过程控制试题库答案

过程控制试题库答案
一，填空题
1．一般一个简单控制系统由（检测/变送）装置、（被控对象）、（调节）器和（执行）机构组成。

2．过程控制系统常用的参数整定方法有：（经验法）、（衰减曲线法）、（稳定边界法/临界比例度法）和（响应曲线法）。

3．在PID调节器中，调节器的Kc越大，表示调节作用（越强），Ti值越大，表示积分作用（减弱），Td值越大表示微分作用（增强）。

4．常见的过程计算机控制系统分为下列几种典型形式：（操作指导控制系统）、直接数字控制系统、（监督计算机控制系统）、（集散控制系统）和现场总线控制系统。

5．在闭环控制系统中，根据设定值的不同形式，又可分为定值控制系统，随动控制系统和程序控制系统。

1）定值控制系统
特点：设定值是（固定不变）；
作用：保证在（扰动）作用下使被控变量始终保持在设定值上。

2）随动控制系统
特点：设定值是一个（变化量）；
作用：保证在各种条件下系统的输出（及时跟踪设定值变化）。

3）程序控制系统
特点：设定值是一个（按一定时间程序变化的时间函数）；
作用：保证在各种条件下系统的输出（按规定的程序自动变化）。

6．热电偶温度计的基本组成部分部分是（热电偶）、（测量仪表）、（连接热电偶）和（测量仪表的导线）。

7．串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器的广义对象特性，容许（副）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。

8 定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进行控制
的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。

9.保证控制系统成为负反馈
10.干扰量的变化
11.正确，迅速，可靠
12.改善动态性能
13.微分
二，选择题
1.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（C）:
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.克服调节对象的纯滞后τ0.
C.克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞后τc.
2. A
3.定值调节是一种能对（A ）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
D. 设定值的变化
4.定值调节系统是（X）环调节，前馈系统是（X）环调节( B )。

A．开，闭
B．闭，开
C．开，开
D．闭，闭
5.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）。

A.增大
B.减小
C.不变
D.先增大后减小
6.成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（C）。

A. PI
B. PD
C. PID
7..流量、压力调节系统的调节规律，通常选用（A ）。

A. PI
B. PD
C. PID
8.液位调节系统的调节规律，通常选用（D ）。

A. PI
B. PD
C. PID
D. P
9. A
10.调节系统中调节器正、反作用的确定是根据(B)：
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。

11.单纯的前馈调节是一种能对（C）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
12.定值调节是一种能对（A）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
13.热电偶温度计（C）
A) 是利用两个相互接触金属导体的温差电动势特性进行测温的。

