过程控制复习题

1、过程控制复习题一、填空题1过程控制系统由测量元件与变送器、控制器（调节器）、执行器（调节阀）和被控对象（过程）等环节组成。2. 按系统的结构特点，过程控制系统可分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈反馈控制系统(复合控制系统)3按给定信号的特点，过程控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统等。4.过程控制系统的性能可从稳定性、快速性、准确度三个方面来说明。评价控制性能好坏的质量指标，通常采用的两种质量指标：系统过渡过程的性能指标（时域控制性能指标）和偏差积分性能指标（积分性能指标），积分指标是采用偏差与时间的某种积分关系作为衡量系统质量的准则。5过渡过程的性能指标是用阶跃信号作用下

2、控制系统的输出响应曲线表示，它包括 余差（静态偏差）、衰减比n、最大偏差A与超调量、回复时间（过渡时间）t、峰值时间tp和振荡周期 T等。对于随动控制系统，常用超调量这个指标来衡量被控参数偏离给定值的程度。6.衰减比n是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。nl表示系统是不稳定的，振幅愈来愈大；n1表示为等幅振荡；n4表示系统为4：1的衰减振荡。7建立被控过程数学模型的方法有： 解析法（机理演绎法、机理分析法）、实验辩识法（系统辨识与参数估计法）和混合法8. 按结构形式不同，自动化仪表可分为基地式仪表、单元组合式仪表、组件组装式仪表，其中单元组合式仪表是将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干

3、单元，各单元之间采用统一信号进行联系。其中QDZ-型仪表采用的标准信号是20100kPa。9按能源形式不同，自动化仪表可分：液动仪表、气动仪表、电动仪表及混合仪表，其中气动仪表的特点是性能稳定、可靠性高、具有本质安全防爆性能、不受电磁干扰、结构简单、维护方便。10. 检测仪表是指检测元件（敏感元件或传感器）、变送器及显示装置的统称。11DDZ-型仪表采用的标准信号是1-5V或4-20mA，QDZ-型仪表采用的标准信号是 20100kPa。12. Cu50热电阻是指在0时铜电阻有阻值为50欧13热电偶测温的关键是要使冷端温度恒定。IEC对已经被国际公认的7种热电偶制定了国际标准，称为标准热电偶，

4、其中最常用的有 S 、 B 、 K 三种。14. DDZ-型差压变送器是以力矩平衡原理工作的，其的作用是将被测压力、流量等过程参数变换成420mADC输出信号，以便实现集中检测或自动控制。15热电阻Pt100是指 在0时铂电阻为100欧16. 变送器的发展趋势：微型化、数字化、智能化和虚拟化。17调节器的作用是将测量信号与给定值比较产生偏差信号，然后按一定的运算规律产生输出信号，推动执行器，实现对生产过程的自动控制。18. 执行器的作用是接受调节器的控制信号，改变操纵变量（控制变量），使生产过程按预定要求正常进行。执行器一般安装在生产现场直接与介质接触19执行器的执行机构是指根据调节器控制信号

5、产生推力或位移的装置；执行器的调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，通常指 调节阀 。20.执行器分为气动、电动和液动执行器，气动应用最广。21调节规律是指调节器的输出信号u(t）随输入信号e(t)变化的规律。调节规律有 开关控制、 PID控制、先进控制（如人工智能、自适应控制以及模型预测控制等），其中PID控制就是最常用的一种调节规律22.调节阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系23. 理想流量特性是在调节阀前后压差不变的情况下得到的流量特性。它取决于阀芯的形状。常见的理想流量特性有快开、直线、抛物线等。24. 阀门定位器利用负反馈原理来改善调

6、节阀的定位精度和提高灵敏度，从而使调节阀能按调节器来的控制信号实现准确定位。25电-气转换器的作用是将电动单元组合仪表的标准统一信号转换为气动单元组合仪表的统一标准信号。26.安全栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的一个限制能量的接口。27. 常用的工程整定方法有临界比例度法、衰减曲线法、反应曲线法、现场经验整定法、极限环自整定法等。28. 均匀控制系统是使控制量与被控量均匀缓性地在一定范围内变化的特殊控制系统。常用均匀控制系统有简单均匀控制系统、串级均匀控制系统、双冲量均匀控制系统等29. 比值控制系统的结构形式有开环比值控制系统、单闭环比值控制系统 、双闭环比值控制系统和变比值控制系统

