过程控制习题与答案

合集下载

自动化仪表与过程控制练习题及参考答案

一、填空题1、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环节组成。

2、仪表的精度等级又称准确度级，通常用引用误差作为判断仪表精度等级的尺度。

3、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n 、超调量σ 和过渡过程时间s t ；静态质量指标有稳态误差e ss 。

4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。

5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三大类。

6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。

7、积分作用的优点是可消除稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统稳定性下降。

8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭环比值控制和变比值控制三种。

9、Smith 预估补偿原理是预先估计出被控过程的数学模型，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后进展补偿。

10、随着控制通道的增益K 0的增加，控制作用增强，克制干扰的能力最大，系统的余差减小，最大偏差减小。

11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后，不影响系统的控制质量。

12、建立过程对象模型的方法有机理建模和系统辨识及参数估计。

13、控制系统对检测变送环节的根本要求是准确、迅速和可靠。

14、控制阀的选择包括构造材质的选择、口径的选择、流量特性的选择和正反作用的选择。

15、防积分饱和的措施有对控制器的输出限幅、限制控制器积分局部的输出和积分切除法。

16、如果对象扰动通道增益f K 增加，扰动作用增强，系统的余差增大，最大偏差增大。

17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是通过旁路控制。

二、名词解释题1、衰减比答：衰减比n 定义为：衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。

为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:1～10:1。

《过程控制工程》期末考试复习题及参考答案

过程控制工程复习题（课程代码392217）一、选择题（请从下列选项中选出正确的一项）1、下列不属于单回路反馈控制系统的是（）选项A）被控对象选项B）被测对象选项C）测量变送选项D）控制器和控制阀答案：B2、在工业控制中，使用最多的控制系统是（）选项A）单回路反馈控制系统选项B）串级控制系统选项C）比值控制系统选项D）前馈控制系统答案：A3、下列中对干扰通道特性对控制质量影响描述错误的是（）选项A）K f增加，余差增加，系统稳定性不变选项B）T f增加，过渡过程时间减小选项C）T f增加，振荡幅值减小选项D）τf增加，余差减小答案：D4、下列中对控制对象特性对控制质量影响描述错误的是（）选项A）一般希望放大倍数K0大些好，易于调节选项A）一般希望控制通道时间常数小些好，但不能过小选项C）控制通道时间常数越小越好，系统才灵敏选项D）时间常数大，系统的工作频率低答案：D5、下列对操纵变量选择原则描述错误的是（）选项A）操纵变量必须可控选项A）选择通道放大倍数相对大的选项C）选择干扰通道时间常数小一点的选项D）选择通道的纯滞后尽量小答案：C6、下列中对控制通道特性对控制质量影响描述错误的是（）选项A）K0增加，余差增加，系统稳定性不变选项B）T0增加，过渡过程时间增加选项C）T0增加，系统频率变慢选项D）τ0增加，稳定程度大大降低答案：A6、下图的曲线中，哪一条是对数流量特性的是（）选项A）1选项B）2选项C）3选项D）4答案：B7、在控制系统中，能准确、快速、及时地跟踪设定值的变化的系统属于（）选项A）随动系统选项B）定值系统选项C）程序系统选项D）以上都不是答案：A8、在过程控制系统中，系统的设定值保持不变的系统属于（）选项A）随动系统选项B）定值系统选项C）程序系统选项D）以上都不是答案：B9、在过程控制系统中，系统的设定值有规律变化的系统属于（）选项A）随动系统选项B）定值系统选项C）程序系统选项D）以上都不是答案：C10、用来表征生产设备或过程运行是否正常而需要加以控制的物理量是（）选项A）被控对象选项B）被控变量选项C）操纵变量选项D）测量值答案：B11、受控制器的操纵，使被控变量保持在设定值的物理量是（）选项A）被控对象选项B）设定值选项C）操纵变量选项D）测量值答案：C12、一阶环节的传递函数是（）选项A）K/(Ts+l)选项B）K/Tis选项C）K选项D）Tds答案：A13、比例环节的传递函数是（）选项A）K/(Ts+l)选项B）K/Tis选项C）K选项D）Tds答案：C14、在一阶系统的特征参数中，（）是系统的静态参数选项A）放大倍数K选项B）时间常数T选项C）滞后时间τ选项D）传递函数答案：A15、在一阶过程控制系统中时间常数T定义为系统的输出量y(t)到达稳态值的（）选项A）80%选项B）63.2%选项C）20%选项D）40%答案：B16、在一阶过程控制系统中，（）决定了系统在响应结束时的稳态性能选项A）时间常数T选项B）输入值选项C）滞后时间τ选项D）放大倍数K答案：D17、在过程控制仪表中，控制器的放大倍数Kc是通过改变（）来设置的选项A）量程选项B）输出信号选项C）控制器的比例度选项D）输入信号答案：C18、在过程控制系统过渡过程的质量指标中，（）是表示过渡过程曲线超出新稳定值的最大值选项A）最大偏差选项B）超调量选项C）衰减比选项D）振荡周期答案：B19、在过程控制系统过渡过程的质量指标中，（）是描述被控变量偏离设定值最大程度的物理量选项A）最大偏差选项B）超调量选项C）衰减比选项D）振荡周期答案：A20、在过程控制系统过渡过程的质量指标中，（）是衡量系统快速性的质量指标选项A）最大偏差选项B）超调量选项C）衰减比选项D）振荡周期答案：D21、一阶过程控制系统稳定条件是（）选项A）特征根为正，微分方程系数都大于零选项B）特征根为负，微分方程系数都大于零选项C）特征根为正，微分方程系数都小于零选项D）特征根为负，微分方程系数都小于零答案：B22、二阶过程控制系统稳定条件是