河南理工大学《过程控制》考试试题

1、河南理工大学河南理工大学过程控制过程控制考试试题考试试题 一、思考题： 1、过程控制系统的组成和各部分的作用。 1被控对象被控对象是指被控制的生产设备或装置，而被控制过程既包括运 行中的设备与生产的关系， 也反映其输入输出动态关系。 2测量变送器测量变送器用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信 号作为输出。 3执行器执行器常用的是控制阀，它接受来自控制器的命令信号u,用于 自动改变控制阀的开度。 4控制器控制器它将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信 号 te，并按一定的规律给出控制信号 tu。 2、过程控制常用策略有哪些？各自的优缺点？ 1 1反馈控制反馈控制 优点：能任意

2、补偿扰动，且技术简单方便。 缺点：操作变量对被控变量的控制作用存在较大的滞后，而且外部 扰动作用强度大，难以提供满意的控制性能。 2 2前馈控制前馈控制 优点：克服主要扰动的影响作用显著。 缺点：测量成本高，需要增加扰动检测装置；当对象特性发生变化 时，难确定合适的补偿幅度。 3、简要阐述工业生产对过程控制的要求。 1安全性安全性指整个生产过程中，确保人身和设备的安全。 2经济型经济型指生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原料最少，即 生产成本低而效率高，生产效益最大化。 3稳定性稳定性指生产装置具有抑制外部干扰，保持生产过程长期稳定运 行的能力。 4、控制系统设计与实现的主要步骤。 1确定控

3、制目标，选择被控变量。 2选择测量参数与测量仪表。 3操作变量的选择与主要扰动的分析。 4操作变量与被控变量的配对。 河南理工大学河南理工大学过程控制过程控制考试试题考试试题 5控制方案与控制算法的选择。 6执行器的选型。 7控制系统的现场安装、调试和投运。 5、机理建模方法的主要步骤。 1明确过程的输入变量、输出变量和中间变量 2根据建模对象和建模使用目的作合理假设 3根据过程的内在机理，建立静态和动态平衡关系方程 4消去中间变量，求取过程的数学模型 5简化模型（模型降阶处理；线性化） 6、测量误差形成的原因？测量信号一般的处理方法有哪些？ 形成的原因：形成的原因： 1仪表本身的误差仪表本身

4、的误差 ： 仪表精度等级表明了在稳态下仪表的最大百分 误差，因为它是按全量程的最大百分误差定义 的，所以量程越宽，绝对误差越大。 2安装不当引入的误差安装不当引入的误差 ： 测量变送的一次元件安装在工艺设备上， 安装必须符合规范，否则会引入很大误差。 3测量的动态误差测量的动态误差 ： 测量变送环节的滞后， 包括 m T和 m 都会引起测 量动态误差。 处理方法：处理方法： 1呈周期的脉动信号需进行低通滤波。 2测量噪声需进行滤波。 3 3线性化处理。 7、控制系统主要性能指标有哪些？各自的含义是什么？ 性能指标及其含义：性能指标及其含义： 1余差余差（e e） ： 系统过渡过程结束时给定值与

5、被控参数稳定值之差。 2最大偏差（最大偏差（A A） ： 被控参数第一个波的峰值与给定值的差。 3衰减比（衰减比（n n）：振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之 比。 4衰减率（衰减率（）： 经过一个周期后，波动幅度衰减的百分比。 5调节时间（调节时间（ s t） ： 系统过渡过程曲线进入新的稳定值的 5%或 2% 范围内所需的时间。 6峰值时间峰值时间 （ p t） ： 系统过渡过程曲线到达第一个峰值所需的时间。 8、三种常规反馈控制模式分别是什么？说明各自的原理、作用以及 河南理工大学河南理工大学过程控制过程控制考试试题考试试题 对系统性能的影响。 三种常规控制模式：三种常规控制模式

6、： 1比例控制（P） 2比例积分控制（PI） 3比例积分微分控制（PID） 比例控制（比例控制（P P） 原理： 0 uteKtu c 作用： 反应快、控制及时，但有一定的余差。 对系统性能的影响： 增大比例增益 c K，会使系统振荡加剧，稳定性变差， 但可以减小系统的稳态误差，加快系统的响应速度。 比例积分控制（比例积分控制（PIPI） 原理： 0 0 1 ude T K eKtu t C c 作用： 消除了余差，但降低了响应速度。 对系统性能的影响： 积分作用增强时，系统的稳定性减弱，过渡过程比较 缓慢。 比例积分微分控制（比例积分微分控制（PIDPID） 原理： 0 0 1 u dt t

7、de TKde T KteKtu dc t I Cc 作用： 消除了余差，并提高了响应速度。 对系统性能的影响： 提高了系统的稳定性，抑制过渡过程的动态偏差， 减小系统的稳态误差，加快系统的响应速度。 9、前馈控制的基本原理？理论基础是什么？ 基本原理：基本原理： 测量进入过程的干扰量（包括外界干扰和设定值变化），并根据 干扰的测量值产生合适的控制作用来改变控制量，使被控制量维持 在设定值上。 理论基础：理论基础： 不变性原理 ： 通过前馈控制器的校正作用，消除扰动对被控变 量的影响。 10、说明前馈控制的特点，与反馈控制比较优缺点体现在哪里。 河南理工大学河南理工大学过程控制过程控制考试试题