7、 等。30. 前馈控制是按照干扰作用的大小进行控制补偿。前馈控制属于开环控制系统，被控参数没有反馈回来进行检验，前馈控制器的算法依赖于过程特性，随不同的干扰通道的特性，其算法形式或参数也不同。31. 现场总线的特点是 开放性、互操作性、智能化和环境适应性等。32.分布式控制系统（DCS）也称集散控制系统，其特点是集中管理、分散控制。二、名词解释单容过程是指只有一个贮蓄容量的过程。单容过程可分为有自平衡能力和无自平衡能力两类。自衡过程是指过程在扰动作用下，其平衡状态被破坏后不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。无自衡过程是指过程在扰动作用下，其平衡状态被破坏后没有操作人员或仪

8、表等干预，依靠其自身不能重新恢复平衡的过程。多容过程-被控过程往往是由多个容积和阻力构成。可分为有自平衡能力和无自平衡能力两类。绝对误差-指测量结果与被测量的真值之差。通常把检定中高一等级的计量标准所测得的量值作为真值。比例度（增益Kc的倒数） 通常用比例度来表示输出与偏差的成线性关系的比例控制器输入的范围，所以也称比例带二、简答题1.简述过程控制系统的特点？系统由过程检测控制仪表组成被控过程的多样性被控过程多属慢过程，而又多半属参量控制控制方案的多样性定值控制是过程控制的一种主要控制形式2. 什么是被控过程的数学模型？其有何作用？被控过程的数学模型是指过程在各输入量(包括控制量和扰动量)作用

9、下，其相应输出量(被控量)变化函数关系的数学表达式。简述数学模型的作用：1）设计过程控制系统和整定调节器参数2）指导生产工艺及其设备的设计与操作3）进行仿真试验研究4）培训运行操作人员3. 电气阀门定位器有哪些作用？答改善阀的静态特性；改善阀的动态特性；改变阀的流量特性；用于分程控制；用于阀门的反向动作4、前馈控制和反馈控制各有什么特点？为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质？答:前馈控制的特点是：根据干扰工作；及时;精度不高,实施困难；只对某个干扰有克服作用。反馈的特点作用依据是偏差；不及时；精度高，实施方便，对所有干扰都有克服作用。由于两种控制方式优缺点互补，所以前馈-反

10、馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质。5.简述过程控制系统设计的主要内容？控制方案的设计：方案设计是系统设计的核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。工程设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号联锁及保护系统设计等。工程安装和仪表调校：工程安装是控制系统的具体实施。系统安装前后，要对各个控制检测仪表进行调校和对整个控制回路进行联调，以保证系统的正常运行。调节器参数工程整定：调节器参数的整定保证系统运行在最佳状态，是过程控制系统设计的重要环节。6.过程控制系统设计的设计步骤熟悉系统的技术要求或性能指

11、标 系统的技术要求或性能指标是系统设计的依据，必须全面了解和掌握。注意技术要求要切合实际建立被控过程的数学模型 被控过程的数学模型是控制系统设计的基础。设计中要用恰当的数学模型来描述被控过程的特性。选择控制方案 根据任务书和技术指标要求，经过调查研究，考虑经济效益和技术实施的可行性，选择合理的控制方案建立系统方框图 系统静态、动态特性分析与综合 实验和仿真系统投运7.如何选择控制参数？控制通道参数选择：选择过程控制通道的放大系数Ko要适当大一些，时间常数To要适当小一些。纯时延0愈小愈好，在有纯时延0的情况下，0与To之比应小一些（小于1），若其比值过大，则不利于控制。扰动通道参数选择：选择过

