过程控制思考题填空简答

1、1、列举4种以上热工参数答：温度、压力、流量、液位、成分、物性2、单回路控制系统方框图（构成）m3、工业生产对过程控制的要求（简答）答：安全性:确保生产过程中人身与设备安全,保护或减少生产过程对环境的影响。稳定性:具有抑制外部干扰、保持生产过程长期稳定运行的能力。经济性：实现效益最大化或成本最小化。4、过程控制系统的组成（广义和常规定义）答：广义对象:检测元件、变送器、执行器和被控对象5.控变量/受控变量/过程变量(Controlled Variable - CV Process Variable - PV)、设定值/给定值(Setpoint - SP, Setpoint Value - SV

2、、 操纵变量/操作变 (ManipulatedVariable, MV) 扰动/扰动变量 (DisturbanceVariable，DV)测量/测量信号 (Measurement )控制/控制信号/控制变量(Control Variable )6、干扰和扰动的概念答：干扰(扰动)：除操纵变量以外，作用于对象并能引起被控 变量变化的因素，称为干扰或扰动。7、过程控制系统按结构如何分类(画出结构图)答：反馈控制系统前馈控制系统前馈-反馈控制系统7、按设定值如何分类答：定值控制系统：设定值固定不变或在规定的小范围内变化随动控制系统：设定值随时间任意变化程序控制系统：设定值按预定的时间程序变化，也称为

3、顺序控制系统8、过程控制单项性能指标有哪些？分别表征什么特性（会算）答：最大偏差和超调量（准确性指标）、衰减比（稳定性指标）、余差（准确性指标）、过 渡时间（快速性指标）、振荡周期或频率（快速性指标）哀犍比表示提薪过拜的衰整用度，它等于牯拉至量产生周最大偏差是指在过渡过程中被控姆制螭定值的最大班脚:找黑叨后相断个用吐比，也是控制希里的动您指标.街鼠版的）1驻度的另用布柝是袁展率.它是指暂 过一个周期以后，役功幅度柢鼻的百分独,HP值.它是控制系统的励志指标，在衰减振掰i!程中，最大偏差 就是第一中跟的专鱼它表示被差变量琳向偏离的定超的最大 累明如图中的A.租调就更第-T耽7也对瞬值之差，即图中

4、的火应晶密余差也称静看或稳态谈星，是指当过漉过程结束后.被控变量 新的稳态值勺给定值之向的偏爰，它是控制系跣的静态指标，在 图中磔C.甚示.余差为零的过看控制系统称为此，门。票.奈差不为零的过 程控制系统称为白4调节素笫过渡时向谪节时间）（快速性指标）过渡时间是指队干扰发生时剌起到系统建比新的平衡状态止所 经历的时间，却从扰动开始到被啕鼠进入新稳态值的小鹏t或 2%）范围内所话时间.过渡过程的振雁周期或频率也可以作为磨量控制.塞统快速 性的一个指标.过渡过程中同向两个破峰之间的时间间隔叫振荡周期1其倒 戢称为振德频率. 一般希望振蔑周期短一些为好口这些性能指标在不问的控制系统中各有侧重，在实际

5、应科 种应该根据情况进行选择，设计.为了紧证控制底置有一定的盘定柳如在过程控洌中-殷要双衰液比母k i到w” ,这相当于衰觥率为邛%到例%.卷9、数学模型要素答：输出量和输入量10、有自衡过程和无自衡过程（含传递函数）答：当原来处于平衡状态的过程出现干扰时，其输出量在无人或无控制装置的干预下，能 够自动恢复到原来或新的平衡状态，则称该过程具有自衡特性，否则，该过程则被认为无自 衡特性。11、被控过程数学模型的建立方法12、过程一阶环节、二阶环节的传递函数Y(s)U(s)boa S2 + a s + a答：机理法、实验法、混合法（机理法与实验法相结合）。答：一阶：G（s）=曰=二阶：G（s） U

6、（s） Ts + 113、阶跃响应曲线法的测试对象与注意事项 答：对象：处于开环、稳态的被控对象注意：1、测试前，被控过程应处于相对稳定的工作状态2、输入的阶跃变化量不能过大，一般取正常输入信号最大幅值的5%15%之 间，一般取10%。3、完成一次实验测试后，应使被控过程恢复原来工况并稳定一段时间，再做 第二次实验测试4、在相同条件下应重复多次实验5、分别作阶跃输入信号为正、反方向变化的实验对比，以反映非线性因素对 过程的影响14、一阶惯性环节的K、T、tao的实验确定法答：先由阶跃响应曲线定出y无穷，根据K = 也 确定K的值。再在阶跃响应曲线的 x起点t=0处做切线，该切线与y无穷的交点所

