集散控制系统与现场总线试题习题及答案全解

集散控制系统与现场总线试题习题及
答案全解
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2020年4月19日
本答案仅供参考。

第1章绪论
1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？经过具体示例说明。

答：它是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执行装置构成，以实现生产过程闭环控制的系统，
它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。

例如
温度控制系统。

1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型？
答：计算机控制工业生产过程一般有五种类型：
操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制
系统；集散控制系统；现场总线控制系统。

1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大主要组成部分？各
部分是怎样互相联系的？其中过程通道有几种基本类
型？它们在系统中起什么作用？
答：计算机控制系统的硬件一般包括：主机、外部设备、过程输入输出设备。

两个过程通道，一个是
输入通道，另一个为输出过程通道。

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2020年4月19日
输入过程通道包括：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入；
DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。

输出过程通道包括：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出；
DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。

1.4 直接数字控制系统的硬件由哪几部分组成？
答：直接数字控制系统的硬件主要有计算机（主机）、过程输入输出通道、操作台和计算机辅助设备组成。

如下图所示。

1.5 数字PID控制算法有几种形式？各有什么特点？
答：数字PID控制算法有位置式、增量式、速度式三种形式。

PID位置式根据偏差计算阀门的位置，PID
增量式根据偏差计算阀门的变化；PID速度式根据
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偏差变化程度计算阀门的变化。

1.6 试推导计算机控制系统PI 控制算法的位置式、增量式和速度式。

答：模拟PI 控制算法为
])(1
)([)(0⎰+=t
I p dt t e T t e k t u 其中，p k ----比例增益
I T ----积分时间常数
在采样周期相当短暂时，用矩形法近似代替积分项∑⎰=≈k
i t i Te dt t e 00)()(，其中T 为采样周期，k 为采样序号。

PI 位置式算法为：
x k i I p u
i e k k e k k u ++=∑=0)()()(
PI 增量式算法为：
)()()(k e k k e k k u I p +=∆∆
PI 速度式算法为：
T
k e k T k e k T k u k v I p )()()()(+==∆∆ 其中，x u -----偏差（它是初始阀门位置）
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2020年4月19日 )(k u ∆---第k 次输出的偏差校正值
)(k e ∆---第k 次采样值的偏差校正值
1.7 试推导计算机控制系统PD 控制算法的位置式、增量式和速度式。

答：模拟PD 控制算法为
])()([)(dt
t de T t e k t u D p += 其中，p k ----比例增益
D T ----微分时间常数
在采样周期相当短暂时，用后向差分法近似代替微分项T k e k e dt t de )
1()()
(--≈，其中T 为采样周期，k 为采
样序号。

PD 位置式算法为：
x D p u k e k e k k e k k u +--+=))1()(()()(
PD 增量式算法为：
))1()(()()(--+=k e k e k k e k k u D p ∆∆∆
PD 速度式算法为：
T
k e k e k T k e k T k u k v D p ))1()(()()()(--+==∆∆∆∆ 其中，x u -----偏差（它是初始阀门位置）
)(k u ∆---第k 次输出的偏差校正值。