过程控制工程课后习题参考答案前三章
过程控制工程 戴连奎课后题答案
过程控制工程戴连奎课后题答案1. 什么是过程控制工程？过程控制工程是一门综合应用科学，研究如何对工业生产过程进行控制和优化的学科。
它涉及多个领域的知识，包括自动化工程、仪器仪表、计算机科学、电气工程等。
过程控制工程的主要任务是通过设计和实现控制系统，使工业生产过程能够达到既定的目标，并保持稳定的运行状态。
2. 过程控制系统的基本组成部分有哪些？一个典型的过程控制系统包括以下几个基本组成部分：•传感器：用于感知和测量工业生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等。
•执行器：根据控制系统的指令，控制工业生产过程中的某些执行元件的运动，如阀门、电机等。
•控制器：根据传感器测量到的过程参数，计算出相应的控制指令，用于调节执行器的运动。
•信号处理模块：用于将传感器测量到的模拟信号转换成数字信号，方便计算机对其进行处理。
•计算机：根据控制器的指令和传感器的反馈数据，进行计算和决策，实现对工业生产过程的控制。
•通信网络：用于传输控制指令和传感器反馈数据的通信网络。
3. 过程控制工程中常用的控制模式有哪些？在过程控制工程中，常用的控制模式包括以下几种：•开环控制：控制器只根据事先设定的控制指令来操作执行器，没有对执行结果进行反馈和调整。
这种控制模式简单，但对于系统参数变化、干扰等因素不敏感，容易产生偏差。
•闭环控制：控制器根据传感器反馈的过程参数来调整控制指令，使系统保持稳定。
闭环控制能够对系统参数变化和干扰作出及时的调整，提高控制精度和鲁棒性。
•嵌套控制：将一个控制系统作为另一个控制系统的一部分，形成多层次、多级联的控制结构。
这种控制模式适用于复杂的工业过程，能够提高系统的稳定性和鲁棒性。
•模糊控制：根据输入和输出的模糊关系，设计模糊规则，并根据模糊规则进行推理和决策，实现对工业生产过程的控制。
模糊控制能够应对系统参数变化和干扰等非线性因素，适用于模型复杂的工业过程。
•自适应控制：根据系统内部的模型或反馈信息，自动调整控制器的参数，以适应系统参数变化和干扰的影响。
过程控制课后习题答案解析
.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。
A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。
过程控制工程智慧树知到答案章节测试2023年中国石油大学(华东)
第一章测试1.广义对象包括（）。
A:被控对象B:检测元件C:执行器D:控制器答案:ABC2.先进控制有（）。
A:时滞补偿B:故障诊断C:预测控制D:解耦控制答案:ABCD3.过程控制系统中，代替人眼睛的是（）。
A:执行器B:控制器C:检测装置D:被控对象答案:C4.控制系统组成中具有大脑功能的是（）。
A:控制装置B:检测装置C:执行机构D:被控对象答案:A5.控制目标中不需要考虑环保因素。
A:对B:错答案:B6.随动控制系统的设定值是随时间变化的。
A:对B:错答案:A第二章测试1.被控对象的动态特性是描述被控对象输入输出关系动态特征的。
A:错B:对答案:B2.稳态指的是被控量不再随时间变化时，系统处于平衡状态。
A:对B:错答案:A3.误差绝对值积分（IAE）准则可避免正负积分面积相消现象。
A:对B:错答案:A4.灰箱模型是基于过程动态学的机理建模。
A:对B:错答案:B5.调节通道对象特性的T0小对控制系统有利。
A:错B:对答案:B6.比例积分作用为系统增加了一个开环零点，使系统相角超前，增加了稳定性。
A:错B:对答案:B7.调节系统在纯比作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比例度（）A:减小B:不变C:增大D:先增大后减小答案:C8.对于气动执行机构，当信号压力增加，推杆下移的，称该气动执行机构为A:可调式B:反作用式C:正作用式D:移动式答案:C9.在控制系统中，工艺变量需要控制的生产过程、设备或机械等，称为（）A:反馈B:控制器C:被控过程D:设定值答案:C10.下面对过程的控制质量没有影响的是（）A:扰动通道放大倍数B:扰动通道时间常数C:控制通道放大倍数D:扰动通道纯滞后时间答案:D11.过渡过程品质指标中，余差表示（）A:新稳态值与给定值之差B:测量值与给定值之差C:超调量与给定值之差D:调节参数与被调参数之差答案:A12.下列哪个参数不是描述对象特性的参数（）A:tB:TC:KD:τ答案:A13.受控制器的操纵，使被控变量保持在设定值的物理量是（）A:操纵变量B:被控对象C:设定值D:测量值答案:A14.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，（）是一种稳定控制系统A:非振荡发散过程B:衰减振荡过程C:发散振荡过程D:等幅振荡过程答案:B15.