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过程装备控制技术及应用习题及参考答案第一章控制系统的基本概念1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。
主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。
2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。
自动控制系统常用的术语有：被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值；操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。
其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。
采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。
而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
第一章过程控制系统概述1.五大参量：温度、压力、流量、物位（液位）、成分2.过程控制系统的组成：控制器，执行器，被控过程和测量变送等组成；除被控对象外都是变送单元。
过程控制系统由两大部分组成:过程仪表和被控对象过程控制系统由三大部分组成:检测变送单元，控制器，被控对象。
系统中的名词术语：1）被控过程：生产过程中被控制的工艺设备或装置（即从被控参数检测点至调节阀之间的管道或设备）。
2）检测变送器：检测量转换为统一标准的电信号。
3）调节器（控制器）：实时地对被控系统施加控制用。
4）执行器：将控制信号进行放大以驱动调节阀。
5）被控参数：被控过程内要求保持稳定的工艺参数。
6）控制参数：使被控参数保持期望值的物料量或能量。
7）设定值：被控参数的预定值。
8）测量值：测量变送器输出的被控参数值。
9）偏差：设定值与测量值之差。
10）扰动作用：作用于被控对象并引起被控变量变化的作用。
11）控制作用：调节器的输出（控制调节阀的开度）。
控制器，执行器和检测变送环节称为过程仪表；过程控制系统由过程仪表和被控过程组成。
3.性能指标：包含了对控制系统的稳定性、准确性和快速性三方面的评价。
稳态误差ess：描述系统稳态特性的唯一指标（静态指标）。
衰减比n：n<1,表示过渡过程为发散振荡;n=1,表示过渡过程为等幅振荡;n>1,表示过渡过程为衰减振荡。
一般为4:1-10:1，4:1为理想指标，也是用来调试的。
前馈，反馈控制特点（1）反馈控制系统：根据系统被控参数与给定值的偏差进行工作；是按照偏差进行调节，达到减小或消除偏差的目的；偏差值是系统调节的依据；可以有多个反馈信号；属于闭环控制系统。
（2）前馈控制系统：根据扰动大小进行控制，扰动是控制的依据；控制及时；属于开环控制系统；实际生产中不采用第二章过程检测仪表控制器输出:1.电动仪表：4-20mA，DC（远距离）；1-5V，DC（短距离）气动仪表：20-100Kpa（100m）直流电流4-20mA，空气压力20-100Kpa为通用标准信号。
S10过程控制系统的基本概念1、过程控制仪表与装置的分类及特点按能源形式分类：可分为电动、气动、液动和机械式；按信号类型分类：模拟式和数字式（数字式调节器、工业控制计算机（IPC）、集散型控制系统DCS、现场总线控制系统FCS）两大类；按结构形式分类：单元组合式控制（变送单元、转换单元、调节单元、运算单元、显示单元、给定单元、执行单元、辅助单元）仪表、基地式控制仪表、集散系统（DCS系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。
其基本特点是分散控制、集中管理。
）、现场总线控制系统（FCS系统是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。
其特点是现场控制和双向数字通讯）2、信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。
目的：达到通用性和相互兼容性的要求，以便不同系列或不同厂家生产的仪表能够共同使用在同一控制系统中，实现系统的功能3单元组合仪表可分为：变送单元：它能将各种被测参数，如温度，压力，流量，液位等变换成相应的标准统一信号（4-20mA，0-10mA或20-100kPa）传送到接收仪表，以供指示、记录或控制。
执行单元:它按照调节器输出的控制信号或手动操作信号，操作执行元件，改变控制变量的大小。
调节单元:它将测量信号与给定信号进行比较，按偏差控制执行器的动作，使测量值与给定值相等。
(品种有：P、PI、、PD、PID)转换单元:将电压，频率等电信号转换为标准统一信号，或者进行标准统一信号之间的转换。
运算单元:它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、平方等运算，适用于多种参数综合控制、配比控制、流量信号的温度压力水补偿计算等。
显示单元:它对各种被测参数进行指示、记录、报警和积算，供操作人员监视控制系统工况之用。
给定单元:输出标准统一信号，作为被控变量的给定值送到调节单元，实现定值控制。
其输出信号可以供给其它仪表作为参考基准值。
辅助单元:辅助单元是为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表（操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等）。
《过程装备控制技术及应用》（本）课后复习题第一章控制系统的基本概念一、填空题1、评定过渡过程的性能指标主要有。
2、自动控制系统按设定值的不同形式可分为、、等控制系统。
3、过程控制系统基本组成是、、和等环节。
二、判断题1、系统的过渡时间短，则调节系统能及时克服干扰作用，调节质量就越高。
（）2、余差是指调节过程结束后，被调参数稳定值与测量值之差。
（）三、选择题1、系统的衰减一般为时最好。
A．20︰1 B. 8︰1 C. 4︰12、系统过渡过程中的最大偏差是指调节过程中出现的最大差值。
A．被调参数指示值与给定值的 B. 被调参数指示值与测量值的C. 新的稳定值与给定值的四、简答题1、在阶跃扰动作用下，自控系统的过渡过程有哪些基本形式？其主要品质指标有哪些？2、化工自动化主要包括哪些容？3、自动控制系统主要由哪些环节组成？4、图1-1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。
