过控习题

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过控试题及答案

过控试题及答案一、单选题（每题2分，共10分）1. 以下哪个选项不是过程控制的组成部分？A. 传感器B. 执行器C. 显示器D. 变压器答案：D2. PID控制器中的“P”代表什么？A. 比例B. 积分C. 微分D. 反馈答案：A3. 在过程控制系统中，哪一个参数是用来衡量系统响应速度的？A. 延迟时间B. 稳态误差C. 振荡频率D. 响应时间答案：D4. 过程控制中，开环控制和闭环控制的主要区别是什么？A. 开环控制没有反馈B. 闭环控制没有传感器C. 开环控制没有执行器D. 闭环控制没有控制器答案：A5. 在过程控制中，哪个术语用来描述系统输出与期望输出之间的差异？A. 误差B. 偏差C. 反馈D. 调节答案：A二、多选题（每题3分，共15分）1. 过程控制系统中常见的干扰类型包括哪些？A. 温度变化B. 压力变化C. 人为操作D. 电磁干扰答案：A、B、D2. 以下哪些因素会影响过程控制系统的稳定性？A. 控制器增益B. 系统延迟C. 传感器精度D. 执行器响应时间答案：A、B、D3. 过程控制系统中，调节器的调节规律包括哪些？A. 比例B. 积分C. 微分D. 非线性答案：A、B、C4. 下列哪些设备是过程控制系统中常用的传感器？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 流量传感器D. 位移传感器答案：A、B、C、D5. 在过程控制系统设计中，哪些是设计者需要考虑的因素？A. 控制精度B. 系统成本C. 操作简便性D. 系统安全性答案：A、B、C、D三、判断题（每题1分，共5分）1. 过程控制系统中的控制器总是需要反馈信号。

（对/错）答案：错2. PID调节器可以同时调节比例、积分和微分三个参数。

（对/错）答案：对3. 过程控制系统中的开环控制比闭环控制更稳定。

（对/错）答案：错4. 过程控制系统的延迟时间越短，系统响应越快。

（对/错）答案：对5. 过程控制系统中的传感器和执行器可以互换使用。

过控练习题

1、现测得直线流量特性的相关数据见下表，试分别计算其相对开度在10﹪、50﹪、80﹪各变化10﹪时的相对流量变化量，并据此分析它对控制质量的影响。

2、如图的液位储槽，生产工艺要求储槽内的液位常常需要维持在某个设定值上，为确保生产过程的安全，还要绝对保证液体不产生溢出。

要求设计一个简单的控制系统1、画出系统原理图2、选择被控参数、控制参数、测量元件、变送器、调节阀3、选择调节器，包括调节规律和正反作用调节器（写出过程）3、如图所示，q1为过程的流入量, q2为流出量，h 为液位高度，c 为容量系数，若以q1为过程的输入量，h 为输出量，假设R1、R2为线性液阻。

要求： 1、列出该液位过程的微分方程组 2、求该液位过程的传递函数4如图所示两个水箱串联工作，其输入量为Q1，流出量为Q2、 Q3，液位h1、h2分别为两个水箱的水位，h2为被控参数，C1、C2为其容量系数，R1、R2、R12、R3为阀门的线性液阻。

要求：（1）列出液位过程的微分方程组；（2）试求液位过程的传递函数())()(120S Q S H S G =。

5、如图为加热炉温度控制系统，试分析调节阀的气开还是气关，分析调节器的正反作用（写出过程），并写出负反馈验证过程6、如图所示换热器，用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定温度。

生产工艺要求热水温度维持在一定范围（-1℃≦△T≦+1℃），试设计一个简单温度控制系统。

要求：1、选择被控参数、控制参数、测量元件、变送器、调节阀2、选择调节器，包括调节规律和正反作用调节器（写出过程）7.某一定值控制系统，阶跃扰动响应曲线如图所示，求出稳态误差、衰减比、最大超调量8.下列参数（）不属于过程特性参数。

A.放大系数KB.时间常数TC.滞后时间τD.积分时间T I9.关于DDZ—Ⅲ型变送器，说法正确的是（）。

A.现场传输信号0~~10MAB. 电流传送电流接收C. 各单元由220V单独供电D. 现场传输信号为4~~20mA10.控制系统的准确性指标是（）。

过控33道例题

《过程控制仪表与系统》作业1-电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？2-说明现场仪表与控制室仪表之间的信号传输及供电方式。

0-10mA的直流电流信号能否用于两线制传输方式？为什么？3-简单描述集散控制系统的结构和主要特点？4-何谓比例控制规律、积分控制规律和微分控制规律？它们各有哪些特点？5-什么是放大系数K，时间常数T和滞后时间？6-为什么积分控制规律一般不单独使用，而微分控制规律不能单独使用？7-一台DDZ一Ⅲ型温度比例控制器，测量的全量程为0～1000℃。

