厉玉鸣第四版本科化工仪表及自动化第9章
化工仪表及自动化第四版答案(终极版)
工仪表及自动化 (自制课后答案终极版)1.什么是化工仪表与自动化？它有什么重要意义？答： 化工自动化是化工、 炼油、 食品、 轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上， 配备上一些自动化装置， 代替操作人员的部份直接劳动， 使生产在不同程度上自动地进行， 这 种用自动化装置来管理化工生产过程的方法，称为化工自动化。
它的重要意义如下加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。
减轻劳动强度、改善劳动条件。
能够保证生产安全，防止事故发生或者扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人 身安全的目的。
生产过程自动化的实现， 能根本改变劳动方式， 提高工人文化技术水平， 以适应当代信息技术 革命和信息产业革命的需要。
2.化工自动化主要包括哪些内容？答： ①自动检测系统， 利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、 指示或者记录的部份 ②自动信号和联锁保护系统， 对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置， 是生产过程中的 一种安全装置③自动控制及自动开停车系统 自动控制系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行 某种周期性操作。
自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或者 自动停车。
④自动控制系统 对生产中某些关键性参数进行自动控制 ,使它们在受到外界干扰的影响而偏 离正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内。
3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答；开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况， 也不能判断控制变量的校正作用是否 适合实际需要。
也就是最本质的区别是闭环控制系统有负反馈。
开环系统中， 被控变量是不反 馈到输入端的。
闭环控制系统可以及时了解被控对象的情况， 有针对性的根据被控变量的变化 情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或者接近与所希翼的状态。
4. 自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：主要由测量与变送器 、自动控制器、执行器、被控对象组成。
化工仪表与自动化9-1(控制规律)
回答
10分种
布置作业
作业（P143)
9、10、11、12、13、15、16、20
5分钟
(9-12）
当输入偏差是常数A时=（9-13）
图9-12 积分控制规律
2．积分控制特点
积分控制规律特点:（1）e〈>0时，变化，
E=0时，不变化,保持。
注意：积分控制作用输出信号的大小不仅取决于偏差信号的大小，而且主要取决于偏差存在的时间长短.
3．积分控制过程
下图是一液位控制系统，控制器具有积分控制规律，其在阶跃干扰下的控制过程如图9—14。
微分控制具有“超前"控制作用。
四、比例积分微分控制
同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制器称为比例积分微分控制器。
（9—28）
三个可调参数
比例度δ、积分时间TI和微分时间TD。
适用场合
对象滞后较大、负荷变化较快、不允许有余差的情况.
控制规律
比例控制、积分控制、微分控制。
图9-20 PID控制器输出特性
比例控制优缺点：
优点：反应快，控制及时
缺点：存在余差
结论
若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选得小些，以提高系统的灵敏度,使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定.
听课
50分钟
互动教学
总结（提问）
1．什么是双位控制
2．什么是比例控制
3．比例控制对过渡过程的影响
《化工仪表及自动化》教案
课 题
第九章 基本控制规律（1)
授课教师
授课日期
授课班级
课时
2学时
化工仪表及自动化-课后-答案-第版-厉玉鸣-(史上最全版本)
P161. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
《化工仪表及自动化》课程教学大纲
《化工仪表及自动化》课程教学大纲一、课程基本信息1．课程编号：2．课程名称：化工仪表及自动化3．英文名称：Chemical Engineering Instruments and Automation4. 课程简介：本课程是化学工程与工艺专业本科生开设的一门专业必修课程。
化工仪表及自动化是一门综合性的技术学科，它应用自动控制学科、仪表仪器学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。
化工安全生产技术课程的主要内容有自动控制系统的基本概念，过程特性及其数学模型，检测仪表及传感器，自动控制仪表，执行器，简单控制系统，复杂控制系统，新型控制系统计算机控制系统及典型化工单元的控制方案等。
