过程控制 习题与答案 (2)
《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。
过程控制系统第2章 思考题与习题
第2章 思考题与习题1．基本练习题（1）简述过程参数检测在过程控制中的重要意义以及传感器的基本构成。
答：1）过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、成分等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量的生产安全，并使生产过程按最优化目标进行。
要想对过程参数实行有效的控制，首先要对他们进行有效的检测，而如何实现有效的检测，则是有检测仪表来完成。
检测仪表是过程控制系统的重要组成部分，系统的控制精度首先取决与检测仪表的精度。
检测仪表的基本特性和各项性能指标又是衡量检测精度的基本要素。
2）传感器的基本构成：通常是由敏感元件、转换元件、电源及信号调理/转换电路组成。
（2）真值是如何定义的？误差有哪些表现形式？各自的意义是什么？仪表的精度与哪种误差直接有关？答：1）真值指被测物理量的真实（或客观）取值。
2）误差的各表现形式和意义为：最大绝对误差：绝对误差是指仪表的实测示值x 与真值a x 的差值，记为Δ，如式（2-1）所示：a Δx x =- （2-1）相对误差：相对误差一般用百分数给出，记为δ，如式（2-2）所示：aΔδ100%x =⨯（2-2） 引用误差：引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。
它是相对仪表满量程的一种误差，一般也用百分数表示，记为γ，如式（2-3）所示：max minΔγ100%x x =⨯- （2-3）式中，maxx 仪表测量范围的上限值；minx 仪表测量范围的下限值。
基本误差：基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。
附加误差 附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。
3) 仪表的精度与最大引用误差直接有关。
（3）某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ所以仪表精度等级为0.4级（4）某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：仪表精度等级至少为0.001级。
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。
过程控制练习题（带答案）2（1）
过程控制练习题（带答案）2（1）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。
过程控制仪表及控制系统_课后习题答案(林德杰) 2
第一章思考题与习题1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量。
当电石加入时，内部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。
系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器内温度控制参数：冷水流量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。
《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案
《⾃动化仪表与过程控制》练习题及参考答案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t s ；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。
单闭环⽐值控制、双闭环⽐值控制和8、在⼯业⽣产中常见的⽐值控制系统可分为变⽐值控制三种。
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⾏补偿。
10、随着控制通道的增益K0 的增加，控制作⽤增强，克服⼲扰的能⼒最⼤，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与参数估计。
13、控制系统对检测变送环节的基本要求是准确、迅速和可靠。
14、控制阀的选择包括结构材质的选择、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、限制控制器积分部分的输出和积分切除法。
16、如果对象扰动通道增益K f 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、名词解释题答：衰减⽐n定义为：n B1 B2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。
2、⾃衡过程答：当扰动发⽣后，⽆须外加任何控制作⽤，过程能够⾃发地趋于新的平衡状态的性质称为⾃衡性。
过程控制课后习题答案及解析
过程控制课后习题答案及解析-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1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。
2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。
过程控制习题与答案
过程控制习题与答案(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。
过程控制系统与仪表习题答案 第二章