以下哪个传递函数可以表示积分环节（）A:TsB:KC:K/(Ts)D:K/(Ts+1)答案:C16.PID参数整定方法有（）A:响应曲线法B:临界比例度法C:继电器型PID自整定法D:经验法答案:ABCD第三章测试1.下列哪种不属于复杂控制系统？A:流量控制系统B:前馈控制系统C:串级控制系统D:解耦控制系统答案:A2.串级控制对所有的干扰都有很强的克服能力A:对B:错答案:B3.串级控制副参数的选择需要注意的问题有（）？A:副参数必须可测B:调节阀与副参数之间具有因果关系C:尽可能将带有非线性或时变特性的环节包含于副回路中D:副参数的选择应使副对象的时间常数比主对象的时间常数小答案:ABCD4.串级控制多用于（）场合？A:用于所有的控制场合；B:用于时滞较大的对象；C:用于对象具有较大的非线性特性，且负荷变化较大；D:用于克服变化剧烈和幅值大的干扰；答案:BCD5.均匀控制有（）两种形式？A:前馈均匀控制B:单回路均匀控制C:串级均匀控制D:比值均匀控制答案:BC6.前馈控制的基本原理是（）？A:可变性原理B:等价原理C:不变性原理D:抗干扰原理答案:C7.动态前馈的效果一定比静态前馈的效果好。
（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。
过程控制工程课后作业答案
第一章 纸质作业答案一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量和阀杆行程之间的关系。
调节阀的流量特性有线性型，等百分比型，快开型，抛物线型调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑，利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性，从而使整个广义对象的特性近似为线性。
二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，也成为单回路控制系统。
简单控制系统的典型方块图为三．按照已定的控制方案，确定使控制质量最好的控制器参数值。
经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解：(1) 选择流出量o Q 为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， 贮槽液位控制系统的控制流程图为(2) 被控对象：液体贮槽控制器执行器被控对象测量元件及变送器+－控制信号操纵变量被控变量测量值偏差扰动变量给定值被控变量：贮槽液位操纵变量：贮槽出口流量主要扰动变量：贮槽进口流量五、解：Q为操纵变量，控制阀安装在流入管线上，(1) 选择流入量i贮槽液位控制系统的控制流程图为为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以应选用气开形式控制阀，为“+”作为方向。
Q增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“+”作用方向。
由于操纵变量即流入量i控制阀和被控对象都是“+”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。
Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上，(2) 选择流出量o贮槽液位控制系统的控制流程图为为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于全开状态，所以应选用气关形式控制阀，为“-”作为方向。
Q增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“-”作用方向。
由于操纵变量即流出量o控制阀和被控对象都是“-”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。
六、（1）加入积分作用后，系统的稳定性变差，最大动态偏差增大、余差减小加入适当的微分作用后，系统的稳定性编号，最大动态偏差减小，余差不变。
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。
过程控制工程_第二版_(王树青_著)_化工出版社_课后答案
过程控制工程课后习题答案第一章1-1自动控制系统由被控对象、测量变送器、执行器（控制阀）和控制器组成。
被控对象是指被控制的生产设备或装置。
测量变送器用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号作为输出。
执行器常用的是控制阀，接受来自控制器的命令信号，用于自动改变控制阀的开度。