（）选项A）特征根实部为负，微衰减系数小于零，分方程系数都大于零选项B）特征根实部为正，微衰减系数小于零，分方程系数都大于零选项C）特征根实部为正，微衰减系数大于零，分方程系数都大于零选项D）特征根实部为负，微衰减系数大于零，分方程系数都大于零答案：D23、二阶系统的衰减系数与系统的稳定性有很大关系，当衰减系数满足（）时，系统是稳定的选项A）衰减系数=0选项B）-1<衰减系数<0选项C）衰减系数<-1选项D）0<衰减系数<1答案：D24、二阶系统的衰减系数与系统的稳定性有很大关系，当衰减系数满足（）时，系统是稳定的选项A）衰减系数=1选项B）衰减系数<-1选项C）衰减系数>1选项D）0<衰减系数<1答案：B25、在比例控制器中，放大倍数Kc和控制器的比例度δ之间的关系是（）选项A）δ越大，Kc也越大选项B）δ越大，Kc越小选项C）δ变化与Kc无关选项D）δ与Kc都是定值答案：B26、在比例控制器中，在相同输入偏差下，放大倍数Kc和输出p(t)之间的关系是( )选项A）Kc越大,输出p(t)越小选项B）Kc越大,输出p(t)不变选项C）Kc越大,输出p(t)也越大选项D）Kc越小,输出p(t)越大答案：C27、在过程控制系统中，若使控制变量最终不存在余差但系统的稳定性要下降应选用（）选项A)比例控制器选项B)比例积分控制器选项C)比例微分控制器选项D)比例积分微分控制器答案：B28、在过程控制系统中，既能使控制变量不存在余差又使系统具有超前性控制应选用（）控制规律选项A）P选项B）PI选项C）PID选项D）PD答案：C29、在过程控制系统中，系统在稳态时，不管放大系数Kc有多大最终仍有余差可以选用（）控制规律选项A）P选项B）PI选项C)PID选项D)PD答案：B30、在比例控制规律中，衰减系数与系统的稳定性之间的关系应满足（）A)衰减系数越大系统越稳定B)衰减系数越大系统越不稳定C)衰减系数与系统稳定无关答案：A31、下面对过程的控制质量没有影响的是（）A)控制通道放大倍数KoB)扰动通道放大倍数KfC)扰动通道时间常数D)扰动通道纯滞后时间答案：D32、在单回路控制中，控制阀的结构形式的选择很重要，在高压差时选用（）A)角形控制阀B)隔膜控制阀C)三通控制阀D)蝶阀答案：A33、在单回路控制中，控制阀的结构形式的选择很重要，在控制强腐蚀性介质时选用（）选项A)角形控制阀选项B)隔膜控制阀选项C)三通控制阀选项D)蝶阀答案：B34、在单回路控制中，控制阀的结构形式的选择很重要，在分流或合流控制时选用（）选项A)角形控制阀选项B)隔膜控制阀选项C)三通控制阀选项D)蝶阀答案：C35、在单回路控制中，控制阀的结构形式的选择很重要，在大口径、大流量、低差压，而泄漏量要求不高时选用（）选项A)角形控制阀选项B)隔膜控制阀选项C)三通控制阀选项D)蝶阀答案：D36、为了使过程控制系统能够正常工作，则必须使系统的各个环节的静态放大系数相乘必须满足（）选项A)等于0选项B)大于0选项C)小于0选项D)不能确定答案：C37、在控制阀的正作用下，控制阀是气开式，则Kv满足（）选项A)等于0选项B)大于0选项C)小于0选项D)不能确定答案：B38、在控制阀的负作用下，控制阀是气关式，则Kv满足（）选项A)等于0选项B)大于0选项C)小于0选项D)不能确定答案：C39、控制器正作用时，其放大系数Kc满足( )选项A)Kc<0选项B)Kc<-1选项C)Kc>0选项D)Kc=0答案：C40、控制器负作用时，其放大系数Kc满足( )选项A)Kc<0选项B)Kc<-1选项C)Kc>0选项D)Kc=0答案：A41、在控制器上对所求得的整定参数设置的顺序是（）选项A)P,I,D选项B)P,D,I选项C)I,P,D选项D)I,D,P答案：A42、在某温度控制系统中，采用4：1衰减曲线法整定控制器的参数，得δs=20%,当控制器为比例作用时，其整定参数值为（）选项A)20％选项B)40％选项C)60％选项D)80％答案：A43、过程控制设计中，系统设计的核心是（）选项A)控制方案设计选项B)工程设计选项C)工程安装选项D)仪表调校答案：A44、在控制器的参数整定中属于理论整定法得是（）选项A)经验凑试法选项B)衰减曲线法选项C)响应曲线法选项D)对数频率特性法答案：D45、在控制器的参数整定中属于工程整定法得是（）选项A)对数频率特性法选项B)根轨迹法选项C)经验凑试法答案：C46、在某温度控制系统中，采用4：1衰减曲线法整定控制器的参数，得δs=20%,当控制器为比例积分作用时，其整定参数值为（）选项A)24％选项B)12％选项C)36％选项D)48％答案：A47、在某温度控制系统中，采用4：1衰减曲线法整定控制器的参数，得δs=20%,当控制器为比例积分微分作用时，其整定参数值为（）选项A)20%选项B)40%选项C)16％选项D)32％答案：C48、串级控制系统中控制器的作用正确的是（）选项A)主粗副粗选项B)主粗副细选项C)主细副粗选项D)主细副细答案：C49、串级控制系统系统中存在的一次扰动来源于它的（）选项A)主回路选项B)副回路选项C)主副回路都有选项D)不能确定答案：A50、串级控制系统系统中存在的二次扰动来源于它的（）选项A)主回路选项B)副回路选项C)主副回路都有选项D)不能确定答案：C51、串级控制系统系统中主环是一个（）系统选项A)定值系统选项B)随动系统选项C)程序系统选项D)分时系统答案：A52、串级控制系统系统中副环是一个（）系统选项A)定值系统选项B)随动系统选项C)程序系统选项D)分时系统答案：B53、串级控制系统中主回路的控制器包括（）选项A)主控制器选项B)副控制器选项C)主、副控制器选项D)不确定答案：C54、串级控制系统中主回路的对象是（）选项A)主、副对象控制器控制阀对象 F2 测量变送 F1控制器控制阀对象 F2测量变送 F1K 测量变送选项B)主对象选项C)副对象选项D)不确定答案：A55、串级控制系统中主、副环要满足（）选项A)主定副随选项B)主定副定选项C)主随副定选项D)主随副随答案：A56、串级控制系统中主控制器的正、反作用的选择顺序（A ）选项A)先副后主选项B)先主后副选项C)主、副同样选项D)不确定57、有2个阀门，流通能力分别为C1＝100，C2＝3，其可调范围均为R ＝30，用于分程控制时，分程可调范围为（B ）选项A)750选项B)1000选项C)900选项D)125058、对于对象的纯滞后时间较大，时间常数特别大的应采用（B ）控制选项A)分程控制选项B)前馈控制选项C)均匀控制选项D)串级控制二、作图题1.请画出开环比值控制系统和单闭环控制系统的方框图答案：①开环比值控制系统②单闭环比值控制系统控制器控制阀对象 F2测量变送2 F1 乘法器测量变送1I 1 I 02.一个双闭环比值控制系统如下图所示。