B) 是利用两个相互接触金属导体的接触电动势特性进行测温的。

C) 是利用两个相互接触金属导体的温差电动势和接触电动势特性进行测温
的。

D) 是利用两个非接触金属导体的温差电动势和接触电动势特性进行测温
的。

14.下面的叙述中哪一个是最为合理的（D）
A) 控制系统的时间滞后现象主要是由于被控对象的惯性特性引起的。

B) 控制系统的时间滞后现象主要是由于检测装置的安装位置引起的。

C) 控制系统的时间滞后现象对控制系统的稳定性无影响。

D) 以上三种叙述都不完整。

15.D
16.DCS的中文含意是：（B）
A) 比例、积分、微分控制。

B) 分布式控制系统。

C) 可编程序控制器。

D) 以上三个都不正确。

18.D
三．判断
1.×
2.与DCS相比，Fieldbus的主要技术优点之一是实现了控制系统彻底的分散[√]
3.热电阻温度计需要进行冷端补偿才能正常工作。

[×]
4.PID的含义是比例、积分和微分。

[√ ]
5.前馈控制系统是一种定值控制，一般情况下前馈控制可以单独使用。

[×]
6.用Smith补偿器来处理大时延控制对象时，不必要提供精确的对象数学模型。

[×]
7.被控对象特性是指被控对象输入与输出之间的关系。

[√]
8.串级控制系统中的副控制器给定值是由主控制器的输出决定的，所以副控制器相当于一个闭环定值控制系统。

[×]
9.衰减比n表示系统过渡过程曲线变化两个周期后的衰减快慢。

[×]
10.热电阻温度计和热电偶温度计一样，测温时需要进行温度补偿。

[×]
11.一个单回路控制系统由控制器、执行器、检测变送装置和被控对象组成。

[√]
12.在比值控制系统中，一般选择易调节的量为主变量，易测量的量为副变量。

[×]
13.√
14.×
15.×
16.×
17
18.DDC的中文含义是直接数字控制。

[√]
19.被控对象的动态特性是描述被控对象输入输出关系动态特征的。

[√]
20.串级控制系统适用于容量滞后较小的生产工艺过程。

[×]
21.前馈控制系统一般可单独使用，因为其控制精度高，且不受外界干扰影响。

[×]
22.前馈控制与定值控制的原理相同，都是以偏差进行调解的。

[×]
23.被控对象的存滞后时间常数是由于其自身的惯性特性引起的。

[×]
24.在串级控制中，副控制器的输入值为主控制器的输出。

[√]
四．简答题
1.答：简单控制系统的组成是：被控对象，执行器，控制阀，控制器，传感器和
变送器。

结构见书本3页图1-2
2.答：工艺参数需要控制的生产过程设备和机器等。

3.答：被控对象中要求保持设定值的工艺参数。

4.答：受控制器操纵，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。

5.答：除操纵变量外，作用于被控被控对象，并引起被控变量的因素。

6.答：被控变量的设定值
7.答：也称检测装置，将被控量的物理量检测出来，并送至比较机构。

8.答：被控变量的设定值与实际值之差。

9.答根据设定值和测量之间的偏差按控制规律输出信号的设备。

10.答：接受控制器输出信号控制操纵变量的设备。

11.答：由被控对象、执行器和检测装置构成
12.答：控制装置和比较器又统称为控制器
13.什么是定值控制系统？
答案：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。

14.什么是随动控制系统？
答案：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。

15.什么是程序控制系统？
答案：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。

16.什么是调节(被控)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R减去测量值Y 作为偏差e，即e=R-Y，给定值R大于测量值Y时为正偏差，而给定值R小于测量值Y时为负偏差。

17.简述建立对象的数学模型两种主要方法:（每写出1 种方法的得2分）
答案：
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。

18.写出一个带有纯时间滞后的一阶惯性线性定常被控对象的传递函数表达式,说明个参数含义
K——放大系数——滞后时间
——惯性时间常数
19.答：如果有一个输入量作用于过程，通过过程后被放大K倍。

20.答：时间常数越大，系统反应越慢，T越小，系统反应越快。

21.答：当输入量输入受控过程时，受控变量并没有马上动作，而是需要一定的时间才发生变化。

22.答：机理分析法是通过对过程内部运行机理的分析，根据其物理或化学变化规律，在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后得到过程特性方程，其表现形式往往是微分方程或代数方程。

这种方法完全依赖先验知识，所得到的模型称为
机理模型。

机理分析法一般限于简单过程的数学模型建立。

23.简述用机理分析方法建立被控对象数学模型的步骤
机理建模的一般步骤如下：
1) 根据实际工作情况和生产过程要求，确定过程的输入变量和输出变量。

2) 依据过程的内在机理，利用适当的定理定律，建立原始方程。

3) 确定原始方程式中的中间变量，列写出中间变量与其他因素之间的关系。

4) 消除中间变量，即得到输入输出变量的微分方程。

5) 若微分方程是非线性的，则需要进行线性处理。

6) 标准化，将于输入有关的各项放在等号右边，与输出有关的各项放在等号左边，并按降幂排序。

24简述建立被控对象数学模型的实验测试方法
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。

25建立被控对象数学模型的常用实验测试方法有哪些？
主要有阶跃信号法和矩形脉冲法
26.什么叫绝对压力、表压及真空度?它们的相互关系是怎样的?
答案：
绝对压力：绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的压力叫绝对压力。

