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第一章 概述1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。
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：反应控制快速性指标。
第二章 过程控制系统建模方法习题2.10某水槽如图所示。
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 H Q Q Q F t∆∆-∆-∆= 而22h Q R ∆∆=， 33hQ R ∆∆=， 代入增量关系式，则有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，到物料达到所需温度后排出。
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。
过程控制习题与答案(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第1章绪论思考题与习题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：控制器，被控对象，执行机构，检测变送装置。
1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值和偏差的含义解答：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纵的，用以克服扰动的影响，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。
1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪几类解答：按照设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。
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为什么说研究控制系统的动态比其静态更有意义解答：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。
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。
第一章 概述1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。
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：反应控制快速性指标。
第二章 过程控制系统建模方法习题2.10某水槽如图所示。
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，则有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，到物料达到所需温度后排出。
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。
因为其直观易控制，是加热系统的控制目标。
操作变量：蒸汽流量。
因为其容易通过控制阀开闭进行调整，变化范围较大且对被控变量有主要影响。
（3）由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态，所以控制阀选择气关式。
控制器选择正作用。
2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统，要求锅炉不能烧干。
试画出该系统的框图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？解：系统框图如下：由于锅炉不能烧干故选择气关式，增益为负控制器选择正作用。
克服干扰过程：当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，锅筒液位下降，具有正作用后调节器输出信号减小，使气关型的阀门开度增大，从而使给水流量增大，进而使锅筒液位升高，克服蒸汽流量干扰的影响。
3.如下图所示为精馏塔温度控制系统，它通过调节进入再沸器的蒸汽量实现被控变量的稳定。
试画出该控制系统的框图，确定控制阀的气开、气关型式和控制器的正、反作用，并简述由于外界干扰使精馏塔温度升高时该系统的控制过程（此处假定精馏塔的温度不能太高）。
解：系统框图如下：根据题意阀门选择气开型，增益为正控制器为反作用。
克服干扰过程：当外界干扰使蒸馏塔温度升高时，具有反作用的调节器输出信号减小，使得气开型的阀门开度减小，蒸汽流量随之减小，使精馏塔温度降低，克服干扰的影响。
第四章 PID 调节原理习题4.2 试总结调节器P, PI, PD 动作规律对系统控制质量的影响。
习题4.7 某电动比例调节器的测量范围为100~200o C ，其输出为0~10mA 。
当温度从140o C 变化到160o C 时，测得调节器的输出从3mA 变化到7mA 。
试求出该调节器比例带。
解：m a xm i n m a xm i n /()(160140)/(200100)100%100%50%/()(73)/(100)e e e u u u δ---=⨯=⨯=---习题4.9某水槽液位控制系统如图所示。
已知，F=1000cm 2，R=0.03s/cm 2，调节阀为气关式，其静态增益|K v |=28cm 3/s·mA ，K m =1mA/cm 。