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： 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃2014026048061001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： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程2.024.036.068.0310.01求：1）变差；2）基本误差；3）该表是否符合1.0级精度？2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，精度等级为1.0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5.08MPa ，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 ＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ0.8％<1％ ，所以符合1.0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） 2）2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为1) 1.0级，0～250mA 2）2.5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：1）∆max ＝250×1％＝2.5mA ；%5%100505.2±=⨯±=δ2）∆max ＝75×2.5％＝1.875mA ；%75.3%10050875.1±=⨯±=δ选择2.5级，0～75mA 的表。
(完整版)过程控制系统与仪表习题答案第二章
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： 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃20140260480610012）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： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程2.024.036.068.0310.012）基本误差；3）该表是否符合1.0级精度？2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，精度等级为1.0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5.08MPa ，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 ＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ 0.8％<1％ ，所以符合1.0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） 2）2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为1) 1.0级，0～250mA 2）2.5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：1）∆max ＝250×1％＝2.5mA ；%5%100505.2±=⨯±=δ 2）∆max ＝75×2.5％＝1.875mA ；%75.3%10050875.1±=⨯±=δ 选择2.5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 。
过程控制系统第二版课后答案
过程控制系统第二版课后答案【篇一：过程控制系统与仪表课后习题答案完整版】>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。
过程控制复习题（2）
过程控制复习题（2）⼀、填空题：1、简单控制系统由（控制器）、（执⾏机构）、（被控对象）和（检测变送仪表）四个环节组成。
2、对象数学模型是指对象的（输⼊输出）特性，是对象在各输⼊量（控制量和检测变送量）作⽤下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。
3、获取对象数学模型的⽅法参⽅法有：（机理法）和（测试法）。
4、⽓动执⾏器由（调节）机构和（执⾏）机构两部分组成，常⽤的辅助装置有（阀门）定位器和⼿轮机构。
5、流通能⼒Ｃ的定义是：调节阀全开，阀前后压差为（0.1Mp），流体重度为（1g/m3），每（⼩时）所通过的流体（系）数。
6、被调介质流过阀门的（相对）流量与阀门（相对）⾏程之间的关系称为调节阀的流量特性；若阀前后压差保持不变时，上述关系称为（理想流量）特性，实际使⽤中，阀门前后的压差总是变化的，此时上述关系为（⼯作流量）特性。
7、动态前馈控制的设计思想是通过选择适当的（前馈）控制器，使⼲扰信号经过（前馈）控制器致被控量通道的动态特性完全复制对象（⼲扰）通道的动态特性，并使它们符号（相反）（正、反），从⽽实现对⼲扰信号进⾏完全补偿的⽬标。
8、⾃动调节系统常⽤参数整定⽅法（动态特性参数法），（稳定边界法），（衰减曲线法），（经验法）。
9、调节系统中调节器正、反作⽤的确定依据是：（保证控制系统成为负反馈）。
4、模糊控制器的设计（不依赖）被控对象的精确数学模型。
⼆、单项选择题：1、调节系统的稳定性是对调节系统最基本的要求，稳定调节过程的衰减率ζ应是（C.0<ζ<1）。