表压力：当绝对压力大于大气压力时，绝对压力高于大气压力的数值称为表压力，简称表压。

真空度：当绝对压力小于大气压力时，绝对压力低于大气压力的数值称为真空度或负压。

绝对压力、大气压、表压、真空度之间的相互关系如图所示。

27.简述PID 调节器c K 、i T 和d T 的作用是什么？
答案：在PID 调节器中，c K 越大，表示调节作用越强，i T 值越大，表示积分作用减弱，d T 值越大表示微分作用增强。

28.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。

解决这一问题合理的措施是采用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。

29.利用微分作用来克服控制系统的信号传递滞后的设想是否合理与正确？
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。

30.通常在什么场合下选用比例（P ），比例积 （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，系统负载变化不大（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。

31.试简述临界比例度法及其特点。

答案：临界比例度法是在纯比例运行下通过试验，得到临界比例度靠和临界周期T k ，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。

这种方法比较简单、易于掌握和判断，适用于一般的控制系统。

但是不适用于临界比例度小的系统和不允许产生等幅振荡的系统，否则易影响生产的正常进行或造成事故。

32.试简述衰减曲线法及其特点。

答案：衰减曲线法是在纯比例运行下通过使系统产生衰减震荡，得到衰减比例度
s 和衰减周期s T （或上升时间升T ）
，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。

这种方法比较简便，整定质量高，整定过程安全可靠，应用广泛，但对于干扰频繁，记录曲线不规则的系统难于应用。

33.什么是检测元件
能将被测的变量(参数)直接转换成适合于测量形式的元件或器件。

例如，测量温度的检测元件热电偶，能将温度转换成毫伏信号，用于显示和控制。

34.什么是变送器
传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称，通常由敏感元件和转换元件组成。

当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。

35.简述热电偶温度计组成部分及各部件的功能。

（本题每写出1个组成部分得1分，每写出1个组成部分功能得1分）
答案：热电偶温度计的基本组成部分有：热电偶、测量仪表、连接热电偶和测量仪表的导线。

如下图所示
图题4（2）
热电偶是系统中的测温元件，测量仪表是用来检测热电偶产生的热电势信号的，可以采用动圈式仪表或电位差计，导线用来连接热电偶与测量仪表。

为了提高测量精度，一般都要采用补偿导线和考虑冷端温度补偿。

36.(p16-17)热电偶基本定律：
1)均质导体定律
2)中间温度定律
3)中间导体定律
37.(p16)均质导体定律：
凡是由一种均质导体(或半导体)组成的闭合回路，不论导体(或半导体)的界面及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不会产生热电动势。

该定律说明了任何热电偶都必须用两种性质不同的电极制成；热电偶所产生的热电动势仅与热电极材料的性质和热电偶两个温度有关。

38.什么是中间温度定律？
答：热电偶AB在接点温度为T1、T3时的电动势EAB(T1，T3)等于热电偶AB在接点温度为T1、T2的热电动势EAB(T1，T2)和T2、T3时的热电动势EAB(T2，T3)的代数和，即EAB(T1，T3）= EAB(T1，T2) + EAB(T2，T3)。

38.什么是中间导体定律？
答：在热电偶回路中接入第三、第四种匀质材料的导体后，只要中间接入的导体两端具有相同的温度，就不会影响热电偶的电动势。

39.使用热电偶进行温度测量时为什么要加补偿导线？
答：一般热电偶长度很短（几百~几千毫米），热电偶冷端温度会随环境温度不断变化，为了使热电偶冷端温度保持恒定，可以把热电偶做的很长，使冷端远离工作端，并联通测量仪表一起放到恒温或温度波动较小的仪表控制室。

但是，这种方法很不经济，因为从现场到以表示一般较远，这将耗费许多贵重的热电极材料。

所以，一般是使用一种所谓的补偿导线与热电偶冷锻相连，这种补偿
导线是两根不同金属丝，它和连接的热电偶具有相同的热电性能，而所选用的材料是廉价金属，用它们来做热电偶的延伸线，这样就可将热电偶的冷端延伸到温度Tn较恒定的仪表室内。

