第1章 过程控制系统概述
习题与思考题
1.1 什么是过程控制系统，它有那些特点？
1.2 过程控制的目的有那些？
1.3 过程控制系统由哪些环节组成的，各有什么作用？过程控制系统有那些分类方
法？ 1.4 图1.11是一反应器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反应器进行反应，
通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器的温度保持不变。试画出该温度控制系统的方
框图，并指出该控制系统中的被控过程、被控参数、控制参数及可能影响被控参数变化的扰
动有哪些？ 1.5 锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高，会使蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损
坏后续设备；而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此，必须对
汽包水位进行严格控制。图1.12是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求： 1）画出该控制系统方框图。
2）指出该控制系统中的被控过程、被控参数、控制参数和扰动参数各是什么。 3）当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。
图1.11 反应器温度控制系统ABTTTC
冷却水汽包
加热室LTLC
V-1蒸汽
图1.12 锅炉汽包水位控制示意图 1.6 评价过程控制系统的衰减振荡过渡过程的品质指标有那些？有那些因素影响这些
指标？ 1.7 为什么说研究过程控制系统的动态特性比研究其静态特性更意义？ 1.8 某反应器工艺规定操作温度为80010℃。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1.13所示。 1）分别求出稳态误差、衰减比和过渡过程时间。
2）说明此温度控制系统是否已满足工艺要求。
800805810845T/℃
2025t/min图1.13 某反应器温度控制系统过渡过程曲线 1.9 简述过程控制技术的发展。
1.10 过程控制系统与运动控制系统有何区别？过程控制的任务是什么？设计过程
邹城市第二中学---通用技术教研组 《控制与设计》---导学案
- 1 - 第二节 控制系统的基本组成与工作过程 导学案
一．学习目标
1．分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程；
2．熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器的作用。
二．学习过程
我们先来分析两个典型控制案例，旨在了解控制系统是怎样构成的，以及它们是怎样实现控制的。
【案例1】 自动门
自动门的动作过程是：当门口没有人时，门是关着的(图1)；当有人来到门口时，门打开(图2)；当人离开门口后一段时间，门又关闭。
功能
(1)无人时，常关；(2)有人时，开门。
技术要求
(1)当人距门l m(也可设为其他值)时，门即打开；
(2)门打开后，延时10 s(也可设为其他值)后关门。
门是怎样实现自动开、关的呢?我们来看一看自动门(实际上是自动门系统，简称自动门)的组成和工作过程。
系统组成
①门；②电动机；③控制器；④传感器。
工作过程
(1)当有人到达门前某一距离(如1 m)时，传感器感知，并发出“有人”的信号；
(2)控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给电动机(这里电动机叫做执行器，也称驱动器)；
(3)电动机根据传来的开门信号转动，门被打开(这里的门叫做被控对象，也称为控制对象)；
(4)控制器保持开门信号延时(如10 s)后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。 邹城市第二中学---通用技术教研组 《控制与设计》---导学案
- 2 - 上述的系统组成与工作过程，可以用图3表示。
在图3中，从左往右看：当门口有人时，即有输入，传感器感知并形成信号。信号先后经过控制器、电动机的变换与传递，直到把门打开，叫做有输出(门动作，打开)。没有人，则无输入，不发生信号传递，当然没有输出(门无动作，常关)。
1、 简要介绍过程控制系统的定义
2、 过程控制系统主要有哪几个环节组成？各起什么作用？
3、 过程控制系统按系统结构不同的分类方法有哪几种？简述各自特点。
4、 为什么采用热电偶进行测量时需要采用冷端补偿？
5、 简要叙述压力检测的几种方式和各自特点。
6、 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。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；确定调节阀的气开、气关形式并给出原因。
7、 已知某过程控制通道作阶跃实验如图所示，用一阶加纯时延近似该过程的传递函数，求K0、T0、和τ0值。
8、 改进的PID控制算法中对积分饱和的抑制有哪些方法？
9、 简要阐述数字PID控制器中参数整定的方法有哪些？
10、 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？
一、填空题
1.被控过程的数学模型，是指过程在各输入量（包括控制量与扰动量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学模型 。
2.过程的数学模型有两种，非参数模型和参数模型。
3.过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量，是 温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和pH（酸碱度或氢离子浓度）等这样的一些过程变量的系统。
4.表示过程控制系统控制关系的方框图，两个框之间的带箭头连线表示其相互关系和信号传递方向，但是不表示方框之间的物料关系。
5.一种测量体与被测介质接触，测量体将被测参数成比例转换成另一种便于计量的物理量，再用仪表加以显示，通常把前一种过程叫做一次测量，所用的仪表称为一次仪表，后面的计量显示仪表称为二次仪表。
6.在热电偶测温回路中接入第三种导体时，只要接入第三种导体的两个接点温度相同，回路中总电动势值不变。
7.DDZ-III型变送器是一种将被测的各种参数变换成4~20mA统一标准信号的仪表。
8.正作用执行机构是指当输入气压信号增加时，阀标向下移动。反作用执行结构是指当输入气压信号增加时，阀标向上移动。
9.流通能力定义为调节阀全开，阀前后压差为0.1Mpa、流体密度为1g/cm3时，每小时流过阀门的流体流量（体积cm3)或质量（kg））。
10.执行器的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系。
11.接触式测温时，应保证测温仪表与被测介质充分接触，要求仪表与介质成逆流状态，至少是正交，切勿与介质成顺流安装。
12.干扰通道存在纯时间滞后，理论上不影响控制质量。
13.扰动通道离被控参数越近，则对被控过程影响越大。
14.正作用调节器的测量值增加时，调节器的输出亦增加，其静态放大倍数取负值。反作用调节器的测量值增加时，调节器的输出减小，其静态放大倍数取正值。
15.气开式调节阀，其静态放大倍数取负，气关式调节阀，其静态放大倍数取正。
