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过程控制系统试卷及答案一、选择题（每题3分，共30分）1. 以下哪个不是过程控制系统的基本组成部分？A. 控制器B. 被控对象C. 执行机构D. 操作系统答案：D2. 以下哪种控制方式属于闭环控制？A. 开环控制B. 串级控制C. 比例控制D. 反馈控制答案：D3. 在PID控制器中，以下哪个参数主要影响系统的稳定性？A. 比例系数B. 积分系数C. 微分系数D. 比例系数和积分系数答案：C4. 以下哪个过程控制系统中，被控变量是流量？A. 液位控制系统B. 温度控制系统C. 压力控制系统D. 流量控制系统答案：D5. 以下哪个控制策略主要用于抑制高频干扰？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案：C6. 在过程控制系统中，以下哪个环节不属于控制回路？A. 控制器B. 执行机构C. 传感器D. 被控对象7. 以下哪种控制方式属于非线性控制？A. 比例控制B. 串级控制C. 模糊控制D. 反馈控制答案：C8. 在过程控制系统中，以下哪个环节的作用是进行信号转换和放大？A. 控制器B. 执行机构C. 传感器D. 被控对象答案：C9. 以下哪种控制方式适用于大滞后系统？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制10. 在过程控制系统中，以下哪个参数表示系统的快速性？A. 调整时间B. 超调量C. 稳态误差D. 稳定性答案：A二、填空题（每题3分，共30分）11. 过程控制系统的基本组成部分有控制器、被控对象、执行机构和________。
答案：传感器12. 在PID控制器中，比例系数、积分系数和________系数共同调节系统的性能。
答案：微分13. 串级控制系统由主控制器、副控制器和________组成。
答案：副被控对象14. 在过程控制系统中，________的作用是将被控对象的输出信号转换为控制器所能接收的信号。
答案：传感器15. 模糊控制器主要由模糊化、________和反模糊化三个环节组成。
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..。
过程控制系统试题及答案（全班仅一份）1、什么是控制系统的过渡过程？研究过渡过程有什么意义？（1）系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为系统的过渡过程。
（2）对设计、研究、整定和改进调节系统都具有重要的意义。
2、在控制系统中，被控变量的选择应遵循什么原则？（1）尽可能选择对产品的质量和产量、安全生产等具有决定性作用，可直接测量的参数作为被控参数。
（2）当不能用直接参数作为被控变量时，应选择与直接参数有单值对应关系的间接变量作为被控参数。
（3）必须考虑到工艺过程的合理性以及国内外仪表的生产的现状。
3、在控制系统中，操纵变量的选择应遵循什么原则？（1）控制变量应具有可控性、工艺操作的合理性、经济性。
（2）控制通道放大系数Ko要适当大，时间常数To要适当小，纯滞后时间越小越好。
（3）干扰通道放大系数Kf应尽可能小，时间常数Tf要大一些，干扰作用点位置要远离被控量，靠近控制阀为好。
4、过程控制系统有哪些特点？（1）被控对象的多样性。
（2）对象存在滞后。
（3）对象特性的非线性。
（4）控制系统比较复杂。
5、什么是控制规律?常用的控制规律有哪些？它们各有什么特点？（1）控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律。
（2）控制系统中常用的控制规律有比例(P)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)控制规律。
（3）比例控制规律：它的特点是控制及时，反应快速，控制结果有余差。
比例积分控制规律：它的特点是能够消除余差，但是控制作用比较缓慢、控制不及时。
比例积分微分控制规律：微分作用对于克服容量滞后有显著效果，在比例作用的基础上加上微分作用能提高系统的稳定性，加上积分作用能消除余差，因而可以使系统获得较高的控制质量。