12、程扰动通道的放大系数Kf应尽可能小。时间常数Tf要大。扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠近调节阀）。容量时延c愈大则有利于控制。 时间常数匹配：广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成，在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时间常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。 注意工艺操作的合理性、经济性8. 简述如何选择被控参数？选取被控参数的一般原则为： 选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。 当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控

13、参数。 被控参数必须具有足够大的灵敏度。 被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。三、分析与设计题1.为测定某液位对象的数学模型，在0时刻将液位对象的输入流量从20m3/h增加到30m3/h，此时液位的响应曲线如下图所示。试写出液位对象的传递函数G(s)=H(s)/Q(s)。液位对象的传递函数：G(s)=H(s)/Q(s)=(K/Ts+1)ets其中：K=(100-50)/(30-20)=5=30T=502.某化学反应器工艺规定操作温度为（800士10）oC。为确保生产安全，在控制过程中温度最高不得超过850oC。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所示。

14、 图1 化学反应器温度控制系统的过渡过程曲线（1）试求出演过渡过程的最大偏差、余差、衰减比。过渡时间（温度按进入 士2新稳态值即视为系统已稳定来确定）和振荡周期；（2）说明此温度控制系统是否满足工艺要求。根据过渡过程有关定义，在该温度控制系统的过渡过程中，有：最大偏差:A=845一800=45() 余差:C=805一800=5 () 衰减比:n=（845一805)/(815一805) =4:1 过渡时间:Ts=25 (min) 振荡周期:T=20-7=13 (min)由此可知，该温度控制系统可以满足工艺要求。3.如右图所示，加热炉对冷物料进行加热，生产工艺要求热物料温度必须恒定在某值附近。请画

15、出控制系统框图；指出被控过程、被控参数、控制参数；当系统遇到干扰（冷物料流量突然加大）时，该系统是如何实现自动控制的？附录资料：不需要的可以自行删除 竹材重点知识1竹材及非木质材料作为原料的应用特点与局限A非木质原料应用中具有的优点来源广泛，价格低廉；原料单一，对稳定产品质量有利，生产工艺易于控制；备料工段设备简单（竹材除外）；工业生产中动力消耗较木质原料少（加工、干燥等）。B不利因素原料收获季节性强。为保证常年生产，工厂需储备8-9个月的原料，而该类原料体积蓬松，占用地面与空间很大，造成储存场地之困难；原料收购局限性强。非木质原料质地松散，造成收集与运输上的不便，为降低成本，收集半径一般不超

16、过100公里；非木质原料储藏保管较难。非木质原料所含糖类、淀粉及其它易分解的物质较木质材料高，易于虫蛀或产生霉变与腐烂（采取的措施：高密度打包储存，切段堆积储存，干燥后储存，喷洒药剂储存等，但增加了工序和成本）；非木质原料含杂杂物多（蔗渣含20%以上的蔗髓，棉杆含残花和泥沙，芦苇有苇髓和叶鞘，稻壳含米坯等），对产品质量有影响，生产前应分离，增加了工序与成本；其它尚未解决的问题：棉杆皮韧性大，缠绕设备造成堵塞、起火；原料易水解，湿法生产中造成的污染大；稻壳板硬度大，对刀具磨损十分严重等，目前尚无参考模式，有待进一步研究克服。2.分布概况： 竹子是森林资源之一。中国竹类资源分为四个区：黄河-长江竹

17、区、长江-南岭竹区、华南竹区、西南高山竹区。3地下茎：竹类植物在土中横向生长的茎部，有明显的分节，节上生根，节侧有芽，可萌发而为新的地下茎或发笋出土成竹，俗称竹鞭，亦名鞭茎。因竹种不同，地下茎有下列三种类型：单轴型、合轴型、复轴型。4.竹秆：竹秆是竹子的主题部分，分为秆柄、秆基和秆茎三部分。1）秆柄：竹秆的最下部分，与竹鞭或母竹的秆基相连，细小、短缩、不生根，俗称螺丝钉或龙眼鸡头，是竹子地上和地下系统连接输导的枢纽。2）秆基：竹秆的入土生根部分，由数节至10数节组成，节间短缩而粗大。秆基各节密集生根，称为竹根，形成竹株独立根系。秆基、秆柄和竹根合称为竹蔸。3）秆茎：竹秆的地上部分，端正通直，一