当指示值变化100℃，控制器比例度为80％，求相应的控制器输出将变化多少？8-试写出PID控制器的输入、输出之间的数学表达式，并说明其中各参数的意义。

9-某台DDZ一Ⅲ型比例积分控制器，比例度为100％，积分时间为2min。

稳态时，输出为5mA。

某瞬间，输入突然增加了0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化到多少？10-某台 DDZ一Ⅲ型比例积分微分控制器，其比例δ=80％，积分时间 TI=0. 4min，微分时间TD=2．4min，微分放大倍数KD=10。

假定输出初始值为 6mA。

在t=0+时施加 0．4mA 的阶跃输入信号。

试分别写出在该阶跃信号作用下，其比例、积分、微分的输出表达式，画出三部分的输出响应曲线，并计算出在t=24s时该控制器的输出电流为多少？11-何谓变送器的量程调整、零点调整和零点迁移？12-什么是FSK信号？HART协议通信方式是如何实现的？13-简述电容式差压变送器的工作原理。

14-气动执行器是如何实现正反作用的？什么叫气开阀，什么叫气关阀？根据什么原则选择调节阀的气开气关型式？15-何谓调节阀的流量特性？常用的流量特性有哪几种？。

理性情况下和工作情况下有何不同？16-有两个调节阀，其可调比R1=R2=30，第一个阀的最大流量Q1max=100m3/h，第二个阀的最大流量Q2max=4m3/h，采用分程调节时，可调比可在达到多少？17-已知阀的最大流量Qmax=50m3╱h，可调范围R=30。

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。

过控习题整理

1.对于如图所示的压力控制系统，假设贮罐温度不变，主要干扰为P 1、P 2。

试指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与被控对象，并画出该系统的方块图2.对于如图所示的加热炉温度控制系统，试(1)指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量; (2)画出该系统的方块图3.(1) 列写过程微分方程组；(2) 画出方框图；(3) 求传递函数P spsp )()()(12s Q s H s G p4.对于如图所示的加热炉温度控制系统，试(1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与控制目标; (2)画出该系统的方块图；(3)选择控制阀的“气开-气关”形式;(4)指出该控制系统的“广义对象”及物理意义。

思考题⏹ 对于一般的自衡过程，分析采用纯比例控制器存在稳态余差的原因；⏹ 引入积分作用可消除稳态余差的原因分析，以及为什么引入积分作用会降低闭环控制系统的稳定性？⏹ 引入微分作用可提高控制系统的稳定性，但为什么实际工业过程中应用并不多？ ⏹ 如何确定PID 参数？5.(1)如何选择控制阀的 “气开气关”？(2)如何选择温度控制器的正反作用，以使闭环系统为负反馈系统？⏹ 对于一般的自衡过程，当设定值或扰动发生阶跃变化时，为什么采用纯比例控制器会存在稳态余差？⏹ 引入积分作用的目的是什么，为什么引入积分作用会降低闭环控制系统的稳定性？ ⏹ 引入微分作用的目的是什么，为什么实际工业过程中应用并不多？燃料spsp6.热平衡方程:λ---冷凝潜热；C1--比热容控制通道静态增益:从静态增益补偿的角度从动态特性变化的角度 (Why?)7.控制器的正反作用选择2111)(G T T G C λ=-11121G G C G T K p ∝=∂∂=λ凝液G 1G2KpKv选等百分比阀G1G2T p K v选快开阀稳定性变差燃料油8.有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似。

试问如何来区分它们？试分析判断下图所示的两个系统各属于什么系统？说明其理由。

过控试题123

1、问答题（15分，每题3分）[1]串级控制系统几个测量点？几个控制目标？简单均匀控制几个测量点？几个控制目标？[2]双重控制系统（也叫阀位控制VPC），其中一个控制器测量的是过程变量，如温度，而另一个控制器测量值是什么？整个控制系统主要特点是什么？[3]比值控制系统一般用乘法器还是除法器实现？为什么？如何选择主动量和从动量？对DDZ-Ⅲ仪表，写出仪表比值系数公式和乘法器给定公式I K，其中Q A Q Amax为主动量流量和量程，Q B Q Bmax为从动量流量和量程，r为流量比值。

(若差压法测量流量，选用开方器)[4]控制阀为何设有不同的流量特性？一般有哪几种特性？[5]在液位控制系统中，由于入口液流溅落到液位上，使液位测量噪声很大，在这种情况下，如何选择PID参数，为什么？2、（20分）图1为压力控制实验装置流程。