7、对应的时间即为T。16、过程干扰通道中Kf, Tf,和Tf对系统的影响答：1、干扰通道静态放大系数Kf越大，则系统的稳态误差越大，这表示在相同的阶跃 扰动作用下，将使被控参数偏离给定值越大，显著的降低了控制质量；若Kf很 小,这时即使扰动量较大,其影响也较小。2、干扰通道时间常数Tf越大，个数越多，干扰对被控参数的影响就越小，系统的控 制质量就越高。3、干扰通道中存在纯滞后t f,则干扰对被控参数的影响推迟了时间t f,因而控制 作用也推迟了时间Tf,使整个过渡过程曲线推迟的时间为Tf。16+、过程控制通道中K、T、tao对系统的影响。在相同衰减K0越大，则表明控制参数对被控参数的影响越大，克

8、服干扰影响更 为有效。比情况下，K0K常数，当K0越大时，Kp则越小，而Kp小则比例度8 大。在调节器参数整定时，8大比较容易调整，反之则不易调整。控制通道时间常数T0的大小反映了控制作用的强弱，反映了调节器的校正作用 克服扰动对被控参数影响的快慢。控制通道的纯滞后会使系统的动态偏差增大,超调量增加,最终导致控制质量下 降。17、说明图中过程控制仪表类型和作用（方框图）答：1、液位控制、液位指示,2、温度控制3、压力控制18、控制通道Ko对控制质量的影响答：从控制的有效性及调节器参数易调整性来考虑，希望控制通道放大倍数K0越大越好。但是，如果K0过大，会引起控制通道过于灵敏，使控制系统不稳定。

9、19、控制通道T对控制质量的影响答：T越大，系统的控制质量越差，太小则稳定性下降，系统质量也变差。大小应该适中。20、控制通道滞后有哪些？有什么影响？答：纯滞后T0和容量滞后TC。1、控制通道的纯滞后会使系统的动态偏差增大，超调量增加，最终导致控制质量下降。2、控制通道的容量滞后TC同样会造成控制作用不及时，使控制质量下降。若引入微 分作用，可克服TC对控制质量的影响。21、控制通道时间常数匹配的原则答：时间常数相差越大，临界稳定增益越大，系统开环增益就允许增大得越多，因而对系 统的控制质量就越有利。所以，选择控制参数时，应将时间常数尽量错开。22、放大倍数Km的影响答：Km与变送器的量程有关

10、，量程小则Km。作为广义对象的一部分，Km本身不影响 控制系统的性能指标。然而当变送器精度等级一定时，量程小，有利于减小显示误 差。23、时间常数Tm的影响，补偿方法答：若Tm较大，则会使被控参数的测量值与实际值之间产生较大的动态误差，从而对系 统的控制质量产生不利的影响。补偿：测量通道时间常数选控制通道的0.1倍，也可 在变送器的输出端串联一微分环节。24、滞后时间t m的影响答：会使系统的动态偏差增大，超调量增加，最终导致控制质量下降。25、Tm的产生的原因，补偿方法答：产生原因：1、检测仪表本身不能连续输出。2、安装位置不合适补偿方法：加一个环节，使其的传递函数为Gb(s) = G (s

11、)(1 e - ms)26、按使用的能源形式分类B m答：气动、电动、液动27、执行器构成答：执行机构、调节机构28、调节机构的结构答：主要构成：阀体、阀座、阀心、和阀杆或转轴29、气开、气关阀的选择依据答：首先要从生产安全出发。 从保证产品质量出发。 从降低原料、成品、动力损耗来考虑。 从介质的特点考虑。30、调节阀流量特性有几种，分别是哪几种？答：1、直线特性2、等百分百特性3、快开特性4、抛物线特性31、阀门定位器在什么情况下用？分类答：当调节阀上的压降过大，因填料压得过紧使阀杆存在较大的摩擦力以及流体黏度较大 时，都能产生附加的力来阻碍阀芯的运动，这时调节阀的开度将与调节器的要求不符，

