过程控制系统与仪表习题答案 自制

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 原因：被控过程大多具有大惯性、大滞后的特点。

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

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：调节器。执行器。被控过程（对象）。检测变送器

1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类

分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P ）控制、比例积分（PI ）控制，比例、积分、微分（PID ）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统

2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统

3-9 试写出比例、积分、微分（PID ）三作用控制规律的数学表达式。

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⎫ ⎝⎛++=⎰dt de T edt T e P y D 111 3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用

1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。

3-14 PID 调节器中，比例度P 、积分时间常数I T 、微分时间常数D T 分别具有什么含义在调节器动作过程中分别产生什么影响若将I T 取∞、D T 取0，分别代表调节器处于什么状态

比例度P 含义：使控制器的输出变化满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应的输入测量值变化占仪表输入量

程的百分比。比例作用的强弱取决于比例度的大小。 积分时间常数I T 含义：I T 越小，积分作用越强；越大积分作用越弱；若将I T 取∞，则积分作用消失。

7-1 与单回路系统相比，串级控制系统有哪些主要特点

串级控制系统由于引入副回路，使系统控制品质相对于单回路控制系统显着提高。在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路：主回路和副回路，主、副调节器串联工作；主调节器输出作为副调节器的设定值，系统通过副调节器输出控制执行器动作，实现对主参数的定制控制。串级系统的主回路是定制控制系统，副回路是随动控制系统。

4-9 如图4-24所示的蒸气加热器对物料进行加热。为保证控制系统发生故障时，加热器的耐热材料不被烧坏，试确定蒸气管道上调节阀的气开、气关形式。

解答：气开式调节阀。从工艺生产安全考虑，一旦控制系统发生故障、信号中断

时，调节阀的开关状态应能保证工艺设备和操作人员的安全。如果控制信号中图

断时，阀处于打开位置时危险性小，则应选用气关式调节阀；反之，若阀处于

关闭位置时危险性小，则应选用气开阀。

7-9 简述前馈控制的工作原理，与反馈控制相比，它有什么优点和局限

1）当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小来改变控制量，以抵消扰动对被控参数的影响。2）优点：前馈控制器在扰动出现时立即进行控制，控制及时，对特定扰动引起的动、静态偏差控制比较有效。

局限：1.实际工业过程中的干扰很多，不可能对每个干扰设计一个独立的监测装置和前馈控制器。2.决定前馈控制器规律的Gf(s),Go1(s)和Gv(s)的精确表达式很难得到，即使得到了，也很难在物理上计算出Gb(s)。

7-18什么是比值控制系统常用比值控制系统方案有哪些比较其优点。

实现两个活两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，成为比值系统。开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统。

7-23什么是均值控制要求和目的。

均值控制是连续生产过程中，各种设备前后紧密联系的情况提出来的一种特殊控制。

目的和要求：均值控制通过对液体和流量两个变量同时兼顾的控制策略，是两个相互矛盾的变量相互协调，满足二者均在小范围内缓慢变化的要求。

7-25什么是分程控制简述分程控制的特点。怎样实现分程控制

在工业生产过程中，有事会遇到一个控制器去操控几个阀门，若按输出信号的不同区间操作不同的阀门，这样的控制系统就是分程控制系统。特点：调节器输出信号分程，调节阀多。通过阀门定位器来实现。

7-29什么是选择性控制通过实例简述选择性控制的基本原理。

凡是在控制回路中引入选择器的系统成为选择性控制。选择器位于调节器的输出端，对调节器的输出信号进行选择的系统：两个调节器共用一个调节阀。选择器位于调节器之前，对变送器的输出信号进行选择的系统：几个变送器合用一个调节器。9-2 什么是直接数字控制（DDC）系统它主要包括哪些部分

概念：用一台工业计算机配以适当的输入、输出设备，从输入通道获取生产过程的信息。按照预先规定的控制算法计算出控制量，并通过输出通道直接作用于执行器，实现对整个生产过程的控制。

组成：被控过程、检测仪表、执行器、计算机系统（软件、硬件）。

9-6集散控制系统（DCS）最主要的特点是什么与传统的仪表控制系统和集中控制系统相比，有什么优点特点：集中管理和分散控制。优点：采用危险分散、控制分散、而操作和管理集中的基本设计思想以及分层、分级和合作