18、般形圆而中空有节，上部分枝着叶。每节有两环，下环为箨环，又叫鞘环，是竹箨脱落后留下的环痕；上环为秆环，是居间分生组织停止生长后留下的环痕。两环之间称为节内，两节之间称为节间。相邻两节间有一木质横隔，称为节隔，着生于节内。竹秆的节、节间形状和节间长度因竹种而有变化。5.竹子各部位之间的关系 竹连鞭，鞭生芽，芽孕笋，笋长竹，竹又养鞭，循环增殖，互为因果，鞭竹息息相关的统一有机整体。6竹林的采伐竹林采伐时必须做到“采育兼顾”，才能达到竹林永续利用、资源永不枯竭之目的。正确确定伐竹年龄、采伐强度、采伐季节、采伐方法四个技术环节是竹林采伐的关键所在。7.采伐竹龄：竹林为异龄林，一般只能采取龄级择伐方式，

19、根据竹类植物的生长发育规律，竹笋成竹后，秆形生长基本结束，体积不再有变化，但材质生长仍在进行，密度和力学强度仍在增长和变化，根据其变化情况可分为三个阶段，即材质增进期，材质稳定期和材质下降期。竹子的采伐年龄最好在竹材材质稳定期，遵循“存三（度）砍四（度）不留七（度）”的原则。8.伐竹季节：春栽夏劈秋冬伐。 一般竹林应该在冬季采伐，应在出笋当年的晚秋或冬季（小年春前）。花年竹林，应砍伐竹叶发黄、即将换叶的小年竹，而不应砍伐竹叶茂密正在孵笋的大年竹；丛生竹林，一般夏秋季节出笋，采伐季节选在晚秋或早春，使新竹能发枝展叶。 原因：a.该季节竹子处于休眠状态，竹液流动慢，同化作用较弱； b.可溶性物质变

20、成复杂的有机物储存，竹材力学性质好，不易虫蛀； c.冬季，林地中主要害虫处于越冬状态，不会对采伐后的竹林造成伤害； d.该季节新竹尚未发出，可避免采伐时造成损伤。9.竹材的储藏与保管具体要求：1）按照不同质量分类保管；2）按照规格大小，分别存放；3）先进先出，推陈出新；4）防虫防蛀，喷熏药物。10.竹材的缺陷及其发生规律：1）虫蛀和霉腐一般发生规律如下：a.竹黄较竹青严重；b.6-7年生竹材较轻，3-5年生以下较重；c.冬季采伐的较轻，秋季次之，春季采伐的较重；e.山地生长的较平地生长的轻；f.通风透光储藏遭受损害的较少，阴暗不透风的则多。11.竹壁：竹秆圆筒状的外壳。一般根部最厚，至上部递减

21、，自内向外分为竹青、竹肉和竹黄三个部分。 12.影响竹材密度的因素：竹种：与其地理分布有一定的关系，分布在气温较低、雨量较少的北部地区的竹材（如刚竹）密度较大，反之，则密度较小。竹龄：随着年龄的增长，密度不断的提高和变化（因竹材细胞壁和内容物是随竹龄的增加而逐渐充实和变化的），可根据其规律性作为确定竹材合理采伐年龄的理论依据之一。立地条件：气候温暖多湿，土壤深厚肥沃的条件下生长好，竹竿粗大，但组织疏松，维管束密度小，从而密度小，反之密度大。竹秆部位：同一竹种，自基部至稍部，密度逐渐增大，同一高度上，竹壁外侧高于内侧，有节部分大于无节部分。13竹材特性竹材与木材相比，具有强度高、韧性大，刚性好、