《过程控制》课后习题答案

第一章思考题与习题1.1 下列系统中哪些属于开环控制，哪些属于闭环控制？①家用电冰箱②家用空调器③家用洗衣机④抽水马桶⑤普通车床⑥电饭煲⑦多速电风扇⑧高楼水箱⑨调光台灯开环控制：③家用洗衣机⑤普通车床⑦多速电风扇⑨调光台灯闭环控制：①家用电冰箱②家用空调器④抽水马桶⑥电饭煲⑧高楼水箱1.2 图1-14所示为一压力自动控制系统，试分析该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和扰动变量是什么？画出该系统的框图。

图1-14 压力自动控制系统图1-15 加热炉温度自动控制系统被控对象：容器P被控变量：罐内压力操纵变量：物料输入流量扰动变量：出口流量系统框图如下：1.3 图1-15所示是一加热炉温度自动控制系统，试分析该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和扰动变量是什么？画出该系统的框图。

被控对象：加热炉被控变量：炉内温度操纵变量：燃料流量扰动变量：进料量系统框图如下：1.4 按设定值的不同情况，过程控制系统分为哪几类？过程控制系统分为三类：定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。

1.5 什么是过程控制系统的过渡过程？有哪几种基本形式？过程控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为过程控制系统的过渡过程。

控制系统过渡过程有五种基本形式：发散振荡、单调发散、等幅振荡、衰减振荡和单调衰减。

1.6 某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-16所示。

试分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和调整时间（设定值为200℃）。

图1-16 题1.6图最大偏差：30℃余差：5℃衰减比：5：1振荡周期：15min调整时间：22min第二章思考题与习题2.1 求取图2-55所示电路的传递函数，图中物理量角标i代表输入，o代表输出。

a）b）图2-55 习题2.1图a）（由分压公式求取）上式中，，。

b）上式中，，2.2 惯性环节在什么条件下可近似为比例环节？又在什么条件下可近似为积分环节？惯性环节在T很小的时候可近似为比例环节；T很大的时候条可近似为积分环节。

过程控制课后答案全

第一章思考题及习题1.1何谓控制通道?何谓干扰通道?它们的特性对控制系统质量有什么影响?答：所谓“通道”，就是某个参数影响另外一个参数的通路，这里所说的控制通道就是控制作用(一般的理解应当是控制器输出)U(s)对被控参数Y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量，然后控制变量通过被控对象再影响被控参数，即广义对象上的控制通道)。

同理，干扰通道就是干扰作用F(s)对被控参数Y(s)的影响通路。

干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。

控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示1.2如何选择控制变量?答：①所选控制变量必须是可控的。

②所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数。

③所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小。

④所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。

⑤所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。

⑥在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。

一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制变量1.3控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响?对控制系统的动态质量有何影响?答：当G c(s)=K c时，即控制器为纯比例控制，则系统的余差与比例放大倍数成反比，也就是与比例度δ成正比，即比例度越大，余差也就越大。

K c增大、δ减小，控制精度提高(余差减小)，但是系统的稳定性下降。

1.4 4：1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么?答：衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间T i放在最大，微分时间T d放在最小，比例度放于适当数值(一般为100%)，然后使δ由大往小逐渐改变，并在每改变一次δ值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。

如果衰减比大于4：1，δ应继续减小，当衰减比小于4：1时δ应增大，直至过渡过程呈现4：1衰减时为止。

过程控制习题课

测量变送器和执行器与控制器（续）
题1：定值控制系统的过渡过程有几种形式？工程上一般要求为哪种过渡过程形式？随动系统一般要求为哪种过渡过程形式？答：五种，分别是：非周期发散过程、非周期衰减过程、发散振荡过程、等幅振荡过程、衰减振荡过程等。工程上一般要求为衰减振荡的过渡过程形式。随动系统一般要求为单调过程。题2：一生产过程，被控对象为一阶特性，控制器为纯比例控制器，控制中还是发生了衰减振荡过程？为什么？
Q2
R3
dh Q1 Q2 Q3 A dt R2 R3 h H s Wo ( s ) Q2 R2 Q1 s AR2 R3 s R2 R3 h Q3 R3
过程动态特性及建模（续）
R1 Q1
题2： (1) 列写过程微分方程组;
h1 h2 Q12 R12
Q2
R2
将流量方程代入物料平衡方程, 即得到过程状态方程
过程动态特性及建模（续）
dh1 C1 Q1 Q2 Q12 , dt dh2 C2 Q12 Q3 dt h h Q2 1 , Q3 2 , R2 R3
h1 h2 Q12 R12
H1 ( s ) 1 Q1 (s) Q2 (s) Q12 (s), C1s
1 Q12 (s) Q3 (s) H 2 ( s) C2 s
H1 ( s ) H 2 ( s) Q2 ( s) , Q3 ( s) , R2 R3 H1 ( s ) H 2 ( s ) Q12 ( s) R12
5 如图所示为蒸汽加热器控制系统，若被控对象控制通道的传递函数为 Go s 7s 4 调节阀的传递函数为 GV s 1 控制器TC的传递函数为 GC s 1

过程与控制部分课后题答案

1100%()y y σ=⨯∞过程控制系统的一般性框图如图1-1所示：图1-1 过程控制系统的一般性框图（3）单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？答：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。

1）模拟仪表的信号：气动0.02 ~0.1MPa ；电动Ⅲ型：4~20mADC 或1~5V DC 。

2）数字式仪表的信号：无统一标准。

（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。

答：加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示：图1-2 加热炉过程控制系统流程（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？答：1）单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。

2）各自定义为：衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ；超调量σ：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数：最大动态偏差A ：在设定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度；静差，也称残余偏差C ：过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；调节时间s t ：系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的5%±（2%±）范围内所需要的时间；振荡频率n ω：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；上升时间p t：系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间；峰值时间pt ：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。