二、课程说明1．教学目的和要求：通过本课程基本原理的学习，使学生通过本课程学习后，应使学生了解化工自动化的基本知识，理解自动控制系统的组成、基本原理及各环节的作用，能根据工艺的要求，与自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案等。
2．与相关课程衔接：该课程是分析化学、化工原理之后的一门必修课程。
3．学时：总学时32、周学时24．开课学期：第7学期5．教学方法：多媒体讲授，并与学生互动教学。
6．考核方式：考查；成绩组成：平时成绩40%和考试成绩60%7．教材：厉玉鸣主编，化工仪表及自动化（第五版），化学工业出版社，2011年.8．教学参考资料：1）厉玉鸣主编.化工仪表及自动化（第四版）.北京：化学工业出版社，2006.2）杨丽明，张光新.化工仪表及自动化.北京：化学工业出版社，2004.3）俞金寿.过程自动化及仪表.第二版.北京：化学工业出版社.三、课程内容与教学要求绪论：教学目标：了解和掌握化工自动化的定义，实现化工自动化的目的，了解和掌握化工自动化的发展历程及和其他学科的联系。
教学重点：化工自动化的定义，实现化工自动化的目的。
教学难点：实现化工自动化的目的。
授课时数：2学时第一章自动控制系统基本概念教学目标：理解化工自动化的主要内容，自动控制系统的基本组成及表示形式，掌握自动控制系统的过渡过程和品质指标。
《化工仪表及自动化》课程标准
课程标准《化工仪表及自动化》(化工机械与设备专业)负责人：李燕霞参与者：王小平、康文芬 2014年11月《化工仪表及自动化》课程标准【总学时】80【总学分】4【开设学期及周学时分配】第四学期，每周4学时【适用专业】化工机械与设备【教材】《化工仪表及自动化》（第三版），乐建波主编一、课程性质和任务1、课程性质本课程是我校化工机械与设备专业的核心课程与训练项目之一,是具体体现和实现本专业人才培养目标的重要课程之一。
化工仪表与自动化是以石油、化工、冶金、轻工等行业的自动化为背景,将化工原理、生产工艺与设备、仪表及自动化技术相结合的一门综合性的技术学科。
它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。
通过本课程的学习，使化工工艺技术人员在了解和熟悉生产工艺的同时，具备相应的自动控制的知识。
本课程强调工程观点，提倡理论与实际的结合，着重对学生设计能力的训练及提高学生分析问题与解决问题的能力.2、课程任务本课程介绍常用化工仪表的基本常识、自动控制的基本规律和控制方法。
主要内容有：仪表的种类、控制方法、自控方案的制定等。
通过本课程的学习，使学生能够了解化工自动化的基础知识，初步掌握它们在化工中的基本应用，培养学生工程实践能力和创新能力，拓宽知识面，使学生掌握化工仪表及自动化的相关知识，具备化工生产过程中化工仪表及自动化设备管理和维护保养的初步能力，进一步提升学生的职业岗位综合能力和职业素养.二、课程设计本课程采用了综合化、模块化的设计方法，每个模块均采用了理论实践一体化的思路，力求体现“做中学”、“学中做"的教学理念;本课程内容的选择上降低理论重心，突出实际应用，注重培养学生的应用能力和解决问题的实际工作能力;本课程的内容组织形式上强调学生的主体性，在每个模块实施时，先提出学习目标，再进行任务分析，使学生在开始就知道学习的任务和要求，引起学生的注意，利于学生在任务驱动下,自主学习、自我实践。
化工仪表及自动化课后习题答案
第1章自动控制系统根本概念P161. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的局部直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的方法，称为化工自动化。
实现化工生产过程自动化的意义：〔1〕加快生产速度，降低生产本钱，提高产品产量和质量。
〔2〕减轻劳动强度，改善劳动条件。
〔3〕能够保证生产平安，防止事故发生或扩大，到达延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
〔4〕能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差异创造条件。
2、一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
3、闭环控制有反响环节，通过反响系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统. 开环控制没有反响环节，系统的稳定性不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
5、p76、PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
7、方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。
8、测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号〔如气压信号或电压、电流信号等〕送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比拟得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号〔气压或电流〕发送出去。
厉玉鸣第四版化工仪表及自动化绪论2024新版
计算机控制系统的组成及分类
计算机控制系统的组成
包括被控对象、测量变送器、控制器、执行器和人机接口等部分。
计算机控制系统的分类
