《自动化仪表与过程控制》复习题

控制系统，被控变量和操作变量的选择原则是什么？选取被控参数的普通原则为：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参数；被控参数必须具有足够大的灵敏度。控制参数的选择原则：扰动作用——由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏离给定值；控制作用——由控制通道对过程的被控参数起主导影响，抵消扰动影响，以使被控参数竭力维持在给定值；正确选择控制参数就是正确选择控制通道的问题。普通希翼控制通道克服扰动的能力要强，动态响应要比扰动通道快。2.用反应曲线法、衰减曲线法、临界比例度法整定调节器参数的要点是什么？整定是指决定控制器的比例带3(或者KP)、积分时间TK微分时间TD和采样周期Ts的具体数值。整定的实质是通过改变控制器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的控制效果。整定控制器参数的方法可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法有频率特性法、根轨迹法等。工程整定法有现场试凑法、临界比例度法、衰减曲线法和响应曲线法等。工程整定不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定，特点是方法简单实用；计算简便;易于工程应用。现场试凑法:按照先比例，再积分，最后微分的顺序；比例度由大到小整定；积分时间由大到小整定；微分时间由小到大整定。临界比例度法：在闭环控制系统里，将控制器置于纯比例作用下(TI=8,TD=O),从大到小逐渐改变控制器的比例度，得到等幅振荡的过渡过程。此时的比例度称为临界比例度Sk,相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期Tko据此确定控制器其它参数。根据5k和Tk值，采用经验公式，计算出调节器各个参数，即5、TKTD的值。按“先P后I最后D”的操作程序将控制器整定参数调到计算值上。若不够满意，可作进一步调整。衰减曲线法：和前面一种差不多，只是跳到4：1的衰减率。3、什么是调节阀的流量特性？什么是调节阀的理想流量和工作流量特性？理想流量特性的类别？在自控系统设计中，调节阀流量特性选择原则是什么？调节阀的流量特性：指阀芯位移与流量之间的关系。理想(固有)流量特性：调节阀前后压差不变时，得到的流量特性。工作流量特性：实际应用时，调节阀两端的压差是变化的，此时调节阀的流量与阀芯位移之间的关系称为工作流量特性。典型理想流量特性有4种：快开2、直线3、抛物线4、等百分比流量特性的选择：先根据过程控制系统的要求，确定工作流量特性，再根据流量特性的畸变程度确定理想流量特性。4、说明串级调节、比值调节、均匀调节特点及应用场合。串级调节：a.特点：1、减小了被控对象的等效时间常数；2、提高了抗干扰能力；3、提高了系统工作频率；4、对负载变化具有一定的自适应能力；5、可实现更灵便的操作方式。b.应用场合：被控过程存在较大的容量滞后或者纯滞后；被控过程变化剧烈而且扰动幅度较大；被控过程存在非线性。比值调节：实现主动量定值控制，使总物料量稳定。可克服主动量和从动量的扰动，适用于要求负荷变化平稳的场合，但控制稍复杂。均匀调节：均匀控制就是使被控量y(t)与控制量q(t)在一定范围内均匀缓慢地变化。(一)、简单均匀控制：结构方面：均匀控制与定值控制在控制结构上没有任何区别，其区别在于控制的目的不同。控制律方面：比例作用是基本的；不能引入微分；积分是否引入视情况而定。合用场合：通常合用于扰动较小、对均匀程度要求较低的场合。（二）、串级均匀控制系统：结构方面：均匀控制与典型串级控制在控制结构上没有任何区别，其区别在于控制的目的不同。控制律方面：主副回路都不能加微分作用；主回路宜采用PI控制；副回路普通用P控制。合用场合：通常合用于扰动较大、对均匀程度要求较高的场合。.前馈控制与反馈控制有哪些不同？前馈一反馈控制有什么特点？怎样判断可用静态前馈控制？或者动态前馈控制？反馈控制：按偏差调节；闭环控制；可克服多种干扰影响；控制作用表现在过程受扰动影响后；通常采用PID;但调节不及时。前馈控制：按扰动调节；开环控制；采用前馈控制规律；克服单一扰动；调节及时。将前馈和反馈结合起来，构成前馈-反馈复合控制系统。既发挥了前馈控制可及时克服主要扰动对被控量影响的优点，又保持了反馈控制能克服多个扰动的长处。复合控制降低了系统对前馈补偿器的要求，使系统在工程上更易于实现。静态前馈控制系统：控制器采用比例控制，是前馈模型中最简单的形式。动态前馈控制系统：基于不变性原理，前馈模型中含动态变量S。