12、 这时就可以在调节阀上附设阀门定位器。分类：电气阀门定位器、气动阀门定位器、智能阀门定位器32、 什么是比例度？有什么意义？答：比例度一调节器输入的相对变化量与输出的相对变化量之比的百分数。其表达式为e /(xmaxU /(umax - umin)x 100%物理意义：3代表使调节阀开度改变100%即从全关到全开时所需要的被控参数的变 化范围。只有当被控参数处在这个范围以内，调节阀的开度变化才与偏差成比例。超出这个范围，调节阀处于全开或全关状态，此时，调节器就失去了控制作用。33、PI调节器引入I，则比例度可以？为什么，适用场合。答：比例度要适当加大，为了保持控制系统原来的衰减率。PI调节器适

13、用于对象纯滞后 不大，时间常数也不大，而又不允许被控参数有静差的场合。34、PD调节器引入D，则比例度可以？为什么，适用场合答：比例度要适当的降低，为了提高系统的稳定性。只能应用于被控参数变化非常平稳的 过程35、静态放大系数正负号的规定答：调节器放大系数Kp的正负号 正作用方式：yuKp为“-”； 反作用方式:yt- u；, Kp为“+”。 调节阀放大系数的正负号 气开式调节阀Kv为“ + ” ； 气关式调节阀Kv为“-”。 被控过程放大系数的正负号正作用ut-y t ,被控过程的静态放大系数Ko为“ + ”；反作用ut-y ；,被控过程的Ko为“-”。 变送器的放大系数Km为正号36、确定

14、调节器正、反作用的顺序/方法答：根据生产工艺安全等原则确定调节阀的气开、气关形式； 按被控过程特性，确定其正、反作用；根据组成系统的开环传递函数各环节的静态放大系数极性相乘必须为正的原则，确定 调节器的正、反作用方式。37、参数整定的方法有哪些？涵盖哪些内容？整定什么内容？答：理论计算整定法、工程整定法、最优积分准则整定的任务：根据被控过程的特性，确定PID调节器的比例度、积分时间以及微分 时间的大小。38、工程整定方法有哪些？答：临界比例度法、衰减曲线法、反映曲线法、现场试验整定法39、哪些情况容易引起振荡？有什么区别？答：6过小、Ti过小、Td过大都会引起振荡。Ti过小引起的振荡周期较长；

15、6过小引 起的振荡周期较短；Td过大引起的振荡周期最短。40、在带夹套的化学反应釜中，三个热容积分别是什么？影响反应温度的干扰有哪些？应 该采用哪种控制方案？答：热容积：夹套中的冷却水、釜壁、釜内物料干扰：1、进料方面有进料流量、温度和化学变化2、冷却水方面有水的入口温度和阀前压力41、串级控制的思想是什么呢，与单回路控制系统有什么明显特征区别？答：基本思想：将两个调节器串联在一起工作，各自完成不同任务的系统结构区别：在结构上增加了一个变送器和一个调节器，形成了两个闭合回路，一个内环一 个外环（补全）42、串级控制中内环、外环的分工或作用。答：内环，在控制过程中起着“粗调”的作用；外环，用来完

16、成“细调”的任务43、串级控制系统副环的引入，对系统有何影响？答：1. 改善对象的动态特性,提高系统的工作频率具有较强的抗干扰能力，能迅速克服二次干扰对负荷变化具有一定的自适应能力44、串级控制适用的场合有哪些？答：1.容量滞后较大的被控对象.干扰变化频繁且幅度大的过程.纯滞后时间比较长的被控对象.当被控参数的给定值需要根据工艺情况经常改变时.被控对象有非线性，而负荷变化又较大时45、串级控制参数如何选择？答：选择可控性良好的参数作为控制参数。 所选择的控制参数必须使控制通道有足够大的放大系数，并应保证大于主要扰动 通道的放大系数，以对主要扰动进行有效控制并提高控制质量。所选择的控制参数必须使

17、控制通道有较高的灵敏度，即时间常数适当小一些。选择控制参数应同时考虑经济性与工艺上的合理性。46、串级控制主副回路控制器的正、反作用选择方法答：1、副调节器的正、反作用根据副环的具体情况决定，与主环无关。2、由于副环是一个随动系统，因此可以看做是一个放大倍数是“+”的环节。3、主变送器放大倍数符号一般情况下都为“+”，因此，主调节器的正反作用实际上 只取决于主对象的放大倍数的符号。47、串级控制参数整定方法有哪些？答：1、逐步逼近法2、两步整定法3、一步整定法48、比值控制系统的类型答：1、开环比值控制系统2、单闭环比值控制系统3、双闭环比值控制系统4、变比值控 制系统5、串级和比值控制组合系

