精度等级降低C、相对误差增大现有两台压力变送器，精度等级都为1级，第一台量程为0－600KPa，第二台量程为250－500KPa，测量变化范围320－360KPa的的压力，下列说法正确的是( B )A．第一台准确度高B．第二台准确度高C．两者结果一样测量管道内的液体静压力，为了防止液体中固体颗粒混合物或气泡的不良影响，因此开孔位置应为( B )A、管道上方B、管道下方45度区域C、管道底部科氏流量计从其测量原理上来说，是一种什么类型的流量计？( B )A、体积流量计B、质量流量计C、速度式流量计采用容积测量法的是（B ）Ａ、涡轮流量计Ｂ、罗茨流量计Ｃ、电磁流量计适用于大口径大流量和浓稠浆液及悬浮粒的场合的控制阀是( B )。

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. 扰动量是作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。

(×)答案：扰动量是除控制变量外作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。

3. 由调节器输出至被调参数间的所有环节称为干扰通道。

(×)答案：由调节器输出至被调参数间的所有环节称为调节通道。

4. 过程控制系统的偏差是指设定值与测量值之差。

(√ )5. 由控制阀控制，能使被控变量恢复到设定值的物料量或者能量即为控制变量。

(√ )6. 按控制系统的输出信号是否反馈到系统的输入端可分为开环系统和闭环系统。

(√ )7. 在闭环控制系统中，按照设定值的情况不同，可分为定值控制系统、前馈控制系统、程序控制系统。

(×)答案：在闭环控制系统中，按照设定值的情况不同，可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

8. 在一个定值控制系统中，被控变量不随时间变化的平衡状态，也即被控变量变化率等于零的状态，称为系统的动态。

(×)答案：在一个定值控制系统中，被控变量不随时间变化的平衡状态，也即被控变量变化率等于零的状态，称为系统的静态，静态是一种相对静止状态。

9. 对一个系统总是希翼能够做到余差小，最大偏差小，调节时间短，回复快。

(√ )10. 时间常数越小，被控变量的变化越慢，达到新的稳态值所需的时间也越长。

(×)答案：时间常数越大，被控变量的变化越慢，达到新的稳态值所需的时间也越长。

11. 时间常数指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新稳态值的63.2 %所需要的时间。

(√)12. 对干扰通道时间常数越小越好，这样干扰的影响和缓，控制就容易。

(×)答案：时间常数越大越好，这样干扰的影响和缓，控制就容易。

13. 放大倍数K 取决于稳态下的数值，是反映静态特性的参数。

(√ )14. 对于控制通道来说希翼τ 越大越好，而对扰动通道来说希翼τ 适度小点好。

1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成：参照图1-1。

1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

被控对象的动态特性：。

系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。

二者之间的关系：1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。

为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？解答：稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。

动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。

在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。

只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。

1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？解答：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。

1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制解答1控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3控制多属慢过程参数控制4定值控制是过程控制的一种主要控制形式5过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成解答过程控制系统一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成参照图1-1。

1-4 说明过程控制系统的分类方法通常过程控制系统可分为哪几类解答分类方法说明按所控制的参数来分有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等按控制系统所处理的信号方式来分有模拟控制系统与数字控制系统按控制器类型来分有常规仪表控制系统与计算机控制系统按控制系统的结构和所完成的功能来分有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等按其动作规律来分有比例P控制、比例积分PI控制比例、积分、微分PID控制系统等按控制系统组成回路的情况来分有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类1按设定值的形式不同划分1定值控制系统2随动控制系统3程序控制系统2按系统的结构特点分类1反馈控制系统2前馈控制系统3前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统解答在定值控制系统中设定值是恒定不变的引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性什么是被控对象的动态特性二者之间有什么关系解答被控对象的静态特性稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

被控对象的动态特性。

系统在动态过程中被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。

二者之间的关系1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。

为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性解答稳态对于定值控制当控制系统输入设定值和扰动不变时整个系统若能达到一种平衡状态系统中各个组成环节暂不动作它们的输出信号都处于相对静止状态这种状态称为稳态或静态。