根据控制策略的不同，可分为开环控制系统和闭环控制系统；根据控制器的不同，可分为数字控制器 和模拟控制器；根据系统结构的不同，可分为集中式控制系统和分布式控制系统。
计算机控制系统的硬件和软件
自适应控制
根据被控对象特性的变化，自动调整控制器 参数，保持系统性能最优。
预测控制
基于被控对象的模型预测未来输出，实现优 化控制。
智能控制
利用人工智能、神经网络等技术，实现复杂 过程的智能优化控制。
鲁棒控制
针对被控对象的不确定性和干扰，设计鲁棒 性强的控制器，确保系统稳定可靠。
05
计算机控制系统
概述
自动控制系统的过渡过程及品质指标
过渡过程的定义
系统从一个稳态过渡到另一个稳态的过程。
过渡过程的品质指标
最大偏差、超调量、调节时间等。
改善过渡过程品质的方法
选择合适的控制器参数、采用串级控制或前 馈控制等。
被控对象的特性
被控对象的定义
在自动控制系统中，需要对 其进行控制的设备或生产过 程。
被控对象的特性参数
自动化仪表及控制系统的发展趋势
智能化
网络化
随着人工智能技术的发展，自动化仪表将 具备更强的数据处理和学习能力，实现自 适应控制和优化控制。
借助工业互联网技术，实现自动化仪表与 控制系统的远程监控和故障诊断，提高生 产效率和安全性。
集成化
绿色化
将多个自动化仪表和控制系统集成到一个 平台上，实现统一管理和优化调度，提高 整体性能。
实例二
压力控制系统在气体压缩中的应用。通过自动化仪表测量压缩机出口压力，并将信号传递给控制器，控制器根据设定 值与测量值的偏差输出控制信号，调节压缩机的转速或阀门的开度，使出口压力保持稳定。
化工仪表及自动化课后答案第版厉玉鸣版本
P161. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
化工仪表及其自动化第四版厉玉鸣答案
第一章 自动控制系统基本概念1．什么是化工自动化？它有什么重要意义？答：在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，称为化工自动化。
化工自动化的重要意义是：加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量和质量；降低劳动强度，改善劳动成本，改变劳动方式；确保生产安全。
6．图1-16为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
答：PI-307：表示测量点在蒸汽加热器的一台压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07。
仪表安装在现场。
TRC-303：表示测量点在蒸汽加热器出料管线上的一台温度记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为03。
仪表安装在集中仪表盘面上。
FRC-305：表示测量点在蒸汽加热器进料管线上的一台流量记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为05。
仪表安装在集中仪表盘面上。
8．自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?答：在自动控制系统中，测量变送装置用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等）；控制器将测量变送装置送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号（如气压信号或电流信号）发送给执行器；执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
9．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答：被控对象——自动控制系统中，需要实现控制的设备、机械或生产过程等。
被控变量——被控对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的工艺参数（物理量）。
设定值——工艺规定被控变量所要保持的数值。
操纵变量——受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持一定数值的物料量或能量。
化工仪表及自动化(第四版)PDF版
闭环控制系统
控制器接收反馈信号，与输入信号比较后产生控 制信号，实现闭环控制。
复合控制系统
包含多个控制器和多个被控对象，实现更复杂的 控制功能。
自动控制系统的性能指标
稳定性
系统受到扰动后能够恢复到原平衡状态的能 力。
快速性
系统响应速度的快慢，即系统从输入到输出 所需的时间。
工业物联网技术在化工自动化中的应用
设备状态监测
通过物联网技术对化工设备进行实时 监测，实现故障预警和预防性维护。
生产过程优化
利用物联网技术收集生产过程中的实 时数据，对生产过程进行优化和调整
，提高生产效率和产品质量。
供应链管理
通过物联网技术实现供应链的可视化 和智能化管理，降低库存成本和物流
风险。
电测式压力计
将压力转换为电信号进行测量，如压电式压力传感器和电阻应变式压 力传感器等。
温度测量仪表
膨胀式温度计
利用测温介质受热膨胀的原理， 将温度变化转换为位移进行测量 ，如玻璃液体温度计和双金属温 度计等。
热电偶温度计
基于热电效应原理，将温度变化 转换为电势差进行测量，具有测 量范围广、精度高等优点。
人机界面设计
设计易于操作和理解的人机界面，方 便用户进行参数设置和状态监控。
数据处理与存储
对采集的数据进行处理和分析，提取 有用信息，并将重要数据存储在数据 库中。
故障诊断与处理