（9）两个流量控制系统如图1-4所示。

试分别说明它们是属于什么系统？并画出各自的系统框图。

图1-4两个流量控制回路示意图答：系统1是前馈控制系统，系统2是反馈控制系统。

系统框图如图1-5如下：系统1 系统2 图1-5两个流量控制回路方框图（10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？答：1）不是这样。

过程控制习题集

过程控制习题集一、判断题1.过程控制系统中，需要控制的工艺设备（塔、容器、贮糟等）、机器称为被控对象。

（）2.扰动量是作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。

（）答案：扰动量是除操纵变量外作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。

3.由调节器输出至被调参数间的所有环节称为干扰通道。

（）答案：由调节器输出至被调参数间的所有环节称为调节通道。

4.过程控制系统的偏差是指设定值与测量值之差。

（）5.由控制阀操纵，能使被控变量恢复到设定值的物料量或能量即为操纵变量。

（）6.按控制系统的输出信号是否反馈到系统的输入端可分为开环系统和闭环系统。

（）7.在闭环控制系统中，按照设定值的情况不同，可分为定值控制系统、前馈控制系统、程序控制系统。

（）答案：在闭环控制系统中，按照设定值的情况不同，可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

8.在一个定值控制系统中，被控变量不随时间变化的平衡状态，也即被控变量变化率等于零的状态，称为系统的动态。

（）答案：在一个定值控制系统中，被控变量不随时间变化的平衡状态，也即被控变量变化率等于零的状态，称为系统的静态，静态是一种相对静止状态。

9.对一个系统总是希望能够做到余差小，最大偏差小，调节时间短，回复快。

（）10.时间常数越小，被控变量的变化越慢，达到新的稳态值所需的时间也越长。

（）答案：时间常数越大，被控变量的变化越慢，达到新的稳态值所需的时间也越长。

11.时间常数指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新稳态值的63.2 %所需要的时间。

（）12.对干扰通道时间常数越小越好，这样干扰的影响和缓，控制就容易。

（）答案：时间常数越大越好，这样干扰的影响和缓，控制就容易。

13.放大倍数K取决于稳态下的数值，是反映静态特性的参数。

（）14.对象特性放大系数K m是动特性，时间常数Tm和滞后时间T m是测量元件和变送器的静态特性。

（）答案：对象特性放大系数K m是静特性，时间常数Tm和滞后时间T m是测量元件和变送器的动特性。

（完整版）过程控制习题与答案

（完整版）过程控制习题与答案第1章绪论思考题与习题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？解答：过程控制系统：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：控制器，被控对象，执⾏机构，检测变送装置。

1-3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？解答：被控对象⾃动控制系统中，⼯艺参数需要控制的⽣产过程、设备或机器等。

被控变量被控对象内要求保持设定数值的⼯艺参数。

操纵变量受控制器操纵的，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。

扰动量除操纵变量外，作⽤于被控对象并引起被控变量变化的因素。

设定值被控变量的预定值。

偏差被控变量的设定值与实际值之差。

1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪⼏类？解答：按照设定值的不同形式⼜可分为:1．定值控制系统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.2.随动控制系统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3.程序控制系统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。

1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？为什么说研究控制系统的动态⽐其静态更有意义？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

过程控制系统及仪表课后习题答案解析[完整版]

WORD文档可编辑第1章思考题与习题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？解答：过程控制系统：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：参照图1—1。

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？解答：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1-5 什么是定值控制系统？解答:在定值控制系统中设定值是恒定不变的,引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

