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过程控制系统试卷C答案


过程控制系统 试卷 C 卷
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3、现场总线:是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络, 具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点,是工业控制网络向现场级发展的产物。

┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 密 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 封 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 线 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃

一、填空题(每空 1.5 分) (本题 33 分) 三、简答题(每小题 8 分) (本题 32 分)

1、过程控制系统一般由 组成。

控制器



执行器

、 被控过程

和测量变送等环节 1、什么是 PID,它有哪三个参数,各有什么作用?怎样控制? 答: PID 是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为: (1)比例参数 KC,作用是加快调节,减小稳态误差。 (2)积分参数 Ki,作用是减小稳态误差,提高无差度 (3)微分参数 Kd,作用是能遇见偏差变化趋势,产生超前控制作用,减少超调量,减少 调节时间。

学号: 学号:

2、过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3、压力检测的类型有三种,分别为:弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检 测。 4、气动执行结构主要有 薄膜式 和活塞式 两大类。 、 电动调节阀 和 液动调节

姓名: 姓名:



5、根据使用的能源不同,调节阀可分为 气动调节阀 阀 三大类。 机理建模 、



6、过程数学模型的求取方法一般有

试验建模

和混合建模。 稳定性 下降。



7、 积分作用的优点是可消除 稳态误差(余差), 但引入积分作用会使系统 8、 在工业生产中常见的比值控制系统可分为 变比值控制 三种。 单闭环比值控制

线

、 双闭环比值控制 和

2、前馈与反馈的区别有哪些? 答: (1)控制依据:反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”,前馈控制是“基于扰动消除 扰动对被控量的影响”。 (2)控制作用发生时间方面:反馈控制器的动作总是落后于扰动作用的发生,是一种“不 及时”的控制;扰动发生后,前馈控制器及时动作。 (3)控制结构方面:反馈为闭环控制,存在稳定性问题,即使闭环环节中每个系统都是 稳定的,但闭环后稳定与否,还需要进一步分析;前馈属于开环控制,各环节稳定,系统 必然稳定。 (4)校正范围方面:反馈对各种扰动都有校核作用;前馈,只对被校核的前馈扰动有校 正作用,其他则没有。 (5)控制规律方面:反馈通常是 P PI PD PID 等典型规律;前馈控制规律较为复杂,不好 掌握。

专业班级: 专业班级:









9、造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用 差 。

,外因是控制器长期存在偏 3、控制器正反方向判断 ? 答:所谓作用方向,就是指输入作用后,输出的变化方向。当输入增加时,输出也增加, 则成该环节为“正环节”,反之,当输入增加时,输出减少,则称“反作用”。具体步骤 (1) ,判断被控对象的正/反作用那个方向,主要由工艺机理确定。 (2)确定执行器的正/反作用方向由安全工艺条件决定。 (3)确定广义对象的正/反作用方向 (4)确定执行器的正/反作用方向 4、如图所示的压力容器,采用改变气体排出量以维持 容器内压力恒定: (1)调节阀应选择气开式还是气关式?请说明原因。

二、名词解释题(每小题 5 分) (本题 15 分)

1、过程控制:指根据工业生产过程的特点,采用测量仪表、执行机构和计算机 等自动 化工具,应用控制理 论, 设计工业生产过程控制系统,实现工业生产过程自动化。

学院名称

2、 串级控制系统: 值采用两个控制器串联工作, 主控制器的输出作为副控制器的设定值, 由副控制器的输入去操纵调节阀,从而对住被控变量具有更好的控制效果。

(2)压力控制器(PC)应为正作用还是反作用?请说明原因。 答:(1)应选择气关式。因为在气源压力中断时,调节阀可 以自动打开,以使容器内压力不至于过高而出事故。

(2) 调节阀应选择气关式,则压力控制器(PC)应为反作用。

当检测到压力增加时,控制器应减小输出,则调节阀开大,使容器内压力稳定。 或: 当检测到压力减小时,控制器应增大输出,则调节阀开小,使容器内压力稳定。

四、分析与计算题(第 1 小题 8 分,第 2 小题 12 分) (本题 20 分)

1、 (本小题 8 分) 如下图所示的隔焰式隧道窑烧成带温度控制系统, 烧成带温度是被控变量, 燃料流量为操纵变量。试分析: (1)该系统是一个什么类型的控制系统?画 出其方框图; (2)确定调节阀的气开、气关形式,并说明 原因。
答:液位的变化满足动态物料平衡关系: 液罐内蓄液量的变化率=单位时间内液体流入量-单位时间内液体流出量:

A?

dh = qi ? q o ………………………………………………………………………………(2 分) dt d?h = ?q i ? ?q o (式 1)………………………………………………………………(2 分) dt

以增量形式表示各变量偏离起始稳态值的程度。即:

A?

由重力场中无粘性不可压缩流体定常流动的伯努利方程:

p1

ρ

+

v12 p v2 + gz1 = 2 + 2 + gz 2 ………………………………………………………………(2 分) 2 ρ 2

得: v =

2 gh

qo = A' v


= A' 2 gh …………………………………………………………………………………(2 分) =k h

答:(1)该系统是一个串级控制系统,其方框图为:

对非线性项进行泰勒级数展开,并取线性部分:

?q o = q o ? q o 0 =

k

2 h0

?h ………………………………………………………………………(1 分)

将上式代入(式 1) ,得:

A?

d?h ?h = ?q i ? dt R dh + h = Rqi …………………………………………………………………………………(1 分) dt

整理并省略增量符号,得微分方程:

(2)当调节阀气源出现故障失去气源时,为保证系统安全,应使阀门处于关闭位置,故 调节阀采用气开式。 2、本小题 12 分) ( 如下图所示的液体储罐, 设进水口和出水口的体积流量分别是 q i 和 q o , 输出变量为液位 h , 储罐的横截面积为 A 。 试建立该液体储罐的动态数学模型
H ( s) 。 Qi ( s )

RA ?

经拉氏变换可得传递函数为:

H ( s) R = ………………………………………………………………………………(2 分) Qi ( s ) RAs + 1


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