设计故障诊断程序，及时发现并处理 系统故障，确保系统稳定运行。
控制系统的调试与投运
系统调试
在正式投运前，对控制系统进行调试，检查各部件是否正常工作，控 制算法是否有效。
06
CATALOGUE
化工仪表及自动化课后习题答案第四版
第一章，自动控制系统1、化工自动化主要包括哪些内容。
自动检测，自动保护，自动操纵和自动控制等。
2、闭环控制系统与开环控制系统的区别。
闭环控制系统有负反馈，开环系统中被控变量是不反馈到输入端的。
3、自动控制系统主要有哪些环节组成。
自动化装置及被控对象。
4、什么是负反馈，负反馈在自动控制系统中的意义。
这种把系统的输出信号直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈，当反馈信号取负值时叫负反馈。
5、自动控制系统分类。
定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统6、自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有及影响因素。
最大偏差，衰减比，余差，过渡时间，振荡周期对象的性质，主要包括换热器的负荷大小，换热器的结构、尺寸、材质等，换热器内的换热情况、散热情况及结垢程度等。
7、什么是静态和动态。
当进入被控对象的量和流出对象的量相等时处于静态。
从干扰发生开始，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，所以这种状态叫做动态。
第二章，过程特性及其数学模型1、什么是对象特征，为什么要研究它。
对象输入量与输出量之间的关系系统的控制质量与组成系统的每一个环节的特性都有密切的关系。
特别是被控对象的特性对控制质量的影响很大。
2、建立对象的数学模型有哪两类机理建模：根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，从而获取对象的数学模型。
实验建模：用实验的方法来研究对象的特性，对实验得到的数据或曲线再加以必要的数据处理，使之转化为描述对象特性的数学模型。
混合建模：将机理建模和实验建模结合起来的，先由机理分析的方法提供数学模型的结构形式，然后对其中某些未知的或不确定的参数利用实测的方法给予确定。
3、反映对象特性的参数有哪些。
各有什么物理意义。
它们对自动控制系统有什么影响。
放大系数K：对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。
对象的放大系数K越大，就表示对象的输入量有一定变化时对输出量的影响越大。
化工仪表及自动化厉玉鸣
模拟量
数字量
读出
A/D变换器
电子计数器 显示器
图6-8 数字式显示仪表方框图
17
第二节 数字式显示仪表
特点
准确度、灵敏度高; 读数方便、清晰直观、不会产生视差。 测量速度快，从每秒几十次到每秒上百万次; 仪表的量程和被测量的极性可自动转换,可自动检查 故障、报警以及完成指定的逻辑程序; 可以方便地实现多点测量; 可以与电子计算机配合,给出一定形式的编码输出。
6
第一节 模拟式显示仪表
(4)上支路限流电阻R4 把上支路的工作电流限定在4mA。
R4
E I1
RG
RnP
（6-1）
(5)冷端温度补偿电阻 R2 降低了测量误差。 (6)下支路限流电阻R3 它与R2配合，保证了下支路回路的 工作电流为2mA。
R3
E I2
R2
（6-2）
7
第一节 模拟式显示仪表
举例 例6-1 用镍铬-镍硅热电偶配电子电位差计测量某炉 温,温度的测量范围在400~900℃。图6-4是电位差计 测 量 桥 路 。 已 知 E=1V ； I1=4mA ； I2=2mA ； R2= 5.33Ω；RP∥RB=90Ω。试根据测温要求确定桥路中 的其他电阻值。
11
第一节 模拟式显示仪表
二、电子自动平衡电桥
（1）平衡电桥测温原理 利用平衡电桥来测量热电阻变化。
当被测温度为下限时，Rt有最小
值 Rt0 ， 滑 动 触 点 应 在 RP 的 左 端 ， 此时电桥的平衡条件是
R3 Rt0 RP R2R4
（6-3）
化工仪表及自动化 课后 答案 第版 厉玉鸣 (史上最全版本)
P161. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
?? 实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
化工仪表及自动化-课后-答案-第5版-厉玉鸣
P161. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、化工自动化主要包括哪些内容一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
化工仪表及自动化历玉鸣版复习资料
第一章自动控制的基本概念1. 图1-16 为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305 所代表的意义。
答：PI-307：表示测量点在蒸汽加热器的一台压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07。
仪表安装在现场。
TRC-303：表示测量点在蒸汽加热器出料管线上的一台温度记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为03。
仪表安装在集中仪表盘面上。
FRC-305：表示测量点在蒸汽加热器进料管线上的一台流量记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为05。