被控对象的动态特性：。

系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。

二者之间的关系：1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。

过程控制系统与仪表课后习题答案

第1章思考题与习题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解答：过程控制系统：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：参照图1-1;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解答：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1-5 什么是定值控制系统解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的,引起系统被控参数变化的就是扰动信号;1-6 什么是被控对象的静态特性什么是被控对象的动态特性二者之间有什么关系解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性;被控对象的动态特性：;系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性;二者之间的关系：1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义;为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性解答：稳态：对于定值控制,当控制系统输入设定值和扰动不变时,整个系统若能达到一种平衡状态,系统中各个组成环节暂不动作,它们的输出信号都处于相对静止状态,这种状态称为稳态或静态;动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作,到整个系统又建立新的稳态达到新的平衡、调节过程结束的这一段时间,整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中,这种状态称为动态;在实际的生产过程中,被控过程常常受到各种振动的影响,不可能一直工作在稳态;只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性,才能设计出良好的控制系统;1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些各自的定义是什么解答：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等;衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n；过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统,是指被控参数偏离设定值的最大值A；y与最终稳态值y∞之比的百分数σ；超调量：第一个波峰值1残余偏差C：过渡过程结束后,被控参数所达到的新稳态值y∞与设定值之间的偏差C称为残余偏差,简称残差；调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰或波谷之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期,其倒数称为振荡频率；峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间;1-10 某被控过程工艺设定温度为900℃,要求控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80℃;现设计的温度定值控制系统,在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-4所示;试求该系统过渡过程的单项性能指标：最大动态偏差、衰减比、振荡周期,该系统能否满足工艺要求解答：错误!最大动态偏差A ：C C C A ︒=︒-︒=50900950错误!衰减比n ：1:5900910900950=--=n错误!振荡周期T ：(min)36945=-=TA<80C ︒, 且n>1 衰减振荡,所以系统满足工艺要求;第2章思考题与习题2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据：求：1该表最大绝对误差；2该表精度；3如果工艺允许最大测量误差为±5℃,该表是否能用 2-2 一台压力表量程为0～10MPa,经校验有以下测量结果：求：1变差；2基本误差；3该表是否符合级精度2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa,精度等级为级;试问此压力表允许的最大绝对误差是多少若用标准压力计来校验该压力表,在校验点为5MPa 时,标准压力计上读数为,试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度,为什么解答： 1基本误差δ=100%⨯最大绝对误差max ＝×10＝2校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ ％<1％ ,所以符合级表;2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题解答： 1 22-5 有两块直流电流表,它们的精度和量程分别为1 级,0～250mA 2级,0～75mA现要测量50mA 的直流电流,从准确性、经济性考虑哪块表更合适解答：分析它们的最大误差：1max ＝250×1％＝；%5%100505.2±=⨯±=δ2max ＝75×％＝；%75.3%10050875.1±=⨯±=δ选择级,0～75mA 的表;2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃,输出为4～20mA;当变送器输出电流为10mA 时,对应的被测温度是多少解答：104202001000T=--； T=500C ︒;2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理;现有某工艺要求压力范围为±,可选用的弹簧管压力计精度有、、、和五个等级,可选用的量程规格有0～、0～和0～4MPa;请说明选用何种精度和量程见附录E 的弹簧管压力计最合适解答： 1工作原理：2根据题意：压力范围为＋ MPa,即允许的最大绝对误差max ＝错误!分析选用不同量程的表所需的精度等级：0～ MPa 量程：%125.3%1006.105.0±=⨯±=δ,可选级表；0～ MPa 量程：%2%1005.205.0±=⨯±=δ,可选或级表；0～ MPa 量程：%2.1%1000.405.0±=⨯±=δ,可选级表;错误!量程选择：被测最大压力＝1/3～2/3量程上限0～ MPa 量程：32436.12.1〉=0～ MPa 量程：325.22.131〈〈0～ MPa 量程：313.00.42.1〈=综合分析,选用级或级,0～ MPa 量程的表最合适;2-13 如果某反应器最大压力为,允许最大绝对误差为;现用一台测量范围为0～,精度为1级的压力表来进行测量,问能否符合工艺要求若采用一台测量范围为0～,精度为1级的压力表,能符合要求吗试说明其理由;解答：工艺要求：最大压力为,允许最大绝对误差为; 分别求出两台仪表的最大允许误差,进行判断; 1精度为1级,量程为0～的表,其最大绝对误差：＝×1％＝ MPa,> MPa, 所以不符合要求； 2精度为1级,量程为0～的表,其最大绝对误差：＝×1％＝ MPa,＝ MPa, 所以最大误差符合要求,但是压力表的最大测量值应≤ 2/3仪表量程,否则压力波动会使测量值超出仪表量程; 所以,该表也不符合要求;2-14 某台空压机的缓冲器,其工作压力范围为～,工艺要求就地观察罐内压力,并要测量结果的误差不得大于罐内压力的±5%;试选择一块合适的压力表类型、测量范围、精度等级,并说明其理由;解答：根据题意知：压力范围～,允许最大误差：max ＝×＋5％＝＋ MPa 1量程确定：应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处,即 MPa ×2/3＝ MPa 可以选量程为0～ MPa 的弹簧压力表; 2精度等级确定：求出基本误差,以确定满足要求的精度等级;%2.3%1005.208.0±=⨯±=δ ,允许的精度等级为级;综上分析,选择量程为0～ MPa,精度等级为级的弹簧压力表;＝×＋％＝＋ MPa,< MPa该表的最大绝对误差：max所以满足要求;2-17 什么叫标准节流装置试述差压式流量计测量流量的原理；并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响解答：1标准节流装置：包括节流件和取压装置;2原理：基于液体流动的节流原理,利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的;3影响因素：P47错误!流量系数的大小与节流装置的形式、孔口对管道的面积比m及取压方式密切相关；错误!流量系数的大小与管壁的粗糙度、孔板边缘的尖锐度、流体的粘度、温度及可压缩性相关；错误!流量系数的大小与流体流动状态有关;2-19 为什么说转子流量计是定压式流量计而差压式流量计是变压降式流量计解答：1转子流量计是定压式流量计P47虽然转子流量计也是根据节流原理测量流量的,但它是利用节流元件改变流体的流通面积来保持转子上下的压差恒定;所以是定压式;2差压式流量计是变压降式流量计P45是基于流体流动的节流原理,利用流体流经节流装置是产生的压差实现流量测量的;所以是变压降式;2-21 椭圆齿轮流量计的特点是什么对被测介质有什么要求解答：1特点：流量测量与流体的流动状态无关,这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的;粘度愈大的介质,从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小,因此核测介质的粘皮愈大,泄漏误差愈小,对测量愈有利;椭圆齿轮流量计计量精度高,适用于高粘度介质流量的测量;2对被测介质的要求：不适用于含有固体颗粒的流体固体颗粒会将齿轮卡死,以致无法测量流量;如果被测液体介质中夹杂有气体时,也会引起测量误差; 2-22 电磁流量计的工作原理是什么它对被测介质有什么要求解答：P511原理：利用导电液体通过磁场时在两固定电极上感应出电动是测量流速; 2对被测介质的要求：导电液体,被测液体的电导率应大于水的电导率Ωμ100cm,不能测量油类或气体的流量; 2-24 超声波流量计的特点是什么解答：超声波流量计的非接触式测量方式,不会影响被测流体的流动状况,被测流体也不会对流量计造成磨损或腐蚀伤害,因此适用范围广阔;2-25 用差压变送器测某储罐的液位,差压变送器的安装位置如图2-75所示;请导出变送器所测差压p ∆与液位H 之关系;变送器零点需不需要迁移为什么 2-26 用法兰式差压变送器测液位的优点是什么解答：P57测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体的液位,在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油,作为传压介质,使被测介质不进入毛细管与变送器,以免堵塞;可节省隔离罐;2-27 试述电容式物位计的工作原理;解答：利用电容器的极板之间介质变化时,电容量也相应变化的原理测物位,可测量液位、料位和两种不同液体的分界面; 2-28 超声波液位计适用于什么场合解答：P60适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘性液体的测量;第3章习题与思考题3-1 什么是控制器的控制规律控制器有哪些基本控制规律解答：1控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系;2基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制;3-2 双位控制规律是怎样的有何优缺点解答：1双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负,控制器的输出为最大或最小; 2缺点：在位式控制模式下,被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡,无法稳定在设定值上;这是由于双位控制器只有两个特定的输出值,相应的控制阀也只有两个极限位置,总是过量调节所致;3优点：偏差在中间区内时,控制机构不动作,可以降低控制机构开关的频繁程度,延长控制器中运动部件的使用寿命; 