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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。
V-1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1.13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。
T/℃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 控制系统时应注意哪些问题？第3章 过程执行器习题与思考题3.1 试简述气动和电动执行机构的特点。
3.2 调节阀的结构形式有哪些？3.3 阀门定位器有何作用？3.4 调节阀的理想流量特性有哪些？实际工作时特性有何变化？3.5 已知阀的最大流量min v q =50m 3，可调范围R=30。
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。
XX 工业大学继续教育学院《过程控制 》习题集2011学年第一学期 使用班级：H 化本081、HY 自升本101、HY 自升本091习题集1一、填空题1．在自动控制系统中，能够测量某物理量的大小并把它转化为一种特定信号的自动化装置是（测量元件与变送器）。
2．过渡过程终了时，被调参数所达到的新的稳态值与给定值之差叫做（余差）。
3．在研究对象的动态特性时，将（被调参数）看作对象的输出量，而将（干扰作用和调节作用）看作对象的输入量。
4．自动调节系统方块图中,给定值R,测量值M 和偏差e 三者之间的关系是（E=R-M ）。
5．积分时间愈（短），积分作愈强。
6.可用一阶微分方程式描绘其动态特性的对象称为（一阶对象）。
二、单项选择题1．在如图所示的水槽液位控制系统中，（ C ）是被控变量。
A. 进水流量B. 出水流量C. 水槽液位D. 水槽2．下列（A ）不是描述对象特性的数。
A.过渡时间B.时间常数C.放大系数D.滞后时间3．下列关于积分饱和的说法，错误的是（ D ）。
A.调节器处于开环工作状态是出现积分饱和现象的必要条件 B.调节器具有积分作用才会出现积分饱和现象C.积分饱和状态时，调节器的输出将达到最大或最小的极限值D.只有在选择性调节系统中才会出现积分饱和现象4．串级调节系统中，副回路一般采用（ A ）调节规律。
A.比例B.比例积分C.比例微分D.比例积分微分5．如图所示为丙烯冷却器的控制方案示意图，图中所采用的控制系统为（ D ）控制系统。
A. 串级B. 均匀C. 分程D. 选择6．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 ）。
A. 定值控制系统B. 随动控制系统C. 正反馈控制系统D. 程序控制系统三、判断改错题（判断下列各题，在题后的括号内，对的打“√”，错的打“×”。
）1．每个控制系统都有相应的方块图，同一形式的方块图只能代表一个控制系统。
.WORD完美格式.第1章自动控制系统基本概念~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
~~ 1-5 题1-5图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。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
~~~~~ 1-7 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？解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。
~~~1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。
控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。
给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。
它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。
操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。
或实现控制作用的变量。
操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。
~~~1-11 题l-11图所示为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内的温度不变。
作 业第二章：2-6某水槽如题图2-1所示。
其中A 1为槽的截面积，R 1、R 2均为线性水阻，Q i 为流入量，Q 1和Q 2为流出量要求：(1)写出以水位h 1为输出量，Q i 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。
图2-1解：1）平衡状态： 02010Q Q Q i +=2）当非平衡时： i i i Q Q Q ∆+=0；1011Q Q Q ∆+=；2022Q Q Q ∆+= 质量守恒：211Q Q Q dthd A i ∆-∆-∆=∆ 对应每个阀门，线性水阻：11R h Q ∆=∆；22R h Q ∆=∆ 动态方程：i Q R hR h dt h d A ∆=∆+∆+∆2113) 传递函数：)()()11(211s Q s H R R S A i =++ 1)11(1)()()(211+=++==Ts KR R S A s Q s H s G i2Q11这里：21121212111111R R A T R R R R R R K +=+=+=；2-7建立三容体系统h 3与控制量u 之间的动态方程和传递数,见题图2-2。
