过程控制考试复习资料

过程控制工程复习资料一、填空题1、 过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程或被控对象、测量变送器等环节组成。2、 调节阀按能源不同分为三类：气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀。3、 自动控制系统按工作原理可分为三类:反馈控制系统、前馈控制系统、前馈反馈控制系统。按给定值特点分类可分为三类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。4、 过程控制系统方案设计的基本要求是：安全、稳定、经济。5、 过程数学模型的求取方法有三种，分别是：机理法建模、系统辨别法建模、混合法（机理分析+系统辨别）建模。6、 理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。7、 定比值控制系统包括：开环比值控制系统、单闭环比值控制系统和双闭环比值控制系统。8、 控制器参数整定法有:经验法、临界比例度法、衰减振荡法、响应曲线法。()=9、 根据实践经验的总结发现，除少数无自平衡的对象以外，大多数对象均可用一阶、二阶、一阶加纯滞后、二阶加纯滞后这四种典型的动态特性来加以近似描述。为进一步简化，也可以将所有的对象的动态特性都简化为一阶加纯滞后的形式，用传递函数可以表示为：（()=）。其中K表示对象的静态放大系数，T表示对象的时间常数,表示纯滞后时间。10、 调节器的比例度6越大，则放大倍数Kc越小，比例调节作用就越弱，过渡过程曲线就越平稳，但余差也越大。积分时间耳越小，则积分速度越大，积分特性曲线的斜率越大,积分作用越强，消除余差越快，微分时间Td越大，微分作用越强。11、 定值控制系统是按测量与给定偏差大小进行调节的，而前馈调节是按扰动量大小进行调节的；前者是闭环调节，后者是开环调节。采用前馈反馈调节的优点是利用前馈调节的及时性和反馈调节的静态准确性。12、 防止几分饱和有哪三种方法：限幅法、外反馈法、积分切除法。13、 测量变送器的要求:准确、快速、可靠。14、 在串级控制系统中，调节器参数的整定方法有：逐次逼近法、两步整定法、一步整定法。二、选择题1、 下列控制系统中，哪些是开环控制（C）,哪些是闭环控制（ABD）A、定值控制 B、随动控制 C、前馈控制 D、程序控制2、 对某PI控制系统，为了防止积分饱和，采取下列措施，问哪一条是不起作用的D）C、采用高低阻幅器 B、采用调节器外部积分反馈法C、采用PI-P调节器 D、采用PI-D调节器3、 如果甲乙两个广义调节对象的动态特性完全相同（如均为二阶对象），甲采用PI作用调节器，乙采用P作用调节器。当比例带的数值完全相同时，甲乙两系统的振荡程度相比（A）A、 甲系统振荡程度比乙系统剧烈B、 乙系统振荡程度比甲系统剧烈C、 甲乙两系统的振荡程度相同4、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Tc和纯滞后T0B克服调节对象的滞后T0

C、克服调节对象的惯性滞后（时间常数T）,容量滞后TC5、 分程调节系统常要加装（C）来达到分程的目的。A、调节器 B、变送器 C、阀门定位器6、 在选择性调节系统中防积分饱合一般采用（B）方法。A、限幅法B、外反馈法 C、积分切除法7、 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8、 成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（C）。A、PI B、PD C、PID9、 流量、压力调节系统的调节规律，通常选用（A）。A、PI B、PD C、PID10、 液位调节系统的调节规律，通常选用（D）。A、PI B、PD C、PID D、P11、 要消除系统的稳态误差，调节系统的调节规律，通常选用（A）。A、PI B、PD C、P12、 通常可以用时间常数T和放大系数K来表示一阶对象的特性。现有甲乙两个液体贮罐对象，其甲的截面积大于乙的截面积，假定流入和流出侧的阀门、管道尺寸及配管均相同，那么时间常数T（A）。A、甲大于乙 B、乙大于甲 C、甲乙相等13、 通常可以用时间常数T和放大系数K来表示一阶对象的特性。现有甲乙两个液体贮罐对象，其甲的截面积大于乙的截面积，假定流入和流出侧的阀门、管道尺寸及配管均相同,放大系数K（B）。A、甲大于乙 B、乙大于甲 C、甲乙相等14、 请判定图所示温度调节系统中，调节阀和调节器的作用型式。（1） 、当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时；（A）气关调节阀，正作用调节器气开调节阀，反作用调节器气开调节阀，正作用调节气关调节阀，反作用调节器（2） 、当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时；（B）15、 串级控制系统投远应采取先把副回路控制器投入自动保证___切换原则。