自动化仪表与过程控制考试题模拟试卷一一.填空题(每小题1分,共10分)1.自动调节系统方块图中，给定值、测量值M和偏差e三者之间的关系是2.可用一阶微分方程式描绘其动态特性的对象称为3.弹性式压力计是根据弹性元件的和所受压力成比例的原理工作的。

4.DDZ-Ⅱ调节仪表表现传输信号为0--10mADC，DDZ--Ⅲ型调节仪表现场传输信号为5.调节阀所能控制的的比值称为调节阀的可调比。

6.电动执行器有行程(DJK型)和直行程两钟。

7.比例积分调节规律的显著特点是结束时无余差。

8.应用最为广泛的调节规律是,它适用于调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。

9.一种前馈作用能够克服种干扰。

10.最广泛的应用是在开关逻辑运算和顺序控制领域。

二.单项选择题(每小题1分，共15分)1.控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫做()A.负反馈B.正反馈C.前馈D.回馈2.过度过程品质指标中，余差C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3.一般认为，经过()的时间，动态过程就基本结束了。

A.3TB.TC.5TD.10T4.某测温仪表范围为200--1000℃，根据工艺要求，温度指示值不允许超过±6℃，则应选仪表的精度等级为()。

A.0.5级B.1.0级C.1.5级D.2.5级5.工业过程中可实现压力自动控制和报警,并可与工业控制机联用的压力计是()压力计。

A.液柱式B.弹性式C.电气式D.活塞式6.一台测温仪表,其测温范围为600--1100℃,已知其最大绝对误差±6℃,则其精确等级为()A.1.0级B.1.5级C.1.2级D.2.5级7.某显示仪表不带冷端温度补偿器,用来配热点偶测温,若热电偶热端温度升高2℃,室温(冷端温度)下降2℃,则仪表指示约()。

A.升高2℃B.下降2℃C.不变D.升高4℃8.下列表达式中，()表示比例积分调节规律。

（完整版）过程控制系统与仪表习题答案过程控制系统与仪表习题与思考题解答第1章思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制⽅案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的⼀种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪⼏部分组成？解答：过程控制系统：⼀般是指⼯业⽣产过程中⾃动控制系统的变量是温度、压⼒、流量、液位、成份等这样⼀些变量的系统。

组成：参照图1-1。

1-4 说明过程控制系统的分类⽅法，通常过程控制系统可分为哪⼏类？解答：分类⽅法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压⼒控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号⽅式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、⾃适应控制系统等；按其动作规律来分，有⽐例（P）控制、⽐例积分（PI）控制，⽐例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？⼆者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

被控对象的动态特性：。

系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。

一、简答题1、控制系统具有哪些特点？答：（1）控制对象复杂、控制要求多样；（2）控制方案丰富；（3）控制多属慢过程参数控制；（4）定值控制是过程控制的一种主要控制形式；（5）过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成。

2、为什么常采用阶跃信号作为输入？答：对于一个稳定的控制系统（所有正常工作的反馈控制系统都是稳定系统），要求分析其稳定性、准确性和快速性，就需要对系统的过渡过程进行分析研究。

为了简化分析，在保证系统安全的条件下，只对一些典型的扰动形式引起的过渡过程进行分析，其中最常用的是阶跃输入。

阶跃输入形式简单、容易产生，便于分析、计算和进行试验。

3、什么是零点迁移？什么情况下零点迁移？答：（1）抵消固定压差实现零点对齐的措施称为“零点迁移”。

（2）零点迁移其实质是改变测量仪表的零点，同事改变了测量范围的上、下限。

如果固定压差为负则需负迁移，如果固定压差为正则需正迁移。

4、控制仪表的发展有哪些阶段？答：第一阶段为基地式控制仪表；第二阶段为单元组合式控制仪表；第三阶段为以微处理器为中心的控制仪表。

5、基本控制规律是什么？有哪些基本控制？各自有什么特点？为什么积分控制、微分控制不能单独使用？答：（1）基本控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。