解：如图为三个单链单容对像模型。
被控参考△h 3的动态方程： 3233Q Q dth d c ∆-∆=∆；22R h Q ∆=∆；33R hQ ∆=∆； 2122Q Q dth d c ∆-∆=∆；11R h Q ∆=∆ 111Q Q dth d c i ∆-∆=∆ u K Q i ∆=∆ 得多容体动态方程：uKR h dth d c R c R c R dt h d c c R R c c R R c c R R dt h d c c c R R R ∆=∆+∆+++∆+++∆333332211232313132322121333321321)()(传递函数：322133)()()(a s a s a s Ks U s H s G +++==； 这里：32132133213213321321332211232132131313232212111;c c c R R R kR K c c c R R R a c c c R R R c R c R c R a c c c R R R c c R R c c R R c c R R a ==++=++=2-8已知题图2-3中气罐的容积为V ，入口处气体压力，P 1和气罐 内气体温度T均为常数。
化⼯仪表与⾃动化复习题及答案《化⼯仪表与⾃动化》课程测试试题⼀⼀、填空题（36分）1、过程控制系统是由_控制器__、_执⾏器__、__测量变送__和_被控对象_等环节组成。
2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有__压⼒__、_流量___、_温度__、_液位_等控制系统。
3、⽬前求取过程数学模型的⽅法有两种。
其中⼀种是根据过程的内在机理，通过__物料_和_能量_物料平衡关系，⽤__机理建模__的⽅法求取过程的数学模型。
4、控制对象的⼲扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:⼲扰通道的时间常数愈⼤,对被控变量的影响___越⼩____;⼲扰通道容量滞后愈多,则调节质量__越好____;⼲扰通道的纯滞后对调节质量_⽆影响_。
5、选择控制⽅案时，总是⼒图使调节通道的放⼤倍数（增益）⼤于__⼲扰通道的放⼤倍数（增益）。
6．某调节系统采⽤⽐例积分作⽤调节器，先⽤纯⽐例调整到合适的调节输出，再加⼊积分作⽤的后，应_减⼩调节器的放⼤倍数_,才能使稳定性不变。
7．描述控制系统的品质指标的参数有最⼤偏差、衰减⽐和余差等。
8．串级调节系统,⼀般情况下主回路选择___PID______或__PI__调节规律调节器,副回路选⽤__P _调节规律调节器；如果副回路采⽤差压法测流量，应采⽤什么装置_开⽅器___补偿。
9．仪表⾃动化标准中，⽓动仪表标准信号范围是~；电Ⅱ型标准信号范围是4~20mA；电Ⅲ型标准信号范围是0~10mA。
⼆、综合题（54分）1、（10分）画出⽓关式类型执⾏器的两种简单结构⽰意简图；在控制系统中如何选择执⾏器类型举例说明。
答：在控制系统中，执⾏器是按安全原则选择类型的，也就是当控制信号中断时，要保证设备和操作⼈员的安全。
如：加热炉温度控制，当燃料量为操纵变量时，其执⾏器应选择⽓开类型，当信号中断时，切断燃料，保证安全。
2、（14分）热电偶为什么要进⾏冷端温度补偿有哪些冷端温度补偿⽅法原理是什么答：①因为各种显⽰仪表和热电偶分度表都是在热电偶冷端温度为零的时候做出的。
lxc第一章思考题与习题时间：2021.01.01 创作：欧阳美1－2 图1.6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φ 4．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。
集散控制系统课程设计基于组态软件双容水箱过程控制系统姓名: 学号: 班级: 专业: 指导教师：目录1设计目的与要求 (1)1.1设计目的 (1)1.2设计要求 (1)2系统结构设计 (1)2.1控制方案 (1)2.2系统结构 (2)3过程仪表选择 (2)3.1液位传感器 (2)3.2电磁流量传感器 .................. 错误!未定义书签。
3.3电动调节阀 (3)3.4水泵 (3)3.5变频器 (3)3.6模块选择 (4)4系统组态设计 (4)4.1工艺流程图与系统组态图设计 (5)4.2组态画面 (5)4.3数据字典 (6)4.4应用程序 (6)4.5动画连接 ...................... 错误!未定义书签。
总结 (11)参考文献 (11)附录A单回路控制系统PID控制算法 (12)附录B PID控制算法流程图 (12)1. 设计目的与要求1.1设计目的通过组态软件，结合实验已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用但闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制程序的液位单回路过程控制系统。
1.2设计要求(1) 根据液位回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。
(2) 根据液位回路过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用过程模块。
(3) 根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。
(4) 运用组态软件，正确设计液位但回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。
(5) 提交包括上述容的课程设计报告。
2. 系统结构设计2.1控制方案整个过程控制系统由控制器、调节器、测量变送、被控对象组成。
在本次控制系统中控制器为计算机，采用算法为PID控制规律(见附录A和附录B),调节器为电磁阀，测量变送为HB FT两个组成，被控对象为流量PV结构组成如下图2.2所示。