[1]试分析调节阀气开/气关型式（压力罐耐压0.1MPa），并分析控制器PC的作用方式。

[2]为了快速克服干扰的影响，请设计一串级控制系统，并分别给出主、副控制器的作用方式。

（画出带控制点工艺流程图）图1 压力实验装置3、（20分）如图2所示工业油罐，某种油品和空气有反应。

为了防止油和空气反应，需加入N2将油和空气隔离。

为恒定油罐内N2压力，[1]请在入口和出口设计两个调节阀，说明调节阀气开/气关方式，并设计一分程控制系统，画出带控制点工艺流程图，说明控制器作用方式。

[2]画出入口阀和出口阀分程关系图。

图2 工业油罐4、（20分）如图4所示锅炉燃烧系统，为了防止燃气压力过高，而使燃烧器脱火，请设计一超驰控制系统。

画出带控制点工艺流程图，标明阀门作用方式，选择两个控制器正反作用，选择低选或高选。

图4 锅炉燃烧系统简图5、（25分）图3为一工业用冷却器，为了使热流体出口温度恒定，[1]（5分）请设计一温度控制系统。

画出带控制点工艺流程图。

为了使气氨不带液，选择控制阀气开/气关方式，选择温度控制器正反作用。

4章过控习题参考答案(可编辑修改word版)

第五章前馈控制系统5．1 前馈控制与反馈控制各有什么特点？答：反馈控制的特点：优点：能够克服各种干扰。

只要干扰对被控变量造成影响，就有控制校正作用。

缺点：反馈控制不及时，是一个有差控制系统。

反馈控制系统只有被控变量在干扰作用下出现偏差时，才有校正作用，干扰总存在，偏差总存在。

前馈控制的特点：（1）前馈控制根据干扰进行，控制及时。

如果前馈控制规律恰当，理论上可完全消除干扰的影响（2）前馈控制是一种开环控制，被控变量并不经测量反馈到输入端。

不能保证控制效果。

（3）前馈控制需要对干扰进行测量，才能进行控制。

通常只测量一种干扰，因而只能克服一种干扰。

（4）前馈控制器的控制规律是通过对干扰通道与控制通道的特性计算而得是一种专用的控制器，在工程上，精确的通道特性难以获取，精确的前馈控制规律难以实现。

5．2 纯前馈控制在生产过程中为什么很少采用？答：单纯的前馈由于存在以下两三方面问题，其控制效果往往并不理想，因此在生产中很少使用。

这主要表现在：（1）单纯前馈是一种开环控制，不能保证控制效果。

不存在被控变量的反馈，即对于补偿的效果没有检验的手段。

这样，在前馈作用的控制结果并没有最后消除被控变量偏差时，系统无法得到这一信息而作进一步的校正。

（2）单纯前馈通常只能克服一种干扰。

由于实际工业对象存在着多个干扰，为了补偿它们对被控变量的影响，势必要设计多个前馈通道，因此单纯前馈就不能很好控制。

（3）准确的的前馈控制规律工程上难以实现。

5．3 前馈---反馈控制具有哪些优点？答：前馈--反馈系统的优点：前馈控制系统与反馈控制系统优势互补，主要表现在：（1）过渡过程时间、超调量大大降低。

由于引入了前馈控制，当主要干扰一出现时，同步施加了一个前馈校正作用，消除或大大降低了对被控变量的影响，因而使反馈控制的超调量、过渡过程时间大大降低。

前馈补偿了反馈的缺点。

（2）反馈回路的存在，为前馈控制的工程实现创造了条件。

前馈不能补偿的部分可由反馈校正，降低了前馈控制模型的精度要求，便于工程实现。

过控题库（绪论+检测仪表+控制仪表）

过控题库（绪论+检测仪表+控制仪表）《过程控制及仪表》试题库第一章：绪论1.与其他自动控制系统相比，过程控制所具有的特点是（ADE）A: 连续生产过程的自动控制；B：过程控制系统由被控过程和控制仪表组成；C: 被控过程种类丰富，对应控制方法单一；D：控制过程为慢过程；E: 控制目标实现被控量稳定在给定值上。

2. 过程控制的检测仪表和控制仪表包括检测单元、变送器、调节器和调节阀等。

3. 过程控制的被控对象由于（D），导致其控制过程为慢过程。

A：控制器无法使被控对象快速跟随给定值；B：量测误差和控制器执行惯性；C：被控过程复杂、多变，控制过程调整频繁D：被控对象是一类大惯性时滞系统4. 过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和PH值等这样一些过程变量的系统。