8、考试试题 特点：特点： 1前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制及时。 2前馈控制属于开环控制系统。 3前馈控制采用由对象特性确定的专用控制器。 与反馈控制比较优缺点体现：与反馈控制比较优缺点体现： 前馈控制反馈控制 相关干扰可测量CV 可测量 基于干扰操作 MV基于 CV 控制误差操作 MV 开环，无稳定性问题闭环，稳定性至关重要 只有部分干扰可检测全部干扰均通过 CV 可感受 控制通道与相关干扰通道的精确数学 模型均需要获得 不需要对象的数学模型 不适合于非线性、时变系统可适合于非线性、时变系统 11、前馈控制的几种主要形式和各自的作用。 4 4 种形式：种形式： 1静态前馈 2动态前馈 3前

9、馈反馈控制 4多变量前馈控制 作用：作用： 1静态前馈：只需要在稳态条件下对扰动进行补偿。 2动态前馈：在任何时刻时都需要对扰动进行补偿。 3前馈反馈控制：前馈控制及时，反馈控制能克服多个扰动且可 以对被控变量进行检验。 4多变量前馈控制：可以对多个扰动进行补偿。 12、串级控制的原理、特点和设计原则。 原理：原理： 两个控制器串联工作，以主控制器为主导，保证主变量稳定为目 的，两个控制器协调一致，互相配合，尤其是对于二次干扰，副控 制器首先进行“粗调”，主控制器再进一步“细调”。因此控制质 量必然高于简单控制系统。 特点：特点： 1在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路、两个控制器和 两个

10、测量变送器。其中主回路是个定值控制系统，而副回路 是个随动控制系统。 河南理工大学河南理工大学过程控制过程控制考试试题考试试题 2在串级控制系统中，有两个变量：主变量和副变量。主变量是 反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺变量。 3副回路具有快速调节作用，能有效地克服发生于副回路的扰动 影响。 4串级控制系统对副对象和控制阀特性的变化具有较好的鲁棒 性。 设计原则：设计原则： 1在单回路控制不能满足要求的情况下可以采用串级控制。 2具有能够检测的副变量，且主要干扰包括在副回路中。 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。 1

11、3、串级控制中主副控制器控制规律如何选择？正反作用如何选 择？ 控制规律的选择：控制规律的选择： 1 1主控制器：主控制器： 采用 PIDPID 控制规律控制规律（液位串级控制除外） 原因：原因： 主回路的任务是满足主参数的定值控制要求。因而对于 主参数为温度的串级系统，主调节器必须加入较强的积 分作用（除主参数为液位的串级均匀控制系统以外）。 当主对象的调节滞后较大，而主参数变化较平缓时，可 加入通常大小的微分作用。 2 2副控制器：副控制器： 采用 PIPI 控制规律控制规律 原因：原因： 需要对内回路干扰具有快速调节能力。 正反作用的选择：正反作用的选择： 1主副控制器正反作用的选择原则

12、是使系统成为负反馈系统。 2一般情况下，先选择副控制器，再选择主控制器。 3若被控变量的测量值很大时，为了使控制器的输出值增大，则选择 正作用的控制器。 4若被控变量的测量值很大时，为了使控制器的输出值减小，则选择 反作用的控制器 14、什么是均匀控制？与纯液位控制的区别？ 均匀控制：均匀控制： 为了解决前后工序供求矛盾，达到前后兼顾协调操作，使液 位和流量均匀变化，组成的系统称为均匀控制系统 与纯液位控制的区别：与纯液位控制的区别： 1纯液位控制仅要求液位平稳。 2均匀控制要求操纵变量平稳，且被控变量的液位可以在允许范围内 波动。 15、什么是选择性控制？其实现方法是什么？ 河南理工大学河南

13、理工大学过程控制过程控制考试试题考试试题 选择性控制：选择性控制： 在控制系统中，加入一个选择器，仅有一个操纵变量，两个及其以上的 被控变量，其中一个被控变量是定值变量，其他的变量是约束变量，正常情 况下无需控制，一旦超出允许的范围时，就要及时调节，以防止发生事故。 实现方法：实现方法： 选择性控制，是在正常控制回路的基础上，增加一个用于检测安全状态 的回路。当系统超出预设的安全界限时，自动切换到安全回路。（说明原理 即可） 16、什么是分程控制？其目的主要有哪几方面？ 分程控制：分程控制： 将控制器输出信号按范围划分成几段， 其中每一段只调节一个控 制阀的开度，另一控制阀的开度保持不变。 目

14、的：目的： 1扩大控制阀的可调范围，改善控制系统的品质。 2满足工艺操作的特殊要求。 3用于生产安全的防护措施。 17、计算机过程控制系统的构成？简单说明各个部分的作用。 1被控对象被控对象：同同 1 1 2测量变送装置测量变送装置：同同 1 1 3计算机计算机 ：同同 1 1 4执行装置执行装置 ： 同同 1 1 18、列出几种常用的先进控制方式，并说明其特点。 1 1自适应控制自适应控制 ：了解系统的有关信息和对象的特性变化，通过合适的算 法自动的来调整被控变量的参数，使系统运行在正常的 状态下。 2 2预测控制预测控制： 具有对数学模型要求不高、能直接处理具有纯滞后的过程、 具有良好的跟踪性能和较强的抗干扰能力、对模型偏差具有 较强的鲁棒性等优良性质。 3 3智能控制：智能控制： 学习功能；适应功能；