2、线性调节系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于（Ｃ．⼲扰作⽤的形式、强弱和系统本⾝的结构、参数。
）3、单纯的前馈调节是⼀种能对（C．⼲扰量的变化）进⾏补偿的调节系统。
4、均匀控制系统的任务是（A．使前后设备在物料供求上相互均匀、协调。
）5、定值调节系统是环调节，前馈系统是环调节。
（B．闭，开）6、在选择性调节系统中防积分饱和⼀般采⽤（B．外反馈法）⽅法。
过程控制课后习题答案
过程控制课后习题答案过程控制课后习题答案过程控制是一门涉及工程领域的重要学科，它主要研究如何通过控制系统来实现对工业过程的自动化控制。
在学习过程控制的过程中，课后习题是巩固知识和提高能力的重要途径。
下面将为大家提供一些过程控制课后习题的答案，希望能对大家的学习有所帮助。
1. 什么是过程控制系统？答案：过程控制系统是指通过传感器采集过程变量的信息，经过控制器进行处理，再通过执行器对过程进行调节，从而实现对过程的自动化控制的一种系统。
它由传感器、控制器和执行器组成。
2. 什么是反馈控制？答案：反馈控制是一种常见的控制方式，它通过比较实际输出与期望输出之间的差异，将差异信号作为反馈信号输入到控制器中，从而调整控制器的输出信号，使实际输出逐渐趋近于期望输出。
3. 什么是前馈控制？答案：前馈控制是一种通过提前预测未来的扰动信号，并将其作为控制器的输入信号进行补偿的控制方式。
它可以在扰动进入系统之前对其进行抵消，从而提高系统的稳定性和响应速度。
4. 什么是PID控制器？答案：PID控制器是一种常用的控制器类型，它由比例控制、积分控制和微分控制三个部分组成。
比例控制根据误差的大小来调整输出信号，积分控制根据误差的累积来调整输出信号，微分控制根据误差的变化率来调整输出信号。
PID控制器可以通过调节三个部分的参数来实现对系统的精确控制。
5. 什么是开环控制和闭环控制？答案：开环控制是指控制器的输出信号不受系统状态的反馈影响，只根据输入信号进行调节的一种控制方式。
闭环控制是指控制器的输出信号受到系统状态的反馈影响，通过比较实际输出与期望输出之间的差异来调节输出信号的一种控制方式。
闭环控制具有更好的稳定性和鲁棒性。
6. 什么是控制系统的稳定性？答案：控制系统的稳定性是指系统在受到扰动或参数变化时，能够保持输出信号在可接受范围内波动或迅速恢复到期望值的能力。
稳定性是控制系统设计中非常重要的一个指标，它可以通过系统的传递函数或状态方程进行分析和评估。
过程与控制部分课后题答案
1）应选用气开形式，当出现故障导致信号中断时，执行器处于关闭状态，保证耐热材料不被损坏。
2）框图如图3-8所示：
图3-8 系统框图
1．基本练习题
（1）什么是被控过程的特性？什么是被控过程的数学模型？为什么要研究过程的数学模型？目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种？
答：1）过程控制特性指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变化规律。
（1）如图4-6所示， 为过程的流入量， 为流出量， 为液位高度，C为容量系数。若以 为过程的输入量， 为输出量（被控量），设 、 为线性液阻，求过程的传递函数 。
答：根据动态物料平衡关系：流入量＝流出量
过程的微分方程的增量形式如式（4-7）所示：
（4-7）
中间变量：
（4-8）
传递函数如式（4-9）所示：
（2）什么是过程控制系统？试用方框图表示其一般组成。
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。
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。
（5）比例控制对控制质量有什么影响？
答：1）比例调节是一种有差调节，即当调节器采用比例调节规律时，不可避免的会使系统存在稳态误差。或者说，比例调节器是利用偏差实现控制的，它只能使系统输出近似跟踪给定值。
2）比例调节系统的稳态误差随比例度的增大而增大，若要减小误差，就需要减小比例度，即需要增大调节器的比例增益。
5)S=1时，工作流量特性为理想流量特性。当S<1时，阀全开时流量特性减小，随着S减小，直线特性趋向快开特性，对数特性趋向直线特性，S值愈小，流量特性变形程度愈大。
过程控制工程课后习题参考答案
过程控制工程第一章单回路控制系统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;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;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;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;②被控变量应选择物料的出口温度,操纵变量应选择蒸汽流量;物料的出口温度是工艺要求的直接质量指标,测试技术成熟、成本低,应当选作被控变量;可选作操纵变量的因数有两个：蒸汽流量、物料流量;后者工艺不合理,因而只能选蒸汽流量作为操纵变量;③控制阀应选择气关阀,控制器选择正作用;图1-43为热交换器出口温度控制系统,要求确定在下面不同情况下控制阀的开闭形式及控制器的正反作用：①被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚；②被加热物料在温度过低时会发生凝结；③如果操纵变量为冷却水流量,该地区最低温度在0℃以下,如何防止热交换器被冻坏;答：TC冷却水物料被冷却物料①控制阀选气关阀,选反作用控制器;②控制阀选气开阀,选正作用控制器;③控制阀选气关阀,选反作用控制器;单回路系统方块图如图1-44所示;试问当系统中某组成环节的参数发生变化时,系统质量会有何变化为什么1若T0增大； 2若τ0增大； 3若T f增大； 4若τf增大;答：1T0 增大,控制通道时间常数增大,会使系统的工作频率降低,控制质量变差；2τ0 增大,控制通道的纯滞后时间增大,会使系统控制不及时,动态偏差增大,过渡过程时间加长;3Tf 增大,超调量缩小1/Tf倍,有利于提高控制系统质量；4τf 增大对系统质量无影响,当有纯滞后时,干扰对被控变量的影响向后推迟了一个纯滞后时间τf ;第二章串级控制系统2．