5. 过程控制系统按照结构特点和给定信号特点可分为两大类，每类包含哪些具体的控制系统？并对所熟悉的一种过程控制系统的特点进行说明？答：（1）按控制系统结构特点分类反馈控制系统：根据系统被控量的偏差进行工作的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减少偏差的目的。

也包括多回路反馈控制系统。

前馈控制系统：前馈控制是以不变性原理为理论基础的。

前馈控制系统直接根据扰动量的大小进行工作，扰动是控制的依据。

由于没有被控量的反馈，所以也称为开环控制系统，进而无法对控制精度进行检查，故在实际工业生产过程自动化中是不能单独应用的。

前馈-反馈控制系统（复合控制系统）：开环前馈控制的最主要优点是针对主要扰动及时迅速地克服其对被控参数的影响；对于其余次要扰动，则利用反馈控制予以克服，使控制系统在稳态时能准确地使被控量控制在给定值上。

（2）按被控量给定值信号特点分类定值控制系统：就是系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在小范围附近不变。

此时系统输入的变化量为零，引起被控量给定值变化的是扰动信号，故该系统的输入信号是扰动信号。

过控复习

(3)调节器的正、反作用形式。
(4)画出该系统的方块图，并简述其工作原理。
选择性控制
(1) 画出该系统的控制流程图和方块图；
(2) 确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用形式；
(ห้องสมุดไป่ตู้) 确定选择器的高低类型。
(4) 简述该系统的工作原理。
填空
1.过程控制系统组成。
2.仪表选择。
3.零点迁移、零点调整、量程调整
4.常用的标准节流装置有
5.常用的模拟显示仪表种类。
6.DDZ-Ⅲ型控制器信号。
7.直线流量特性是指控制阀的相对流量与相对开度呈（）关系；它的阀门在小开度时调节作用（），而在大开度时调节作用（），这对控制系统是不利的。
8.（）表征了比例控制作用的强弱，它的值越大，控制作用（）；（）表征了积分控制作用的强弱，它的值越大，控制作用（）；（）表征了微分控制作用的强弱，它的值越大，控制作用（）。
8.电动执行器的特点。
9.何为均匀控制？均匀控制方案
10.什么是生产过程的软保护措施和硬保护措施？
分析题
串级控制
1)控制系统的方块图。
(2)调节阀的气关、气开形式。
(3)主、副调节器的正、反作用方式。
(4)如果主要干扰是蒸汽压力波动，试简述其控制过程。
分程控制
(1)A、B两调节阀的气关、气开形式。
(2)每个阀的工作信号段（假定分程点为0.06Mpa）。
9.控制系统过渡过程的形式分类
10. DDZ-Ⅲ型温度变送器与各种类型的（）、（）配套使用，将温度或温差信号转换成（）mA、（）V DC的统一标准信号输出。
11. DDZ-Ⅲ型控制器的给定值如何给定
12.典型的理想流量特性有。

过控习题课

1. …2.某温度控制系统的给定值为300°C ，在单位阶跃干扰下的过渡过程曲线如图所示，试分别求出该系统最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间。

2、某PID 控制器，当比例度P ＝80%,TI=2min,TD=0,若在t=t0时刻输入一幅值为1mA 的阶跃信号，设控制器的起始工作点为6mA ，试计算控制器的输出，并绘制其输出波形图。

(1613 5309 302T/°C`330t/min±2%误差带1. PI 调节器输入在0时刻输入一系列的信号，其[0 2)时刻的输出如下图所示（其中调节器的初始输出为0。

!1）PI 调节器的比例度和积分时间常数分别是多少(注意单位)2）试绘制完整[0 5]时刻的u(t)输出曲线(在每个不连续间断点处注明坐标)|)某水槽液位控制系统如下图所示。

已知（横截面积）1000A =cm 2，（出水阀的阻力系数）0.03R =s/cm 3,调节阀为气关式，其（控制阀）静态增益28v K =,液体变送器静态增益1m K =mA/cm.1) 画出该系统基于稳态工作点的传递方框图2）控制器为比例控制器，比例带40δ=%，试分别求出扰动56d Q ∆=cm 3/s 以及定值阶跃变化r ∆ =时，被控量h 的残差3) 当控制器比例带120δ=%，其他条件不变，被控量h 的残差又是多少比较（2）和（3）计算结果，总结δ值对系统残差又是多少4）液位控制器改用PI 控制器后，被控量h 的残差又是多少）有两个串联在一起的双容水槽如下图所示，其间的连通管具有阻力，因此两者的水位是不同的。

来水首先进入水槽1，然后再通过水槽2流出。

水流入量i Q 由调节阀控制，流出量o Q 由用户根据需要改变，被调节量是水槽2的水位2H 。

其中1F 、2F 为两个水槽的截面积，1R 、2R 为线性化水阻，Q 、H 均以各个量的稳态值为起算点。

1）列出该串联双容过程的微分方程组（6分） 2）求传递函数()()2i H s Q s （5分）<&3、某温度对象的特性曲线如题图所示，试计算该对象的特性参数，写出其数学模型。

