过程控制复习资料(2)
1、试述串级控制系统的的工作原理,它有哪些特点？
2、某加热炉出口温度控制系统，经运行后发现扰动主要来自燃料流量波动，试设计控制系统克服之，如果发现扰动主要来自原料流量波动，应如何设计控制系统以克服之画出带控制点工艺流程图和控制系统框图。
3、为什么一些液位控制系统中，减小控制器的增益反而使系统出现持续震荡，是从理论角度分析之。
4、液位均匀控制系统与简单液位控制系统有什么异同那些场合需要采用液位均匀控制系统？
5、某加热炉出口温度控制系统中，副被控变量是炉膛温度，温度变送器的量程都选用0--500℃，控制阀选用气开阀。经调试后系统已经正常运行，后因副回路的的温度变送器损坏，该用量程为200--300℃的温度变送器，问对控制系统有什么影响？
6、题5中，如果损坏的是主回路温度变送器，问改用量程为200--300℃的温度变送器，对控制系统有什么影响如何解决？
7、某反应器由A和B两种物料参加反应，已知，A物料时供应有余，B物料可能供用不足，他们都可测可控。采用差压变送器和开方器测量它们的流量，工艺要求正常工况时，Fa=300Kg/h,Fb=600Kg/h,拟用DDZ-III 型仪表，设计双闭环（相乘方案）控制系统，确定乘法器的输入电流，画出控制系统框图和带控制点的工艺流程图。
8、题7中，控制系统已正常运行，后因两台差压变送器均损坏，改用相同量程的变送器（注：量程能够满足工艺要求），试问控制系统应作什么改动为什么？
9、什么情况下前馈控制系统需要设置偏置信号应如何设置？
10、某加热炉出口温度控制系统，原采用出口温度和燃料油流量的串级控制方案，为防止阀后压力过高造成脱火事故，是设计有关控制系统，说明该控制系统是如何工作的
1．
调节器的Kc值愈大，表示调节作用（），Ti值愈大，表示积分作用（），Td值愈大表示微分作用（）。答案：越强;减弱;增强。
2．
选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）（），干扰通道的放大倍数（增益）（）。答案：增大;减小。
3．
过程控制系统设置的目的，有（）、（）和（）三类。
答案：定值调节;随动调节;程序调节。
4．
简单控制系统由（）、（）、（）和（）四个环节组成。
答案：调节对象;调节器;调节阀;检测变送器
5．
由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来（）。
答案：克服调节对象的惯性滞后（时间常数T）。
6．
调节系统中调节器正、反的作用的确定是依据( )。
答案：实现闭环回路的负反馈
二、是非题
1.
对纯滞后大的调节对象，为克服其影响，可以引入微分调节作用来克服。
答案：╳
2．
当调节过程不稳定时，可增大积分时间或比例度，使其稳定。
答案：√
3．
比例调节过程的余差与调节器的比例度成正比。
答案：√
4．
调节系统投运时，只要使调节器与给定值相等（即无偏差）时，就可进行手，自动切换操作。
答案：╳
5.均匀调节系统的调节器参数整定可以与定值调节系统的整定要求一样。
答案：╳
6．指出下面控制方案合理与否，简要说明理由。
1）离心泵流量调节
答案：不合理。离心泵不能在吸入口安装阀门，否则，当阀门关小时极易产生气蚀现象。
2）电动往复泵流量调节
答案：合理。因为有旁路阀门和泵出口压力调节系统使往复泵可以在其出口直接节流
3)加热炉温度与燃料气压力串级控制
答案：不合理。压力检测点不对，为保证阀前燃油压力稳定会使燃油量变化较大，无法使炉温稳定，应将测压点移到阀后，测烧嘴的背压。
4)氨冷器传热平均温差控制
答案：合理。根据被冷却介质（出口）温度调节氨冷气氨气化侧的整发压力，所以调节NH3气排出量实际上调正了氨冷器的内氨蒸发侧的温度，使传热温差得到调整，即可达到调节出口温度的目的。
5)塔釜温度控制
答案：不合理。塔釜为恒定加热量。当受某种扰动使釜温上升时，气开阀将开大，放出一部分重组分物料，塔釜物料的减少，使塔内温度上升更快，从而构成一个正反馈系统，不能正常工作，降温亦如此。
6)精塔釜进料温度控制
答案：不合理。气液混合进料不能采用这种温度控制。因为当改变加热蒸汽量时进料的温度并不变化，只是气液比发生了变化。应改为热焓控制。控制进塔物料的热量。
三、单项选择题
1．
调节系统的稳定性是对调节系统最基本的要求，稳定调节过程的衰减率ζ应是：
A. ζ=0
B. ζ<0
<ζ<1
D. ζ=1
答案：C
2．
一线性调节系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于：
A.干扰作用的形式及强弱。
B.系统本身的结构及参数。
C.干扰作用的形式、强弱和系统本身的结构、参数。
答案：B。
因为线性系统的稳定性，是系统固有的特性。完全由系统本身的结构，参数决定。例如，用代数判据判断线性系统的稳定性是时，其稳定的充分必要条件就是特征方程的所有根都具有负实部，或说都位于S平面的左半部。显然，特征方程的根和输入信号是无关的。
3．
如果甲乙两个广义调节对象的动态特性完全相同（如均为二阶对象），甲采用PI作用调节器，乙采用P作用调节器。当比例带的数值完全相同时，甲，乙两系统的振荡程度相比
A.甲系统的振荡程度比乙系统剧烈。
B.乙系统的振荡程度比甲系统剧烈。
C.甲，乙两系统的振荡程度相同。
答案：A。
4．调节系统中调节器正、反作用的确定是A．实现闭环回路的正反馈。
B．实现闭环回路的负反馈。
C．系统放大倍数恰到好处。
D．生产的安全性。
答案：B
5．
由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来
A. 克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞后τc和纯滞后τ0
B. 克服调节对象的滞后τ0
C. 克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞后τc
答案：C
6.
用变送器的输出直接控制调节阀，能否起调节作用？
A.能
B.不能
C.视控制要求而定
答案：C。所谓控制，指的是把被调参数控制在某一个给定值上，因此系统中要有调节器，使被调参数和给定值在调节器内进行比较，如果两者不等，调节器的输出就去调节阀门开度。但若变送器直接控制调节阀，那就没法给定，也不能按要求的控制规律去调节阀门开度，因此不能把被调参数控制在所需值上，而只能在某个不可调的值上下波动。如果变送器的量程可调，则波动可约束在某个范围，这对要求不高的控制系统，有时也能满足要求。
7.
以下流量系统采用的仪表及投运方法，哪一条理解不够全面？
A. 开停灌隔离液的差压流量计的方法同一般差压流量计的启停方法。
B.差压法测流量采用开方器，一是为了读数线性化，二是防止负荷变化影响系统的动态特性。
C.流量调节系统一般不采用阀门定位器。
D.流量调节系统仅采用PI调节器，不采用PID调节器。
答案：A
8
单纯的前馈调节是一种能对（）进行补偿的调节系统。
A．测量与给定之间的偏差
B．被调量的变化
C．干扰量的变化
答案：C
9、
定值调节是一种能对（）进行补偿的调节系统。
A．测量与给定之间的偏差
B．被调量的变化
C．干扰量的变化
答案：A.