（2）比例控制（P）、比例积分控制（PI）、比例微分控制。

（3）①控制器的比例度P越小，它的放大倍数Kp越大，它将偏差放大的能力越强、控制力也越强，反之亦然；存在余差是比例控制的缺点。

②积分时间T I越小，积分作用越强，反之积分之间T I越弱；积分控制器组成控制系统可以达到无余差。

③T D为微分时间常数，T D越大，微分作用越强，T D等于零时，微分作用消失；微分的特点是能起到超前控制的作用。

（4）①积分作用输出信号的变化速度与偏差e及1/T I成正比，但其控制作用是随着时间累计才逐渐增强的，控制动作缓慢，控制不及时，因此积分作用一般不单独使用，常常把比例与积分组合使用。

仪表与控制试题一、选择题1.仪表是指用于测量、检测和控制过程参数的设备，其作用是（）。

A.显示过程参数值B.调节过程参数值C.控制过程参数值D.以上都是2.下列哪种仪表可以直接测量液体的流量？A.温度计B.压力计C.电表D.流量计3.在控制系统中，PID控制器是指（）。

A.比例控制器B.积分控制器C.微分控制器D.以上都是4.仪表的测量范围应（）。

A.合理选择B.按需求确定C.与被测参数保持一致D.以上都是5.以下哪个设备属于开闭环控制系统？A.水龙头B.电饭锅C.电视遥控器D.电磁炉二、填空题1.仪表的量程是指仪表所能测量的最大值与最小值之间的（）。

2.控制系统中的反馈信号通常用（）来表示。

3.比例控制器的输出信号与被控参数的偏差成（）关系。

4.仪表的精确度是指仪表的测量结果与真实值之间的（）。

5.仪表读数的变化范围称为（）。

三、简答题1.简述仪表的分类及其应用范围。

答：仪表按照测量物理量的不同，可以分为温度仪表、压力仪表、流量仪表等。

温度仪表主要用于测量物体的温度，如温度计、红外测温仪等；压力仪表用于测量气体或液体的压强，如压力计、压力传感器等；流量仪表则用于测量流体的流量，如流量计、涡轮流量计等。

