过程控制总题库-简答

1． 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。 2． 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。 3． 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。 4． 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。

5． 简述热电偶温度计组成部分及各部件的功能。（本题每写出1个组成部分得1分，每写出1个组成部分功能得1分） 答案：热电偶温度计的基本组成部分有：热电偶、测量仪表、连接热电偶和测量仪表的导线。如下图所示

图题4（2） 热电偶是系统中的测温元件，测量仪表是用来检测热电偶产生的热电势信号的，可以采用动圈式仪表或电位差计，导线用来连接热电偶与测量仪表。为了提高测量精度，一般都要采用补偿导线和考虑冷端温度补偿。

6． 串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合? 答案：串级控制系统的主要特点为：（每写出1个应用场合的得2分） a) 在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统； b) 系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量； c) 由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响； d) 系统对负荷改变时有一定的自适应能力。 串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。 7． 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。 8． 复合前馈控制中的两种典型形式是什么？（4） 答案：前馈-反馈控制和前馈-串级控制。 9． 热电偶有哪几种冷端补偿方法？（6） 答案： a) 冷端温度冰浴法 b) 计算修正法 c) 补偿电桥法 10．写出任意三种常用的控制器参数整定方法（6） 答案： a) 经验法 b) 稳定边界法 c) 衰减曲线法 d) 响应曲线法 e) 衰减频率特性法 （答出其中任意三种者得6分，每答出1种得2 分） 11．简述大时延控制系统Smith预估补偿方案的特点。 答案：Smith预估补偿方案的特点是预估出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿，力图使被延迟了时间的被调量超前反映到控制器，使控制器提前动作，从而明显的减小超调量和加速调节过程，改善控制系统的品质。

12．简述什么是有自衡能力的被控对象。 答案：当被控对象受到干扰作用，平衡状态被破坏后，不需要外加控制作用，能依靠自身达到新的平衡状态的能力称为有自衡能力，这种对象称为有自衡能力的被控对象。

13．前馈控制适用于什么场合？ 答案：前馈控制是按扰动而进行控制的，因此，前馈控制常用于的场合： a) 一是扰动必须可测，否则无法实施控制； b) 二是必须经常有比较显著和比较频繁的扰动，否则无此必要。 c) 三是存在对被控参数影响较大且不易直接控制的扰动。 14．分别说明比例、积分、微分控制对控制系统的作用。 答案：比例控制影响系统的动态特性和系统的稳定性；积分控制的作用是可以消除系统余差；微分控制可以提高系统的响应速度，克服对象容量滞后的影响。

15．前馈控制适用于什么样的场合？ 前馈控制是按扰动而进行控制的，因此，前馈控制常用于以下场合：1) 扰动必须是可测的，否则无法实施控制；2) 必须经常有比较明显和频繁的扰动，否则没有必要；3) 存在对被控参数较大而且不易直接控制的扰动。

16．为什么前馈控制常与反馈控制构成前馈—反馈控制系统？ 答案：前馈控制是一种补偿控制。一般来讲，前馈控制无法全部补偿扰动对被控变量所产生的影响。因此，单纯的前馈控制系统在应用中就会带来一定的局限性。为克服这一弊端，前馈控制常与反馈控制联用，构成前馈—反馈控制系统。对最主要的、显著的、频繁的无法直接控制的扰动，由前馈来进行补偿控制；对无法完全补偿的扰动影响，由反馈控制根据其对被控变量所产生的偏差大小来进行控制。