1 与单回路系统相比,串级控制系统有些什么特点1 串级系统由于副回路的存在, 使等效副对象时间常数减小,改善了对象的特性,使系统工作频率提高;2 串级控制系统有较强的抗干扰能力,特别是干扰作用于副环的情况下,系统的抗干扰能力会更强;3 串级系统具有一定的自适应能力;2．2 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用方式只取决于主对象放大倍数的符号,而与其他环节无关主环内包括有主控制器,副回路,主对象和主变送器.而副回路可视为一放大倍数为“1”的环节,主变送器放大倍数一般为正,所以主控制器的正反作用只取决于主对象放大倍数的符号;如果主对象放大倍数的符号为正,则主控制器为反作用,反之, 则主控制器为正作用;2．5 试说明为什么整个副环可视为一放大倍数为正的环节来看副回路所起的作用是使副变量根据主调节器输出进行控制,是一随动系统;因此整个副回路可视为一放大倍数为正的环节来看;2．6 试说明在整个串级控制系统中主、副控制器之一的正、反作用方式选错会造成怎样的危害当主、副控制器有一个正反作用方式选错时,就会造成系统的主回路或副回路按正反馈控制,当被控变量出现偏差时,系统不仅不向着消除偏差的方向校正,反而使被控变量远离给定值;2．7 图2-20所示的反应釜内进行的是化学放热反应,,而釜内温度过高会发生事故,因此采用夹套通冷却水来进行冷却,以带走反应过程中所产生的热量;由于工艺对该反应温度控制精度要求很高,单回路满足不了要求,需用串级控制;⑴当冷却水压力波动是主要干扰时,应怎样组成串级画出系统结构图;⑵当冷却水入口温度波动是主要干扰时,应怎样组成串级画出系统结构图;⑶对以上两种不同控制方案选择控制阀的气开、气关形式及主、副控制器的正、反作用方式;1选冷水流量为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.2夹套温度为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.2．8 图2-21为一管式炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统;要求：⑴选择阀的开闭形式⑵确定主、副控制器的正、反作用方式⑶在系统稳定的情况下,如果燃料压力突然升高,结合控制阀的开闭形式及控制器的正、反作用方式,分析串级系统的工作过程;1 气开阀2主控制器反作用,副控制器反作用;3如果燃料气的P1突然生高,副回路首先有一个“粗调”：P1↑→F1↑→T2↑→u2↓→ F1↓没有完全被副回路克服的部分干扰,通过主回路“细调”：T2↑→T1↑→u1↓→ F1↓→T2↓→T1↓2．9 某干燥器采用夹套加热和真空吸收并行的方式来干燥物料;干燥温度过高会使物料物性发生变化,这是不允许的,因此要求对干燥温度进行严格控制;夹套通入的是经列管式加热器加热的热水,而加热器采用的是饱和蒸汽,流程如图2-22所示;要求：⑴如果冷却水流量波动是主要干扰,应采用何种控制方案为什么⑵如果蒸汽压力波动是主要干扰,应采用何种控制方案为什么⑶如果冷却水流量和蒸汽压力都经常波动,应采用何种控制方案为什么1以热水温度为副变量,干燥器出口温度为主变量,蒸汽流量为操纵变量构成温度温度串级系统,冷水流量单独设计流量单回路系统理由：当被控变量为干燥器出口温度时,不宜选冷水流量做操纵变量,故单独设计流量单回路系统抑制冷水流量波动;以干燥器出口温度为被控量、蒸汽流量为操纵变量的控制系统中,控制通道太长,存在较大的时间常数和纯滞后,故选择换热器出口温度为副变量,构成串级系统,利用副回路减小等效时间常数;2 以热水温度为为副变量,干燥器的温度为主变量串级系统;理由：将蒸汽压力波动这一主要干扰包含在副回路中, 利用副回路的快速有效克服干扰作用抑制蒸汽压力波动对干燥器出口的温度的影响.3 采用与1相同方案;理由同1;第三章 比值控制系统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比值指工艺物料流量之比,即从流量与主流量之比：；比值系数指副、主流量变送器输出电流信号之比,即：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平方关系时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;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：开环、单闭环、双闭环、变比值、串级－比值控制系统; 原理图见教材;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;12F F K =min1min2I I I I K --='m ax 2m ax1F F K K ='2m ax 2m ax 1)(F F K K ='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;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;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;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：0I1I 