不同类型的仪表广泛应用于工业自动化、环境监测、仪器仪表等领域。

2.什么是控制系统的闭环控制和开环控制？答：控制系统可以分为闭环控制和开环控制。

闭环控制是指在控制过程中，通过采集被控对象的反馈信号，并与设定值进行比较，对控制器的输出信号进行调整和修正，以达到使被控对象的输出接近设定值的目的。

开环控制则是指控制器仅根据设定值来控制输出信号，无法对被控对象的状态进行实时调整和修正。

闭环控制相较于开环控制更加准确和稳定，能够更好地适应外部环境的变化和干扰。

3.简述PID控制器的工作原理。

答：PID控制器是一种常用的控制器，其工作原理基于比例、积分和微分三个环节的组合。

比例环节根据被控参数与设定值之间的偏差大小，产生与偏差成比例的输出信号。

lxc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∞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：n ＜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φ4．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;5． 过程过渡时间ts ：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％ 根据系统要求范围内所需要的时间;它是反映系统过渡过程快慢的质量指标,t s 越小,过渡过程进行得越快;6．峰值时间tp : 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间,根据系统要求范围内所需要的时间;称为峰值时间tp ;它反映了系统响应的灵敏程度;静态指标是余差,动态时间为衰减比衰减率、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间;第二章 思考题与习题2－1 如图所示液位过程的输入量为Q1,流出量为Q2,Q3,液位h 为被控参数,C 为容量系数,并设R1、R2、R3均为线性液阻,要求：（1） 列出过程的微分方程组；（2） 求过程的传递函数W 0S ＝HS/Q 1S ； （3） 画出过程的方框图;解：1根据动态物料平衡关系,流入量＝流出量：过程的微分方程的增量形式：中间变量：B B n '=BB B '-=ϕdtdh )Q Q (Q 321=+-dthd C )Q Q (Q 321∆∆∆∆=+-22R h Q ∆∆=33R h Q ∆∆=消除中间变量：同除 R2+R3 得到：令：上式可写为：2Laplace 变换得到：传递函数:3 过程的方框图：2－2．如图所示：Q 1为过程的流入量,Q 2为流出流量,h 为液位高度,C 为容量系数,若以Q 1为过程的输入量,h 为输出量被控量,设R 1、R 2为线性液阻,求过程的传递函数 W 0S ＝HS/Q 1S;解：根据动态物料平衡关系,流入量＝流出量：过程的微分方程的增量形式：中间变量：传递函数：h )R R (dthd R CR Q R R 2332132∆∆∆++=hdthd R R R CR Q R R R R 323213232∆∆∆++=+3232R R R R R +=h dthd CRQ R 1∆∆∆+=)S (H )S (CRSH )S (RQ 1+=1RCS R)s (Q )s (H )s (W 10+==dthd C Q Q 21∆∆∆=-22R h Q ∆∆=h dthd CR Q R 212∆∆∆+=)S (H )S (SH CR )S (Q R 212+=1S CR R )s (Q )s (H )s (W 2210+==如果考虑管道长度l, 即出现纯时延,由于管道流量恒定,所以lQ =τ其传递函数为：其中：lQ =τ2－3．设矩形脉冲响应幅值为2 t/h ,脉冲宽度为△t ＝10min ,某温度过程的矩形脉冲响应记录数据如下： tmin 1 3 4 5 8 10 15 16．5 Y ℃ 0．46 1．7 3．7 9．0 19．0 26．4 36．0 37．5 tmin 20 25 30 40 50 60 70 80 Y ℃33．527．221．010．45．12．81．10．5（1） 将该脉冲矩形响应曲线转换成阶跃响应曲线； （2） 用一阶惯性环节求该温度对象的传递函数; 解：将脉冲响应转换成阶跃响应曲线,数据如下： tmin 1 3 4 5 8 10 15 16．5 Y ℃ 0．46 1．7 3．7 9．0 19．0 26．4 36．