41. 答：使用补偿导线时要注意型号和极性，尤其补偿导线与热电偶连接的两个
接电温度应相等，以免造成误差。

42.答：由热电偶的测温原理可知，热电偶的热电动势的大小不仅与热端温度有关，而且还与冷端温度有关，只有冷端温度恒定，热电动势才是热端温度的单值函数，才能正确反应热端温度的数值，在实际应用时，热电偶冷端暴露在大气之中，受环境温度波动的影响较大，因此，热电偶冷端温度是变化的。

为了消除冷端温度变化对测量精度的影响，可采用冷端温度补偿。

43.答：1）冷端温度冰浴法，2）计算修正法，3）补偿电桥法
44.串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合?
答案：串级控制系统的主要特点为：（每写出1个应用场合的得2分）
a)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；
b)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；
c)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；
d)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。

串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。

45.答：实际工作中，不允许长时间进行阶跃扰动试验时，可以采用矩形脉冲代替阶跃扰动输入。

这种方法的优点之一是扰动的偏差幅值可以选择大一些。

46.复合前馈控制中的两种典型形式是什么？（4）
答案：前馈-反馈控制和前馈-串级控制。

47.热电偶有哪几种冷端补偿方法？（6）
答案：
e)冷端温度冰浴法
f)计算修正法
g)补偿电桥法
48.答：可靠，迅速，准确，经济。

49.实现生产过程自动化的基本单元，其结构简单，投资少，易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求，因此在工业生产应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小，负荷和扰动变化比较平缓，或控制质量要求不太高的场合
50.答：控制方案的设计 ；工程设计；工程安装和仪表调校；调节器参数工程整 定。

51.答：建立被控过程的数学模型：选择控制方案；建立系统方框图；进行系统 静态、动态特性分析；计算实验和仿真
52.答：控制通道时间常数的大小反映了控制作用的强弱，也反映了克服扰动影响的快慢。

时间常数较大，控制作用小，反映也较弱，过渡过程时间长，控制质量差。

而时间常数较小，控制作用强，克服干扰影响快，过渡过程时间短。

但如果时间常数太小，容易引起过渡过程的多次振荡，被控量难于稳定下来，对系统的稳定性会有影响。

53.答：控制通道的滞后包括纯滞后τo 和容量滞后τc ，两种滞后对系统的质量 影响都不利，尤其是纯滞后τo
54.答：P 控制器。

55.写出任意三种常用的控制器参数整定方法（6）
答案：
h) 经验法
i) 稳定边界法
j) 衰减曲线法
k) 响应曲线法
l) 衰减频率特性法 （答出其中任意三种者得6分，每答出1种得2 分）
56.答：先置∞=I T 按纯比例作用先整定比例度δ，使之达到4: 1衰减过程，然后将比例
带放大(10 - 20)% ，而积分时间I T 由大到小逐步加入，直到达到4: 1的衰减过程。

57.答：1）取TI = ∞，TD =0，比例度取较大数值(一般可取100%以上)，系统按纯比例投入运行，稳定后，逐步地减小比例度，在外界输入作用下(给定或干扰的变化)下，观察过程变化情况，直至系统出现等幅振荡为止，记下此时比例度δK 和振荡周期TK 。

它们分别称作为临界比例度和临界振荡周期。

2）根据δK 和TK ，按表中所列的经验算式，分别求出3种不同情况下的控制器最佳参数值。

3）将比例度放到计算值略大一些的刻度上，然后TI 由大而小将积分作用加入；TD 由小而大将微分作用加入。

4）将比例度调到计算值上，观察运行，适当调整，使过渡过程达到指标要求。

58.答：1）取TI =∞，TD =0，比例度取较大数值(一般可取100%以上)，在纯比例作用下，将系统投入。

待系统稳定后，逐步减小比例度，根据工艺操作的许可程度加额定值的2%～3%的干扰，观察过渡过程波动情况，直到衰减比为设计值时为止，记下此时的比例度δs和它的衰减周期Ts。

