化工仪表简答题答案(完整版)

1、自动控制系统的概念及基本结构。

自动控制系统

用一些自动控制装置，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(扰动)的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的数值范围内，为此目的而设置的系统就是自动控制系统。

该系统是由两部分构成的：

控制装置：起到控制作用的全套仪表、自动装置。通常包括测量元件、变送器、控制器和执行器等。

被控对象：控制装置所要控制的生产设备。

2、自动控制系统中变送器、控制器、执行器的概念。

变送器—检测并变换成统一标准信号送到控制器（相当于人的眼睛）

控制器—接收变送器信号与液位期望值进行比较，根据偏差按某种规律运算，结果送给执行器（相当于人的大脑）

执行器—将控制器指令信号转换成相应的位移信号，驱动阀门动作，改变液体流出量，实现液位的自动控制（相当于人的手）。

3、自控系统的方块图基本结构。

方框图

方框图是从信号流的角度出发，依据信号的流向将组成控制系统的各个环节相互连接起来的一种图解表达方式。

图。

问：被控变量？操纵变量？被控

对象？

画出控制系统方框图。被控变量：

物料出口温度

操纵变量：蒸汽流量

被控对象：换热器

4、自控系统中给定值、被控变量、操纵变量、操纵介质、扰动、偏差的概念。

给定值（设定值）

按照生产工艺的要求为被控变量规定的所要求达到或保持的数值称为给定值。

被控变量

对象中需要进行控制（保持数值在某一范围内或按预定规律变化）的物理量称为被控变量。

操纵变量

受到控制装置的操纵，用以使被控变量保持在设定数值的物料或能量的表示参数称为操纵变量。

操纵介质

具体实现控制作用的物料叫操纵介质。

干扰（扰动）

除操纵变量外，作用于对象并使被控变量发生变化的因素称为干扰。偏差

在理论上偏差应该是给定值与被控变量的实际之差。但是我们只能获得测量值，所以通常把给定值与测量值之差作为偏差。

5、如何区别正反馈和负反馈？

反馈信号使原来信号加强，叫正反馈。

凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相反，而正反馈则是凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相同。

6、开环系统和闭环系统的区别。

(1)开环控制系统

若系统的输出信号不反馈到输入端，也就不能形成闭合回路，这样的系统就称为开环控制系统。

开环系统的构成特点是简单、实用，但由于无反馈信息，控制的效果取决于控制模型是否准确适当、组成开环系统的各个环节是否稳定，系统任何部分的变化都可能影响控制的最终结果。

(2) 闭环控制系统

系统的输出(被控变量) 通过某种方式一般为测量传感器送回到控制系统的输入端。这样控制系统就形成了一个闭合的环路，称闭环控制系统。

在电子学中，将输出信号引回到输入端叫做反馈。同理，闭环控制系统也是反馈控制系统，而且常用的是负反馈，负反馈可以使控制系统稳定。多数控制系统都是闭环负反馈控制系统

7、常见的典型信号有哪几种？各有什么特点？

常见典型信号：阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。

阶跃干扰（阶跃输入）的特点：比较突然、比较危险、对被控变量的影响最大，如果一个系统，能有效地克服这类干扰，对其他干扰就能很好地克服，同时数学处理和分析简单。

8、控制系统的性能指标主要包含几个？

最大偏差或超调量：最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。

衰减比：是表示衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。余差：当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差,或者说余差就是过渡过程终了时的残余偏差，在图中以C表示。偏差的数值可正可负。

过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。

振荡周期或频率：过渡过程同向两波峰(或波谷)之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短一些为好。

上升时间也是一个品质指标。它是指干扰开始作用起至第一个波峰时所需要的时间。显然，上升时间以短一些为宜。

9、参量模型与非参量模型的基本概念。

非参量模型：

当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，称为非参量模型。特点：形象、清晰，易看出定性特性，但缺乏数学方程的解析性质，一般由试验直接获取。

根据输入形式的不同，主要有阶跃反应曲线、脉冲反应曲线、矩形脉冲反应曲线、频率特性曲线等。

参量模型：

当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。

对象的参量模型可以用描述对象输人、输出关系的微分方程式、偏微分方程式、状态方程、差分方程等形式来表示。本节所涉及的模型均为用微分方程描述的线性定常动态模型。

10、利用微分方程建立数学模型的基本步骤。

用微分方程描述对象模型

根据系统的机理分析，列写系统微分方程的步骤:

(1)确定系统的输入、输出变量；

(2)从输入端开始，按照信号的传递顺序，依据各变量所遵循的物理、化学等定律，列写各变量之间的动态方程，一般为微分方程组；

(3)消去中间变量，得到输入、输出变量的微分方程；

(4)标准化：将与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，并且分别按降幂排列，最后将系数归化为反映系统动态特性的参数，如时间常数等。

11、如何利用微分方程建立水槽的数学模型？

12、机理分析法存在哪些局限性？

机理分析法的局限性：

许多复杂的过程不能通过理论分析得出显性表达式；

理论推导通常忽略一些影响因素，而这些因素对实际结果具有相当的影响；