（C）A、主 B、副 C、无扰动D、手动16、 为了避免设定值变化引起微分突跳，提出了微分先行的概念，所谓微分先行是指控制器的微分部分移到 通道中。（B）A、前馈 B、反馈 C、开环D、闭环17、 分程控制是指用一台控制器输出去操纵几只阀门，并且是按输出信号的（B）A、相同区间去操纵不同的阀门 B、不同区间去操纵不同的阀门C、相同区间去操纵相同的阀门 D、不同区间去操纵相同的阀门三、简答题1、何谓控制系统的投运与整定，有哪几种常见的工程整定方法？答：所谓控制系统的投运就是将系统从手动工作状态切换到自动工作状态。所谓控制系统的整定，就是对与一个已经设计好并安装就绪的控制系统，通过控制器参数(&,Ti,Td)的调整，使得系统过渡过程达到最为满意的质量。常见的工程整定方法有：经验法、临界比例度法、衰减振荡法、响应曲线法(。熟悉各种整定方法步骤)。附：经验法整定步骤：按照先比例、后积分、再微分的顺序整定。、Ti=^,Td=O,由大到小调节，使过渡过程达到4:1,且静差较小，若能满足要求，则用比例控制即可。若静差不能满足要求，则需加积分环节：比例度&增加10-20%，由大到小调节Ti,在保持动态特性的基础上，减小或消除误差。若动态特性不能满足要求：由小到大调节Td,同时适当调节&和Tie临界比例度法整定控制参数的步骤：在系统闭环的情况下，将控制器积分时间放到最大，微分时间最小，比例度适当；使得比例度由大到小逐渐改变，每改变一次，施加干扰，观察被控变量的变化情况，直到出现等幅振荡，此时的比例度为临界比例度，临界振荡的周期为临界周期；根据经验公式查表，得到适当的PID参数；把查表所得参数放入控制器，适当微调，直到过渡过程满意为止。2、 什么是生产过程的硬保护软保护措施，与硬保护措施相比，软保护措施有什么优点？答：硬保护措施：参数达到第一极限时报警，设法排除故障，若没有及时排除故障，参数就会达到更严重的第二极限，经联锁装置动作，自动停车。软保护措施：当生产短期内处于不正常情况时，无须像硬保护措施那样硬性使设备停车，而是通过一个特定设计的自动选择性控制系统，以适当改变控制方式来达到自动保护生产的目的，这样可以减少由于停车而带来的巨大经济损失。3、 什么是前馈控制系统？它有什么特点？答：按扰动变化大小进行控制的系统称为前馈控制系统。主要特点有：、前馈控制系统是基于不变性原理工作的，比反馈控制及时、有效；、前馈控制属于开环控制系统；、前馈控制使用的是有对象特性确定的“专用”控制器；、一种前馈只能克服主要的、可测不可控的扰动。4、 串级控制系统在选择实施方案时，应考虑哪些问题？答：(1)所选用的仪表信号必须匹配；所选用的副控制器必须具有外给定的输入接口；在选择实施方案，应考虑是否增加一只切换开关，作“串级”与“主控”的切换之用(4)实施方案应力求实用，少花钱多办事；(5)实施方案应便于操作。5、 串级控制系统设计原则是什么？答：(1)在单回路控制下不能满足要求的情况下，可以考虑采用串级控制；（2）具有能够检测的副变量，且主要干扰应该包括在副回路中；（3）副对象的滞后不能太大，以保持副回路的快速响应性能；（4）将对象中具有显著非线性或时变特性的部分归于副对象中；（5）考虑主、副对象时间常数的匹配，防止“共振”发生；（5）考虑方案的经济性和工艺的合理性。6、串级控制系统有哪些特点？主要使用在哪些场合？答：（1）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；（2）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，改善动态特性；（3）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；（4）系统对负荷改变时有一定的自适应能力。主要用于：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、均匀控制系统的目的和特点是什么?答：均匀控制系统的目的是为了解决前后工序的供求矛盾，使两个变量之间能够相互兼顾和协调。主要特点：（1）结构上无特殊性；（2）表征前后供求矛盾的两个变量都应该是变化的，且变化是缓慢的；（3）前后相互联系又相互矛盾的两个变量应保持在允许的范围内。8、简述均匀控制系统的控制方案。答：以液位与流量的均匀控制为例，其控制方案有简单均匀控制与串级均匀控制两种。从结构上来讲，简单均匀控制与一般的液位控制系统一样，串级均匀控制与一般的液位-流量串级控制系统一样。其区别在于均匀控制与一般的控制系统目的不一样。之所以能够使两个变量间的关系得到协调，是通过控制器参数整定来实现的。