2）根据δs和Ts值，按表中的经验公式确定3种不同规律控制下的控制器的最佳参数值。

3）将比例度放到计算值略大一些的刻度上，逐渐引入积分作用和微分作用。

4）将比例度调到计算值上，观察运行，适当调整，使过渡过程达到指标要求。

59.答：加给定干扰不能太大，要根据工艺操作要求来定，一般为5%左右(全量程)，但也有特殊的情况。

必须在工况稳定的情况下才能加设定干扰，否则得不到较正确的δs、Ts值。

对于快速反应的系统，如流量、管道压力等控制系统，想在记录纸上得到理想的4:l曲线是不可能的，此时，通常以被控变量来回波动两次而达到稳定，就近似地认为是4:1的衰减过程。

60.什么是串级控制，它由哪些基本环节组成？
答案：将两台控制器串联在一起，使被控量的控制器的输出作为辅助控制量控制器的给定值，而辅助控制器输出控制一台控制阀的控制系统就是串级控制系统。

串级控制系统一般由主被控对象、副被控对象、控制阀、主控制器、副控制器、主变送装置、副变送装置组成。

61.答：改善了对象的特性；提高了系统的工作频率；提高了系统的抗干扰能力；具有一定的自适应能力
62.答：对象的容量滞后比较大，用单回路控制的过渡过程时间长，超调量大，被控参数恢复慢，控制质量不能满足工艺要求时，可以采用串级控制系统。

控对象的纯滞后时间比较长，用单回路控制系统不能满足控制质量的要求时，可采用串级控制系统。

在系统内存在变化剧烈和幅值很大的干扰作用时，控制质量一般比较差。

在这种情况下，为了提高系统的抗干扰能力，可以采用串级控制系统。

利用串级控制具有一定的自适应能力的特点来满足工艺上的某些特殊要求。

63.答：1）系统检测信号不同反馈控制检测的信号是被控量，前馈控制的检测信号是扰动信号。

2）系统调节的依据不同反馈控制基于偏差值的大小；前馈控制基于扰动量的大小。

3）产生控制作用的及时性反馈控制作用是在被控量反映干扰影响而偏离给定值后才开始调节；前馈控制作用却发生在被控量偏离给定值之前。

4）控制方式不同反馈控制是闭环控制；而前馈控制是一种开环控制。

5) 控制规律不同和控制品质差异6)实现的经济性与可能性
64.答：复合控制系统既有利于克服系统主要干扰的影响，又可以借反馈来消除其他干扰的影响。

当前馈控制效果不够理想时，反馈控制还可以帮助削弱主要干
扰对被控量的影响，并且可以消除静差。

通常所说的前馈控制系统就是这样的复合控制系统
65.答：①实际生产过程中存在各种干扰，对每一个干扰都设计前馈控制是不现实的，而且有些干扰难以测量，无法实现前馈控制。

②前馈控制的规律与对象的特性有关。

对象特性要受负荷和工况等因素的影响而产生漂移，这将导致前馈控制的精度下降。

前馈控制又是一个开环控制，没有反馈信号作进一步的修正。

66.答：1)复合控制时，扰动对输出的影响要比纯前馈时小得多。

2)引入反馈控制后，前馈控制中的完全补偿条件不变。

3)前馈补偿对于系统的稳定性没有影响。

67.当控制系统控制通道的滞后或纯滞后较大，反馈控制又难以满足工艺的要求时，可以采用前馈控制，把主要的干扰引人前馈控制，构成前馈-反馈控制系统。

当己知过程的数学模型后，可通过分析过程控制通道和扰动通道数学模型的特性参数。

前馈-反馈控制系统与串级控制系统的选用问题常是设计中易于遇到的问题
68.对纯滞后（时延）过程的讨论表明，附加了纯滞后，会使广义对象可控程度明显下降。

当过程的纯滞后时间与主导时间常数之比超过0.5时，被称为大滞后（大时延）过程。

69.答：
70.答：
71.简述大时延控制系统Smith预估补偿方案的特点。