3-3 比例控制为什么会产生余差解答：产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系：为了克服扰动的影响,控制器必须要有控制作用,即其输出要有变化量,而对于比例控制来讲,只有在偏差不为零时,控制器的输出变化量才不为零,这说明比例控制会永远存在余差;3-4 试写出积分控制规律的数学表达式;为什么积分控制能消除余差解答：1积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：⎰=edt T y 112当有偏差存在时,输出信号将随时间增大或减小;当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上;因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差; 3-5 什么是积分时间试述积分时间对控制过程的影响;解答：1⎰=edt T y 11积分时间是控制器消除偏差的调整时间,只要有偏差存在,输出信号将随时间增大或减小;只有当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上;2 在实际的控制器中,常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱,在数值上,T i =1／K i ;显然,T i 越小,K i 就越大,积分作用就越强,反之亦然;3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA,若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA,某时刻,输入阶跃增加,试问经过5min 后,输出将由5mA 变化为多少解答：由比例积分公式：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎰edt T e P y 111分析：依题意：%1001==pK p ,即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋；稳态时：y 0＝5mA,5min 后：mAedt T e P y y )7.05()52.0212.0(151110±=⨯⨯±±⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎰3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响调整比例度时要注意什么问题解答：P741控制器的比例度P 越小,它的放大倍数p K就越大,它将偏差放大的能力越强,控制力也越强,反之亦然,比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现;2比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数,还表示符合这个比例关系的有效输入区间;一表的量程是有限的,超出这个量程的比例输出是不可能的;所以,偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程16mA,避免控制器处于饱和状态; 3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么为什么常用实际为分控制规律解答：1dtde T y D= 2由于理想微分运算的输出信号持续时间太短,往往不能有效推动阀门;实际应用中,一般加以惯性延迟,如图3-7所示,称为实际微分;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;解答：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解答：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; 3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪几部分组成各组成部分的作用如何解答：P791组成如图3-11所示; 2作用参照P79;3-12 DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别各用在什么条件下解答：1软手动操作是指调节器的输出电流I 0与手动操作的输入信号成积分关系；硬手动操作是指调节器的输出电流I 0与手动操作的输入信号成比例关系; 2软手动操作：系统投运硬手动操作：系统故障3-13 什么叫控制器的无扰动切换在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换,在设计PID 电路时采取了哪些措施解答：P841调节器进行状态转换后,输出值不发生跳动,即状态转换无冲击; 2C M 、C I ;P85中;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解答：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;微分时间常数D T 含义：D T 越大,微分作用越强；D T 取0,微分作用消失; 3-15 什么是调节器的正/反作用在电路中是如何实现的解答：1正作用：偏差=测量值-给定值；反作用：偏差=给定值-测量值; 2运放输入端的切换开关实现的;3-16 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式输出电路是怎样将输出电压转换成4～20mA 电流的解答：1采用差动输入方式,可以消除公共地线上的电压降带来的误差; 2参照P83下的输出电路;3-18 给出实用的PID 数字表达式,数字仪表中常有哪些改进型PID 算法解答：1 P91式3-18 2改进的算法：第4章思考题与习题4-1 气动调节阀主要由哪两部分组成各起什么作用解答：1执行机构和调节机构;2执行机构的作用：按调节器输出的控制信号,驱动调节机构动作；调节机构的作用：由阀芯在阀体内的移动,改变阀芯与阀座之间的流通面积,从而改变被控介质的流量;4-2 试问调节阀的结构有哪些主要类型各使用在什么场合解答：1类型：直通单座阀、直通双座阀;2直通单座阀使用场合：小口径、低压差的场合；直通双座阀使用场合：大口径、大压差的场合;4-4 什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性常用的调节阀理想流量特性有哪些解答：1理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性,也叫理想流量特性;工作流量特性：在实际的工艺装置上,调节阀由于和其他阀门、设备、管道等串连使用,阀门两端的压差随流量变化而变化,这时的流量特性称为工作流量特性;2常用理想流量特性：直线流量特性、等百分比对数流量特性、快开特性4-6 什么叫调节阀的可调范围在串联管道中可调范围为什么会变化解答：1可调范围：反映调节阀可控制的流量范围,用R ＝Q max /Q min 之比表示;R 越大,调节流量的范围越宽,性能指标就越好;2由于串联管道阻力的影响;4-7 什么是串联管道中的阀阻比S S 值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变解答：1阀阻比：用阀阻比o T p p S /min ∆=表示存在管道阻力的情况下,阀门全开时,阀门前后的最小压差min T p ∆占总压力p o 的比值;2在S ＜1时,由于串联管道阻力的影响,使阀门开大时流量达不到预期的值,也就是阀的可调范围变小;随着S 值的减小,直线特性渐渐区于快开特性,等百分比特性渐渐趋近于直线特性;4-8 什么叫气动调节阀的气开式与气关式其选择原则是什么解答：1气开式：无压力信号时阀门全闭,随着压力信号增大,阀门逐渐开大的气动调节阀为气开式;气关式：无压力信号时阀门全开,随着压力信号增大,阀门逐渐关小的气动调节阀为气关式;2选择原则：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;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;4-11 试述电/气转换器的用途与工作原理;解答：P1131用途：为了使气动阀能够接收电动调节器的输出信号,必须使用电／气转换器把调节器输出的标准电流信换为20～100kPa的标准气压信号;2原理：在杠杆的最左端安装了一个线圈,该线圈能在永久磁铁得气隙中自由地上下运动,由电动调节器送来得电流I通入线圈;当输入电流I增大时,线圈与磁铁间产生得吸力增大,使杠杆左端下移,并带动安杠杆上的挡板靠近喷嘴,改变喷嘴和挡板之间的间隙;喷嘴挡板机构是气动仪表中最基本的变换和放大环节,能将挡板对于喷嘴的微小位移灵敏地变换为气压信号;经过气动功率放大器的放大后,输出20～l00kPa的气压信号p 去推动阀门;4-12 试述电/气阀门定位器的基本原理与工作过程;解答：P115在杠杆上绕有力线圈,并置于磁场之中;当输入电流I增大时,力线圈产生的磁场与永久磁铁相作用,使杠杆绕支点O顺时针转动,带动挡板靠近喷嘴,使其背压增大,经气动功率放大器放大后,推动薄膜执行机构使阀杆移动;4-14 电动仪表怎样才能用于易燃易爆场所安全火花是什么意思解答：1必须是采取安全防爆措施的仪表,就是限制和隔离仪表电路产生火花的能量;使其不会给现场带来危险;2安全火花：电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下;4-16 齐纳式安全栅的基本结构是什么它是怎样限压、限流的解答：1结构：图4-19所示;2利用齐纳二极管的反向击穿特性进行限压,用电阻进行限流;第5章思考题与习题5-1 什么是被控过程的数学模型解答：被控过程的数学模型是描述被控过程在输入控制输入与扰动输入作用下,其状态和输出被控参数变化的数学表达式;5-2 建立被控过程数学模型的目的是什么过程控制对数学模型有什么要求解答：1目的：错误!设计过程控制系统及整定控制参数；错误!指导生产工艺及其设备的设计与操作；错误!对被控过程进行仿真研究；错误!培训运行操作人员；错误!工业过程的故障检测与诊断;2要求：总的原则一是尽量简单,二是正确可靠;阶次一般不高于三阶,大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型,最常用的是带纯滞后的一阶形式;5-3 建立被控过程数学模型的方法有哪些各有什么要求和局限性解答：P1271方法：机理法和测试法;2机理法：测试法：5-4 什么是流入量什么是流出量它们与控制系统的输入、输出信号有什么区别与联系解答：1流入量：把被控过程看作一个独立的隔离体,从外部流入被控过程的物质或能量流量称为流入量;流出量：从被控过程流出的物质或能量流量称为流出量;2区别与联系：控制系统的输入量：控制变量和扰动变量;控制系统的输出变量：系统的被控参数;5-5 机理法建模一般适用于什么场合解答：P128对被控过程的工作机理非常熟悉,被控参数与控制变量的变化都与物质和能量的流动与转换有密切关系;5-6 什么是自衡特性具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点解答：1在扰动作用破坏其平衡工况后,被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性,称为自衡特性;2被控过程输出对扰动存在负反馈;5-7 什么是单容过程和多容过程解答：1单容：只有一个储蓄容量;2多容：有一个以上储蓄容量;5-8 什么是过程的滞后特性滞后又哪几种产生的原因是什么解答：1滞后特性：过程对于扰动的响应在时间上的滞后;2容量滞后：多容过程对于扰动的响应在时间上的这种延迟被称为容量滞后;纯滞后：在生产过程中还经常遇到由物料、能量、信号传输延迟引起的纯滞后;5-9 对图5-40所示的液位过程,输入量为1Q ,流出量为2Q 、3Q ,液位h 为被控参数,水箱截面为A ,并设2R 、3R 为线性液阻;1列写液位过程的微分方程组；2画出液位过程的框图；3求出传递函数)()(1s Q s H ,并写出放大倍数K 和时间常数T 的表达式;解答：13322321R hQ R h Q dthd A Q Q Q ∆=∆∆=∆∆=∆-∆-∆ 2框图如图：3 3232321)()(R R s R AR R R s Q s H ++= 5-10 以1Q 为输入、2h 为输出列写图5-10串联双容液位过程的微分方程组,并求出传递。