图1-1 某列管式蒸汽加热器控制流程图[P16，图1-17]5、在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？6、图1-2为一组在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线。
⑴指出每种过程曲线的名称。
⑵试指出哪些过程曲线能基本满足控制要求？哪些不能？为什么？图1-2 过渡过程曲线7、试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n→∞时的过度过程曲线？五、计算题某化学反应器工艺规定操作温度为(800±10)℃。
为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。
现运行的温度控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1-3所示。
⑴分别求出最大偏差、余差、衰减比、过渡时间(温度进入按±2%新稳态值即视为系统已稳定来确定)和振荡周期。
⑵说明此温度控制系统是否满足工艺要求。
图1-3 温度控制系统过渡过程曲线第二章过程装备控制基础一、填空题1、按对象静态特性选择调节参数时，调节通道放大倍数越大，则克服干扰能力就越。
《过程控制》课程笔记第一章概论一、过程控制系统组成与分类1. 过程控制系统的基本组成过程控制系统主要由被控对象、控制器、执行器、检测仪表四个部分组成。
（1）被控对象：指生产过程中的各种设备、机器、容器等，它们是生产过程中需要控制的主要对象。
被控对象具有各种不同的特性，如线性、非线性、时变性等。
（2）控制器：控制器是过程控制系统的核心部分，它根据给定的控制策略，对检测仪表的信号进行处理，生成控制信号，驱动执行器动作，从而实现对被控对象的控制。
控制器的设计和选择直接影响控制效果。
（3）执行器：执行器是控制器与被控对象之间的桥梁，它接收控制器的信号，调节阀门的开度或者调节电机转速，从而实现对被控对象的控制。
执行器的响应速度和精度对控制系统的性能有很大影响。
（4）检测仪表：检测仪表用于实时测量被控对象的各项参数，如温度、压力、流量等，并将这些参数转换为电信号，传输给控制器。
检测仪表的准确性和灵敏度对控制系统的性能同样重要。
2. 过程控制系统的分类根据控制系统的结构特点，过程控制系统可以分为两大类：开环控制系统和闭环控制系统。
（1）开环控制系统：开环控制系统没有反馈环节，控制器根据给定的控制策略，直接生成控制信号，驱动执行器动作。
开环控制系统的优点是结构简单，成本低，但缺点是控制精度较低，容易受到外部干扰。
（2）闭环控制系统：闭环控制系统具有反馈环节，控制器根据检测仪表的信号，实时调整控制策略，生成控制信号，驱动执行器动作。
闭环控制系统的优点是控制精度高，抗干扰能力强，但缺点是结构复杂，成本较高。
二、过程控制系统性能指标1. 稳态误差：稳态误差是指系统在稳态时，输出值与设定值之间的差值。
稳态误差越小，表示系统的控制精度越高。
稳态误差可以通过调整控制器的参数来减小。
2. 动态性能：动态性能是指系统在过渡过程中，输出值随时间的变化规律。
动态性能指标包括上升时间、调整时间、超调量等。
动态性能的好坏直接影响到系统的响应速度和稳定性。
《过程装备控制技术及应用》（第二版）王毅、张早校化学工业出版社思考题与习题及参考答案第一章控制系统的基本概念1.什么叫生产过程自动化生产过程自动化主要包含了哪些内容答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。
主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。
2.自动控制系统主要由哪几个环节组成自动控制系统常用的术语有哪些答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。
自动控制系统常用的术语有：被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值；操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
3.什么是自动控制系统的方框图它与工艺流程图有什么不同答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。
其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。
采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。
而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
第一章控制系统的基本概念1,生产过程自动化系统包含如下四个部分的内容：自动检测系统（2）信号连锁系统（3）自动操纵系统（4）自动控制系统2,过程装备控制的任务和要求过程装备控制是工艺生产过程自动化的重要组成部分，它主要是针对过程装备的主要参数，即温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等参数进行控制。
工艺生产过程装备控制的要求是多方面的，最终可以归纳为三项要求：即安全性、经济性和稳定性。
3,控制系统的组成被控对象，测量元件和变送器，调节器：又称控制器，执行器4，控制系统的方框图:被控变量y，给定值（或设定值）Ys，测量值Ym，操纵变量（或控制变量）m，干扰（或外界干扰）f，偏差信号e，控制信号u5，控制系统系统的分类按给定值的特点划分：定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统按系统输出信号对操纵变量影响划分：闭环控制，开环控制按系统的复杂程度划分：简单控制系统，复杂控制系统按系统克服干扰的方法划分：反馈控制系统，前馈控制系统，前馈－反馈控制系统6，控制系统的过渡过程从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内。
然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。
7，控制系统的过渡过程有发散振荡过程，等幅振荡过程，衰减振荡过程，非振荡的单调过程综上所述，一个自动控制系统的过渡过程，首先应是一个渐趋稳定的过程，这是满足输生产要求的基本保证；其次，在大多数场合下，应是一个衰减振荡的过程。
8，控制系统的性能指标一类是以系统受到单位阶跃输入作用后的响应曲线（又称为过渡过程曲线）的形式给出的，如最大偏差（或超调量）、衰减比、余差、回复时间等，称为过渡过程的质量指标；另一类是偏差积分性能指标，一般是希望输出与系统实际输出之间误差的某个函数的积分，常用的有平方误差积分指标（ISE）、时间乘平方误差的积分指标（ITSE）、绝对误差积分指标（IAE）以及时间乘绝对误差的积分指标（ITAE）等，这些值达到最小值的系统是某种意义下的最优系统。