1.
定值调节系统是（）环调节，前馈系统是（）环调节。
A．开，闭
B．闭，开
C．开，开
D．闭，闭
答案：B。
2．
分程调节系统常要加装（）来达到分程的目的。
A．调节器B.变送器C.阀门定位器
答案：C。
3．设制分程调节系统的目的是（）
A．为了满足工艺的特殊要求
B．扩大可调比
C．为了满足工艺的特殊要求，扩大可调比
答案：C4．
在选择性调节系统中防积分饱合一般采用（）方法。
A．限幅法
B．外反馈法
C．积分切除法
答案：c
5．
均匀调节系统调节器参数应为（）。
A．比例度小于100%
B．比例度大于100%
C．比例度等于100%
答案：A。
6．
调节系统在纯比作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比例度（）。
A.增大
B.减小
C.不变
答案：A。
7．
成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（）。
答案：C。
8．
流量、压力调节系统的调节规律，通常选用（）。
答案：A。
9．
液位调节系统的调节规律，通常选用（）。
答案：D。
10．
要消除系统的稳态误差，调节系统的调节规律，通常选用（）。
A. PI
答案：A。
11．
自动调节系统中实现无扰动切换应满足（）的条件。
A.调节器的输出电流等于遥控给定电流。
B.调节器的输出电流不等于遥控给定电流
C.调节器的输出电流等于调节器给定电流
答案：A。
12．
通常可以用时间常数T和放大系数K来表示一阶对象的特性。现有甲乙两个液体贮罐对象，其甲的截面积大于乙的截面积，假定流入和流出侧的阀门、管道尺寸及配管均相同，那么时间常数T（）。
甲大于乙
乙大于甲
甲乙相等
答案：A
13．
通常可以用时间常数T和放大系数K来表示一阶对象的特性。现有甲乙两个液体贮罐对象，其甲的截面积大于乙的截面积，假定流入和流出侧的阀门、管道尺寸及配管均相同,放大系数K（）。
A. 甲大于乙
B. 乙大于甲
C. 甲乙相等
答案：B。
14.
下面三组记录曲线分别是由于比例度太小，积分时间太短，微分时间太长引起，你能加以鉴别吗？
答案：
a.积分时间太短，
b.比例度太小,
c.微分时间太长。
15.
请判定图所示温度调节系统中，调节阀和调节器的作用型式。
当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时；
A.气关调节阀，正作用调节器；
B.气开调节阀，反作用调节器；
C.气开调节阀，正作用调节器；
D.气关调节阀，反作用调节器.
答案：A
16.
当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时；
A.气关调节阀，正作用调节器；
B.气开调节阀，反作用调节器；
C.气开调节阀，正作用调节器；
D.气关调节阀，反作用调节器.
答案：B
17.
当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为待加热的软化水时；
A.气关调节阀，正作用调节器；
B.气开调节阀，反作用调节器；
C.气开调节阀，正作用调节器
D.气关调节阀，反作用调节器.
答案：C
18.
当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为待加热的软化水时；
A.气关调节阀，正作用调节器；
B.气开调节阀，反作用调节器；
C.气开调节阀，正作用调节器；
D.气关调节阀，反作用调节器.
答案：D
5．
在下述情况下,应选用何种作用方式的调节阀(气开,气关)？
加热炉的燃料油(气)系统,应选用( )式；
加热炉的进料系统,应选用( )式;
油水分离器的排水线上,应选用( )式;
容器的压力调节,若用排出料来调节,应选用( )式,
若用排出料来调节,应选用( )式;
精馏塔的流出线,应选用( )式,精馏塔的回流线,应选用( )式。
答案：气开;气关;气开;气关,气开;气开,气关。
6．
什么是调节对象，给定值和偏差？
答案：自动调节系统的生产设备叫做调节对象或简称对象，而生产中要求保持的工艺指标，称为给定值。对于自动调节系统中，习惯采用给定值X减去测量值Z作为偏差e，即e=X-Z，给定值X大于测量值Z时为正偏差，而给定值X小于测量值Z时为负偏差。
7．
偏差信号的含义在单独讨论调节器时和讨论自动化系统时是否相同？
答案：不一样。
在单独讨论调节器时，偏差信号e是用测量值Z减去给定值X计算的，即e=Z-X;而在自动化
系统中却习惯采用给定值X减去测量值Z来作为偏差信号e的，即e=X-Z。虽然都叫偏差信号，但是，在这两种不同场合，计算方法正好相反，应当注意区别。
8．
有一流量调节系统，信号传输管线很长，因此，系统产生较大的传送滞后。有人设想给调节器后加微分器来改善系统特性，试问这种设想合理否为什么若不合理，应采取什么措施合理？
答案：这种设想不合理，因为信号传送滞后是纯滞后，而微分作用不能克服纯滞后。
合理的措施是采用1：1继动器加在信号传输线之间，以增大信号流速，从而减小传输滞后，改善系统特性。
9．
构成一个自动调节对象应具备哪三个条件？
答案：1. 调节对象中的被调节参数是可以连续测量的。
2. 在调节对象中存在着影响被调节参数使之偏离给定值的干扰因素。
3. 在调节对象中至少可以找到一个量是可以进行调节的（即所谓可控的），通过对这个量的调节，将补偿外界干扰对被调参数的影响，使被调节参数维持不变这个量即是所谓的调节参数。
10．
采用PID调节器，在什么情况下需要对纯滞后对象进行补偿？
答案：采用PID调节器的条件是对象纯滞后不能太大。如果对象纯滞后较大，仍采用PID 调节器，就必须考虑纯滞后补偿。纯滞后对象传递函数为
G(s)=KE -τs
根据对象时间常数T、对象增益K、对象纯迟后τ之间的函数关系来决定是否进行补偿。
1.对象纯迟后τ小于对象时间常数T的1/10时，则不用进行纯迟后补偿；
2.当τ大于T/2时，需要考虑补偿；
当τ大于时，则一定要补偿。
11．
自动调节系统的工作品质用什么指标来衡量？
答案：
1）.最大偏差：指被调参数在过渡过程中偏离给定值的最大幅度。
2）余差：指过渡过程结束后，被调参数的新稳定值与给定值之差。
3）衰减比：是衰减震荡过程前后两个波的峰值之比。
4）震荡周期：是衰减过程震荡一次所需的时间。
5）过渡时间：指从被调参数变化之时起，直到被调参数进入新的稳态值的±5%需要的时间。6）过渡时间：指从被调参数变化之时起，直到被调参数进入新的稳态值的±5%所需要的时间。
1.
定值调节系统的传递系统反映了以干扰量为输入，以被调节量为输出的动态关系，它A．与系统本身的结构参数、扰动量的形式及大小均有关。
B．仅与扰动量的形式和大小有关
C．仅与系统本身的结构参数有关
答案：C,因为凡是能用线性常系数微分方程式描述其输出与输入之间动态关系的系统、环节或元件，均可在零初始条件下，通过拉氏变换得到相应的传递函数。所以它们不过是同一系
统、环节或元件动态特性的不同的数学表达式而已。既然微分方程仅取决于系统、环节或元件本身的特性，那么传递函数也就仅与其本身的结构参数有关而与外输入无关了。
2．
已知下列调节对象：
A.截面积大的贮槽液位
B.截面积小的贮槽液位
C.蒸汽夹套加热器温度
D.蒸汽直接加热器温度
E.管道流量
试判断其中哪个对象滞后最大，哪个最小，请用①─⑤数字按滞后大小顺序标出来.