6、自动控制系统主要有哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？（1）由被控对象、检测变送单元、控制器和执行器组成。
（2）被控对象：是指控制的生产设备或装置。
检测变送装置：检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。
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。
过程控制期末考试试题# 过程控制期末考试试题## 一、选择题（每题2分，共20分）1. 过程控制系统中，开环控制系统的主要缺点是什么？A. 响应速度慢B. 无法实现自动控制C. 稳定性差D. 无法进行误差补偿2. PID控制器中的I代表什么？A. 比例（Proportional）B. 积分（Integral）C. 微分（Derivative）D. 增益（Gain）3. 下列哪个不是过程控制中常用的传感器类型？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 流量传感器D. 速度传感器4. 在过程控制中，什么是控制回路的死区？A. 控制器输出的最大范围B. 控制器输出的最小范围C. 控制器输入的无效范围D. 控制器输出的无效范围5. 什么是过程控制中的超调？A. 控制系统达到稳态时的偏差B. 控制系统在达到稳态前的最大偏差C. 控制系统在达到稳态后的偏差D. 控制系统在达到稳态后的持续偏差## 二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述过程控制系统中前馈控制与反馈控制的区别。
2. 解释什么是PID控制器，并说明其三个组成部分的作用。
3. 描述过程控制系统中常见的几种控制策略，并简要说明其适用场景。
## 三、计算题（每题15分，共30分）1. 假设有一个简单的一阶过程控制系统，其传递函数为：\[ G(s) =\frac{K}{(1+\tau s)} \]，其中K=2，τ=0.5。
系统在单位阶跃输入下，求系统达到95%稳态值所需的时间。
2. 给定一个二阶过程控制系统，其开环传递函数为：\[ G(s) =\frac{K}{(s^2+2\zeta\omega_ns+\omega_n^2)} \]，其中K=5，ζ=0.7，ωn=10。
计算系统在单位阶跃输入下的超调量和上升时间。
## 四、案例分析题（20分）某化工企业的生产过程中，需要控制反应器内的温度。
该过程具有滞后特性，且温度变化对生产效率有显著影响。
请分析如何设计一个有效的控制策略来优化温度控制，并说明所选控制策略的优势。
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”。
过程控制系统试题A答案一、20分答：图15分 1. 影响物料出口温度的主要因素有：物料的入口温度和流量；蒸汽的入口温度、流量和压力；搅拌速度..温度控制系统原理框图如下：5分2. 当要求出口温度准确控制时;应选择比例积分控制规律..比例作用可以减小余差；积分作用可以消除误差;使出口温度准确..5分3. 当控制器的积分时间常数增大时;积分作用变弱;系统稳定性变好;控制精度下降;调节速度变快..原理：积分作用是当有误差时不断累加;其过程比较缓慢;积分时间常数增大;积分作用减弱;则积分作用的过程要相对加快;对系统的控制作用要变得相对及时;因此调节速度快;系统稳定性加强；但是积分作用的减弱将使得余差变大;则控制精度降低.. 5分4. 比例增益应增加;而积分时间常数要减小..原因：由于微分作用的加入使系统稳定性增加;动态响应过程缩短;因此可以适当提高比例增益;加强积分作用;即减小积分时间常数..二、20分 答：5分1.5分2. 温度..波动时;5分3. ;因此主控制器为反作用；当阀开大时;压力增大;为满足负反馈;副控制器为反作用..5分4. 在系统稳定的情况下;燃料气压力突然升高时;造成PC 输入量增大;因为PC 为反作用;所以PC 输出量减小;因控制阀为气开阀;所以阀开度减小;燃料气压力降低..同时当燃料气压力升高时;在副回路还没有来得及调整时;原油出口温度有较小升高;TC 输入量增大;因为TC 为反作用;所以TC 输出量下降;控制阀开度减小;同样使燃料压力下降;从而使原油出口温度降低..三、15分答：5分1.5分2. 