22、易加工等特点，使竹材具有多种多样的用途，但这些特性也在相当程度上限制了其优越性的发挥，竹材的基本特性如下：1）易加工，用途广泛：剖篾、编织、弯曲成型、易染色漂白、原竹利用等；2）直径小，壁薄中空，具有尖削度：强重比高，适于原竹利用，但不能像木材一样直接进行锯切、刨切和旋切，经过一定的措施可以获得高得率的旋切竹单板和纹理美观的刨切竹薄木；3）结构不均匀：给加工利用带来很多不利影响（如竹青、竹黄对胶粘剂的湿润、胶合性能几乎为零，而竹肉则有良好的胶合性能；4）各向异性明显：主要表现在纵向强度大，横向强度小，容易产生劈裂5）易虫蛀、腐朽和霉变：竹材比木材含有更多的营养物质造成；6）运输费用大，难以长期

23、保存：壁薄中空，体积大，车辆实际装载量小，不宜长距离运输；易虫蛀、腐朽和霉变，不宜长时间保存；砍伐季节性强，规模化生产与原竹供应之间矛盾较为突出。14. 竹材人造板的构成原则：以克服竹材本身固有的某些缺陷，使竹材人造板具有幅面大且不变形、不开裂等特点为出发点的，主要遵循以下两个原则：对称原则：对称中心平面两侧的对应层，竹种、厚度、层数、纤维方向、含水率、制造方法相互对应。奇数性原则：主要针对非定向结构的多层人造板15.竹材人造板的结构特性：1）结构的对称性：尽可能的克服各向异性2）强度的均齐性：材料在各个方向强度大小的差异，以均齐系数表达（竹纤维板、碎料板趋于1）。 3）材质的均匀性：能提高板

24、材外观质量，也可减少应力集中造成的破坏。(板材优于竹材，结构单元越小的板材均匀性越好).16.胶层厚度：不产生缺胶的情况下，越薄越好（2050微米）？1）薄胶层变形需要的应力比厚胶层大2）随着胶层厚度的增加，流动或蠕变的几率增大3）胶层越厚，由膨胀差而引起界面的内应力与热应力大4）坚硬的胶粘剂，胶合界面在弯曲应力的作用下，薄胶层断裂强度高5）胶层越厚，气泡或其他缺陷数量增加，早期破坏几率增加17. 竹材胶合板：是将竹材经过高温软化展平成竹片毛坯，再以科学的、比较简便的、连续化的加工方法和尽可能少改变竹材厚度和宽度的结合形式获得最大厚度和宽度的竹片，减少生产过程中的劳动消耗和胶粘剂用量，从而生产

25、出保持竹材特性的强度高、刚性好、耐磨损的工程结构用竹材人造板。竹材的高温软化-展平是该项工艺的主要特征。A原竹截断截断：先去斜头；由基至稍，分段截取；截弯存直，提高等级；留足余量。B竹片软化的目的：将半圆形的竹筒展平，则竹筒的外表面受压应力，内表面受拉应力，其应力大小为：=ES/2r减小E值是减小竹材展平时反向应力的有效手段，从而可以减少展平时竹材内表面的裂缝的宽度和深度。减小竹材弹性模量的方法和措施统称为竹材软化。C.软化方法 ：在目前的技术条件下，提高竹筒含水率和温度是提高竹材本身塑性、减小竹材弹性模量，从而达到减小展开过程中方向弯曲时拉伸应力的有效措施。D.刨削加工目的：1）去青去黄，改

26、善竹材表面性能，提高胶粘效果； 2）使竹片全长上具有同一厚度，以获得较高胶粘性能和较小的厚度偏差。E.竹片干燥: 实践证明，使用PF时，竹片的含水率应低于8%，而使用UF时，应小于12%，才能获得理想的胶合强度。预干燥：目的为了提高竹片的干燥效率，主要设备是高效螺旋燃烧炉竹片干燥窑，干燥周期较长，一般10-12小时，终含水率由35-50%降至12-15%。定型干燥：因竹片是由圆弧状经水煮、高温软化、展平而成平直状，但在自然状态中仍具有较大的弹性恢复力，故需采用加压的干燥和设备。F组坯：将面、背板竹片和涂过胶的芯板竹片组合成板坯的过程成为组坯。1）板坯厚度的确定：s=100s合/（100-）式中