0 37．5 Y 1t 0．46 1．7 3．7 9．0 19．0 26．4 － － tmin 20 25 30 40 50 60 70 80 Y ℃ 33．5 27．2 21．0 10．4 5．1 2．8 1．1 0．5 Y 1t－绘出阶跃响应曲线如下：τS2210e1S CR R )s (Q )s (H )s (W -+==5.502101x )0(y )(y K 00==-∞=由图yt1＝∞ ,yt2＝∞处可得：t1=14min t2= t1/t2≈ 故二阶系统数字模型为 20)1TS (K )s (W +=根据经验公式有： 3.1016.22t t )s (T 210=⨯+=所有： 2200)1S 3.10(5.50)1TS (K )s (W +=+=2－5 某过程在阶跃扰动量Δu ＝20％,其液位过程阶跃响应数据见下表： t/s1020406080 10140180260300400500h/cm0．2 0．8 2．0 3．6 5．4 8．8 11．8 14．4 16．6 18．4 19．2（1） 画出液位h 的阶跃响应曲线 （2） 求液位过程的数学模型 解：方法一：图解法由图可以看出：过程应该用一阶加延时系统;1002.020x )0(y )(y K 00==-∞=从图中得到：τ＝40s, T ＝260－40＝220sS 40S00e 1S 220100e 1TS K )s (W --+=+=τ方法二：计算法：在图中取yt 1＝ y ∞ yt 2＝∞ yt 3＝ y ∞ yt 4＝ y ∞ 得t 1＝125s t 2 ＝140s t 3 ＝ 225s t 4 ＝260ss 150)t t (2T 231=-≈ s 55t t 2321=-≈τs 1688.0t t T 142=-≈s 572tt 3412=-≈τ 可见数据很接近,于是：s 1592T T T 210=+=s 562210=+=τττ 过程数学模型：S 56S 00e 1S 159100e 1TS K )s (W --+=+=τ2－6 某过程在阶跃扰动ΔI ＝作用下,其输出响应数据见下表： tmin 1234567891011… ∞ Y ℃4．0 4．0 4．2 4．8 5．1 5．4 5．7 5．8 5．85 5．9 6．0…6．0tmin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 … ∞解：求出y ∞－yt 值如下表：根据表格在半对数纸上描绘出曲线1,曲线1作直线部分的延长线2,2线减去1线得到直线3;过程放大倍数 K 03.15.146x )0(y )(y K 00=-=-∞=根据直线2和直线3,与纵坐标、横坐标构成的两个三角形,可以求出时间参数T 1、T 2 ： 由A 1＝7,B 1＝ , t 1＝10s35.2)1.0lg 7(lg 303.2s10)B lg A (lg 303.2t T 1111=-=-=由 A 2＝5,B 2＝ t 2＝6s该过程的数学模型为：第三章 思考题与习题3－2 有一压力控制系统选用DDZ －Ⅲ压力变送器,其量程为0～200kPa;生产工艺要求被控Y ℃ 2．0 2．0 1．8 1．5 1．2 0．5 0．3 0．2 0．15 0．1 0 0)1s 53.1)(1s 35.2(3.1)1s T )(1s T (K )s (W 2100++=++=53.1)1.0lg 5(lg 303.2s6)B lg A (lg 303.2t T 2222=-=-=压力为150±2kPa,现将该变送器量程调整到100～200 kPa,求零点迁移前后该压力变送器的灵敏度;解： 零点迁移前灵敏度：零点迁移后灵敏度：3－4 某DDZ －Ⅲ直流毫伏变送器,其零点移到Vio ＝5mV ,零迁后的量程为DC10mV ,求该变送器输出I 0＝10mADC 时的输入是多少毫伏解：分析：零点迁移后5～10mV 对应输出为 4～20mA,如右图所示; 根据图的几何关系有：ab : ac ＝eb : dc88.11665dc eb ac ab ≈⨯=⋅=∴ I 0＝10mA 时,输入电压为： V in ＝5＋＝mVDC3－7.