欲使干扰对系统无影响;则：ＦsＧpds +ＦsＧffＧvsＧ0s=0即：Ｇff= —Gpd sGv s G s（）（）0（）= —1125分3. 串级控制系统和前馈反馈控制系统克服干扰方式的优缺点：①前馈反馈控制系统需要“专用”控制器;专门设计;而串级控制系统使用常规控制器即可；②前馈反馈控制系统的前馈模型精度依赖于干扰对象特性的模型精度;必须是针对“可测”的干扰；③前馈反馈控制系统适用于干扰量可测但不可控;而串级控制系统是可测也要可控；④一个前馈控制通道只针对具体一个干扰量;串级控制中的副回路可以包含多个干扰量..四、10分答：原油当燃料压力低于脱火压力时;PC输入为负偏量;输出为高信号;FC输出相对为低信号;此时构成蒸汽流量控制系统;选择器为低选器..5分2. 该控制系统的工作过程：在系统稳定时;当燃料压力高于脱火压力时;PC感受到正偏量;输出为低信号;此时低选器选通PC;构成燃料压力控制系统;此时PC输出低信号;阀开度减小;燃料压力降低；当燃料压力低于脱火压力时;重新选通FC;构成蒸汽流量控制系统..六、15分答：5分1. 若确定A为气开阀;A开大时罐压力升高;所以PC为反作用；若确定Ｂ为气闭阀;B开大时;罐中压力降低;因PC为反作用;构成负反馈..所以;选择A阀为气开阀;B阀为气闭阀;PC为反作用是合理的..当控制器信号为０.０２——０.０６ＭＰａ时;Ｂ阀工作；当控制器信号为０.０６——０.１ＭＰａ时;Ａ阀工作..5分２. 控制器为反作用..控制原理方块图如下：5分３. 系统工作过程：储罐向外抽取物料时;罐中压力下降;ＰＣ的输入量减小;因ＰＣ为反作用;所以ＰＣ输出升高;Ｂ阀开度减小;当达到分程点时;Ｂ阀关闭;Ａ阀打开;补充氮气;保证储罐压力正常..七、10分 答：4分１. Smith 补偿器优点：可以克服大滞后对系统的影响;使系统控制及时准确;控制速度加快;过渡时间缩短;并且结构简单..缺点：依赖于对象模型的精度;控制器不容易实现..3分2. 相对增益距阵可以判断多输入多输出系统的关联程度;通过相对增益矩阵的元素ij λ来判断..ij λ越接近1;则表明系统之间的关联程度越弱；越偏离1;表明系统之间的关联程度越强..ij3分3. 对于PH值中和控制的非线性控制系统;在PH值接近7这个区域;增益非常大;设置为不灵敏区;采用带不灵敏区的PID控制器..因为用带不灵敏区的PID控制器使系统在不灵敏区内控制器比例增益非常小或不起作用;而在灵敏区内发挥PID的正常作用使系统性能提高..。
第1 页共5 页过程控制系统课程试卷一、填空题：1、简单控制系统由控制装置、调节阀、被控对象和测量元件或变送器四个环节组成。
2、动态前馈控制的设计思想是通过选择适当的前馈控制器，使干扰信号经过前馈控制器致被控量通道的动态特性完全复制对象干扰通道的动态特性，并使它们符号反（正、反），从而实现对干扰信号进行完全补偿的目标。
3、随着控制通道的增益K的增加，控制作用增强，克服干扰的能力减弱，系统的余差减小，最大偏差增大。
（增大、减小）4、调节器参数工程整定法包括有临界比例法、衰减曲线法、经验凑试法。
5、热电偶回路的热电动势由温差电动势和温差电动势和接触电动势两部分组成。
6、某调节器的TI=∞，TD及δ分别放在任一中间位置，则调节器具有比例微分作用。
7、4～20mADC模拟电流信号与1～5VDC模拟电压信号为电动单元组合仪表的国际标准。
8、某台测温仪表的测温范围为0～500℃，校验该表得到的最大绝对误差为±3℃，则该仪表的精度等级为一级。
9、当广义过程控制通道时间常数较大或容量滞后较大，应引入微分环节调节。
10、调节系统中调节器正、反作用的确定依据是：保证控制系统为负反馈。
二、选择题1、下面关于补偿导线说法不正确的有（ B ）(A) 补偿导线与对应的热电偶在0～100℃的温度范围内有相同的热电特性(B) 补偿导线无极性(C) 不同的热电偶用的补偿导线也不同(D) 热电偶测温时使用补偿导线是为了将冷端延伸到温度比较恒定的地方2、在单回路控制系统中，增大比例系数，下列说法不正确的是( A )A．衰减率增大 B．残差减小C．超调量增大 D．振荡频率升高3、下列（A ）不是描述对象特性的参数。
A.过渡时间B.时间常数C.放大系数D.滞后时间4、在合成纤维锦纶生产中，熟化罐的温度是一个重要的参数，其期望值是一已知的时间函数，则熟化罐的温度控制系统属于（D ）。
C. 正反馈控制系统D. 程序控制系统5、如图所示的液位控制系统是一个（B ）。