27、：s为板坯厚度（各层竹片厚度之和，mm），s合为竹材胶合板厚度（mm），为板坯热压时的压缩率（%）。板坯的压缩率与热压时的温度、压力和竹材的产地、竹龄等多种因素有关。通常温度为140-145，单位压力为3.0-3.5Mpa时，板坯的压缩率为13.0%-16.0%。2）组坯操作注意事项：a. 面、背板竹片应预先区分好。b.组坯时芯板与面、背板竹片纤维方向应互相垂直。面板与背板竹片组坯时，竹青面朝外，竹黄面朝内；芯板竹片组坯时，为防止竹材胶合板由于结构不对称而产生变形，应将每张竹片的竹青、竹黄的朝向依次交替排列。c.竹片厚度较大，宽度较小（平均100毫米左右），涂胶量不大，因而其吸水膨胀值（绝对值

28、）不大，故芯板组坯时不必留有吸水膨胀后的间隙，只需将竹片涂胶后紧靠排列即可。d.组坯时面、背板及芯板竹片组成的板坯要做到“一边一角一头”平齐，可为锯边工序提供纵边和横边两个基准面。G热压胶合1)工艺过程：竹片涂胶以后组成板坯，经过加温加压使胶粘剂固化，胶合成竹材胶合板的过程称为热压胶合，这是一个十分复杂的物理和化学变化过程。可压力变化情况可分为三个阶段：A第一阶段：从放第一张板坯进入热压板至全部热压板闭和并达到要求的单位压力，称为自由加热期。B第二阶段：从热压板内的板坯达到要求的单位压力至降压开始，称为压力保持期；C第三阶段：从热压板的板坯降压开始到热压板全部张开，称为降压期。在降压期，因压力

29、降低，板坯中的水蒸气急剧向外溢散，同时呈过热状态的水也很快变为水蒸气，因此产生板坯内外压力不平衡的现象，降压越快，压力不平衡就越大，严重的可使胶层剥离，即“鼓泡”，层数越多，鼓泡现象越多。所以降压时务必缓慢进行，应在板坯内外的压力基本保持平衡的状态下进行，为防止“鼓泡”现象的发生，通常要求实行三段降压，即:由工作压力降至“平衡压力”（即与板坯内部蒸汽压力保持平衡的外部压力，PF胶一般为0.3-0.4Mpa，这一阶段的降压速度可以快一点，一般3层板掌握在10-15s内完成）；由“平衡压力”降至零，该阶段易发生鼓泡或“脱胶”，降压速度要缓慢，要求降压速度与水蒸气从板坯中排除的速度相适应，一般3层板

30、约在30-50s内完成，多层板应适当延长；由零到热压板完全张开，该段可打开阀门，以最大速度卸载，使热压板张开。应注意的是压机最下面一个工作间隔中的板坯，在表显示为零的时候，实际上还承受着所有热压板自重的压力，因此压板张开要适当放慢速度，以防“鼓泡”。2）影响胶合质量的因素：A.压力的影响：压力过大，重者压溃被胶合的材料，破坏其自身的结构，轻者加大了热压时的压缩百分率，增大了材料的消耗，降低了竹材的利用率。适宜的单位压力是保证胶合质量和材料利用率的重要因素。目前生产中使用的单位压力是3.0-3.5Mpa，板坯的压缩率为13-16%，随着竹片加工精度的提高，热压时的单位压力可随之下降。B.温度的影响：温度是促使胶粘剂固化的重要条件。热压胶合时，温度高可适当缩短胶合时间，但同时胶合板内的温差较大，内应力也较大，板子容易变形，另一方面同一压力条件下，温度越高，板坯的压缩率越大，则竹材的利用率越低，因此不能为了缩短热压时间，采用过高的热压温度，通常竹材胶合板生产中，PF的热压温度以135-140为宜，UF的热压温度以115-120为宜，压制厚胶合板时，温度应适当降低，单位压力适当增加。C.时间的影响：板坯在热压胶合过程中，所有胶层全部固化所需要的时间称为热压时间，其在工艺中的具体表现是热