均匀控制系统中的控制器一般都采用纯比例作用，且比例度很大，必要时才引入少量的积分作用。9、什么是分程控制系统？主要应用在什么场合？答：分程控制系统就是一个控制器的输出信号被送往两个或者两个以上的控制阀，每个控制阀都只在控制器的某段信号范围内工作。主要应用场合有：（1）用于扩大控制阀的可调范围，改善控制品质；（2）用于控制两种或两种以上不同的介质流量，以满足工艺生产要求；（3）用作生产安全的防护措施。10、什么是控制器的“积分饱和”现象？产生积分饱和的条件是什么？答：积分饱和现象是指积分作用的控制器当偏差总不为零时，控制器的输出就要一直增加到最大或者降低到最小。产生这种现象的条件有三个：（1）控制器具有积分作用；（2）控制器处于开环工作状态，其输出没有被送往执行器；（3）控制器的输入偏差信号长期存在。在选择性控制系统中，没有被选择器选中的控制器就有可能产生积分饱和现象。11、什么叫比值控制系统？具体类型有哪些？答：实现两个或者两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统，通常为流量比值控制系统，用来保持两种物料的流量保持一定的比值关系。类型有：定比值控制系统（开环比值、单闭环比值和双闭环比值、）变比值控制系统。12、怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律？（理解与运用）答：串级控制系统的目的是为了高精度的稳定主变量，对主变量要求较高，一般不允许有余差，所以主控制器一般选择比例积分控制规律，当对象滞后较大时，也可以引入适当的微分作用。对副变量的要求不严，在控制过程中，副变量是不断跟随主控制器的输出变化而变化的，所以副控制器一般采用比例控制规律就行了，必要时引入适当的积分作用，而微分作用一般是不需要的。13、被控对象、调节阀、调节器的正、反作用方向各是怎样规定的？（理解和运用）答：被控对象：当操纵变量增加时，被控变量也增加的对象属于正作用；反之，属于反作用。调节阀：气开阀为正作用，气关阀为反作用。如果将调节阀的输入偏差信号定义为测量值减去给定值，那么当偏差增加时，其输出也增加的调节器为正作用；反之，调节器的输出信号随偏差的增加而减小的称为反作用。14、简述比值控制系统中主动量与从动量的选择原（则理。解与运用）答：（1）生产中主要物料为主动量，其他物料为从动量；（2）如果两种物料中，一种是可控的，另一种是不可控的，则应选不可控的为主动量，可控的为从动量；（3）如果两种物料中一种供应不成问题，而另一种物料可能供应不足，此时可选用不足的物料为主动量；（4）关系到生产安全时，此时需把失控后减量易发生安全事故的物料定为主动量。15、简述气开阀与气关阀的选择原（则运。用）答：（1）从安全生产出发，信号中断时应保证设备和操作人员的安全；（2）考虑介质特性；（3）考虑减少经济损失。16、简述回路判别法确定控制器正反作用的步（骤运。用）答：（1）根据控制变量和操作变量判断被控对象增益特性；（2）根据控制阀开闭形式选择原则确定控制阀增益特性；（3）变送器增益特性一般为正；（4）确定控制器增益特性，从而确定其正反作用。17、什么是比例、积分、微分、调节规律？在自动控制中起什么作用？（运用）答：比例调节依据“偏差的大小”来动作，它的输出与输入偏差的大小成比例。比例调节及时、有力、但有余差。它用比例度0来表示作用的强弱，6越小，调节作用越大，比例作用太强时，会引起振荡。积分调节依据“偏差是否存在”来动作，它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差消失时，积分作用才会停下来，其作用是消除余差。但积分作用使最大动偏差增大，延长了调节时间。它用积分时间T来表示其作用的强弱，T越小，积分作用越强，但积分作

用太强时，也会引起振荡。微分调节依据“偏差变化速度”来动作。它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其效果是阻止被控变量的一切变化，有超前调节的作用，对滞后大的对象有很好的效果。它使调节过程偏差减小，时间缩短，余差也减小（但不能消除）它用微分时间Td来表示其作用的强弱，Td越大，作用越强，但Td太大，也会引起振荡。18、在什么场合下选用比例、比例积分、比例积分微分调节器？（运用）答：比例调节适应于负荷变化小，纯滞后不太大而工艺要求不高、又允许有余差的调节系统。比例积分调节适用于对象调节通道时间常数较小，系统负荷变化较大（需要消除干扰引起的的余差）、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。比例积分微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。