说明DDZ －Ⅲ热电偶温度变送器的冷端温度补偿原理;以A 和B 两种导体组成的热电偶产生的热电势与材料种类和接触点的温度有关;热电偶产生的热电势与被测温度T 具有单值函数关系;但是,其前提条件必须保持冷端温度T0 不变;热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关,而且还与冷端温度有关;实际使用中冷端暴露在仪表之外,受环境影响较大,因此必须进行冷端补偿温度校正热电偶冷端温度的补偿方法1补偿导线法延伸导线法：用与热电偶热电性质相同的臂长补偿导线或称延伸导线将热电偶的冷端延伸到温度保持恒定的地方;2冷端恒温法：将热电偶的冷端置于恒定温度的容器内或场合内;3冷端温度修正法计算校正法：kPa/mA 08.00200420K 1=--=kPa/mA 16.0100200420K 1=--=)t (e )t (e )t ,t (E 0AB AB 0-=4补偿电桥法：利用不平衡电桥产生相应的不平衡电势补偿由于热电偶冷端温度变化引起的测量误差;3－－Ⅲ温度变送器是如何使被测温读与输出信号I ;成线性关系的 简述热电偶温度变送器与热电阻温度的线性化原理;3－5 .DDZ －Ⅲ温度变送器测温范围为800～1200°C;选择哪一种测温元件较为合适当输出电流为DC16mA 时,被测温度是多少解：检测温度高于600℃,应选择热电偶测温元件;ab : ac ＝bd : ce3001612400ce bd ac ab ≈⨯=⋅=∴ I 0＝16mA 时,被测温度为： T ＝800＋300＝1100℃3－6 .DDZ-Ⅲ温度变送器测温范围为400～600°C;选择哪一种测温元件较为合理当温度从500°C 变化到550°C 时,输出电流变化多少解:：检测温度低于600℃,应选择铂电阻测温元件;温度变化50℃时,输出电流变化：ΔI ＝ mA/℃×50℃＝4 mA3－8 用标准孔板测量气体流量,给定设计参数p ＝,t ＝20°C;实际被测介质参数p 1＝,t 1＝30C;仪表显示流量Q ＝3800m³h,求被测介质实际流量大小;3－9 一只用水标定的浮子流量计,其满刻度值为1000m³/h,不锈钢浮子密度为cm³;现用来测量密度为cm³的乙醇流量,问浮子流量计的测量上限是多少解：设转子、水、被测液体的密度分别为ρ1、ρ0、ρ2, 由液体流量的修正公式,密度修正系数：℃/mA 08.0200600420K 1=--=根据修正系数求得,浮子流量计的测量上限是：Q 2max ＝K Q 0 max ＝×1000＝1200 m 3/h3－16 简述涡轮流量计的工作原理;某涡轮流量计的仪表常数K ＝次/L,当它测量流量时的输出频率为ƒ＝400Hz 时,求其瞬时体积流量为每小时多少立方米第四章 思考题与习题4－1 什么是正作用调节器和反作用调节器如何实现调节器的正反作用答：输入增加时,调节器输出也随之增加称为正作用调节器；输入增加时,调节器输出减小称为反作用调节器;在调节器输入级的输入端设有一个双向开关S 7,通过切换改变输入信号的极性来实现调节器的正反作用;4－3 如何测定DDZ －Ⅲ调节器的微分时间T D 和积分时间T I答：一、微分传递函数为：拉氏反变换得阶跃作用下的时间函数：当t ＝t0+时,当t ＝∞时, 由图有：实验得到曲线后,可以按图求取微分时间T D 二、积分传递函数：2.1720)10007920(1000)7207920()()(K 0101=--='-'-=ρρρρρρ)t (V )0(V 1O 02⋅=+α632.0)(V V )K T (V V 0202DD 0202=∞--)t (V e )1K (1K )t (V 1O t T KD D 02D D ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+⋅=-α)t (V K )0(V 1O D02⋅=+αS K T 1ST 1K )S (W DD D DPD ++⋅=αST K 11ST 11C C )S (W I I I M I PI ++⋅-=t ＝0时,t ＝∞时,t ＝T I 时：4－3 设DDZ －Ⅲ基型调节器的PID 参数的刻度值为δ＝,T I ＝30s,T D ＝20s;计算实际值δ、T I 和T D 之值;解：先计算F ： F ＝1＋T D /T I ＝1＋2/3＝ δ、T I 、T D 之实际值： δ＝δ/F ＝＝T I ＝T I /F ＝ T D ＝T D /F ＝4－5 数字式完全微分PID 控制规律与不完全微分PID 控制规律有说明区别哪种控制规律的应用更为普遍答： 完全微分型PID 算法的微分作用过于灵敏,微分作用持续时间短,容易引起控制系统振荡,降低控制品质;不完全微分是在PID 输出端串接一个一阶惯性环节,这样,在偏差变化较快时,微分作用不至于太强烈,且作用可保持一段时间;因此不完全微分PID 控制规律更为普遍; 4－64－9 某流体的最大流量为80 m 3/h ,改流体密度为×10－2g/cm 3,阀前后一压差为,试选择调节阀的公称直径和阀座直径;要求泄露量小 