过程控制简答题

1.分析前馈控制与反馈控制的区别以及各自的优缺点？

反馈控制是最基本也是最常见的控制系统，控制是按被调量与给定值的偏差起作用的，也称按偏差控制。扰动作用后要等到被调量发生变化并与给定值形成偏差才产生控制作用，所以从消除扰动的影响来看，控制作用是不及时的，但它时刻观测被调量，所以可以保证被调量不会有太大的偏离。

前馈控制系统没有被调量的反馈信号，没有形成闭合回路，又称开环控制。扰动作用后，一方面通过被控对象会引起被调量变化，但同时由前馈控制器产生控制作用，力图消除扰动的影响，所以，控制作用是很及时的。前馈控制主要作用于对外部扰动进行抑制，以减少动态偏差。

2.微分调节器是否能单独工作，请说明其原因，并说明微分调节器的作用？（过82）

因为微分控制的工作是基于误差的变化速度的，而不是基于作用误差本身的，因此这种方法不能单独应用。它总是与比例控制作用或比例-加-积分控制作用组合在一起。

微分控制器能够反映误差信号的变化速度，并且在作用误差的值变得很大的之前，产生一个有效的修正。因此，微分控制可以预测作用误差，使修正提前发生，从而有助于增进系统的稳定性。

3.为什么采用非线性控制系统？有哪几种实施方法？（131）

采用非线性控制的原因主要有：被控对象本身具有非线性特性；人为引入非线性控制规律，使控制系统实施变得简单或满足一定的控制要求。

具体的实施方法：1-采用控制阀的非线性流量特性补偿；2-采用非线性控制规律补偿；3-采用串级控制系统。

4.试述智能控制系统的特点和模糊控制器的基本结构及各部件功能？（191）

智能控制的特点：1-智能控制系统具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的混合控制系统。2-智能控制具有分层信息处理和决策机构。3-智能控制具有非线性特点。4-智能控制具有变结构的特点。5-智能控制具有总体寻优特点。6-智能控制是多学科的综合。

模糊控制器通常由模糊化、知识库、模糊推理和解模糊化等部分组成。

模糊化：模糊化的作用是将输入的精确量转换成模糊化量，输入值的模糊化是通过论域的隶属度函数实现的。

模糊推理：利用知识库的信息和模糊运算方法，模拟人的推理决策的思想方法，在一定的输入条件下激活相应的控制规则给出适当的模糊控制输出。

清晰化（解模糊）：将模糊推理得到的控制量(模糊量)变换为实际用于控制的清晰量。

知识库：知识库中包含了具体应用领域中的知识和要求的控制目标。它通常由数据库和模糊控制规则库两部分组成。(3分)

5.简要叙述可编程调节器的特点？（仪表127）

（1）实现了仪表和计算机一体化；（2）具有丰富的运算、控制功能；（3）通用性强，使用方便；（4）具有通讯功能，便于系统扩展；（5）可靠性高，维护方便。

6.简单描述集算控制系统的结构和主要特点？（仪表229）

集散控制系统的品种很多，它们的基本结构是相似的，包括上位管理计算机、CRT 显示操作站、高速数据通路、过程控制单元以及数据采集装置等5个部分。

集散控制系统的性能比常规仪表控制系统更为优越，它主要特点如下：功能齐全；人机联系好，实现集中监控和管理；实时性好、可靠性高；系统构成灵活、拓展方便；安装调试简单、性价比好。

7. 现场与控制室仪表之间是采用直流电流信号还是采用交流电压信号进行信号传输？为什么？

答： 采用直流电流信号。

优点：直流信号比交流信号干扰少（交流信号容易产生交变电磁场的干扰） 直流信号对负载的要求简单（交流信号有频率和相位问题）

电流比电压更利于远传信息（采用电压形式传送时，如负载电阻很小，距离较远时，导线上的电压会引起误差）。

8.写出PID 控制规律的数学表达式，并说明式中各符号的意义。

答：控制规律表达式如下：

)1(dt

de T edt T e K y D I p ⎰++=∆ 式中， K P ——比例系数；T I ——积分时间常数；T D ——微分时间常数。

9.电容式差压传感器的结构如下图所示，说明电容式差压变送器测量原理？

答：电容式压力变送器是通过弹性膜片的位移引起电容量的变化从而测出压力(或差压)的。当被测差压作用于左右隔离膜片时，通过内充的硅油使测量膜片产生与差压成正比的微小位移，从而引起测量膜片与两侧固定极板间的电容产生差动变化。差动变化的两电容C L (低压侧电容)、C H (高压侧电容)由引线接到测量

电路。将电容的变化经过适当的转换电路，可把差动电容转换成二线制的4~20mADC 输出信号。

10.什么是放大系数K，时间常数T和滞后时间τ？

答： 1）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。

2）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%所需的时间。

3）滞后时间τ滞后时间τ是纯滞后时间和容量滞后时间的总和。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。

11.变送器在使用时，总是希望其输出信号与被测参数之间成线性关系，但由于传感器的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系，因此，必须进行非线性补偿，对于模拟式变送器，通常有哪些非线性补偿方法？并画图说明。（P84）答：原因：传感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系。

模拟式变送器非线性补偿方法:

1 使反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性

2 使测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性

12.串级控制系统有哪些特点？主要使用在哪些场合？（SP186）

答：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调节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