17．控制器的正反作用是如何确定的？ 1．闭环控制系统分为几种类型？每种代表什么含义？ p8 答：（1）定值控制系统，就是系统被控量的给定值保持在规定值不变或在小范围附近不变。 （2）程序控制系统，是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作。 （3）随动控制系统，是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。 2．简述被控过程特性的实验测取法。 p17 答：对某些非线性因素，在数学上无法或难以推导，则要通过实验测量并进行关系近似与假设，这种通过试验来获取数学模型的方法称为被控过程的实验测取法。 3.简述热电偶“中间导体”定律。 p36 答: 在热电偶测温回路中接入第三导体时，只要接入第三导体的两个接点温度相同，回路总电动势值不变。 4．一个单回路控制系统主要由哪几个环节组成？其中检测元件及变送器、调节器、执行器各起什么作用？ 答：一个单回路控制系统主要由测量元件、变送器、调节器、调节阀、和被控过程等环节组成。 p6 检测元件：感受工艺变量的变化并转换成特定信号。 p?? 变送器：将被测的各种参数变换成统一标准信号（DC 4~20mA或DC 1~5V）的仪表，其输出送显示仪表或调节器。 p42 调节器：接受变送器或转换器的DC 1~5V或DC 4~20mA测量信号为输入信号，与DC 1~5V或DC 4~20mA给定信号进行比较，并对其偏差进行PID运算，输出DC 4~20mA标准统一信号。 p74 执行器：接受调节器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移，来改变阀芯与阀座间的流通截面积以控制流入或流出被控过程的流体介质的流量。 p112 5．为什么热电偶测温时，一般都要采用补偿导线？ p36 答：由热电耦测温原理可知，只有当热电耦温度不变时，热电势才是被测温度的单值函数，所以在测温过程中必须保持冷端温度恒定。可是热电耦长度有限，其冷端会受到环境温度的影响而不断变化，为了使热电耦冷端温度保持恒定，则采用补偿导线。

1. 简单控制系统的组成，各部位的作用是什么？ 解答： 简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。 检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。 控制器的作用是接受检测装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。 执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。 被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置

2. 什么是对象数学模型，获取模型的方法有哪些？ 答：对对象特性的数学描述就叫数学模型。 机理建模和实验建模 系统辨识与参数估计。解析法）和（实验辨识法） 机理建模：由一般到特殊的推理演绎方法，对已知结构、参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，根据对象或生产过程的内部机理，经过合理的分析简化而建立起描述系统各物理量动静态性能的数学模型。 实验建模步骤：1确定输入变量与输出变量信号；2测试；3对数据进行回归分析。

3. 简述被控量与操纵量的选择原则。. 答：一、(1) 被控量的选择原则: ①必须尽可能选择表征生产过程的质量指标作为被控变量; ②当没有合适的质量指标时,应选择与质量指标由单质对应关系的间接指标作为被控量; ③间接指标必须有足够的灵敏度; ④被控变量的选择还应考虑工艺过程的合理性及所用测量仪表的性能、价格等因素. (2) 操纵变量选择的原则 ①操纵变量应是控制通道放大系数K0较大者; ②应使扰动通道的时间常数越大越好，而控制通道的时间常数适当小一些。 ③控制通道纯滞后时间则越小越好，并尽量使扰动远离被控变量而靠近调节阀;④当广义过程的控制通道由几个一阶滞后环节组成时，要避免各个时间常数相等或相接近的情况; ⑤工艺上的合理性和方便性。 二、被控变量的正确选择是关系到系统能否达到预期控制效果的重要因素，它选择的一般原则是： （1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态重要变量； （2）被控变量应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁加以控制的变量； （3）被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标； （4）被控变量应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量； （5）被控变量应是独立可控的； （6）应考虑工艺的合理性与经济性，以及国内外仪表生产的现状。 操纵变量的选择应遵循原则 （1）操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量； （2）操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小； （3）操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。 三、 被控变量选择的一般原则是： 1) 直接参数法 在尽可能的情况下，选择对产品的质量和产量、安全生产、经济运行等具有决定性作用，可直接测量的参数作为被控参数。 2) 间接参数法 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) 被控变量必须具有足够的灵敏度和变化数值。 4) 被控变量的选择必须考虑到工艺过程的合理性、经济性，以及国内外仪表生产的现状。 操纵变量的选择应遵循原则 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要适当大一些，时间常数To要适当小一些，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，即靠近执行器为好。 4) 过程本身 若存在多个时间常数，应尽量设法使他们越错开越好。