3章过控习题参考答案

第三章比值控制系统3.1 比值与比值系数的含义有什么不同?它们之间有什么关系？答：①比值指工艺流量之比，既：；比值系数指主、副流量变送器输出电流信号之比，既：二者之间的关系由下式决定：（变送器输出与流量成线性关系时）（变送器输出与流量成开平方关系时）3.2 用除法器进行比值运算时，对输入信号的安排有什么要求？为什么？答：应使除法器输出小于1。

除法器输出值既仪表比值系数，需要通过副流量调节器的内给定设置，大于1无法设定、等于1无法现场整定。

3.3 什么是比值控制系统？它有哪几种类型?画出它们的结构原理图。

答：比值控制系统就是实现副流量2F 与主流量1F 成一定比值关系，满足关系式：12F F K =的控制系统。

比值控制系统的类型：单闭环、双闭环、变比值系统比值控制系统。

原理图见教材。

3.4 用除法器组成比值系统与用乘法器组成比值系统有何不同之处？答：① 系统结构不同，实现比值控制的设备不同。

② 比值系数的设置方法不同，乘法方案通过在乘法器的一个输入端，输入一个外加电流信号I 0设置；除法方案通过副流量调节器的内给定设置。

3.5 在用除法器构成的比值控制系统中，除法器的非线性对比值控制有什么影响？答：除法器环节的静态放大倍数与负荷成反比。

3.6 为什么4：1整定方法不适用于比值控制系统的整定？答：单闭环比值控制系统、双闭环的副流量回路、变比值回路均为随动控制系统，希望副流量跟随主流量变化，始终保持固定的配比关系。

出现4：1振荡时，固定配比关系不能保证。

3.7 当比值控制系统通过计算求得比值系数1K >' 时，能否仍用乘法器组成比值控制？为什么？能否改变一下系统结构，仍用乘法器构成比值控制？12F F K =min1min 2I I I I K --='max 2max1F F K K ='2m ax 2m ax 1)(F F K K ='答：当比值控制系统通过计算求得比值系数大于1时，不能用乘法器组成比值控制。

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（）。

过控习题

习题
1. 单回路系统方框图如图1所示，试问当系统中某组成环节的参数分别发生以下四种变化时，系统控制
性能会有何变化？为什么？
（1）若0T 增大；（2）若0τ增大；（3）若f T 增大（4）若f τ增大。

图1 单回路系统方框图
2. 在生产过程中，要求控制水箱液位，故设计了如图2
所示的液位定值控制系统。

如果水箱受到一个
单位阶跃扰动f 作用，试求：
（1）当调节器为比例作用时，系统的稳态误差。

（2）当调节器为比例积分作用时，系统的稳态误差。

图2 液位定值控制系统
3.单回路控制系统如下图3所示。

Wc(S)为控制器的传递函数，Wo(S)=Ko/(ToS+1)为被控对象的传递函
数，W d(S)=K d/(T d S+1)为干扰通道的传递函数。

(1).设D(S)是幅值为A的阶跃扰动，证明当控制律为PI时，控制系统的稳态偏差（余差）为0。

(2).若D(S)为可测扰动，且控制器Wc(S)=Kc。

试设计一个控制系统，使其能完全补偿的D(S)扰
动的影响。

请给出系统方框图，并写出设计过程。

图3 单回路控制系统方框图
4.某锅炉气包水位流程如下图4示。

根据工艺要求，需将水位控制在某希望值上，在运行中发现给水
压力波动较大，同时负荷（蒸汽流量）也经常变化。

试设计一个控制系统，使其有效克服上述两种主要扰动，要求：
（1）画出控制原理图。

（2）画出系统方框图。

（3）简述设计的理由或分析系统功能。

图4 锅炉气包水位流程示意图。

过控思考题及习题全

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.找到4：1衰减振荡时的比例度δs，及振荡周期T s.再按经验公式,可以算出采用不同类型控制器使过渡过程出现4:1振荡的控制器参数值。

过控练习

一、名词解释1、衰减比：衰减比是衡量震荡过程衰减程度的指标，它等于两个相邻同向波峰值之比。

2、自平衡过程：指过程在扰动作用下，其平衡状态被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。

3、调节阀的流量特性：指介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系。

函数关系表示为：)(max L l f Q Q=。

4、直接参数：能直接反映生产过程产品和质量，以及安全运行的参数。

5、单回路控制系统：指由被控对象、检测元件、变送器、控制器和执行器组成的具有一个闭合回路的反馈控制系统。

6、控制系统的参数整定：对于一个已经设计并且安装就绪的控制系统，通过控制器参数（δ、D T i T 、）的调整，使得系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。

