过程控制 复习题

1．控制系统对检测变送环节要求是： 准确 、 迅速 和 可靠 。 2．理论上讲，干扰通道存在纯滞后， 不影响 (是否影响)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K2的增加，控制作用 增强 克服干扰的能力 最大 ，系统的余差 减小 。 5. 控制阀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．简单控制系统由组成、各部分的作用是什么？

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？经验法、衰减曲线法、临界比例度法、反应曲线法 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．简述被控量与操作量的选择原则。 被控变量选择的一般原则是：

1) 2) 3) 4) 1) 2) 3) 4)

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。

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。 被控变量必须具有足够的灵敏度和变化数值。

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。 控制变量 应具有可控性、工艺操作的合理性、经济性。

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。

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。 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。

操纵变量的选择应遵循原则

17．模糊控制器的设计是否依赖（不依赖）被控对象的精确数学模型？

18．某电机比例调节器的测量范围为100~200℃，其输出为4~20mA。当测的电流为16mA，问温度多少度。

200100T T=175C

20416419．设置均匀控制系统的目的和其特点是什么？ 目的是: 特点是:

对表征前后设备供求矛盾的两个变量均匀协调,统筹兼顾。

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。

20．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。

1

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及应用场合。

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 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．常用的控制器参数整定方法。

1) 动态特性参数整定法 2) 稳定边界法 3) 阻尼震荡法 4) 经验法

25．为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？

在实际的生产过程中，被控过程常常会受到各种振动的影响，不可能一直工作 在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设 计出良好的控制系统。

26．建立被控过程教学模型的目的是什么？过程控制对数学模型有什么要求？ 目的: 1)控制系统的设计方案

2) 控制系统的调试和控制器参数的确定 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 28题 图

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。

27．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？ 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 28．已知对象控制通道阶跃响应曲线数据如下表所表示，调节量节约变化∆u=50。 时间/min 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 被控量 200.1 201.1 204.0 227.0 251.0 280.0 302.5 318.0 329.5 336.0 339.0 340.5 340.6 1) 用一阶惯性环节加纯迟钝近似对象，求出K、T和τ的值。 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：

2

29．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)

简述当扰动或负载变化使炉膛温度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拨动，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； 是被加热物料的流量、温度等。 4、该串级控制系统工作过程：

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

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↓←

3

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，如下图所示：

29题 图 30题 图 30．如图所示为锅炉液位控制系统，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。

（方框图没有找到）

31．在某一蒸汽加热器的控制系统中，用响应曲线法进行参数调整。当电动单元组合控制器的输出从5mA改变到6mA时，温度记录仪的指针从80℃升到85℃，从原来的稳定状态达到新的稳定状态。控制器输出范围0-10mA，仪表的刻度为50-100℃，并测出纯滞后时间τ0=1.5min。时间常数T0=3min。如采用PI和PID控制规律，试确定出整定参数。 解：由题中的条件知：

输入变化量x =6mA-5mA=1mA 输出变化量y=85℃-80℃=5℃

电动单元控制器采用标准信号0—10mA DC，故有：

1y/(ymaxymin)5/(10050)P100%100 k01 0k0x/(xmaxxmin)1/(100)根据对象动态特性的三个参数：0、T0、P0，可根据经验公式对调节器整定参数，当0.2调节规律 P (%) Ti 0/T01.5时如下表：

Td 2.610/T00.08 P00/T00.7PI 10/T00.082.6 P00/T00.62.610/T00.08 P00/T00.880.8T0 PID 0.81T0+0.190 0.25Ti 其整定参数值有： (1). 比例积分控制器

1.2/2.50.0810/T00.082.6=99% =2.6=

100%(1.2/2.50.6)P00/T00.6 Ti=3.3T0=0.83=2.4min (2). 比例积分微分控制器

10/T00.081.2/2.50.082.679% =2.6P00/T00.88100%(1.2/2.50.88) Ti=0.81T0+0.190==0.81x3+0.19x1.5=2.715min Td=0.25Ti=0.252.715=0.68min

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