仪表安装在集中仪表盘面上。
2.写出自动控制系统的组成及方块图，并简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？答：组成：控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。
方块图:（1）被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象，简称对象。
（2）被控变量y（t）：被控对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量（工艺参数）称为被控变量。
（3）控制变量（操纵变量）q（t）：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变量或操纵变量。
（4）干扰（扰动）f（t）：除控制变量（操纵变量）以外，作用于对象并引起被控变量变化的一切因素称为干扰。
（5）设（给）定值x（t）：工艺规定被控变量所要保持的数值。
（6）偏差e（t）：偏差本应是设定值与被控变量的实际值之差。
（但能获取的信息是被控变量的测量值而非实际值，因此，在控制系统中通常把设定值与测量值之差定义为偏差。
）（自动控制系统是一个闭环系统，在图中还可以看到在反馈信号z旁有一个负号“—”，而在给定值x旁有一个正号“+”号，此正号可以省略。
这里正和负的意思是在比较时，以x作为正值以z作为负值，也就是到控制器的偏差信号e=x-z,图中的反馈信号z取负值，所以叫负反馈，负反馈的信号能使原来的信号减弱，如果反馈信号z取正值，那么就叫做正反馈。
厉玉鸣第四版化工仪表及自动化PPT71页
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
厉玉鸣第四版本科化工仪表及自动化第4章最终版
5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
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5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 三、积分控制
①积分调节规律(I) ②比例积分控制规律(PI) ③积分时间对系统过渡过程的影响
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5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
值过小
系统反应过于灵敏，容易造成过度调节， 产生大幅振荡。
值过大
系统反应过于迟钝，调节时间长，余差大。
值适中
经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定， 有一定的余差。
图4-8 比例度对过渡过程的影响
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5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
② 比例度 是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化 相对值之比的百分数。
e p / 100 % x x p p max min max min
（4-5）
具体意义：使控制器输出变化满刻度时，输入偏差变
化对应于指示刻度的百分数。
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5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
KP:输出量与被控量的差值的比例系数。它是一个重要 ① 的
系数，它决定了比例控制作用的强弱。 改变杠杆支点O的位置即可改变原调节器的放大倍数。
①比例放大倍数(Kp) ②比例度
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5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
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5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
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第三节 其他新型控制系统
2.主要故障 控制系统的故障主要涉及以下几方面：传感器故障； 执行器故障；控制器故障；计算机故障等。 3.故障检测和诊断的含义 故障检测是当控制系统发生故障时，可以及时发现 并报警。 故障诊断是分离出故障的部位，判别故障的类型， 估计出故障的大小与时间，并作评价与决策。
图9-7 专家控制系统总体结构图
19
第三节 其他新型控制系统
三、模糊控制系统 优点 具有实时性好，超调量小，抗干扰能力强，稳
态误差小等。 1.模糊控制系统的基本结构
图9-8 模糊控制系统的方块图
图9-9 模糊控制器的基本结构
20
第三节 其他新型控制系统
2.模糊控制的几种方法 ① 查表法 将输入量的隶属度函数、模糊控制规则及 输出量的隶属度函数都用表格来表示。 ② 专用硬件模糊控制器 用硬件直接实现上述的模糊 推理。优点是推理速度快，控制精度高。 ③ 软件模糊推理法模糊 控制过程中输入量模糊化， 模糊规则推理和输出清晰化和知识库这四部分都用软 件来实现。