答案A B C D E
③④①②⑤
3．
试分析如图所示酒精蒸馏塔塔顶温度控制方案，以塔顶温度作为被控变量的合理性。
答：由相律定理
自由度数（F）=组分数（C）+相数（P）-2
∵酒精蒸馏塔内进行酒精与水的分离
组分数=2（即酒精和水两种组分）
且相数=2（呈气、液两相）
∴自由度数=2+2-2=2
由所求得F=2来看似乎应该控制两个参数才合理。但是由图可知，冷凝罐上部通大气，因此实际上已恒定了冷凝罐和蒸馏塔的压力，客观上塔压已被控制，因此用塔顶温度作为被控变量是合理的。
4．
调校调节器时，为什么比例度P，积分时间Ti打在接近最小位置（以不振荡为前提），所校调节器精度会提高？
答案：被校仪表找控制点时微分是关死的，所以实际上只有比例积分作用，故
Δy=1/p(Δx)+Kp/(pTi)∫(Δx)dt
式中：Δy—输出信号，Δx—输入信号，P—比例度，Ti—积分时间
可见，当Δy一定时，如P、Ti减小，则必然会引起Δx减小。
换句话说，当P、Ti减小时，仪表的控制点偏差就小，所校调节器的精度就高。
5．
有一台PI调节器，P=100%，Ti=1分，若将P改为200%时，问：
1、调节系统稳定程度提高还是降低为什么？
2、动差增大还是减小为什么？
3、静差能不能消除为什么？
4、调节时间加长还是缩短为什么？
答案：∵Δy=Kp(Δx)+Kp/Ti∫(Δx)dt
其中：Δy—输出变化量，Δx—输入变化量，Kp—比例常数，Kp=1/P
当P从100%变为200%、Ti不变时，外界来一干扰信号Δx，输出信号Δy变小，所以
1、稳定程度提高（因为P增大后，Δy变小，不易产生振荡）。
2、动差增大（由于Δy变小后，调节幅度小即调节作用弱，造成动差增大）。
3、静差会消除（因有积分作用存在）。
4、调节时间加长（因Kp是调节器的放大系数，当比例度P增大即Kp减小时，调节器灵敏
度降低，则克服动、静差的时间加长）。
6．
设工艺要求温度保持在150±3℃。当系统在某一幅值的阶跃扰动下，系统在调节的整个过程，记录仪表反映出温度（Z值）某一瞬间的最大超调量是3℃，没有超过工艺要求。问实际的温度（Y值）变化是否也符合工艺要求实际最大超调量比3℃大还是小为什么？
答案：
实际温度变化超调量大于3℃，超过工艺要求。由于温度测量的一次元件是惯性时间较大的滞后环节因而调节动态过程瞬时的测量值与真实值是不一样。最大偏差及超调量实际值要大于测量值。
7．
设工艺要求温度保持在150±3℃。当系统在某一幅值的阶跃扰动下，系统在调节的整个过程，记录仪表反映出温度（Z值）某一瞬间的最大超调量是3℃，没有超过工艺要求。问当过度过程结束后，静态测量值能否代表真实值？
答案：当过度过程结束后，静态测量值能代表真实值，因此记录仪表上的记录值是实际温度值.
8．
某装置加热炉出口温控采用由热电偶测温,由于长时期运行热偶保护管有结焦现象，致使热偶的测温时间常数达3分钟（若认为是单容对象），这样，在温度波动时，记录的不是真实温度，问二者之间有什么规律性关系你采取什么措施补救，能够使记录的温度真实些，又能改善调节质量？
答案：当被测温度相对稳定不变时，所记录温度就是被测温度；当被测温度波动时，所记录温度就不是真实温度，其波动幅度小于真实温度波动幅度，在相位上落后。波动的频率愈高，记录温度波动的幅度就愈小，相位落后愈严重。补救措施是在温度变送器的输出线路上串入一个正微分器，使其实际微分时间等于热偶的时间常数3分钟，这样记录下来的温度就真实些，克服了滞后，也改善了调节品质。
9．
在什么场合下选用比例（P），比例积分（PI）,比例积分微分（PID）调节规律？
答案：比例调节规律适用于负载变化较小，纯滞后不太大而工艺
要求不高又允许有余差的调节系统。
比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小，系统负载变化较大（需要消除干扰引起的余差），纯滞后不大（时间常数不是太大）而被调参数不允许与给定值有偏差的调节系统。
比例积分调节规律适用于容量滞后较大，纯滞后不太大，不允许有余差的对象。
10．
某流量调节系统，调节阀是对数特性，在满负荷生产时，测量曲线平直，改为半负荷生产时，曲线漂浮，不容易回到给定值，是何原因怎样才能使曲线在给定值上稳定下来？
答案：对一个好的调节系统来说，其总的灵敏度要求是一定的，而整个系统的灵敏度又是由调节对象、调节器、调节阀、测量元件等各个环节的灵敏度综合决定。满负荷生产时，调节阀开度大，而对数阀开度大时放大系数大，灵敏度高，改为半负荷生产时，调节阀开度小，放大系数小，灵敏度低。由于调节阀灵敏度降低，致使整个系统灵敏度降低，因而不易克服外界扰动，引起曲线漂浮。所以，改为半负荷生产时，测量曲线漂浮，不易回到给定值。为使曲线在给定值上重新稳定下来，可适当减小调节器比例带，也即增大调节器放大倍数，以保证调节阀小开度时，整个调节系统灵敏度不至于降低。
11．
一个流量调节回路采用PI调节器，当工艺因某种原因改为副线操作，且提量后，若二次表仍长时间在“自动”状态，问调节器的输出会产生什么现象为什么？
答案：在这种状况下，调节器输出会跑向最大或最小的极限值。因为改副线操作后，调节器回路处于开环状态，提量后又存在偏差，而流量调节系统PI的积分时间往往设置较短，当偏差存在一段时间后，在积分作用下，输出必然跑到极限值。
12．
流量调节系统，采用孔板测流量，变送器讯号没用开方器直接送往调节器。如果生产负荷（流量）变化较大时，调节器的参数不作任何变动情况，应选用什么样的阀特性来补偿，使调节质量仍保持不变？
答案：∵孔板测量的讯号与流量之间关系为P==dP/dQ=2KQ,系统对象的放大倍数Kp是随着负荷增加而增加。在管路阻力损失很小时，选用快开阀。在理想状态，快开阀的流量特性是Kv随Q的增加而减少，使Kp、Kv不变。如管路阻损严重，由于畸变使对数特性变为线性，可选用线性阀来近似。
13.