2F - 2I1F② 乘法器 控制器 调节阀测量变送器2测量变送器1 流量对象 21221max 2max 1213600()()0.8122000F K F F K K F =='==⨯=，由于流量用孔板配差压变送器，没加开方器，所以12I I =‘系统稳定时： 2111'1004444(4)(4)44,0.811616I I K I I I I I I K --==-----'=+⇒==‘’0164160.81416.96I K mA'=+=⨯+=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,/6253max 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：②81.1)29062545.2()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)45062545.2()(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;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：12.150001200021F F K K max max≥=⨯=='氧氨 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=⨯='=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：211='==K k I I A B 21)1000300K ()F F K(K 22max B max A ===' 36.2K =⇒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m A 10I 1=,试计算此时2I =解：①②12I I =‘系统稳定时： 2111'1004444(4)(4)44,1616I I K I I I I I I K --==-----'=+⇒=‘’③ 001max 2max 2max 1max 164, 18140.875160.8754000170002I K I mA K F K K F F K K F '=+='⇒=='=⨯'===212144(4)40.875(104)49.25I K I I K I mA -'=-'=-+=⨯-+=。
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。
过程控制习题以及详解
过程控制系统部分习题讲解6.1说明一下名词术语的含义：被动对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值、偏差。
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——受控制器操作的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料或能量。
扰动量——除操作变量外，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。
6.3下列控制系统中，哪些是开环控制，哪些是闭环控制？A．定制控制B．随动控制C．前馈控制D．程序控制答：C——开环控制；A、B、D——闭环控制。
（程序控制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。
）6.6在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定数值上。
图6-3是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。
被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要求控制在（15±1.5）℃。
如果温度太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，杜塞管道。
图6-3（１）指出系统中被控对象、被控变量和操作变量各是什么？（２）试画出该控制系统的组成方块图。
答：（１）被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温度；操作变量为气态丙烯的流量。
（３）该系统的方块图如图6-4所示。
图6-46.7图6-5所示是以反应温度控制系统示意图。
Ａ、Ｂ两种物料进入反映，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度保持不变。
图中ＴＴ表示温度变送器，ＴＣ便是温度控制器。
试画出该温度控制系统的方块图，并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、操作变量及可能影响被控变量变化的扰动各是什么？图6-5答：反应器温度控制系统中被控对象为反应器；被控变量为反应器内温度；操作变量为冷却水流量；干扰为Ａ、Ｂ物料的流量、温度、浓度、冷却水的温度、压力及搅拌器的转速。
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。
过程控制仪表及控制系统课后习题答案（林德杰）2
过程控制仪表及控制系统课后习题答案（林德杰）2lxc第⼀章思考题与习题1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其⼯作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：⼄炔发⽣器中电⽯与冷⽔相遇产⽣⼄炔⽓体并释放出热量。