四、分析题1、如图所示，为某精馏塔的塔顶控制方案，试分析回答下列问题：（1） 、该方案属于什么控制系统，其控制目的是什么；（2）、画出系统方块图；（3） 、为保证精馏塔的正常操作，回流液不允许中断，试确定调节阀的气开、气关型式；（4） 、确定调节器TC和FC的正反作用。答：（1）、属于前馈串级控制系统。其目的是为了保持塔顶温度恒定，以使塔顶馏出液的成分符合质量要求。（2） 、方块图如下图所示0（4）、TC为正作用、FC为正作用。谨料流T黒斥FiC0（4）、TC为正作用、FC为正作用。谨料流T黒斥FiCH 粧■羽单■9 TC2、如图所示压缩机分程控制系统中，正常工况时，通过调节器/1的开度控制吸入罐的压力，为防止离心式压缩机的喘振，阀V1有最小开度V1min，当V1达到最小开度时如果吸入罐的压力仍不能恢复，则打开旁路控制阀V2,试确定压力调节器的正反作用方式，画出调节器输出与阀开度的关系曲线。答：（1）控制器均为正作用（2）选择器为高值选择器（3）方块图Pa&P1HS燃料气压力变迸器蕭汽压力变送器*答：（1）控制器均为正作用（2）选择器为高值选择器（3）方块图Pa&P1HS燃料气压力变迸器蕭汽压力变送器**控制蟹FG控需搁』魅料旬砂对象蒸汽压力膠*控»Bpc24、图示为某管式加热炉原油出口温度分程控制系统，两分程阀分别设置在瓦斯气和燃料油答：PC反作用；V1气关阀，V2气开阀。锅炉燃烧系统蒸汽压力与燃烧管线压力选择性控制系统。其中燃料压力控制使为了防止压力过高产生“脱火”事故而设置的，蒸汽压力控制则是根据用户所需蒸汽压力而设置的。假设改系统中所选择控制阀为气闭阀，试分析。（1）各控制器的正反作用；2） 选择器的类型；3） 画出系统方块图管线上。工艺要求优先使用瓦斯气供热，只有瓦斯气量不足以提供所需热量时，才打开燃料油控制阀作为补充。根据上述要求确定：1） A、B两控制阀的开闭形式及每个阀的工作信号段（假定分程点为0.06MPa）；2） 确定控制器的正、反作用；3） 画出该系统的方块图，并简述该系统的工作原理。答：1）A、B均为气开式A：0.02~0.06MPa；B：0.06~0.10MPa

2）控制器为“反作用”3）系统方块图注——»r1C一*■ 温度衬家 一＞ >■Gvb(S).£■工作原理：（1）当出口温度高于设定温度时，仅A阀打开工作，B关闭；（2）当出口温度低于设定温度时，A和B阀同时工作。5、P1126-7方块图如下所示＋两个调节器均为反作用。6、P1126-8答：（1）两个阀门均为气关阀（2）调节器为反作用。7、P775-3（注：题目中的Gff（s）=2应该是Gv（s）=2）答：（1）方块图如下

()=-(2) ()()=求得Q02()=求得1+/Q()2(&圄()=-2+37216(3)FC反作用，TC反作用。注：此题重在理解前馈、串级控制，学会画方块图，调节器正反作用的判断，计算不会考。8、P1116-2答：副变量应选为e2，因为，第一应该将尽量多的干扰都包在副回路中，第二，两个干扰进来后，最先影响到的是e2。如果选择前一个(e丿，第二个干扰没包括在副回路中,将会无法消除或者消除滞后，如果选择后一个®3)，则没有及时将干扰消除，起到的作用不大。方块图如下：9、P1317-6解：由开环增益阵K求得1.0638 0 0.38301.2731 -1.63930.4583K-1=-2.3369 -1.63930.1587相对增益矩阵[0.617

0A=K*K-1=0.383-045830.8413100.4583 0.1581对被控变量y2而言，可选用u2作为唯一的输入。[0.58当回路u2-y2断开时，该系6统7的增益矩阵K相对增益矩阵为A =0.3830.617]sub1= 1112'']0.361]其中122111取K阵的左上角四个数计算K11'=22=0.151122取K取K阵的右上角四个数计算K12'=1221=-0.36112221取21取K阵的左下角四个数计算K21'=12=2.20122122取22取K阵的右下角四个数计算K22'=11=1ul-y3(loop3)ul-y3(loop3)0.940.360.43-1.590.725求得[0.1590.841]综合考虑84最合晉的配对为u3-y1(loopl)，u2-y2(loop2)，下面分析各控制通道的静态增益变化。1、 其他回路对loopl的影响：Loop2，loop3断开时‘loopl的静态增益-0-36；-0.36二Loop2断开，loop3闭合时‘loopl的静态增益为0.383-0.36=Loop2闭合‘loop3断开时‘loopl的静态增益为 1-0.36Loop2闭合‘loop3闭合时‘loopl的静态增益为0.84132、 其他回路对loop2的影响：Loopl，loop3断开时‘loop2的静态增益-0-61;-0.61二Loopl断开，loop3闭合时，loop2的静态增益为0.383-0.61Loopl闭合，loop3断开时，loop2的静态增益为0.8413—0.6