解：调节阀的流通能力C 为：h /m 12.101.01016.080P Q C 32=⨯==-∆ρ取 h /m 12C 3=查表得dg ＝32mm,Dg ＝32mm ;⋅-=02MI03V C C )0(V )t (V e )1K (K C C )t (V 2O t T K K I I M I 03II D ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+⋅-=-⋅-=∞02I MI03V K C C )(V ⋅-=∞02MI03V C C 2)(V第六章思考题与习题6－5 调节器的P、PI、PD、PID控制规律各有什么特点它们各用于什么场合答：比例控制规律适用于控制通道滞后较小,时间常数不太大,扰动幅度较小,负荷变化不大,控制质量要求不高,允许有余差的场合;如贮罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽压力的控制等;比例积分控制规律引入积分作用能消除余差;适用于控制通道滞后小,负荷变化不太大,工艺上不允许有余差的场合,如流量或压力的控制;比例微分控制规律引入了微分,会有超前控制作用,能使系统的稳定性增加,最大偏差和余差减小,加快了控制过程,改善了控制质量;适用于过程容量滞后较大的场合;对于滞后很小和扰动作用频繁的系统,应尽可能避免使用微分作用;比例积分微分控制规律可以使系统获得较高的控制质量,它适用于容量滞后大、负荷变化大、控制质量要求较高的场合,如反应器、聚合釜的温度控制;6－7在某生产过程中,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,故设计图所示温度控制系统流程图,画出控制框图,指出被控过程、被控参数和控制参数;确定调节阀的流量特性、气开、气关形式和调节器控制规律及其正、反作用方式;解：系统方框图：被控过程为加热炉；被控参数是热物料的温度；控制参数为燃料的流量;加热炉的过程特性一般为二阶带时延特性,即过程为非线性特性;因此,调节阀流量特性选择对数特性调节阀;根据生产安全原则,当系统出现故障时应该停止输送燃料,调节阀应选用气开式;即无气时调节阀关闭;控制器的正反作用的选择应该在根据工艺要求,原则是：使整个回路构成负反馈系统;控制器的正、反作用判断关系为：控制器“±”·控制阀“±”·对象“±”＝“－”调节阀：气开式为“＋”,气关式为“－”；控制器：正作用为“＋”,反作用为“－”；被控对象：按工艺要求分析,通过控制阀的物量或能量增加时,被控制量也随之增加为“＋”；反之随之降低的为“－”；变送器一般视为正作用;根据安全要求,调节阀选气开式K v为正,温度变送器K m一般为正,当调节器增加时,温度值增加,故过程对象为正,为了保证闭环为负;所以调节器应为负作用;6－8 下图为液位控制系统原理图;生产工艺要求汽包水位一定必须稳定;画出控制系统框图,指出被控过程、被控参数和控制参数;确定调节阀的流量特性、气开、气关形式和调节器的控制规律及其正反作用方式;解：控制系统框图如下图所示;被控过程为汽包；被控参数是汽包的液位；控制参数为给水的流量;汽包的过程特性为一阶带时延特性,即过程为非线性特性;因此,调节阀流量特性选择对数特性调节阀;根据生产安全原则,当系统出现故障时应该停止输送燃料,调节阀应选用气关式;即无气时调节阀打开;保证在控制出现故障时,汽包不会干烧;调节阀：选择气关式调节阀,故K V为“－”；被控对象：按工艺要求分析,通过给水增加时,被控制参数的液位也会增加;所以K0为“＋”；变送器一般视为正作用;控制器的正、反作用判断关系为：控制器“”·控制阀“－” ·对象“＋”＝“－”根据判断关系式,调节器应为正作用;6-9 某过程控制通道作阶跃实验,输入信号Δu ＝50,其记录数据见表6－11 t/min 0 yt t/min yt1用一阶加纯时延近似该过程的传递函数,求K 0、T 0、和τ0值; 2用动态响应曲线法整定调节器的PI 参数取ρ＝1,φ＝; 解：1根据表6－11得到过程阶跃响应曲线：由图读得T 0＝ min τ0＝ min∴≤≤1根据动态特性整定公式有：T I ＝ T 0 ＝ min82.2502005.341x )0(y )(y K 00=-=-∞=S42.00e 1s 08.182.2)s (W -+=39.008.142.0T 00==τ81.06.0T 08.0T 6.20=+-⨯=ττρδ6－10 对某过程控制通道作一阶跃实验,输入阶跃信号Δμ＝5,阶跃响应记录数据如表所示; （1） 若过程利用一阶加纯时延环节来描述,试求K 0、T 0、τ0（2） 设系统采用PI 调节规律,按4：1衰减比,用反应曲线法整定调节器参数,求δ、T i ; 时间min 0510152025303540被控量y 0．