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。
h 1，h 2为两个水槽的水位。
C 1和C 2分别为两个水槽的横截面积即容量系数，三个阀门的液阻分别为R 1，R 2，R 3，液位与流出量具有线性关系。
选取2号水槽水位h 2为输出变量，不考虑管道传输延迟，请根据流量平衡关系列写过程的微分方程组，并求取过程的传递函数21()()()H s G s Q s 。
R 1R 2R 3Q 1Q 2Q 3h 2h 1水槽1水槽22．精馏塔釜温度与蒸汽流量的串级控制系统如下图所示。
生产工艺要求一旦发生事故应立即停止蒸汽的供应。
不考虑蒸汽与进料的各种干扰对产品出口温度的影响，要求：①画出控制系统的框图；②确定调节阀的气开、气关形式；③确定主、副调节器的调节规律及正、反作用方式。
3．下图为加热炉控制方案。
要求：①画出控制系统的框图；②说明该控制系统的类型；③该控制系统主要用来消除何种干扰；④如果原油出口温度受其他干扰影响而高于给定值，控制系统如何调节。
过程控制系统试卷A 参考答案一、填空(每空1分，共30分)：1.检测元器件变送器执行器被控对象2.温度压力流量液位成份单变量多变量3.稳定性准确性快速性4.微分方程差分方程状态方程传递函数5.直线等百分比(对数) 快开6.(被调量的)偏差干扰量(的大小) 动态7.定值控制 随动控制8.相乘 相除9.稳定性 前馈(调节器)二、简答题(每题6分，共36分)：1. ITAE 是指时间与偏差绝对值乘积积分；其表达式为：0()min J t e t dt ∞=→⎰；该指标对初始误差和随机误差不敏感，可起到限制过度时间的作用。
2. 静态数学模型是过程在稳态时输出变量与输入变量之间的关系；动态数学模型是过程输出变量与输入变量随时间变化时其动态关系的数学描述；静态数学模型是动态数学模型在过程达到平衡时的特例。
3. 所选的控制参数必须是可控的；控制通道的放大放大倍数0K 要适当大些，时间常数0T 要适当小些，纯滞后0τ时间越小越好；干扰通道的放大倍数f K 应尽可能小，时间常数f T 应尽可能大，容量数尽可能多，干扰信号进入系统的位置尽可能远离被控参数而靠近调节阀；广义被控对象由几个一阶惯性组成，其各时间常数应尽可能错开，使其中一个比其他几个大得多，以提高可控性；考虑工艺的合理性、一般不选生产负荷作为控制参数。
4.积分调节是一种无差调节，采用积分调节可以提高系统的无差度即提高系统的稳态控制精度；与P 相比，积分调节的过渡过程比较缓慢，系统的稳定性变差；减小积分时间，虽然在一定程度上可以提高系统的响应速度，但会加剧系统的不稳定程度。
5.不变性原理就是指控制系统的被调量与扰动量绝对无关或者在一定准确度下无关，也即被调量完全独立或基本独立；当()0i D t ≠时，由()0(1,2,...,)y t i n ==；基于不变性原理设计的控制系统是前馈控制系统。
6.前馈控制比反馈控制及时；前馈控制是一种开环控制；前馈调节器是专用调节器；前馈控制只能抑制可测而不可控的扰动；一种前馈控制作用只能克服一种干扰。
三、综合分析题(第1题10分，第2,3题各12分，共34分)：1. 解：根据动态流量平衡关系，可以列出如下增量方程：()11211d h Q Q dt C ∆=∆-∆ （2分） 122h Q R ∆∆= （2分）()22321d h Q Q dt C ∆=∆-∆ （2分） 233h Q R ∆∆= （2分） 消去中间变量，解得过程输入变量与输出变量之间的传递函数为 33221213223122132()1()()11()1R R H s G s Q s R C s R C s R R C C s R C R C ===+++++ （2分） 2. 解: ①（4分）② 根据工艺，故障时，调节阀必须关闭来切断蒸汽供应，因此调节阀选择气开式，其静态放大系数为“+”。
（2分）③由于副被控参数是流量，因此副调节器采用PI 控制律；为了保证主被控参数无误差，且由于控制通道的容量滞后比较大，主调节器采用PID 控制律。
（2）对于副环，阀门开度增大，流量增加，因此副对象的放大系数为“+”，流量变送器的放大倍数为“+”。
根据副环放大倍数符号位“+”的原则，副调节器符号应为“+”，故选择反作用。
对于主环，主调节器的正反作用只取决于主对象放大倍数的符号。