7、对象的动态特性：以某种形式的扰动输入对象，引起对象的输出发生相应的变化，这种变化在时域或频域上用微分方程或传递函数进行描述，称为对象的动态特性。

8、分程控制系统：一个调节器的输出控制两个或两个以上分程动作的调节阀，每个调节阀只在调节器输出的某段信号范围内作全行程动作，这种过程控制系统称为分程控制系统。

9、均匀控制系统：是指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地、均匀地变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾、均匀协调的系统。

二、填空题1、过程控制系统的设计必须满足三点要求，即安全性、经济性、稳定性。

2、过程控制系统动态质量指标主要有调节时间（过渡过程时间）s t 、衰减比n （衰减率ϕ）、最大偏差A （超调量σ）、峰值时间p t 。

3、测试对象动态特性的实验方法主要有时域法（响应曲线法）、统计相关法、最小二乘法。

4、执行器可以分为三大类，它们是气动执行器、液动执行器、电动执行器。

5、当控制系统中存在大而繁杂的扰动时，PID 调节器不应采用微分作用。

6、调节阀的流量特性有直线流量特性、对数（等百分比）流量特性、快开流量特性、抛物线流量特性四种。

7、单容被控对象的动态特性一般都是一阶惯性环节。

过控考试试卷和答案

过控考试试卷和答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 过控专业的核心课程是（）。

A. 机械设计A. 过程控制B. 过程装备与控制工程D. 材料科学2. 过程控制中，下列哪个不是控制元件（）。

A. 传感器B. 控制器C. 执行器D. 被控对象3. 过程装备与控制工程中，下列哪个不是过程装备（）。

A. 反应器B. 换热器C. 压缩机D. 计算机4. 过控系统中，下列哪个不是控制系统的组成部分（）。

A. 被控对象B. 控制器C. 传感器D. 操作员5. 过程控制中，下列哪个不是控制系统的分类（）。

A. 开环控制B. 闭环控制C. 线性控制D. 非线性控制6. 过控系统中，下列哪个不是传感器的作用（）。

A. 检测被控变量B. 将被控变量转换为电信号C. 放大电信号D. 将电信号转换为被控变量7. 过程控制中，下列哪个不是控制器的作用（）。

A. 比较设定值和被控变量B. 根据偏差计算控制信号C. 直接控制被控对象D. 输出控制信号给执行器8. 过控系统中，下列哪个不是执行器的作用（）。

A. 接收控制器的控制信号B. 将控制信号转换为机械动作C. 直接控制被控对象D. 反馈被控变量9. 过程控制中，下列哪个不是控制系统的性能指标（）。

A. 稳定性B. 快速性C. 准确性D. 经济性10. 过控系统中，下列哪个不是控制系统的设计步骤（）。

A. 确定控制目标B. 选择控制方案C. 选择控制器D. 选择被控对象二、填空题（每空1分，共20分）1. 过程控制的目的是实现对______的控制，以保证生产过程的______和______。

2. 过程控制的基本原理是______原理，即通过比较______和______，计算出控制偏差，然后根据偏差进行控制。

3. 过控系统中，传感器的作用是______被控变量，并将其转换为______信号。

4. 控制器的作用是______设定值和被控变量，根据偏差计算出______信号，并输出给执行器。

过控习题参考答案

过控习题参考答案第⼀章单回路控制系统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？控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系；⼲扰通道——是指⼲扰作⽤与被控变量之间的信号联系。

（1）控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三⽅⾯）控制通道静态放⼤倍数越⼤，系统灵敏度越⾼，余差越⼩。

但随着静态放⼤倍数的增⼤，系统的稳定性变差。

控制通道时间常数越⼤，经过的容量数越多，系统的⼯作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统的质量越低，但也不是越⼩越好，太⼩会使系统的稳定性下降，因此应该适当⼩⼀些。

控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增⼤，⽽且还还会使系统的稳定性降低。

（2）⼲扰通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三⽅⾯）⼲扰通道放⼤倍数越⼤，系统的余差也越⼤，即控制质量越差。

⼲扰通道时间常数越⼤，阶数越⾼，或者说⼲扰进⼊系统的位置越远离被控变量测量点⽽靠近控制阀，⼲扰对被控变量的影响越⼩，系统的质量则越⾼。

⼲扰通道有⽆纯滞后对质量⽆影响，不同的只是⼲扰对被控变量的影响向后推迟⼀个纯滞后时间τ0。

1.2 如何选择操纵变量？1）考虑⼯艺的合理性和可实现性；2）控制通道静态放⼤倍数⼤于⼲扰通道静态放⼤倍数；3）控制通道时间常数应适当⼩⼀些为好，但不易过⼩，⼀般要求⼩于⼲扰通道时间常数。