当电⽯加⼊时，内部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值⽐较，偏差信号送到控制器对偏差信号进⾏运算，将控制作⽤于调节阀，调节冷⽔的流量，使⼄炔发⽣器中的温度到达给定值。
系统框图如下：被控过程：⼄炔发⽣器被控参数：⼄炔发⽣器内温度控制参数：冷⽔流量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。
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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.定值控制就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 什么就是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答:过程控制系统:一般就是指工业生产过程中自动控制系统的变量就是温度、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)值与偏差的含义？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就是指设定值恒定不变的控制系统、定值控制系统的作用就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就是不断变化的、随动控制系统的作用就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就是变化的,但它就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 什么就是定值控制系统?解答:在定值控制系统中设定值就是恒定不变的,引起系统被控参数变化的就就是扰动信号。
1-6 什么就是被控对象的静态特性？什么就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。
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。
在自动化工作中,了解、研究控制系统动态比其静态更为重要。
因为在生产过程中,干扰就是客观存在的,就是不可避免的。
在扰动引起系统变动后,就需要通过控制装置不断地施加控制作用去消除干扰作用的影响,使被控变量保持在工艺生产所规定的技术指标上,以满足过程控制的要求。
一个正常工作的自动控制系统,时时刻刻都受到扰动的频繁作用,总就是处在一种频繁的、不间断的动态过程中。
因此说研究控制系统的动态比其静态更有意义。
1-7 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义就是什么？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、上升时间与峰值时间等。
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,就是指被控参数偏离设定值的最大值A; 超调量:第一个波峰值1y 与最终稳态值y(∞)之比的百分数σ; 1100%()y y σ=⨯∞ 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。
1-8 图1-2所示,就是某温度记录仪上面画出的曲线图,试写出最大偏差、衰减比、余差、振荡周期,如果工艺上要求控制温度为(40±2 0C ),哪么该控制系统能否满足要求？图1-2 扰动下的温度响应曲线解答:最大偏差:e max = 45－40 = 5 0C衰减比:n = B / B ’= 4 / 1 、余差:C = 41－40 = 10C振荡周期:T= 18 －5 = 13 min终值在410C,误差± 1 0C,符合要求、过程控制系统第二章(对象特性) 习题2-1.什么就是被控过程的数学模型？2-1解答:被控过程的数学模型就是描述被控过程在输入(控制输入与扰动输入)作用下,其状态与输出(被控参数)变化的数学表达式。
2-2.建立被控过程数学模型的目的就是什么？过程控制对数学模型有什么要求？2-2解答:1)目的:○1 设计过程控制系统及整定控制参数; ○2 指导生产工艺及其设备的设计与操作; ○3 对被控过程进行仿真研究; ○4 培训运行操作人员; ○5 工业过程的故障检测与诊断。
2)要求:总的原则一就是尽量简单,二就是正确可靠。
阶次一般不高于三阶,大量采用具有纯滞后的一阶与二阶模型,最常用的就是带纯滞后的一阶形式。
2-2.简述建立对象的数学模型两种主要方法。
2-2解答:一就是机理分析法。
机理分析法就是通过对对象内部运动机理的分析,根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等),在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程。
通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型,它们的表现形式往往就是微分方程或代数方程。
二就是实验测取法。
实验测取法就是在所要研究的对象上,人为施加一定的输入作用,然后,用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律,即得到一系列实验数据或实验曲线。
然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理,求取对象的特性参数,进而得到对象的数学模型。
5-12 何为测试法建模？它有什么特点？2-3解答:1)就是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。
