过程控制期末试题及其答案

控制系统对检测变送的基本要求是___准确___、__迅速__和可靠从理论上讲，干扰通道存在纯滞后不影响系统的控制质量。离心泵的控制方案有直流节流法、改变泵的转速n改变旁路回流量。效率最差的是改变旁路回流量。随着控制通道的增益Ko的增加，控制作用___增强_______，克服干扰能力___最大______,最大偏差_____减小_____减小控制器的选择包括结构材质的选择、口径的选择、流量特性的选择和正反作用的选择。

防积分饱和的措施有对控制器的输出限幅

、限制控制器积分部分的输出和

积分切除法。如果对象扰动通道增益Kf增加，扰动作用__增强__,系统的余差__增大__,最大偏差_增大___。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气动执行器由__调节__机构和执行机构两部分组成，常用的辅助装置有__阀门__定位器和手轮机构。调节系统中调节器正反作用的确定依据是保证控制系统成为负反馈。被控变量是指工艺要求以一定的精度保持__恒定_或随某一参数的变化而变化的参数。反应对象特性的参数有放大倍数、时间常数、和纯滞后时间。自动调节系统常用参数整定方法有哪些？常用的参数整定方法有!经验法*衰减曲线法*临界比例度法*反应曲线法)动态特性参数法，稳定边界法，衰减曲线法，经验法。检测变送环节对控制系统的影响主要集中在检测元件的滞后和信号传递的滞后问题上。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。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：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。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。被控变量必须具有足够的灵敏度和变化数值。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控制变量应具有可控性、工艺操作的合理性、经济性。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。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。答：控制系统中常用的控制规律有比例(P)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)控制规律。

比例控制规律是控制器的输出信号与它的输入信号(给定值与测量值的偏差)成比例。它的特点是控制及时，克服干扰能力强，但在系统负荷变化后，控制结果有余差。

比例积分控制规律是控制器的输出信号不仅与输入信号成比例，而且与输入信号对时间的积分成比例。它的特点是能够消除余差，但是积分控制作用比较缓慢、控制不及时。

比例积分微分控制规律是在比例积分的基础上再加上微分作用，微分作用是控制器的输出与输入的变化速度成比例，它对克服对象的容量滞后有显著的效果。

什么是调节器的控制规律？基本控制规律有哪几种？各有什么特点？

答：调节器的输出信号随着它的输入偏差信号变化的规律叫控制规律。

基本控制规律有：①双位控制：输出不是最大，就是最小，只有两个位置。

②比例控制：控制作用及时，有余差。

③积分控制：具有消除余差的作用。

④微分控制：具有超前调节的作用已知对象控制通道阶跃响应曲线数据如下表所表示，调节量阶跃变化为Δu=50。1.

用一阶惯性环节加纯迟延近似对象，求出K、T和τ值。

2.

应用动态特性参数法选择PID调节器参数。答：1.由实验数据画出对象的阶跃响应曲线为：

下图为管式加热炉温度控制系统。试确定：

1．这是一个什么系统？画出其方框图。

2．调节阀的作用形式；调节器的正反作用方式；

3．分析系统的可能经受的扰动及主要扰动；

4．简述当扰动或负荷变化使炉膛温度T2升高时该串级控制系统工作过程；

5．如果燃料油的管道压力经常波动，上述系统应如何改进？画出改进后的结构原理图.

答:1、这是个串级控制系统,其方块图如下.

2、调节阀为气开式，主、副调节器都为反作用；

3、可能经受的扰动有被加热物料的流量、温度、成分的变化，燃料油的管道压力、流量、成分的变化及环境温度的变化。主要扰动应该是被加热物料的流量、温度等。

4、该串级控制系统工作过程：

当扰动或负荷变化使炉膛温度T2升高时，由于副调节器是反作用，它的输出减小，调节阀是气开式，阀的开度变小，造成料量减小，以使炉膛温度下降。同时当炉膛温度升高时，引起炉出口温度T1升高，因为主调节器是反作用，使副控制器给定值降低，通过副回路调节，减小燃料量，降低炉膛温度，保证炉出口温度恒定。

T1↓←

T2↓←

Q燃↓←

阀的开度变小←PC2↓↓

↗T1↑→e1(=T1↑-r1)↑→PC1↓→e2↑↑(=T2↑-

r2↓)

f1→T2↑→e2(=T2↑-r2)↑→PC2↓→阀的开度变小→Q燃↓

T1↓←

T2↓←5、应该选择燃料油流量作为副变量，

出口温度为主变量，组成串级控制

系统，如右图所示：如果某反应器最大压力为1.0MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa，使用一台测量范围为0~1.6MPa，精度为2级的压力表来进行测量，问是否符合工艺要求？若采用一台测量范围为0~1.0MPa，精度为1级的压力表，能符合要求吗？解答：工艺要求：最大压力为1.0MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa。分别求出两台仪表的最大允许误差，进行判断。1）精度为1级，量程为0～1.6MPa的表，其最大绝对误差：∆1.6max＝1.6×1％＝0.016MPa，>0.01MPa,所以不符合要求；2）精度为1级，量程为0～1.0MPa的表，其最大绝对误差：∆