过程控制作业答案

第一章概述1.1 过程控制系统由哪些根本单元构成？画出其根本框图。

控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？a.衰减比和衰减率：稳定性指标；b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标；c.余差：稳态准确性指标；d.调节时间和振荡频率：反响控制快速性指标。

第二章过程控制系统建模方法习题2.10某水槽如下图。

其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。

要求：（1）写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程；（2）写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。

〔1〕物料平衡方程为123d ()d HQ Q Q Ft-+= 增量关系式为 123d d HQ Q Q Ft∆∆-∆-∆= 而22h Q R ∆∆=， 33h Q R ∆∆=，代入增量关系式，那么有23123()d d R R hh F Q t R R +∆∆+=∆ 〔2〕两边拉氏变换有：23123()()()R R FsH s H s Q s R R ++=故传函为：232323123()()()11R R R R H s KG s R R Q s Ts F s R R +===+++K=2323R R R R +, T=2323R R F R R +第三章过程控制系统设计1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料到达所需温度后排出。

试问：（1）影响物料出口温度的主要因素有哪些？（2）如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？（3）如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器的正反作用？解：〔1〕物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量〔2〕被控变量：物料出口温度。

过程控制练习题(带答案)

练习题一、填空题1．定比值控制系统包括：（开环比值控制系统）、（单闭环比值控制系统）和（双闭环比值控制系统）。

2．控制阀的开闭形式有（气开）和（气关）。

3．对于对象容量滞后大和干扰较多时，可引入辅助变量构成（串级）控制系统，使等效对象时间常数（减少），提高串级控制系统的工作频率。

4．测量滞后包括测量环节的（容量滞后）和信号测量过程的（纯滞后）。

5．锅炉汽包水位常用控制方案为：（单冲量水位控制系统）、（双冲量控制系统）、（三冲量控制系统）。

6．泵可分为（容积式）和（离心式）两类，其控制方案主要有：（出口直接节流）、（调节泵的转速）、（调节旁路流量）。

7．精馏塔的控制目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益最大或总成本最小。

具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统，分别是：物料平衡控制、（能量平衡控制）、（约束条件控制）和（质量控制）。

1.前馈控制系统的主要结构形式包括：单纯的前馈控制系统、（前馈反馈控制系统）和（多变量前馈控制系统）。

2.反馈控制系统是具有被控变量负反馈的闭环回路，它是按着（偏差）进行控制的；前馈控制系统是按（扰动）进行的开环控制系统。

3.选择性控制系统的类型包括：（开关型）、（连续型）和（混合型）。

4.常用控制阀的特性为（线性）、（快开）、（对数）、和（抛物线）特性。

5.阀位控制系统就是在综合考虑操纵变量的（快速性）、（经济性）、（合理性）、和（有效性）基础上发展起来的一种控制系统。

6.压缩机的控制方案主要有：（调速）、（旁路）和节流。

7.化学反应器在石油、化工生产中占有很重要的地位，对它的控制一般有四个方面，分别是：物料平衡控制、（能量平衡控制）、（质量控制）和（约束条件控制）。

二、简答题1．说明生产过程中软保护措施与硬保护措施的区别。

答：所谓生产的软保护措施，就是当生产短期内处于不正常情况时，无须像硬保护措施那样硬性使设备停车，而是通过一个特定设计的自动选择性控制系统，以适当改变控制方式来达到自动保护生产的目的。