⼲扰动通道时间常数越⼤越好，阶数越⾼越好。

4）控制通道纯滞后越⼩越好。

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？⽐例度δ越⼩，系统灵敏度越⾼，余差越⼩。

随着δ减⼩，系统的稳定性下降。

1.5图1-42为⼀蒸汽加热设备，利⽤蒸汽将物料加热到所需温度后排出。

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，应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的正反作⽤？答：①影响物料出⼝温度的因素主要有蒸汽的流量和温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和⼊⼝温度。

过程控制习题

1 过程控制系统由几大部分组成，它们是:（控制器、检测装置、执行器、被控对象）2 下面对过程的控制质量没有影响的是：（ D ）A：控制通道放大倍数K B:扰动通道放大倍数KC：扰动通道时间常数 D：扰动通道纯滞后时间3在对象特性中，（放大系数K）是静特性4在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是（控制器）5 说法正确的是（微分时间越长，微分作用越强；积分时间越长，积分作用越弱）6 调节阀按其使用能源不同可分为（电动、液动、气动）三种8 串级控制系统主、副对象的时间常数之比To1/To2=（3-10）为好,主/副回路恰能发挥其优越性,确保系统高质量的运行9 下列控制系统中，（C ）是开环控制系统A定值控制系统 B随动控制系统 C前馈控制系统 D程序控制系统10 过渡过程品质指标中，余差表示（新稳态值与给定值之差）11 对于一阶对象特性，通常可以用（放大倍数K、时间常数T、滞后时间t ）来表示12 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（被控变量）13 被控对象干扰通道具有纯延迟t，对系统控制质量的影响是（没影响）；控制通道t减小，对控制质量的影响是（有利）14 PID调节器变为纯比例作用，则（积分时间置无穷，微分时间置0 ）15（快开流量特性）在阀芯行程比较小时，流量就比较大，随着行程的增加，流量很快达到最大16 闭环控制系统是根据（偏差）信号进行控制的17 衡量控制准确性的流量指标是（余差）18 对象特性的实验测取常用方法是（阶跃响应曲线法）19 需要知道对象的动态特性，才能进行参数整定的工程方法是（响应曲线法）20 过程控制系统中，若使控制变量最终不存在余差，系统本身已经稳定裕量充足应选用（比例积分控制器）24 调节阀接受调节器发出的控制信号，把（被控变量）控制在所要求范围内，从而达到生产过程的自动控制27 串级调节系统主调节输出信号送给（副调节器）29 在阶跃扰动作用下，过程控制系统的过渡过程出现的形式如下，（衰减振荡过程）是一种稳定控制系统30 受控制器的操纵，使被控变量保持在设定值的物理量是（操纵变量）31 在过程控制系统中，既能使控制变量不存在余差，又要使系统具有超前性控制应选用（ＰＩＤ）控制规律33 控制阀所能控制的最大流量与最小流量之比,称控制阀的（可调比）34 串级控制系统参数整定步骤应为（先副环后主环）35 单纯的前馈系统是一种能对（干扰量的变化）进行补偿的控制系统36 在一阶过程控制系统中, （放大系数K ）决定了系统在响应结束时的稳态性能37 被控变量的测量值就是（变送器）环节输出的信号38 某控制系统采用比例积分作用调节器,某人先用比例后积分的凑试法来整定调节器的参数。

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第三章
3.1 比值与比值系数的含义有什么不同?它们之间有什么关系？
答：①比值指工艺流量之比，既：；
比值系数指主、副流量变送器输出电流信号之比，既：
二者之间的关系由下式决定：（变送器输出与流量成线性关系时）
（变送器输出与流量成开平方关系时）
3.2 用除法器进行比值运算时，对输入信号的安排有什么要求？为什么？
答：应使除法器输出小于1。

除法器输出值既仪表比值系数，需要通过副流量调节器的
内给定设置，大于1无法设定、等于1无法现场整定。

3.3 什么是比值控制系统？它有哪几种类型?画出它们的结构原理图。

答：比值控制系统就是实现副流量2F 与主流量1F 成一定比值关系，满足关系式：1
2F F K =
的控制系统。

比值控制系统的类型：单闭环、双闭环、变比值系统比值控制系统。

原理图见教材。

3.4 用除法器组成比值系统与用乘法器组成比值系统有何不同之处？
答：① 系统结构不同，实现比值控制的设备不同。

② 比值系数的设置方法不同，乘法方案通过在乘法器的一个输入端，输入一个外加电流信号I 0设置；除法方案通过副流量调节器的内给定设置。

3.5 在用除法器构成的比值控制系统中，除法器的非线性对比值控制有什么影响？答：除法器环节的静态放大倍数与负荷成反比。

3.6 为什么4：1整定方法不适用于比值控制系统的整定？
答：单闭环比值控制系统、双闭环的副流量回路、变比值回路均为随动控制系统，希望副流量跟随主流量变化，始终保持固定的配比关系。