为什么压力、流量的调节一般不采用微分规律温度、成分调节多采用
微分规律？
答案：对压力、流量等参数来说，对象调节通道时间常数T0较小，而负荷又变化较快，这时微分作用和积分作用都要引起震荡，对调节质量影响很大。而对于温度、成分更这些测量通道和调节通道时间常数大的系统来说，采用微分规律这种超前作用能够收到较好的效果。14．
炉出口温度调节，当适当引入微分作用后，有人说比例度可以比微分时小些，积分时间也可短些，对吗为什么？
答案：这样说是对的。因为微分作用是超前的调节作用，其实质是阻止被调参数的变化，提高系统的稳定性，适当的减小比例度和积分时间有利于提高系统的质量。
15．
一般常规调节系统在负合变动或变动较大时，为什么调节质量会变坏如何解决？
答案：般常规调节系统中的调节参数只能人工调节，在工艺正常运行是调整好的PID参数，只能保证在这种状态下的调节质量，而调节对象特性都为非线性的，在负荷工况变动较大时，对象特性将发生变化，因此原来的调节器参数就不再适应，这时要根据具体情况重新整定调节器参数才有可能使调节质量变好
16．
在串级调节系统中出现共振，应采取什么办法消除？
答案：由于共振现象是串级调节系统整定参数中可能出现的现象，当调节系统除向共振现象时，应适当增加积分时间，或增大主、付调节器的比例度，便可消除这种共振现象。17．
为什么在串级调节系统中，当副回路是采用差压法测流量时，如果没采用开方器，测量时会出现什么现象怎样克服？
答案：会出现震荡现象。克服的方法是副回路流量测量要采用开方器。
18．
什么叫积分饱和，积分饱和对调节系统有什么的影响。
答案：由于积分的作用，其调节器输出将不断的上升或下降，甚至超出统一信号的范围，这种现象称为积分饱和。
积分饱和会使调节器不能及时动作（因为在死区间）造成事故。
19．工业控制中为什么不用纯前馈，而选用前馈加反馈。
答案：因为实际对象中干扰往往不止一个，而且有的变量用现有的检测技术尚不能直接测量出来。因此纯前馈应用在工业控制中就会带来一定的局限性。未了克服这一问题，采用前馈加反馈调节系统，此时选择对象中的最主要的干扰或反馈调节不能克服的干扰作为前馈变量，再用反馈调节补偿其他干扰带来的的影响，这样的调节系统能确保被调参数的稳定和及时有效地克服主要干扰。
过程控制系统第2章 对象特性 习题与解答
过程控制系统第二章（对象特性）习题2-1．什么是被控过程的数学模型？ 2-1解答： 被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。 2-2．建立被控过程数学模型的目的是什么？过程控制对数学模型有什么要求？ 2-2解答： 1）目的：○1设计过程控制系统及整定控制参数； ○2指导生产工艺及其设备的设计与操作； ○3对被控过程进行仿真研究； ○4培训运行操作人员； ○5工业过程的故障检测与诊断。 2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。 2-2．简述建立对象的数学模型两种主要方法。 2-2解答： 一是机理分析法。机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等)，在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程。通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型，它们的表现形式往往是微分方程或代数方程。 二是实验测取法。实验测取法是在所要研究的对象上，人为施加一定的输入作用，然后，用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律，即得到一系列实验数据或实验曲线。然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。 5-12 何为测试法建模？它有什么特点？ 2-3解答： 1）是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。
2）可以在不十分清楚内部机理的情况下，把被研究的对象视为一个黑匣子，完全通过外部测试来描述它的特性。 2-3．描述简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义? 2-3解答： 描述对象特性的参数分别是放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ。 放大系数K 放大系数K 在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变 化量之比，即 输入的变化量 输出的变化量=K 由于放大系数K 反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。 时间常数T 时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变 化，达到新的稳态值所需的时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63．2％所需时间。 时间常数T 是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态参数。 滞后时间τ滞后时间τ是纯滞后时间0τ和容量滞后c τ的总和。 输出变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间，纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。 滞后时间τ也是反映对象动态特性的重要参数。 5-6 什么是自衡特性？具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点？ 2-3解答： 1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性，称为自衡特性。 2）被控过程输出对扰动存在负反馈。 5-7 什么是单容过程和多容过程？
过程控制课程设计 2
课程设计报告 (2013--2014年度第1学期) 名称：过程控制课程设计 题目：主汽压力控制系统 院系：自动化系 专业：自动化1004班 设计周数：1周 姓名学号分工成绩 成员李林芸201009030110 被控对象动态特性分析；画控 制原理图； 张振超201002020425 控制系统仿真实验，控制器参 数整定 包周琦201002020402 画SAMA图、画控制系统工 艺流程图 芦翔201002020411 写课程设计报告、总结 日期：2014 年1 月03 日
《过程控制》课程设计 任务书 一、目的与要求 “过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。通过实际工业 过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图纸的绘制等基础设计和设计 说明的撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完成工程师基本 技能训练。 二、主要内容 1．根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，给出控制系统原理图； 2．根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，绘制控制系统工艺流程图（PID 图）； 3．根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图（包 括系统功能图和系统逻辑图）； 4．对所设计的系统进行仿真试验并进行系统整定； 5．编写设计说明书。 三、进度计划 序号设计(实验)内容完成时间备注 1 下达任务，查找资料周一、周二 周二、周三 2 制定控制方案，绘制控制系统SAMA 图 3 仿真试验、撰写设计说明周三、周四 4 答辩周五 四、设计（实验）成果要求 1．绘制所设计热工控制系统的的SAMA图； 2．根据已给对象，用MATABL进行控制系统仿真整定，并打印整定效果曲线； 3．撰写设计报告 五、考核方式 提交设计报告及答辩 指导教师： 2014年1 月3 日
过程控制系统与仪表习题答案第二章(最新整理)
第 2 章思考题与习题 2-1某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃0 201 402 604 806 1001 2）该表精度； 3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？ 2-2一台压力表量程为0～10MPa，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa 正行程0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 2）基本误差； 3）该表是否符合1.0 级精度？ 2-3某压力表的测量范围为0～10MPa，精度等级为1.0 级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa，试问被校压力表在这一点上是否符合1 级精度，为什么？ 解答： 1）基本误差= ?100% 最大绝对误差?max＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：=5.08 - 5 ?100% = 0.8% 10 0.8％<1％，所以符合1.0 级表。
2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？ 解答： 1） 2） 2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为 1) 1.0 级，0～250mA 2）2.5 级，0～75mA 现要测量 50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答： 分析它们的最大误差： 1）?max ＝250×1％＝2.5mA ；= ± 2.5 ?100% = ±5% 50 2）?max ＝75×2.5％＝1.875mA ；= ± 1.875 ?100% = ±3.75% 50 选择 2.5 级，0～75mA 的表。 2-11 某 DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为 200～1000℃，输出为 4～20mA 。当变送器输出电流为 10mA 时，对应的被测温度是多少？ 解答： 1000 - 200 = 20 - 4 T ； T=500 ?C 。 10 2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为 1.2 ±0.05MPa ，可选用的弹簧管压力计精度有 1.0、1.5、 2.0、2.5 和 4.0 五个等级， 可选用的量程规格有 0～1.6MPa 、0～2.5MPa 和 0～4MPa 。请说明选用何种精度和量程（见附录 E ）的弹簧管压力计最合适？ 解答： 1） 工作原理： 2） 根据题意：压力范围为 1.2＋0.5 MPa ，即允许的最大绝对误差?max ＝0.05