2)可以在不十分清楚内部机理的情况下,把被研究的对象视为一个黑匣子,完全通过外部测试来描述它的特性。
2-3.描述简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义?2-3解答:描述对象特性的参数分别就是放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ。
放大系数K 放大系数K 在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变 化量之比,即 输入的变化量输出的变化量=K 由于放大系数K 反映的就是对象处于稳定状态下的输出与输入之间的关系,所以放大系数就是描述对象静态特性的参数。
时间常数T 时间常数就是指当对象受到阶跃输入作用后,被控变量如果保持初始速度变 化,达到新的稳态值所需的时间。
或当对象受到阶跃输入作用后,被控变量达到新的稳态值的63.2％所需时间。
时间常数T 就是反映被控变量变化快慢的参数,因此它就是对象的一个重要的动态参数。
滞后时间τ滞后时间τ就是纯滞后时间0τ与容量滞后c τ的总与。
输出变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间,纯滞后的产生一般就是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。
容量滞后一般就是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。
滞后时间τ也就是反映对象动态特性的重要参数。
5-6 什么就是自衡特性？具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点？2-3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 什么就是单容过程与多容过程？2-3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。
2-4.什么就是控制通道与扰动通道(干扰通道)?对于不同的通道,对象的特性参数(K 、T 、τ)对控制有什么不同的影响?2-4解答:对于一个被控对象来说,输入量就是扰动量与操纵变量,而输出就是被控变量。
由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道。
操纵变量至被控变量的信号联系称为控制通道;扰动量至被控变量的信号联系称为扰动通道。
一般来说,对于不同的通道,对象的特性参数(K 、T 、τ)对控制作用的影响就是不同的。
对于控制通道:放大系数K 大,操纵变量的变化对被控变量的影响就大,即控制作用对扰动的补偿能力强,余差也小;放大系数K 小,控制作用的影响不显著,被控变量的变化缓慢。
但K 太大,会使控制作用对被控变量的影响过强,使系统的稳定性下降。
在相同的控制作用下,时间常数T 大,则被控变量的变化比较缓慢,此时对象比较平稳,容易进行控制,但过渡过程时间较长;若时间常数T 小,则被控变量变化速度快,不易控制。
时间常数太大或太小,在控制上都将存在一定困难,因此,需根据实际情况适中考虑。
滞后时间τ的存在,使得控制作用总就是落后于被控变量的变化,造成被控变量的最大偏差增大,控制质量下降。
因此,应尽量减小滞后时间τ。
对于扰动通道:放大系数K 大对控制不利,因为,当扰动频繁出现且幅度较大时,被控变量的波动就会很大,使得最大偏差增大;而放大系数K 小,既使扰动较大,对被控变量仍然不会产生多大影响。
时间常数T 大,扰动作用比较平缓,被控变量变化较平稳,对象较易控制。
纯滞后的存在,相当于将扰动推迟0τ时间才进入系统,并不影响控制系统的品质;而容量滞后的存在,则将使阶跃扰动的影响趋于缓与,被控变量的变化相应也缓与些,因此,对系统就是有利的。
2-5.实验测取对象特性常用的方法有哪些?各自有什么特点?2-5解答:实验测取对象特性常用的方法有阶跃响应曲线法、矩形脉冲法。
阶跃响应曲线法就是当对象处于稳定状态时,在对象的输入端施加一个幅值已知的阶跃扰动,然后测量与记录输出变量的数值,就可以画出输出变量随时间变化的曲线。
根据这一响应曲线,再经过一定的处理,就可以得到描述对象特征的几个参数。
阶跃响应曲线法就是一种比较简单的方法。
如果输入量就是流量,只需将阀门的开度作突然的改变,便可认为施加了一个阶跃扰动,同时还可以利用原设备上的仪表把输出量的变化记录下来,既不需要增加仪器设备,测试工作也不大。
但由于一般的被控对象较为复杂,扰动因素较多,因此,在测试过程中,不可避免地会受到许多其她扰动因素的影响而使测试精度不高。
为了提高精度就必须加大输入量的幅度,这往往又就是工艺上不允许的。
因此,阶跃响应曲线法就是一种简易但精度不高的对象特性测定方法。
矩形脉冲法就是当对象处于稳定状态时,在时间0t 突然加一幅度为A 的阶跃扰动,到1t 时突然除去,这时测得输出变量随时间变化的曲线,称为矩形脉冲特性曲线。
矩形脉冲信号可以视为两个方向相反、幅值相等、相位为0t —1t 的阶跃信号的叠加。
可根据矩形脉冲特性曲线,用叠加法作图求出完整的阶跃响应曲线,然后就可以按照阶跃响应曲线进行数据处理,最后得到对象的数学模型。
采用矩形脉冲法求取对象特性,由于加在对象上的扰动经过一段时间后即被除去。
因此,扰动的幅值可以取得较大,提高了实验的精度。
同时,对象的输出又不会长时间偏离设定值,因而对正常工艺生产影响较小。
第3章 习题与思考题3-1、简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用就是什么？解答:简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。