•如何选择前馈变量？前馈调节系统的设计原则有哪些？实现前馈控制的必要条件是扰动量的“可测及不可控性”：“可测”：指扰动量可以通过测量变送器，在线地将其转换为前馈补偿所能接受的信号。“不可控指这些扰动量难以或者不允许通过专门的控制回路予以控制，如生产中的负荷。前馈控制主要是针对那些“可测不可控，变化频繁且幅值较大的扰动量；单靠反馈控制可能浮现不希翼的动态误差的场合。前馈控制的理论基础：不变性原理。“不变性”是指控制系统的被控量与扰动量彻底无关，或者在一定准确度下无关。因实现了彻底补偿，达到了被控量不受扰动影响的控制效果。7、什么是过程控制系统？试述其组成，并画出其方框图。特点和任务？过程控制是指石油、化工、冶金、轻工、建材、核能等工业部门中连续的，或者按照-定周期程序进行的生产过程的自动化。实现这些控制的装置称为过程控制系统过程控制系统普通由测量变送元件、控制器、执行机构和被控过程等环节组成。控制器、执行器和测量变送环节又统称为过程仪表。过程控制系统就由过程仪表和被控过程两部份组成。被控过程的多样性；生产规模不同、工艺要求各异、产品品种多样；特点：控制方案的多样性，有单回路（50%以上）、串级（20%以上）、前馈、比值、均匀、分程、大时延、多变量等多种方控制过程多属缓慢过程，具有大惯性、大滞后性质，通常用温度、压力、流量、物位、成份等参量进行控制；定值控制是主要控制形式，使被控量控制在给定值上，使生产过程稳定。过程控制的总目标是：以安全、稳定和经济的途径将物料加工成预期的合格产品。过程控制的主要任务是：如何选择控制变量和被控变量；如何设计控制方案，选择什么控制律；控制系统各构成部件如何选择和配合。8、评价控制系统质量指标的阶跃响应单项性能指标有哪些？其内容是什么？过程控制系统的评价指标可概括为：系统必须是稳定的；最重耍、最根本的指标；系统应能提供尽可能好的稳态调节（静态指标）；系统应能提供尽可能好的过渡过程（动态指标）。9、执行器的组成？流通能力的计算？作用？执行器的组成：由执行机构和调节机构两部份组成。执行机构是指根据调节器控制信号产生推力或者位移的装置，调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或者物料输送量的装置，通常指调节阀。流通能力定义为调节阀两端压差为lOOkPa,流体密度为1000kg/m3,调节阀全开时，每小时流过阀门的流体体积。作用：用于控制流入或者流出被控过程的物料或者能量，从而实现对过程参数的自动控制。10、检测仪表的组成、作用？检测仪表：对工艺参数进行测量的仪器仪表，检测仪表包括检测元件、变送器及显示装置。检测元件（或者传感器）：是直接与被测对象发生联系（但不一定直接接触），感受被测参数的变化，将被测量转换为便于计量的物理量的仪表，也称为一次仪表。变送器：将传感器送来的检测信号进行转换、放大、整形、滤波等处理后，调制成标准信号的电路，也称为二次仪表。11、简单控制系统（单回路反馈控制系统）设计任务？简单控制系统是指由一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的.对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。单回路控制系统方案设计：1、被控参数的选择：选取被控参数的普通原则为：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参数；被控参数必须具有足够大的灵敏度。控制参数的选择：扰动作用——由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏离给定值；控制作用——由控制通道对过程的被控参数起主导影响，抵消扰动影响，以使被控参数竭力维持在给定值；普通希翼控制通道克服扰动的能力要强，动态响应要比扰动通道快。3、系统设计中的测量变送问题：被控参数的测量和变送必须迅速正确地反映其实际变化情况，为系统提供准确的控制依据。系统设计测量和变送中涉及的问题：信号滤波；信号处理；纯时延问题；测量时延问题；信号传送时延问题。4、调节阀（执行器）的选择：调节阀类型的选择：气动执行器和电动执行器；调节阀口径大小的选择：主要依据是阀的流通能力。正常工况下要求调节阀开度处于15%〜85%之间；调节阀气开、气关形式的选择：主要以安全方面考虑。调节阀流量特性的选择：系统总的放大倍数尽可能保持不变，通常被控过程的特性是非线性的（一阶以上特性），而变送器、调节器（若比例作用时）和执行机构的放大系数是常数。因此往往通过选择调节阀的流量特性来补偿被控过程特性的非线性，从而达到系统总放大倍数不变的目的。