过程控制复习资料 (2)
1、试述串级控制系统的的工作原理,它有哪些特点? 2、某加热炉出口温度控制系统，经运行后发现扰动主要来自燃料流量波动，试设计控制系统克服之，如果发现扰动主要来自原料流量波动，应如何设计控制系统以克服之？画出带控制点工艺流程图和控制系统框图。 3、为什么一些液位控制系统中，减小控制器的增益反而使系统出现持续震荡，是从理论角度分析之。 4、液位均匀控制系统与简单液位控制系统有什么异同？那些场合需要采用液位均匀控制系统？ 5、某加热炉出口温度控制系统中，副被控变量是炉膛温度，温度变送器的量程都选用0--500℃，控制阀选用气开阀。经调试后系统已经正常运行，后因副回路的的温度变送器损坏，该用量程为200--300℃的温度变送器，问对控制系统有什么影响？ 6、题5中，如果损坏的是主回路温度变送器，问改用量程为200--300℃的温度变送器，对控制系统有什么影响？如何解决？ 7、某反应器由A和B两种物料参加反应，已知，A物料时供应有余，B物料可能供用不足，他们都可测可控。采用差压变送器和开方器测量它们的流量，工艺要求正常工况时，Fa=300Kg/h,Fb=600Kg/h,拟用DDZ-III型仪表，设计双闭环（相乘方案）控制系统，确定乘法器的输入电流，画出控制系统框图和带控制点的工艺流程图。 8、题7中，控制系统已正常运行，后因两台差压变送器均损坏，改用相同量程的变送器（注：量程能够满足工艺要求），试问控制系统应作什么改动？为什么？ 9、什么情况下前馈控制系统需要设置偏置信号？应如何设置？ 10、某加热炉出口温度控制系统，原采用出口温度和燃料油流量的串级控制方案，为防止阀后压力过高造成脱火事故，是设计有关控制系统，说明该控制系统是如何工作的？ 1． 调节器的Kc值愈大，表示调节作用（），Ti值愈大，表示积分作用（），Td值愈大表示微分作用（）。答案：越强;减弱;增强。 2． 选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）（），干扰通道的放大倍数（增益）（）。答案：增大;减小。 3． 过程控制系统设置的目的，有（）、（）和（）三类。 答案：定值调节;随动调节;程序调节。 4． 简单控制系统由（）、（）、（）和（）四个环节组成。 答案：调节对象;调节器;调节阀;检测变送器 5． 由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来（）。 答案：克服调节对象的惯性滞后（时间常数T）。 6． 调节系统中调节器正、反的作用的确定是依据( )。 答案：实现闭环回路的负反馈 二、是非题 1. 对纯滞后大的调节对象，为克服其影响，可以引入微分调节作用来克服。 答案：╳ 2．
过程控制系统第2章对象特性习题与解答
过程控制系统第二章（对象特性）习题 2-1．什么是被控过程的数学模型 2-1解答： 被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。 2-2．建立被控过程数学模型的目的是什么过程控制对数学模型有什么要求 2-2解答： 1）目的：○1设计过程控制系统及整定控制参数； ○2指导生产工艺及其设备的设计与操作； ○3对被控过程进行仿真研究； ○4培训运行操作人员； ○5工业过程的故障检测与诊断。 2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。 2-2．简述建立对象的数学模型两种主要方法。 2-2解答： 一是机理分析法。机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等)，在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程。通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型，它们的表现形式往往是微分方程或代数方程。 二是实验测取法。实验测取法是在所要研究的对象上，人为施加一定的输入作用，然后，用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律，即得到一系列实验数据或实验曲线。然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。 5-12 何为测试法建模它有什么特点 2-3解答： 1）是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。
2）可以在不十分清楚内部机理的情况下，把被研究的对象视为一个黑匣子，完全通过外部测试来描述它的特性。 2-3．描述简单对象特性的参数有哪些各有何物理意义 2-3解答： 描述对象特性的参数分别是放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ。 放大系数K 放大系数K 在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变 化量之比，即 输入的变化量 输出的变化量=K 由于放大系数K 反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。 时间常数T 时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变 化，达到新的稳态值所需的时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63．2％所需时间。 时间常数T 是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态参数。 滞后时间τ滞后时间τ是纯滞后时间0τ和容量滞后c τ的总和。 输出变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间，纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。 滞后时间τ也是反映对象动态特性的重要参数。 5-6 什么是自衡特性具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点 2-3解答： 1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性，称为自衡特性。 2）被控过程输出对扰动存在负反馈。
过程控制仪表及控制系统课后习题答案(林德杰) 2
lxc第一章思考题与习题 1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。 解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体 并释放出热量。当电石加入时，内部温度上升，温度 检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控 制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调 节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。 系统框图如下： 被控过程：乙炔发生器 被控参数：乙炔发生器内温度 控制参数：冷水流量 1－3 常用过程控制系统可分为哪几类? 答：过程控制系统主要分为三类： 1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。 2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。 3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。 3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？
答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。它是一个静态指标，对定值控制系统。希望余差越小越好。 2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第 一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即： n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。 衡量系统稳定性也可以用衰减率φ 4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。 5． 过程过渡时间ts ：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％ （根据系统要求）范围内所需要的时间。它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，t s 越小，过渡过程进行得越快。 6．峰值时间tp : 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。称为峰值时间tp 。它反映了系统响应的灵敏程度。 静态指标是余差，动态时间为衰减比（衰减率）、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间。 第二章 思考题与习题 2－1 如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h 为被控参数，C 为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求： （1） 列出过程的微分方程组； （2） 求过程的传递函数W 0（S ）＝H （S ）/Q 1（S ）； （3） 画出过程的方框图。 B B n ' = B B B '-= ?