是一种多层前馈网络，它分输入层、隐含层和输出 层，其神经元的变换函数为s形函数。 连接权的调整采用误差修正反向传播的学习算法。
图9-11 BP网络结构示意图
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第三节 其他新型控制系统
2.神经网络在控制中的主要作用 ① 在基于精确模型的各种控制结构中充当对象的模型。 ② 在反馈控制系统中直接充当控制器的作用。 ③ 在传统控制系统中起优化计算作用。 ④ 在与其他智能控制方法，如模糊控制、专家控制等相 融合中，为其提供非参数化对象模型、优化参数、推理 模型和故障诊断等。
图9-5 预测控制的基本结构
7
第二节 预测控制
1.预测模型 具有预测功能， 具有预测功能 ， 能够根据系统的现时刻的控制输 入以及过程的历史信息，预测过程输出的未来值。 入以及过程的历史信息，预测过程输出的未来值。 在预测控制中各种不同算法， 在预测控制中各种不同算法，采用不同类型的预测模型 最基本的模型算法控制（MAC）采用的是系统的单 位脉冲响应曲线，而动态矩阵控制（DMC）采用的是系 统的阶跃响应曲线。 预测模型具有展示过程未来动态行为的功能。 预测模型具有展示过程未来动态行为的功能。
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第三节 其他新型控制系统
六、解耦控制系统
1.系统间的耦合现象 若干个控制回路之间，可能会相互耦合，相互影响， 构成多输入-多输出的相关（耦合）控制系统。
图9-13 关联严重的控制系统
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第三节 其他新型控制系统
2.减少与解除耦合的途径 （1）合理匹配被控变量与操纵变量
图9-14 冷热物料混合系统
图9-16 混合物料温度和流 量控制系统
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第三节 其他新型控制系统
（2）控制器的参数整定 在动态上设法通过控制器的参数整定，使两个控制 回路的工作频率错开，两个控制器作用强弱不同。 （3）减少控制回路 （4）串接解耦控制
图9-17 双输入双输出串接解耦系统框图
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第三节 其他新型控制系统
七、推断控制系统
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第三节 其他新型控制系统
2.专家控制系统的类型 根据专家控制系统在过程控制中的用途和功能， 根据专家控制系统在过程控制中的用途和功能 可分为直接型专家控制器和间接型专家控制器。 按知识表达技术，可分为产生式专家控制系统 按知识表达技术 和框架式专家控制系统等。
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第三节 其他新型控制系统
3.专家控制系统结构 系统由算法库、知识基系统和人-机接口与通讯系统组成。 系统由算法库、知识基系统和人-机接口与通讯系统组成。 算法库部分主要完成数值计算。 知识基系统具有定性的启发式知识，它进行符号推理，按专 家系统的设计规范编码，通过算法库与对象相连。 人-机接口与通讯系统作为人-机界面和实现与知识基系统直 接交互联系，与算法库进行间接联系。
化工仪表及自动化
第九章 新型控制系统
内容提要
自适应控制系统
变增益自适应控制 模型参考自适应控制系统 直接优化目标函数的自适应控制系统 自校正控制系统
预测控制
预测控制的基本结构 预测控制的特点及应用
1
内容提要
其他新型控制系统
智能控制 专家控制系统 模糊控制系统 神经元网络控制 故障检测与故障诊断 解耦控制系统 推断控制系统 鲁棒控制
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第二节 预测控制
4.参考轨迹 它是设定值经过在线“柔化”后的产物。 最广泛采用的参考轨迹为一阶指数变化的形式， 它可以使急剧变化的信号转变为比较缓慢变化的信号。
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第二节 预测控制
二、预测控制的特点及其应用 特点
从控制方式上预测控制。 预测控制的预测和优化模式是对传统最优控制的修正， 它使建模简化，并考虑了不确定性及其他复杂性因素。 预测控制对数学模型要求不高且模型的形式多样化。 能直接处理具有纯滞后的过程。 具有良好的跟踪性能和较强的抗扰动能力。 对模型误差具有较强的鲁棒性。
图9-15 变量关系图
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第三节 其他新型控制系统
针对以上情况，变量之间的匹配可以有两种方案 两种方案： 两种方案 一个方案是以Fh作为操纵变量，以T作为被控变量构 一个方案 成温度控制系统，同时，以Fc作为操纵变量，以F作为被 控变量构成流量控制系统； 另一个方案是以Fh作为操 另一个方案 纵变量，以F作为被控变量构 成流量控制系统，同时，以Fc 作为操纵变量，以T作为被控 变量构成温度控制系统。
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第一节 自适应控制系统
四、自校正控制系统
图9-4 自校正控制系统
该系统在原有控制系统的基础上，增加了一个外回 外回 路。它由对象参数辨识器和控制器参数计算机构组成。