（1） 画出系统的传递方框图；（2） 调节器为比例调节器，其比例带δ=40%，试分别求出扰动ΔQd=56cm 3/s 以及定值扰动Δr=0.5mA 时，被调量h 的残差；（3） 若δ改为120%，其他条件不变，h 的残差又是多少？比较（2）（3）的计算结果，总结δ值对系统残差的影响；（4） 液位调节器改用PI 调节器后，h 的残差又是多少？解：(1)(2)系统动态方程增量关系式为又所以有液位对象对上式进行拉氏变换，得到从而得到单容液位过程的具体传递函数为由系统方框图可得液位输出对于扰动输入和设定值输入的传递函数分别为：扰动为时，余差（这部分用到终值定理）：扰动为时，余差：若，则有{过程的增益为正，气关式阀门增益为负，检测器增益为正，由负反馈系统全部各个环节（包括比较环节）增益乘积为负可判断控制器增益为负}。
{过程的增益为正，气关式阀门增益为负，检测器增益为正，由负反馈系统全部各个环节（包括比较环节）增益乘积为负可判断控制器增益为负。
}将，，以及其它条件代入上式，可得(3) ，此时有结论：比例度变大，残差变大。
（4）若改为PI调节，则对于扰动，余差：对于设定值扰动，余差：第五章串级控制1.对于如图所示的加热器串级控制系统，要求：（1）画出该控制系统的框图，并说明主被控变量、副被控变量分别是什么？（2）试确定控制阀的气开、气关型式；（气开型）（3）确定主、副控制器的正、反作用；（副控制器：反作用。
主控制器：反作用）（4）温度变送器量程由原来的0~500℃改变为200~300℃，控制系统会出现什么现象？应如何解决？（Km1增大，控制作用减弱，余差增大，则应增大Kc1）（5）流量变送器量程由原来的0~250kg/h改变为0~400kg/h，控制系统会出现什么现象？应如何解决？（Km2减小，副回路等效时间常数增大，控制变慢，响应速度减慢，则应增大Kc2）2.对于如图所示加热炉出口温度简单控制系统，要求：（1）在进料流量或燃料成分扰动下，设计合理串级控制系统，画出框图，确定控制器的正、反作用；（2）在燃料油压力扰动下，设计合理串级控制系统。
解：（1）进料流量扰动控制阀：气开副控制器：反作用副被控量：加热炉内部温度主控制器：反作用主被控量：物料出口温度（2）燃料油压力扰动主控制器：反作用主被控量：物料出口温度副控制器：反作用福被控量：燃料油管内压力控制阀：气开第六章特殊控制方法1. 比值控制系统有哪些类型？各有什么特点？开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统。
2. 某化学反应过程要求参与反应的A、B 两物料保持的比例,两物料的最大流量=625,=290.通过观察发现A、B两物料流量因管线压力波动而经常变化。
根据上述情况，要求：1）设计一个比较合适的比值控制系统；2）计算该比值系统的比值系数；3）在该比值系统中，比值系数应设置于何处？设置值应该是多少（假定采用DDZ-Ⅲ型仪表）？4）选择该比值控制系统控制阀的开闭形式及控制器的正反作用。
解：（1）(2)将A物件作为主动量，B物件作为从动量。
若采用开方器若不采用开方器(3)该系统若采用比值器方案实施，将比值系数直接设置即可，。
（若采用乘法器实现，因，则将乘法器放置在从动量一侧，设定。
）(4)A、B阀门均选用气开型阀门，控制器选反作用。
3. 管式加热炉原油出口温度分程控制（1）调节阀开关型式：瓦斯气调节阀（A）气开燃料油调节阀（B）气开工作新号段： A 低信号4~12mA 0.02~0.06MPaB 高信号12~20mA 0.06-0.1MPa（2）调节器正反作用：反作用（3）系统框图工作原理：当原油出口温度较低时，反作用控制器输出信号较高，天然气阀门全开后，燃油阀门打开到一定开度，随着燃料量的增加，出口温度上升，控制器输出逐渐减小，使燃料油阀门开度变慢，变小。
（温度上升速度放缓）。
温度高至苯一点时，反作用控制器输出为低信号，燃油阀完全关闭，天然气阀开度随温度升高逐渐变小，温度有所降低，控制器信号再次增大，使天然气阀门开大，使出口温度再次回升，如此循环。
直至温度达到苯设定值。
4.如图所示高位槽向用户供水，为保证供水流量的平稳，要求对高位槽出口流量进行控制。
但为了防止高位槽过高而造成溢水事故，需对液位采取保护性措施。
根据上述情况，要求设计一连续型选择性控制系统。
试画出该系统的框图，确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用形式以及选择器的类型，并简述该系统的工作原理。
-调节阀为气关型，液位控制器反作用，流量控制器正作用，选择器选低选器。
工作原理：正常工作时，流量控制器工作，出口流量受干扰增大时，具有正作用的流量控制器输出流量增大，使阀门开度变小，出口流量减小，从而克服干扰的影响，当液位超过限值时，由低选器选择液位控制器参加工作，当液位继续增加时，具有正作用的液位控制器输出信号减小，使阀门开度变大，出口流量增加使液位回降。
第七章 补偿控制补充题目：前馈-串级复合控制如图所示精馏塔塔釜温度与蒸汽流量的串级控制系统。
生产工艺要求一旦发生事故应立即停止蒸汽的供应。
要求： 1. 画出控制系统框图；2. 确定调节阀的气开气关形式；3. 确定主、副控制器的正、反作用方式；4. 如果进料流量波动较大，试设计一个前馈-串级复合控制系统，已知系统中有关传递函数分别为1112()(1)(1)o so o o o K e G s T s T s τ-=++，22()o o G s K =，()1f sf f f K e G s T s τ-=+ 试画出此复合控制系统的传递函数框图，并写出前馈调节器的传递函数，讨论其实现的可能性。
1.系统框图2.气开型（工艺要求一旦发生事故终止蒸汽供应）反作用T反作用3.主副控制器均为反作用4.若，可实现。
T第八章 关联分析和解耦控制已知一2*2耦合过程的传递函数矩阵为111221220.50.3 0.40.6G G G G -⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦试计算该过程的相对增益矩阵，说明其变量配对的合理性，然后按照前馈补偿解耦方式进行解耦，求取前馈补偿解耦装置的数学模型，画出前馈解耦系统框图。
解：由题知，开环增益矩阵P=，利用公式求取相对增益矩阵。
P=或者代公式得到()112211112212210.50.650.50.60.30.47K K K K K K λ⨯===-⨯--⨯，从而得到相对增益矩阵为。