过程控制系统课后习题
第二章 1什么是对象特性？为什么要研究对象特性？ 答：研究对象特性是设计控制系统的基础；为了能使控制系统能安全投运并进行必要的调试；优化操作。 2什么是对象的数学模型？静态数学模型与动态数学模型有什么区别？ 答：对对象特性的数学描述就叫数学模型。 静态：在输入变量和输出变量达到平稳状态下的情况。 动态：输出变量和状态变量在输入变量影响下的变化情况。 3建立对象的数学模型有什么意义？ 答：1,控制系统的方案设计； 2控制系统的调试和调节器参数的确定； 3制定工业过程操作优化方案； 4新型控制方案及控制策略的确定； 5计算机仿真与过程培训系统； 6设计工业过程的故障检测与诊断系统。 4建立对象的数学模型有哪两种方法？ 答：机理建模和实验建模。 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。 5反应对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？他们对自动控制系统有什么影响？ 答：K—放大系数。对象从新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。 T—时间参数。时间参数表示对象受到输入作用后，被控变量的变化快慢。 桃—停滞时间。输入发生变化到输出发生变化之间的时间间隔。 6评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； 超调量：第一个波峰值y与最终稳态值y之比的百分数； 残余偏差C：过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态Y与设定值之间的偏差。 调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间； 振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率； 峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。 第三章 12选择调节器控制规律的依据是什么？若已知过程的数学模型，怎样来选择pid控制规律？ 1根据桃0/T0比值来选择。若比值小于，选PI，若在与之间，选用PI或者PID，若大于，就需要用到串级控制。 2根据过程特性来选择控制器的控制规律。 P：过渡时间短，克服干扰能力大。常用于负荷变化小，自平衡能力强，对象控制通道中的滞后时间与时间常数之比小，允许余差存在，控制质量要求不高的场合。
过程控制工程2-4章答案(孙洪程著)
第二章思考题及习题 与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点 答：串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。(1) 串级控制系统具有更高的工作频率；(2) 串级控制系统具有较强的抗干扰能力；(3) 串级控制系统具有一定的自适应能力 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用只取决于主对象放大倍数的符号，而与其他环节无关 答：主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。主环内包括有主控制器、副回路、主对象和主变送器。控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来看待。这样，只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求。即Sign{G 01(s )}Sign{G 02’(s )}Sign{G m1(s )}Sign{G c1(s )}=-1就可以确定主控制器的正、反作用。实际上主变送器放大倍数符号一般情况下都是“正”的，再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节，因此主控制器的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。当主对象放大倍数符号为“正”时，主控制器应选“负”作用；反之，当主对象放大倍数符号为“负”时，主控制器应选正作用。 串级控制系统的一步整定法依据是什么 答：一步整定法的依据是：在串级控制系统中一般来说，主变量是工艺的主要操作指标，直接关系到产品的质量，因此对它要求比较严格。而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量，对副变量本身没有很高的要求，允许它在一定范围内变化，因此在整定时不必将过多的精力放在副环上，只要主变量达到规定的质量指标要求即可。此外对于一个具体的串级控制系统来说，在一定范围内主、副控制器的放大倍数是可以互相匹配的，只要主、副控制器的放大倍数K c1与K c1的乘积等于K s (K s 为主变量呈4：1衰减振荡时的控制器比例放大倍数)，系统就能产生4：1衰减过程(下面的分析中可以进一步证明)。虽然按照经验一次放上的副控制器参数不一定合适，但可通过调整主控制器放大倍数来进行补偿，结果仍然可使主变量呈4：1衰减。 试证明串级控制系统中，当干扰作用在副环时，只要主、副控制器其中之一有积分作用就能保证主变量无余差。而当干扰作用于主环时，只有主控制器有积分作用时才能保证主变量无余差。 答：从串级控制系统结构图中可以看出： 1. 当干扰作用在副环时，副环在干扰下的输出可如下计算： 令 并假定f (t )为单位阶跃干扰，则F (s)=1/s ，运用终值 定理可得： )( ) 1()( )(220202 02m m V V K S G s T K S G K S G =+= =；；
(完整版)过程控制作业答案.
作 业 第二章： 2-6某水槽如题图2-1所示。其中A 1为槽的截面积，R 1、R 2均为线性水阻，Q i 为流入量，Q 1和Q 2为流出量要求： (1)写出以水位h 1为输出量，Q i 为输入量的对象动态方程； (2)写出对象的传递函数G(s)并指出其增益K 和时间常数T 的数值。 图2-1 解：1）平衡状态： 02010Q Q Q i += 2）当非平衡时： i i i Q Q Q ?+=0；1011Q Q Q ?+=；2022Q Q Q ?+= 质量守恒：211 Q Q Q dt h d A i ?-?-?=? 对应每个阀门，线性水阻：11R h Q ?= ?；2 2R h Q ?=? 动态方程：i Q R h R h dt h d A ?=?+?+?2 11 3) 传递函数：)()()1 1(2 11s Q s H R R S A i =++ 1)11(1)()()(211 +=++== Ts K R R S A s Q s H s G i 这里：2 112 1212 111111R R A T R R R R R R K += +=+= ； 2 Q 1 1
2-7建立三容体系统h 3与控制量u 之间的动态方程和传递数,见题图2-2。 解：如图为三个单链单容对像模型。被控参考△h 3的动态方程： 3233 Q Q dt h d c ?-?=?；22R h Q ?= ?；33R h Q ?=?； 212 2Q Q dt h d c ?-?=?；11R h Q ?=? 11 1 Q Q dt h d c i ?-?=? u K Q i ?=? 得多容体动态方程： u KR h dt h d c R c R c R dt h d c c R R c c R R c c R R dt h d c c c R R R ?=?+?+++?+++?333 3322112 3 2313132322121333321321)()( 传递函数： 3 22133)()()(a s a s a s K s U s H s G +++== ； 这里： 3 213213 32132133 213213 3221123213213 1313232212111 ; c c c R R R kR K c c c R R R a c c c R R R c R c R c R a c c c R R R c c R R c c R R c c R R a == ++= ++=
过程控制系统与仪表习题答案 第二章
第2章 思考题与习题 2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃ 201 402 604 806 1001 求：1）该表最大绝对误差； 2）该表精度； 3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？ 2-2 一台压力表量程为0～10MPa ，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa 正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 求：1）变差； 2）基本误差； 3）该表是否符合1.0级精度？ 2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，精度等级为1.0级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa ，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？ 解答： 1）基本误差δ= 100% ? 最大绝对误差?max ＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：% 8.0%10010 508.5=?-=δ 0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。