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第二节 预测控制
一、预测控制的基本结构
四部分组成， 预测模型、 反馈校正、 四部分组成 ， 预测模型 、 反馈校正 、 滚动优化 和参考轨迹。 和参考轨迹。
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第三节 其他新型控制系统
a.选择能表达系统故障状态的向量集，以此构成故障 模式向量。 b.根据故障向量中各参数的重要性，选择故障状态最 敏感的特征参数，构成特征向量集，作为故障的基准 模式集。 c.由特征向量以一定方式构成判别函数，用来判别系 统目前状态属于哪一个基准模式，或说系统属于哪种 故障状态。 ④ 人工神经元网络诊断方法。
图9-6 智能控制系统的典型结构
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第三节 其他新型控制系统
智能控制系统的主要功能特点： 智能控制系统的主要功能特点：
① 学习功能 ② 适应功能 ③ 组织功能
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第三节 其他新型控制系统
2.智能控制的主要类型 根据智能控制系统的定义和控制功能分类： 根据智能控制系统的定义和控制功能分类： ①自寻优智能控制器 ⑤自修复智能控制器
一、变增益自适应控制 关键点
找出影响对象参数变化 的辅助变量，并设计好 辅助变量与最佳控制器 增益的有关表格。
图9-1 变增益自适应控制
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第一节 自适应控制系统
二、模型参考自适应控制系统
图9-2 模型参考自适应控制系统
研究的主要问题在于设计一个稳定的、具有较高性能 研究的主要问题 的自适应机构的自适应算法。
36
37
25
第三节 其他新型控制系统
3.神经网络控制的分类 根据不同观点可以有不同的形式，目前尚 无统一的分类标准。 一般可分为两大类，即基于传统控制理论 基于传统控制理论 的神经控制和基于神经网络 基于神经网络的智能控制。
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第三节 其他新型控制系统
五、故障检测与故障诊断
1.提高控制系统可靠性的主要方法 （1）提高元器件的可靠性。 提高元器件的可靠性。 （2）系统的高可靠性设计。 系统的高可靠性设计。 ①简化系统结构。 ②采用备份。 （3）控制系统的容错设计。 控制系统的容错设计。 （4）基于故障检测和诊断技术的容错设计。 基于故障检测和诊断技术的容错设计。
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第三节 其他新型控制系统
4.故障检测和诊断的主要方法 （1）基于控制系统动态模型的方法 （2）不依赖于动态模型的方法 ① 诊断专家系统，用专家系统来诊断故障的方法。该系 统主要有两大部分：知识库和推理机。 ② 模糊数学的诊断方法。 ③ 模式识别诊断方法。这种方法适合于积累了大量有关 故障的案例，一般诊断步骤如下。
推断控制是利用数学模型由可测信息将不可测的输 出变量推算出来实现反馈控制，或将不可测扰动推算出 来以实现前馈控制的控制系统。
图9-18 推断控制系统框图
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第三节 其他新型控制系统
八、鲁棒控制
鲁棒控制的任务是设计一个固定控制器，使得相 应的闭环系统在指定不确定性扰动作用下仍能维持预 期的性能，或相应的闭环系统在保持预期的性能前提 下，能允许最大的不确定性扰动。
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第一节 自适应控制系统
三、直接优化目标函数的自适应控制系统
该系统选择某个指定的 目标函数为
图9-3 直接优化目标函数的 自适应控制系统
J (η ) = E{ f [ y (t ,η ), u (t ,η )]}
对上述目标函数求极小，可采用随机逼近法找到可调 参数向量η，使系统的对象参数发生变化时，仍可运行在 最佳状态。
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第三节 其他新型控制系统
四、神经元网络控制
比较适用于那些具有不确定性或高度非线性的控 制对象，并具有较强的适应和学习功能。 制对象，并具有较强的适应和学习功能。 1.人工神经网络 由许多人工神经元模型构成，用来模拟生物神经 网络的某些结构和功能。
图9-10 人工神经元模型
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第三节 其他新型控制系统
②自学习智能控制器 ⑥自镇定智能控制器 ③自适应智能控制器 ④自组织智能控制器 ⑦自协调智能控制器 ⑧自繁殖智能控制器
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第三节 其他新型控制系统
二、专家控制系统
1.专家控制系统概念 专家控制系统是指将专家系统的设计规范和运行机 制与传统控制理论和技术相结合而成的实时控制系统的 设计和实现方法。 根据专家系统技术在控制系统中应用的复杂程度， 可以分为专家控制系统和专家式智能控制器。 专家控制系统可以提高常规控制系统的控制品质， 拓宽系统的作用范围，增加系统的功能，还可以对传统 控制方法难以奏效的复杂过程实现高品质的控制。