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过程控制期末试题及其答案


1. 控制系统对检测变送的基本要求是___准确___、__迅速__和 可靠 2. 从理论上讲,干扰通道存在纯滞后 不影响 系统的控制质量。 3. 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 。 4. 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_____系统的余差减小 5. 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。 6. 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。 7. 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___。 8. 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 9. 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。 10. 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 。 11. 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。 12. 反应对象特性的参数有 放大倍数 、 时间常数 、和 纯滞后时间 。 13. 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。 14. 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。 15. 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。 16. 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: 1) 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。 2) 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。 3) 被控变量必须具有足够的灵敏度和变化数值。 4) 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 1) 控制变量 应具有可控性、工艺操作的合理性、经济性。 2) 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。 3) 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。

4) 过程本身 若存在多个时间常数,应尽量设法使他们越错开越好。

17. 模糊控制器的设计是否依赖被控对象的精确数学模型?
模糊控制器的设计(不依赖)被控对象的精确数学模型。

18. 某电动比例调节环器的测量范围为 100~200 ℃,其输出为 4~20mA. 当测得电流为 16mA,温度问多少度?
200 ? 100 T ? T=175 ?C 20 ? 4 16 ? 4 19. 设置均匀控制系统的目的和其特点是什么? 目的是:对表征前后设备供求矛盾的两个变量均匀协调,统筹兼顾. 特点是:表征前后供求矛盾的两个变量都应该是缓慢变化的 ;前后互相联系又 互 相矛盾的两个变量都应保持在工艺操作所允许的范围内. 把比例度和积分时间都整定得比较大, 控制作用弱, 从而达到均匀控制的目的 使 前后设备在物料供求上相互均匀、协调

20. 为什么采用前馈 -- 反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品 质?
利用了前馈调节的及时性和反馈调节的静态准确性。 前馈控制和反馈控制各有什么特点?为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地 改善系统的控制品质? 答:前馈控制的特点是:根据干扰工作;及时;精度不高,实施困难;只对某个干扰 有 克服作用.反馈的特点作用依据是偏差;不及时:精度高,实施方便,对所有干扰都有 克服作用.由于两种控制方式优缺点互补 , 所以前馈-反馈复合系统将能较大地改 善系统的控制品质.

21. 简述过程控制系统设计步骤。
(1)熟悉和理解生产对控制系统的技术要求与性能指标 (2)建立被控过程的数学模型 (3)选择控制方案 (4)过程控制装置选型 (5)实验(和仿真)

22. 简述串级控制系统的特点。
答:1、改善了被控过程的动态特性,提高了系统的工作频率 2、对二次干扰有很强的克服能力。 3、提高了对一次扰动的克服能力和对回路常数变化的自适应能力。 串级控制系统的主要特点为: (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} (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。
1)串级控制系统由于副回路的存在,能够迅速克服进入副回路的扰动的影响; 2) 串级控制系统由于副回路的存在,改善了对象的特性,提高了系统的工作频率; 3) 串级控制系统由于副回路的存在,使对象非线性特性线性化,提高了系统的自适应能力; 4) 能够更精确控制操纵变量的流量. 5)可以实现灵活的操作方式选择

串级控制系统有哪些主要特点?为什么说串级控制系统能迅速克服 进入副回路的扰动?
答案:串级控制系统的结构特点:由两个或两个以上的控制器串联连接,一个控 制器的输出是另一个控制器的设定。由两个或两个以上的控制器、相应数量的检 测变送器和一个执行器组成。当扰动进入副回路后,首先,副被控变量检测到扰 动的影响,并通过副回路的定值控制作用,及时调节操纵变量,使副被控变量回 复到副设定值, 从而使扰动对主被控变量的影响减少。即副环回路对扰动进行粗 调,主环回路对扰动进行细调。因此,串级控制系统能迅速克服进入副回路扰动 的影响。 特点:主控制器输出改变副控制器的设定值,故副回路构成的是随动系统,设定 值是变化的。在串级控制系统中,由于引入了一个副回路,不仅能及早克服进入 副回路的扰动,而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用,主调节 器具有“细调”的作用,从而使其控制品质得到进一步提高。

23. 简述模糊控制器的设计步骤。 1 定义输入/输出变量 ○ 2 定义所有变量的模糊化条件 ○ 3 设计控制规则库 ○ 4 设计模糊推理结构 ○ 5 选择精确化策略 ○ 24. 控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系,控 制器有哪些基本控制规律?
解答: 基本控制规律:开关控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分 微分控制。

试述过程控制系统中常用的控制规律及其特点。

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

25. 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Δ u=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 :

26. 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:

27. 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%=0.016 MPa,> 0.01 MPa, 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: ?1.0max=1.0×1%=0.01 MPa,= 0.01 MPa, 所以最大误差符合要求,但是 压力表的最大测量值应≤ 2/3 仪表量程,否则压力波动会使测量值超出仪表量 程。 所以,该表也不符合要求。

28. 如图锅炉液位控制系统,试分析系统的工作过程,该系统是一个 什么类型的控制系统?画出其方框图。

选择供水流量作 为副变量,以水位为主变量,蒸汽压力为 前馈信号,组成前馈 串级复合控制系统。


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