5、控制规律的选择：⑴按过程特性选择控制规律：P：合用于干扰变化幅度小，对象滞后较小，控制质量要求不高，且系统允许有一定范围余差的场合；PI：工艺要求静态无余差，负荷变化幅度较大，但变化过程又较缓慢的场合；PD：合用于被控对象容量滞后较大的场合。对于滞后很小，信号有噪声或者周期性干扰的系统不能采用微分作用；PID：合用于负荷变化和对象容量滞后都较大、纯滞后不太大且控制质量要求又较高，被控变量变化缓慢的场合。（2城t/T比值选择控制规律：t/T<0.2时，比例或者比例积分控制律；0.2<t/T<1.0时,比例积分或者PID控制律；t/T>1.0时，单回路控制系统已不能满足工艺要求，需采用更复杂控制律。6、控制器正/反作用及其选择：作用方向是指输入变化后，输出的变化方向。当输入增加时，输出也增加，则称该环节为“正作用”方向；反之，当输入增加时，输出减少，则称该环节为“反作用”方向。控制器、被控对象、测量变送及执行器都有各自的作用方向。测量变送环节的作用方向普通都是“正”方向。⑴控制器正、反作用定义：当控制器的测量增加时，它的输出增加，称控制器是正作用控制器；当控制器的测量增加时，它的输出减少，称控制器是负作用控制器。⑵控制器正、反作用选择的原则：保证整个闭环回路形成负反馈。⑶控制器正、反作用选择的步骤：①首先判断被控对象的作用方向，被控对象的作用方向由工艺机理确定。②确定执行器的作用方向，其作用方向由工艺安全条件决定，选择原则是：控制信号中断时，保证设备和人员安全。③确定广义对象的作用方向，由于测量变送环节为正作用，这个环节可以不考虑。若被控对象、执行器的作用方向相同，则广义对象为正作用，若被控对象、执行器的作用方向相反，则广义对象为反作用。④确定控制器的作用方向，若广义对象为正作用，则选择控制器为反作用方向；否则相反。一、单项选择题（每小题2分，共40分）1.辛普森行星齿轮机构由（ ）个离合器组成.2.自动变速器中有实现无级变速能力的组成部份是（）。A.液力变矩器2.自动变速器中有实现无级变速能力的组成部份是（）。A.液力变矩器B.电子控制系统C.换挡执行机构D.液压控制系统.自动变速器供油系统不具备的作用是（ ）A.给变矩器供油B.给换挡执行机构供油C.向变速器个运动件提供润滑用和循环散热冷却D.驱动齿轮转动.辛普森行星齿轮机构由（ ）组行星齿轮组成.A.一组B.二组C.三组D.四组5.A.一组B.二组C.三组D.四组5.普通液力变距器最大输出扭矩可达输入的（）倍。1.62.63.6.辛普森行星齿轮机构由（ ）个制动器组成.7.自动变速器的换档阀的工作由（）来控制。A.控制手柄B.换档电磁阀C.7.自动变速器的换档阀的工作由（）来控制。A.控制手柄B.换档电磁阀C.手动阀D.节气门阀8.液力偶合器的泵轮与蜗轮留有间隙，其大小是（）。23mm3~4mni423mm3~4mni45mm5、6mm.进行道路试验和油压试验前必须使变速器油温升到（A.30~50北4O~6OoCA.30~50北4O~6OoC5O~8OoC7O~9OoC10.行星齿轮有三种运动方式：一是公转即（10.行星齿轮有三种运动方式：一是公转即（）二是自转，三是既有自转又有公转。A.行星齿轮不动，行星架绕太阳轮旋转B.行星架不动，行星齿轮绕自身的轴线旋转C.太阳轮不动，行星齿轮绕自身的轴线旋转D.三个基本元件都没有固定，都可以自由转动11.可获得最佳制动效果的滑移率范围是（A.10%"20%B.15%~20%A.10%"20%B.15%~20%C.20%~30%D.30%~35%)7.ABS系统在制动时，车轮处于边滚动边滑动状态，从而获得最佳的制动效果。)8.电控制防滑差速器采用含糊控制技术。)9.车速传感器信号是电控自动变速器的主要控制信号。)10.电子控制自动变速器换档电磁阀调节变速器的管道压力。)11.电控自动变速器在跛行模式没有倒档。2.( )12.点火开关ON,ABS警告灯亮起，6秒后熄灭，表示系统有故障。2.( )13.装有自动变速器的汽车在高速公路行驶时，从起步开始应从L档逐渐向D档换档。( )14.许多自动变速器采用叶片式油泵，并且其工作容积是可变的，在不需要高油压时，可减少油泵的输出。( )15.汽车在中、高速行驶时，为使液力变矩器的传动效率达到100%,锁止离合器工作结合，此时工作油不经散热器。( )16.自动变速器油泵输出油压经主调节阀调节后的油压为自动变速器的主油路油压，亦称管路油压。( )17.辛普森式行星齿轮变速器离合器C1在所有的前进档都参加工作，因此被称为前进档离合器。( )18.自动变速器的检查中，节气门拉索太松将导致升档过迟，反之将导致升档过早。( )19.自动变速器失速试验时，当失速转速低于规定值600r/min以上时，一定是由于发动机动力不足造成的。( )20.拉维娜式行星齿轮机构的最大特点是在一个