出现4：1振荡时，固定配比关系不能保证。

3.7 当比值控制系统通过计算求得比值系数1K >' 时，能否仍用乘法器组成比值控制？
为什么？能否改变一下系统结构，仍用乘法器构成比值控制？
12F F K =min
1min 2I I I I K --='max 2max
1F F K K ='2max 2max 1)(F F K K ='
答：当比值控制系统通过计算求得比值系数大于1时，不能用乘法器组成比值控制。

因为当1K >'时，计算所得的乘法器的一个外加输入电流信号I 0大于20mA,超出乘法器的输入范围。

不用改变系统结构，只要调整F 2max 保证K ＇〈1 即可。

3.8 一比值控制系统用DDZ-III 型乘法器来进行比值运算（乘法器输出416
)4I )(4I (I 01+--='，其中I 1与I 0分别为乘法器的两个输入信号），流量用孔板配差压变送器来测量，但没有加开方器，如图所示。

已知h /kg 2000F ,h /kg 3600F max 2max 1==，要求：
① 画出该比值控制系统方块图。

② 如果要求1:2F :F 21=，应如何设置乘法器的设置值0I ？
解：①方框图如下：
1I 2F
②
3.9 某化学反应过程要求参与反应的A 、B 两物料保持5.2:4F :F B A =的比例，两物料的
最大流量h m F h m F B A /290,/6253
max 3max ==。

通过观察发现A 、B 两物料流量因管线压力波动而经常变化。

根据上述情况，要求：
① 设计一个比较合适的比值控制系统。

② 计算该比值系统的比值系数K '。

③ 在该比值系统中，比值系数应设置于何处？设置值应该是多少（假定采用DDZ-III 型仪表）。

④ 选择该比值控制系统控制阀的开闭形式及控制器的正、反作用。

解：①系统设计如下： mA K I F F K K F F K 96.16481.01641681.020********((2
1022max 2max 112=+⨯=+'==⨯=='==
②81.1)290
62545.2()F F K (K 22max B max A =⨯==' ③1K ≤'，所以要将max B F 调大。

所以 625.39062545.2KF F Amxa max B =⨯=
≥ 取450max =B F 75.0)450
62545.2()(22max max =⨯=='B A F F K K 比值系数K ＇通过I 0设置，mA K I 164160=+'=
④选择A 阀为气开阀，主对象为正环节，测量变送为正环节，则主调节器为反作用。

选取B 阀为气开阀，副对象为正环节，测量变送为正环节，则副调节器为反作用。

3.10 在硝酸生产过程中有一氧化工序，其任务是将氨氧化成一氧化氮。

为了提高氧化率，
要求维持氨与氧的比例为2：1。

该比值控制系统采用如图所示的结构形式。

已知h /m 5000F ,h /m 12000F 3max 3max ==氧氨。

试求比值系数K ’=？如果上述比值控制用DDZ-II 型仪表来实现，比值系数的设置0I 应该是多少？解：121.15000
1200021max max
〉=⨯=='氧氨F F K K 调整副流量的测量上限，使K ＜1’
取8.0='K ，则7500max =氧F 即可。

对于DDZ-II ，mA K I 88.010100=⨯='=
3.11 有一个比值控制系统如图所示。

图中k 为一系数。

若已知k=2，
h /kg 1000F ,h /kg 300F max B max A ==，试求？
K =' K=？
解：2
11='==K k I I A B 21)1000300K ()F F K
(K 22max B max A ===' 36.2K =⇒
3.12 一双闭环比值控制系统如图所示。

其比值用DDZ-III 型乘法器来实现。

已知
h /kg 4000F ,h /kg 7000F max 2max 1==。

要求：
① 画出该系统方块图。

② 若已知mA 18I 0=求该比值系统的比值K=？比值系数？K ='
③ 待该比值系统稳定时，测mA 10I 1=，试计算此时2I =？
解：①
②
③
2170004000875.0875.0161418 ,416max 1max 2max 2max 100=⨯='=⇒='=='⇒=+'=F F K K F F K K K m A
I K I mA I K I I I K 25.94)410(875.04)4(441212=+-⨯=+-'=⇒--='。

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