650 0．651 0．652 0．668 0．735 0．817 0．881 0．979 1．075 时间min 455055606570758085被控量y1．151 1．213 1．239 1．262 1．311 1．329 1．338 1．350 1．351解：1求过程的传递函数,由表作图：从图中可以得到：τ＝25min ＝1500s ； T 0＝30min ＝1800s 采用一阶加时延系统则：将数值代入得：2 因为τ/ T 0 ＝1500/1800＝＜1 取φ＝的有自衡过程的整定公式：a ．比例系数δ：b ．积分时间常数T i ：T i ＝＝1440 s6－12 已知被控制过程的传递函数 ,其中T 0＝6s,τ 0＝3s;试用响应曲线法整定PI 、PD 调节器的参数；再用临界比例度法整定PI 调节器的参数设T K ＝10s,δK ＝；并将两种整定方法的PI 参数进行比较;S000e)s T 1(K )s (W τ-+=4.15.07.0x )0(y )(y K 00==-∞=S1500e )s 1801(4.1)s (W -+=24.148.06.26.083.015.083.06.26.0T 08.0T16.20≈⨯≈+-⨯=+-⋅=ττρδS0e )1s T (4.1)s (W τ-+=解：对有自衡能力的系统ρ＝1,T 0 / τ 0＝;采用特性参数法响应曲线法公式及PI 控制规律,有：T i ＝＝ s对PD 控制规律调节器,有T i ＝τ0＝ s采用临界比例度法,对PI 调节规律：T i ＝＝8,5 s两种整定方法得到的结果不同,比例度比较接近、T I 相差较大;在工程实践中应该应用不同的整定方法进行比较,选择控制效果最佳方案;第七章 思考题与习题7－2 在串级控制系统的设计中,副回路设计和副参数的选择应考虑哪几个原则答：副回路设计是选择一个合适的副变量,从而组成一个以副变量为被控变量的副回路;副回路设计应遵循的一些原则：1 副参数选择应该时间常数小,时延小、控制通道短的参数作为副回路的控制参数;当对象具有较大的纯时延时,应使所设计的副回路尽量少包括最好不包括纯时延;2 使系统中的主要干扰包含在副环内;在可能的情况下,使副环内包含更多一些干扰; 当对象具有非线性环节时,在设计时将副环内包含更多一些干扰;(3) 副回路应考虑到对象时间常数的匹配：T 01/T 02＝3～10,以防止“共振”发生; (4) 副回路设计应该考虑生产工艺的合理性 (5) 副回路设计应考虑经济原则;7－3 图为加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统;工艺要求一旦发生重大事故,立即切断原料的供应;（1） 画出控制系统的组成框图（2） 确定调节阀的流量特性气开、气关形式91.07.05.008.05.06.28.08.0P ≈+-⨯⨯==δδ88.02.2P ==δδ99.06.05.008.05.06.26.0T 08.0T 16.20≈+-⨯=+-⋅=ττρδ（3）确定主副调节器的控制规律及其正反作用方式解：1串级系统方框图如下：副回路选择加热炉炉膛温度控制,消除F1S干扰;2由于发生重大事故时立即切断燃料油的供应,从工艺的安全性考虑,调节阀选择气开式,保证无气时调节阀关闭;3主调节器选择PI或PID控制规律,副调节器选择P调节规律;由于燃料增加加热炉温度必然增加,所以过程为正;调节阀气开式为正,根据表7－4可知主副调节器都选择正作用方式;7－5 某温度－温度串级控制系统,主调节器采用PID控制规律,副调节器采用P控制规律;采用两步整定法整定主、副调节器的参数,按4：1衰减比测得δ1S＝,δ1S＝,T1S＝140s,T2S＝12s;求主、副调节器参数的整定值;解：按照4：1两步整定法经验公式：主调节器温度调节器：比例度δ1＝×δ1S＝×＝％积分时间常数T I＝×T1S＝42 s微分时间常数：TD＝×T1S＝14 s副调节器：比例度δ2＝δ2S＝50％7－8用蒸汽加热的贮槽加热器,进料量Q1稳定,而Q1的初始温度T1有较大波动,生产工艺要求槽内物料温度T恒定;Q2为下一工艺的负荷,要求Q2的温度为T;试设计一过程控制系统,并画出控制系统框图;解：应用前馈－反馈控制系统对冷物料进行前馈补偿 控制、对被控参数：出口热物料进行反馈控制;系统 控制流程图如下图所示;控制系统组成框图：其中 前馈补偿器传递函数)s (W )s (W )s (W 0f FF -=。