2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？ 解答： 1） 2） 2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为 1) 1.0级，0～250mA 2）2.5级，0～75mA 现要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答： 分析它们的最大误差： 1）?max ＝250×1％＝2.5mA ；% 5%10050 5.2±=?± =δ 2）?max ＝75×2.5％＝1.875mA ；% 75.3%10050 875.1±=?±=δ 选择2.5级，0～75mA 的表。 2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃，输出为4～20mA 。当变送器输出电流为10mA 时，对应的被测温度是多少？ 解答： 10 4 202001000T =--； T=500C ?。 2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为1.2±0.05MPa ，可选用的弹簧管压力计精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五个等级，可选用的量程规格有0～1.6MPa 、0～2.5MPa 和0～4MPa 。请说明选用何种精度和量程（见附录E ）的弹簧管压力计最合适？ 解答： 1）工作原理： 2）根据题意：压力范围为1.2＋0.5 MPa ，即允许的最大绝对误差?max ＝0.05
东南大学过程控制实验报告二
东南大学自动化学院 实验报告 课程名称：过程控制 第二次实验 实验名称：被控过程的建模实验 院（系）：自动化专业：自动化 姓名：学号： 同组人员：实验时间：2017 年 5 月13 日评定成绩：审阅教师：一
一、实验目的 1、了解液位，流量，压力和温度系统的组成结构； 2、掌握用阶跃响应法来实验辨识控制系统的数学模型的特性参数 、0T、0K，并以此计算调节器的P、I T、D T参数； 3、熟练掌握实验法获取被控对象特性的设备操作方法。 二、实验内容 1、对象的配管操作 本实验的实验流程图如图2.1所示，按照实验流程图对实验装置进行配管操作。 图2.1 实验流程图 2、仪表的配线操作 本实验的仪表配线图如图2.2所示，对实验控制台上的2#、3#调节器的输入、输出、电源进行插棒连线（6根弱电，4根强电）。
图2.2 液位飞升实验仪表配线图 3、调节器参数的设置； 4、记录曲线，运用力控组态软件中的历史趋势曲线，曲线下方操作按钮的作用参看附录二。 三、实验步骤 1、了解被控过程的自衡和非自衡特性，操作前，将力控组态软件打开到运行系统，选择相应实验，打开到历史趋势曲线；
2、掌握单容过程和多容过程的典型传递函数；按照实验流程图配管，并完成仪表配线；建模连线图如下： 3、掌握飞升曲线的建模方法系统模型的认识； 为了实现对水箱的建模，应该在断开所有的控制器的情况下让水箱获得自然平衡点。利用P909手动控制电动阀的开度，保持出水阀的开度不变，手动调节进水阀的开度，使得液位逐渐达到平衡点。在液位到达第一个平衡点之后保持进水阀和出水阀的开度不变，通过P909手动增大电动阀的开度。（这里之所以实用电动阀来控制输入量是因为电动阀的是线性的，而进水阀是非线性的，从而电动阀的开度该变量是可以量化的）由于开度的增大，进水
过程控制工程2-4章答案(孙洪程著)
过程控制工程2-4章答案 (孙洪程著) -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第二章思考题及习题 与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点 答：串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。(1) 串级控制系统具有更高的工作频率；(2) 串级控制系统具有较强的抗干扰能力；(3) 串级控制系统具有一定的自适应能力 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用只取决于主对象放大倍数的符号，而与其他环节无关 答：主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。主环内包括有主控制器、副回路、主对象和主变送器。控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来看待。这样，只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求。即Sign{G01(s)}Sign{G02’(s)}Sign{G m1(s)}Sign{G c1(s)}=-1就可以确定主控制器的正、反作用。实际上主变送器放大倍数符号一般情况下都是“正”的，再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节，因此主控制器的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。当主对象放大倍数符号为“正”时，主控制器应选“负”作用；反之，当主对象放大倍数符号为“负”时，主控制器应选正作用。 串级控制系统的一步整定法依据是什么 答：一步整定法的依据是：在串级控制系统中一般来说，主变量是工艺的主要操作指标，直接关系到产品的质量，因此对它要求比较严格。而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量，对副变量本身没有很高的要求，允许它在一定范围内变化，因此在整定时不必将过多的精力放在副环上，只要主变量达到规定的质量指标要求即可。此外对于一个具体的串级控制系统来说，在一定范围内主、副控制器的放大倍数是可以互相匹配的，只要主、副控制器的放大倍数K c1与K c1的乘积等于K s(K s为主变量呈4：1衰减振荡时的控制器比例放大倍数)，系统就能产生4：1衰减过程(下面的分析中可以进一步证明)。虽然按照经验一次放上的副控制器参数不一定合适，但可通过调整主控制器放大倍数来进行补偿，结果仍然可使主变量呈4：1衰减。 试证明串级控制系统中，当干扰作用在副环时，只要主、副控制器其中之一有积分作用就能保证主变量无余差。而当干扰作用于主环时，只有主控制器有积分作用时才能保证主变量无余差。 答：从串级控制系统结构图中可以看出：
自动化仪表及过程控制2
第二章过程建模 ?本章提要 1.过程建模的基本概念 2.单容过程的数学模型的建立 3.多容过程的数学模型的建立 4.用响应曲线法辨识过程的数学模型 5.用相关统计法辨识过程的数学模型 6.用最小二乘参数估计方法的系统辨识 ?授课内容 第一节基本概念 在过程控制系统的分析和设计中，过程的数学模型是极其重要的基础资料。所以，建立过程的数学模型对于实现生产过程自动化有着十分重要的意义。 一个过程控制系统的优劣，主要取决于对生产工艺过程的了解和建立过程的数学模型。 1.基本概念 ?被控过程-----指指正在运行中的多种多样的工艺生产设备。(P11) ?被控过程的数学模型-----指过程在各输入量（包括控制量和扰动量）作用 下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。(P11) ?过程模型的两种描述形式： ●非参量形式：即用曲线或数据表格来表示（形象、直观，但对进行系 统的设计和综合不方便）。 ●参量形式：即用数学方程来表示（方便，描述形式有：微分方程、传 递函数、差分方程、脉冲响应函数、状态方程和观察方程等）。 ?过程控制系统方框图： ?内部扰动（基本扰动）-----通常是一个可控性良好的输入量，选作为控制 作用，即调节器的输山量(u(t))作为控制作用。基本扰动作用于闭合回路内， 所以对系统的性能起决定作用。 ?外部扰动------其他的输入量则称为扰动作用（f1（t）～f n（t））。外部扰动 对过程控制也有很大影响。
?输入量-----（u1(t)、u2(t)、、、u n(t)，f1(t)、f2(t)、、、f n(t)） ?输出量-----（y1(t)、y2(t)、、、y n(t)） ?通道-----被控过程输入量与输出量之间的信号联系。 ?控制通道-----控制作用与被控变量之间的信号联系。 ?扰动通道-----扰动作用与被控变量之间的信号联系。 注：x(t)为系统的设定值（给定值、比较值） ?单输入单输出系统------ ?多输入单输出系统------ ?多输入多输出系统------需要解耦控制 ?过程的阶跃响应曲线： 注：大多数被控过程特性的特点是被控量的变化往往是不振荡的、单调的、有时延的和惯性的。 上图表示在输入扰动x（其实应该是u或f）作用下，输出y（被控量）的具有时延的响应。 ?自衡过程-----过程对扰动的响应有时延，被控量变化最后达到新的平衡， 即过程具有自平衡能力。如图2—2(a)所示； ?无自衡过程-----被控量不断交化最后不再平衡下来，过程无自平衡能力。 如图2—2(b)所示。 2.建立过程数学模型的目的 ●设计过程控制系统和整定调节器参数。 过程控制系统设计时选择控制通道、确定控制方案、分析质量指标、探索最优工况以及调节器参数的最佳整定都是以被控过程的数学模型为重要依据的。 ●指导生产工艺设备的设计。 确定有关因素对整个被控过程特性的影响，从而提出对生产设备的结构设计的合理要求和建议。 ●进行仿真试验研究。 不需要建造小的物理模型，只要根据过程的数学模型通过计算机进行仿真试验研究。 3.被控过程数学模型的应用与要求 ?被控过程数学模型的部分应用与要求可见表2—l所示。
与顾客有关的过程控制程序2