过程控制课后习题答案及解析

..WORD完美格式..第1章自动控制系统基本概念~~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。

~~ 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。

~~~~~ 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？解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较得出偏差，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）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。

~~~1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。

被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。

控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。

给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。

它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。

操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。

或实现控制作用的变量。

操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。

~~~1-11 题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。

过程控制系统章节练习题及答案习题解答

过程控制系统章节练习题及答案习题解答1. 什么是过程控制系统？过程控制系统是一种用于监测、控制和优化工业过程的系统。

它通常由传感器、执行器、控制器和人机界面等组成。

过程控制系统的主要功能是收集过程数据、分析数据、做出决策并自动调整参数，以提高生产效率、产品质量和工作安全性。

2. 过程控制系统的主要组成部分有哪些？过程控制系统主要由以下几个组成部分组成：•传感器：用于收集流程中的各种参数，如温度、压力、流量等。

•执行器：根据控制器的指令，调整流程中的参数，如开关阀门、调节电动机速度等。

•控制器：根据传感器的反馈信号和设定值，计算控制算法，并生成控制信号送给执行器。

•人机界面：供操作人员监视和操作过程控制系统，如显示仪表盘、报警信息和设定参数等。

3. 过程控制系统的工作原理是什么？过程控制系统的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1.传感器收集流程中的各种参数，并将数据传输给控制器。

2.控制器接收传感器数据，与设定值进行比较，并计算出控制信号。

3.控制信号送给执行器，执行器根据控制信号的大小和方向来调整流程中的参数。

4.执行器调整参数后，传感器再次收集参数，并将数据传输给控制器。

5.控制器不断进行数据分析，判断是否需要调整控制算法，并生成新的控制信号。

6.过程控制系统循环执行上述步骤，以实现对工业过程的监控和控制。

4. 什么是开环控制和闭环控制？•开环控制：也称为无反馈控制，是指控制器输出信号不受过程参数变化的影响。

开环控制系统只根据预先设定的参数进行控制，没有考虑实际过程的反馈信息。

这种控制方式比较简单，但容易受到外界因素的干扰，控制精度较低。

•闭环控制：也称为有反馈控制，是指控制器根据过程的反馈信息来调整输出信号。

闭环控制系统通过与设定值进行比较，获取过程的实际状态，并根据反馈信息调整控制算法，从而实现对过程的精确控制。

闭环控制具有良好的鲁棒性和可靠性。

5. 过程控制系统常见的控制策略有哪些？过程控制系统常见的控制策略包括以下几种：•比例控制：根据当前误差的大小，按比例调整控制器输出信号。

过程控制工程第三版习题答案

y(t) y(0) y* y() y(0)

* ( ) 0 . 4 , yt * () 0 . 8 取： yt 1 2
t1 2 3 , t 4 3 因为： 0.53 0.46 查表得： t 1 2 t2
则说明该阶跃响应需要更高级的函数才能拟全的更好，
查表2-2得，n=3 t t y () y ( 0 )2 1 2 T 1 0 ,K 2 由： p 2 . 1 6 3 u 1

得：
2 G(s) (10s 1)3
习题2-11

依题意系统模型为：
G (s)
Kp Ts 1
y () y ( 0 ) 1 8 0 2 K 1 . 8 1 0 p 6 u 0 . 0 1 1 0

y(t) y(0) 单位阶跃响应： y* y() y(0)
（2）过程的方框图
Q1(S )
R 2R 3 R 2R 3 AS R 3 R 2
H (S )
习题 2-3: 机理建模举例
R1 Q1
(1) 列写过程微分方程组; (2) 画出方框图; (3) 求传递函数
R3 Q3
h1
Q12 C1 R12 C2
பைடு நூலகம்
h2
Q2
R2
H2 (s) Gp (s) Q 1(s)
Q2 (s) Q 12(s)
H1(s) H (s) , Q3 (s) 2 , R2 R3 H1(s) H2 (s) R12
1 C2 s
1 R3
1 Q H2(s) (s) Q ) 12 3(s C 2s
H2 Q1(s)
+ _ + _

过程控制习题库含答案

C
单选题
执行机构当信号压力增大时，推杆下移的叫
正作用I反作用I气开式I气关
式
A
单选题
当执行机构为正作用，阀体为正装时。则为
正作用I反作用I气开式I气关式
C
单选题
下列控制系统中，哪些是开环控制
定值控制I随动控制I前馈控制I程序控制
C
单选题
衰减比是控制系统的O指标
快速性I可靠性I稳定性
C
单选题
实现给水全自动调节必须对水位测量信号进
ABC
多选题
自动调节系统中自动化装置包括
()O
变送器I调节器I调节阀I调节对象
ABC
多选题
有自平衡能力的对象可统一用
()特征参数表示。
迟延时间11响应速度£I自平衡率P
ABC
多选题
串级控制系统调节器参数整定的方法有
()O
逐步逼近整定法I两步整定法
I一步整定法
ABC
多选题
BT200手持终端有哪些功能
修改零点I修改量程I修改精度I诊断故障
行（）0
温度修正I压力修正I误差
B
单选题
对调节系统最不利的干扰作用是（）
阶跃干扰I尖脉冲干扰I宽脉冲干扰I随机干扰
B
单选题
理想的调节过程衰减比为（）o
2:113:1|4:1
C
单选题
自动调节系统中都采用（）。
正反馈I负反馈I正负反馈均可以
B
单选题
控制系统的偏差是（）。
给定值减去测量值I测量值减去给定值I测量值与给定值差值的绝对值
（）O
位置型I增量型I速度型I偏差系数型
ABCD
多选题
常规控制规律的描述方法有（）。

过程控制部分习题答案-完整版

第一章思考题与习题1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?答：过程控制系统主要分为三类：1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。

它是最常用、最基本的过程控制系统。

2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。

由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。

由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。

3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。

3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。

它是一个静态指标，对定值控制系统。

希望余差越小越好。

2.衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。

衡量系统稳定性也可以用衰减率φ4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。

5．过程过渡时间ts ：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％（根据系统要求）范围内所需要的时间。

它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，t s 越小，过渡过程进行得越快。

6．峰值时间tp: 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。

称为峰值时间tp 。