18、统6、具有逻辑关系的比值控制系统49、双闭环比值控制系统有什么特点？适用于那些场合？答：特点：（1）不仅实现了比较精确的流量比值，而且也确保了两物料总量基本不变。（2）提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量调节器的给定值，就可以提 降主流量，同时副流量也就自动跟踪提降，并保持两者比值不变。这种方案常适用于主流量干扰频繁及工艺上不允许负荷有较大波动或工艺上经常需 要提降负荷的场合。50、变比值控制系统与串级和比值组合控制系统有什么不同？答：可以自行修正比值系数，它实质上是一个以某种质量指标X为主参数，两物料比值 为副参数的串级控制系统，所以也称串级比值控制系统。（补全）51、在什么情况下需要用到

19、具有逻辑关系的比值控制系统？答：在生产过程中，有时工艺上不但要求物料量成一定的比例，而且要求在负荷变化时，它们的提、降量有一定的先后次序。52、比值控制系统中主副流量如何确定？答：（1）在生产中起主导作用的物料流量，一般选为主流量，其余的物料流量以它为准，跟随其变化而变化，则为副流量。（2）在生产过程中不可控的物料流量，一般选为主流量，而可控物料流量作为副流量。 （3）在可能的情况下，选择流量较小的物料作为副流量，这样调节阀可以选得小一些， 控制较灵活。（4）在生产中较昂贵的物料流量可选为主流量，或者工艺上不允许控制的物料流量作 为主流量，这样可以不造成浪费或者可以提高产量。（5）当生产工艺有

20、特殊要求时，主、副物料流量的确定应服从工艺要求。K，非K 2rF)2F2 m ax7非线性53、比值系数的计算式。答：线性Ik，kK = K x -1F54、比值控制系统中的非线性补偿方法答：可以选用不同流量特性的调节阀来补偿，但根本解决方法是在差压变送器的输出端加 上开方器，使最终输出信号与流量之间成线性关系。55、比值控制系统中的动态补偿器特性答：具有超前特性56、比值控制系统的实现答：1、相乘方案2、相除方案57、前馈、反馈控制系统的优缺点答：前馈控制优点：是按照干扰作用的大小进行控制的，如控制作用恰到好处，一般比反 馈控制要及时。缺点：不能用一个控制回路克服多个干扰反馈控制优点：可以用

21、一个控制回路克服多个干扰缺点：控制不及时58、前馈控制系统的特点答：（1）前馈控制是按照干扰作用的大小进行控制的，如控制作用恰到好处，一般比反馈 控制要及时。（2）前馈控制是一种开环控制，控制效果得不到检验。（3）前馈控制使用的是视过程特性而定的“专用”调节器。（4）前馈控制只能抑制可测而不可控的扰动对被调参数的影响（5）一种前馈控制作用只能克服一种干扰59、常见的前馈控制系统结构有哪些答：1、静态前馈控制系统2、动态前馈控制系统3、前馈-反馈控制系统4、前馈-串级控 制系统60、前馈调节器的实现方案答：1、Kf型前馈调节器2、61、前馈控制系统的选用原则型前馈调节器3、T T s + 1 T

22、PK 1 e - Tff T2s + 1型前馈调节器答：1、当系统中存在变化频繁、幅值大、可测而不可控且对被控参数影响显著的干扰时，采用前馈可大大提高控制品质。2、当对象控制通道滞后大，时间常数比干扰通道大时，反馈控制不及时，控制质量 差，可选用前馈控制。3、当主要干扰无法采用串级控制进行克服时，选用前馈控制能获得很好的控制效果。4、为实现变量间的某种特殊关系，将干扰代入数学模型求解控制变量，从而消除干 扰对被控变量的影响。5、经济性原则。由于动态前馈的设备投资高于静态前馈，所以，若静态前馈能达到工艺要求时，即选用静态前馈。注意：前馈-反馈与串级控制的区别共同点：测取对象的两个信息，采用两个控制装置，在结构形式上具有一定的共性。不同点：1、串级：由内、外两个反馈回路组成。前馈-反馈：一个反馈回路和一个开环补偿回路叠加而成2、串级：副参数是反映主参数的中间变量，控制作用对它产生明显的调节效果。 前馈-反馈：前馈输入量是对主参数有显著影响的干扰量，是完全不受控制作用 的独立变量。3、前馈调节器与串级中的副调节器担负着不同的功能(要具体些)62、控制参数选择的一般原则所选的控制参数必须是可控的。控制通道的放大倍数K0要适当大一些；时间常数T0要适当小，但不宜过小；纯滞后t0 越小越好，在有纯滞后T0