与顾客有关的过程控制程序 1目的 1.1充分识别顾客对产品和服务的要求和期望，实施持续改进，确保实现对顾客的质量承诺、环境和服务承诺。 1.2对销售合同（包括投标文件）的合理性、可行性进行评审来证实公司满足要求的能力，同时维护公司的合法权益。 1.3收集OEM信息，解答顾客咨询，正确处理投诉、增加顾客满意度 2适用范围 适用于与顾客有关过程的控制，包括对顾客要求的识别、对产品有关要求的评审、与顾客的沟通（包括产品的售前哲中售后服务、投标、合同的履约等和对顾客財产的管理。 3职责 3.1销售部销售人员应有足够的包装专业知识，以确保在和顾客谈判中能熟练识别顾客要求：在接受合同或订节前组织有关部门对产品需求进行评审，并负责与顾客沟通，保存评审记录. 3.2釆购部采购人员应负责评审所需原材料的采购能力，建立有关采购合间的联系渠道。 3.3技术部工艺主管人员负责评审产品工艺及制造能力。 3.4品保部负责对产品质量要求和检测能力的评审。 3.5各分厂应评审设备满足和交货保证的能力， 3.6企管部负责对人员满足能力的评审， 3.7物流部门负责对运输满足能力的评审。 3.8总经理负责对重要、大型合同做出决策、把关及审批， 4工作程序 4.1与顾客有关的过程 1）与产品有关的要求的确定：顾客明示的和隐含的对产品交付和交付后产品的性能、用途、使用所必须的要求：与产品有关的法律法规要求：满足产品质2性能和服务的要求以及瓶迎合顾客超前意识的要求：公司认为有必要的任何附加要求。 2）与产品有关的要求的评审：应评审与产品有关的要求，评审要在对顾客承诺之前进行（如提交投标书、合同或订单以及合同或订单更改之前）确保我们有能力满足产品、服务所要求的规定与合同或订单一致；以及有关污染预防方面的要求。 4.2顾客要求的识别 4.2.1销售人员应在投标、报价、洽谈等活动过程中熟练识别顾客对订购产品的各种要求。
过程控制工程章复习资料孙洪程著
第二章思考题及习题 2.1 与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点? 答：串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。(1) 串级控制系统具有更高的工作频率；(2) 串级控制系统具有较强的抗干扰能力；(3) 串级控制系统具有一定的自适应能力 2.2 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用只取决于主对象放大倍数的符号，而与其他环节无关? 答：主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。主环内包括有主控制器、副回路、主对象和主变送器。控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来看待。这样，只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求。即Sign{G 01(s )}Sign{G 02’(s )}Sign{G m1(s )}Sign{G c1(s )}=-1就可以确定主控制器的正、反作用。实际上主变送器放大倍数符号一般情况下都是“正”的，再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节，因此主控制器的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。当主对象放大倍数符号为“正”时，主控制器应选“负”作用；反之，当主对象放大倍数符号为“负”时，主控制器应选正作用。 2.3 串级控制系统的一步整定法依据是什么? 答：一步整定法的依据是：在串级控制系统中一般来说，主变量是工艺的主要操作指标，直接关系到产品的质量，因此对它要求比较严格。而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量，对副变量本身没有很高的要求，允许它在一定范围内变化，因此在整定时不必将过多的精力放在副环上，只要主变量达到规定的质量指标要求即可。此外对于一个具体的串级控制系统来说，在一定范围内主、副控制器的放大倍数是可以互相匹配的，只要主、副控制器的放大倍数K c1与K c1的乘积等于K s (K s 为主变量呈4：1衰减振荡时的控制器比例放大倍数)，系统就能产生4：1衰减过程(下面的分析中可以进一步证明)。虽然按照经验一次放上的副控制器参数不一定合适，但可通过调整主控制器放大倍数来进行补偿，结果仍然可使主变量呈4：1衰减。 2.4 试证明串级控制系统中，当干扰作用在副环时，只要主、副控制器其中之一有积分作用就能保证主变量无余差。而当干扰作用于主环时，只有主控制器有积分作用时才能保证主变量无余差。 答：从串级控制系统结构图中可以看出： 1. 当干扰作用在副环时，副环在干扰下的输出可如下计算： 令 并假定f (t )为单位阶跃干扰，则F (s)=1/s ，运用终值定理可得： )( ) 1()( )(22020202m m V V K S G s T K S G K S G =+==；；
过程控制 复习题 (2)
一、填空题： 1、简单控制系统由（控制器）、（执行机构）、（被控对象）和（检测变送仪表）四个环节组成。 2、对象数学模型是指对象的（输入输出）特性，是对象在各输入量（控制量和检测变送量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。 3、获取对象数学模型的方法参方法有：（机理法）和（测试法）。 4、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。 5、流通能力Ｃ的定义是：调节阀全开，阀前后压差为（0.1Mp），流体重度为（1g/m3），每（小时）所通过的流体（系）数。 6、被调介质流过阀门的（相对）流量与阀门（相对）行程之间的关系称为调节阀的流量特性；若阀前后压差保持不变时，上述关系称为（理想流量）特性，实际使用中，阀门前后的压差总是变化的，此时上述关系为（工作流量）特性。 7、动态前馈控制的设计思想是通过选择适当的（前馈）控制器，使干扰信号经过（前馈）控制器致被控量通道的动态特性完全复制对象（干扰）通道的动态特性，并使它们符号（相反）（正、反），从而实现对干扰信号进行完全补偿的目标。 8、自动调节系统常用参数整定方法（动态特性参数法），（稳定边界法），（衰减曲线法），（经验法）。 9、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）。 4、模糊控制器的设计（不依赖）被控对象的精确数学模型。 二、单项选择题： 1、调节系统的稳定性是对调节系统最基本的要求，稳定调节过程的衰减率ζ应是（C.0<ζ<1）。 2、线性调节系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于（Ｃ．干扰作用的形式、强弱和系统本身的结构、参数。） 3、单纯的前馈调节是一种能对（C．干扰量的变化）进行补偿的调节系统。 4、均匀控制系统的任务是（A．使前后设备在物料供求上相互均匀、协调。） 5、定值调节系统是环调节，前馈系统是环调节。（B．闭，开） 6、在选择性调节系统中防积分饱和一般采用（B．外反馈法）方法。 7、设置分程调节系统的目的是（C．为了满足工艺的特殊要求，扩大可调比） 8、若控制系统在纯比例作用下已整定好参数，加入积分作用后，为保证原稳定度，应将比例度（Ａ．增 大） 9、成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（Ｄ．PID）。 10、流量、压力调节系统的调节规律，通常选用（Ｂ．PＩ）。 11、要消除系统的稳态误差，调节系统的调节规律，通常选用（Ｂ．PＩ）。 12、通常可以用时间常数T和放大系数K来表示一阶对象的特性。现有甲乙两个液体贮罐对象，已知甲的 截面积大于乙的截面积，假定流入和流出侧的阀门、管道尺寸及配管均相同，那么时间常数T（A．甲大于乙）。 13、请判定图所示温度调节系统中，调节阀和调节器的作用型式。 当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时；（）
过程控制-习题与答案教学文案
第1章绪论思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：控制器，被控对象，执行机构，检测变送装置。 1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？ 解答： 被控对象自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。 被控变量被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。 操纵变量受控制器操纵的，用以克服扰动的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。扰动量除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。 设定值被控变量的预定值。 偏差被控变量的设定值与实际值之差。 1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 按照设定值的不同形式又可分为: 1．定值控制系统定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统.定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响,使被控变量最终回到设定值或其附近.以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言. 2.随动控制系统随动控制系统的设定值是不断变化的.随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地,准确无误地跟踪设定值的变化而变化 3.程序控制系统程序控制系统的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。 1-5 什么是定值控制系统? 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？为什么说研究控制系统的动态比其静态更有意义？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 在自动化工作中，了解、研究控制系统动态比其静态更为重要。因为在生产过程中，干扰是客观存在的，是不可避免的。在扰动引起系统变动后，就需要通过控制装置不断地施加控制作用去消除干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺生产所规定的技术指标上，以满足过程控制的要求。一个正常工作的自动控制系统，时时刻刻都受到扰动的频繁作用，总是处在一种频