主对象的输入信号为蒸汽流量（即副参数），输出信号为温度（即主参数），当流量增大时，热物料出口温度上升，因此，主对象的放大倍数为“+”，因此主调节器应选择反作用。
（4）3 解：①（6分）②该系统为前馈—反馈控制系统。
（2分）③该系统主要用来克服原油流量变化对原油出口温度的影响。
（2分）④如果原油出口温度变化，则反馈控制器TC会减小调节阀的开度进而减小燃料的供给量，以克服这种影响。
（2分）B试卷一、填空题（共9小题，每空1分，共30分）1．过程控制系统主要由_____和自动化仪表两部分组成。
自动化仪表主要完成对过程参数的_____、_____和_____等任务。
2．被控过程的数学模型有_____数学模型和_____数学模型之分。
3．过程的输入变量至输出变量的信号联系称为通道，_____至_____之间的信号联系成为控制通道，_____到_____之间的信号联系称为干扰通道。
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，对于非参数模型，常用_____、_____等表示。
5．单回路控制系统由_____、_____、_____和_____四个基本环节组成。
6．过程控制系统按照被控变量的给定值是否变化及如何变化可分为_____控制系统、_____控制系统、______控制系统；按照系统的结构特点分为_____控制系统、_____控制系统和_____控制系统。
7. 串级控制系统中，主回路在过程控制中起_____的作用，副回路起_____的作用。
8. 反馈控制的控制作用发生在偏差出现_____，前馈控制的控制作用发生在偏差出现_____。
9. 比值控制系统中的非线性特性是指_____的非线性特性，其根本解决办法是在_____的输出端加上_____、使最终输出信号与流量之间成_____。
二、简答题（共6题，每小题6分，共36分）1. 建立被控过程数学模型的方法有哪些？如何根据过程输入、输出测试数据建立被控对象数学模型？2. 衡量过程控制系统性能优劣的综合性能指标中，IAE的含义是什么，请写出表达式，并指出其特点。
3. 被控参数的选择应当遵守哪些原则？4. 比例调节有何特点？5. 什么是比值控制系统，比值控制系统有哪几种类型。
6. 前馈—反馈控制系统的优点是什么？三、综合分析题（共3题，第1题10分，第2,3题各12分，共34分）1．已知两水槽并联工作，如图所示，输入量为Q 1，流出量为Q 2，Q 3。
h 1，h 2为两个水槽的水位。
C 1和C 2分别为两个水槽的横截面积即容量系数，三个阀门的液阻分别为R 1，R 2，R 3，液位与流出量具有线性关系。
选取2号水槽水位h 2为输出变量，不考虑管道传输延迟，请根据流量平衡关系列写过程的微分方程组，并求取过程的传递函数21()()()H s G s Q s 。
32．某化学反应过程要求参与反应的两种物料保持F 1：F 2=4:3的比例，两物料的最大流量为F 1max =500m ³/h ，F 2max =210m ³/h ，通过观察发现A 、B 两种物料流量因管道压力波动经常发生变化。
根据上述情况，要求：①设计一个合适的比值控制系统；②采用差压式流量计，计算比值系数K ’(选用DDZ-III 型仪表)③选择调节阀的开、闭形式和调节器的正反作用方式。
3.下图为加热炉控制方案。
要求：①画出控制系统的框图；②说明该控制系统的类型；③为什么该系统不是串级控制系统；④前馈调节器应该采用何种控制律。
过程控制系统B 参考答案一、填空(每空1分，共30分)：1.被控过程 自动检测 自动显示 自动控制2.静态 动态3.控制作用 输出变量 干扰作用 输出变量4.曲线 表格5.被控对象（被控过程） 测量变送装置 调节器 调节阀6.定值 随动 程序 反馈 前馈 前馈—反馈复合7.细调 粗调8.后 前9.测量变送器 差压变送器 开方器 线性关系二、简答题(每题6分，共36分)：1.主要有三种，分别是机理法、实验法、机理法和实验法相结合的混合法。
首先，根据测试数据或者曲线的形状确定模型的结构（包括形式、方程阶次及时滞情况），称为过程辨识；其次在已知模型结构的基础上，由测试数据或曲线确定模型的参数，称为参数估计。
2. IAE 是指偏差绝对值积分；其表达式为：0()min J e t dt ∞=→⎰；该指标可以避免正负偏差相互抵消，使大小偏差都起到相应的积分作用。