控制器它将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号e(t)，并按一定规律给出控制信号u（t）1-21）直接数字控制它的特点：计算灵活，它不仅能实现典型的PID 控制规律，还可以分时处理多个控制回路。
2）集中型计算机控制系统它的特点：可以实现解耦控制、联锁控制等各种更复杂的控制功能；信息集中，便于实现操作管理与优化生产；灵活性大，控制回路的增减、控制方案的改变可由软件来方便实现；人机交互好，操作方便3）集散控制系统它的特点：同时适应管理与控制两方面的需要：一方面使用若干个控制器完成系统的控制任务，每个控制器实现一定的控制目标，可以独立完成数据采集、信号处理、算法实现与控制输出等功能；另一方面，强调管理的集中性。
1-3spPC51P m PT51P2uP1P：被控变量储罐：被控对象U：控制变量进气流量：操纵变量P1，P2，出气流量：扰动变量被控变量：被控对象需要维持在其理想值的工艺变量，也是测量变松的输入。
控制变量：控制器的输出电信号。
操作变量：执行器的操作对象，对被控变量有影响。
扰动变量：影响被控变量的变量（除了操作变量）。
干扰 通道P sp +E(t)_压力制器进 气 控制阀控制对 象++P （t ） P m (t )压力 1-4给定值+ 液位控制器控制阀水槽测量液位变送器假设控制阀为气闭式、控制器为反作用，定义偏差为测量值与给定值之差。
首先假设在 干扰发生之前系统处于平衡状态，即流入量等于流出量，液位等于给定值。
当有干扰发生， 平衡状态将被破坏，液位开始变化，于是控制系统开始动作。
1）假定在平衡状态下流入量 Q1 突然变大。
过程控制复习要点和习题答案(3,4)
17。95
18。1
画图并求得
•t=0:20：400;
•h1=［0，0.2，0.8,2。0，3。6，5。4，7.4,9。3，11,12。6,13.6,14.4,15。1，15.8，16。4,
17,17.4,17.6，17。8,17.95，18。1];
•h=h1/0。2；
x2（t）= —x1（t-Δt）
y（t）=y1（t）+y2(t）
=y1（t）-y1（t-Δt)
t
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
h1
0
0。2
0.8
2.0
3.6
5.4
7。4
9。3
11
12。6
13。6
14.4
15。1
15。8
16。4
300
320
340
360
380
2（5)如图所示,冷物料通过加热器用蒸汽对其加热。在事故状态下，为了保护加热器设备的安全，即耐热材料不被损坏，现在蒸汽管道上有一个气动执行器，试确定其气开,气关形式，并画出由PID调节器构成的控制系统结构框图。
解：为了保护加热设备的安全,应该选择气开阀.
（6）现测得三种流量特性的有关数据见表。试分别计算其相对开度在10％，50%,80％各变化10％时的相对流量的变化量，并据此分析它们对控制质量的影响和一些选用原则.
液位h为输出变量进水流量qi为输入变量111idhaqqdt?????111hqr???2212dhaqqdt?????223hqr???12211122111iqshsrgsqsqsarsars??????2101104222121ishkqtgses??????????????121oofoorgsgsrfs???干扰通道特性对控制质量的影响当干扰是幅值为f的阶跃信号6
过程与控制部分课后题答案
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;1模拟仪表的信号：气动 ~；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控制器r(t)执行器被控过程检测变送装置y(t)_f(t)e(t)u(t)q(t)z(t)TCPC给定值阀管道加热炉热油出口温度PT燃油压力_TT_干扰2干扰1ACAT燃油PTPCTCTT引风机烟气冷油入口热油出口火嘴送风机空气1100%()y y σ=⨯∞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st ：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; 2比如对安全火花型防爆仪表,还有安全等级方面的考虑等; 11构成安全火花型防爆控制系统的仪表都是安全火花型的吗为什么答：1是的; 2因为安全火花型防爆系统必备条件之一为：现场仪表必须设计成安全火花型;测量变送被控过程执行器测量变送被控过程执行器2．综合练习题3某化学反应过程规定操作温度为80±5℃,最大超调量小于或等于5％,要求设计的定值控制系统,在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图1-8所示;要求：1计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间；2说明该系统是否满足工艺要求;答：1由上图可得y ∞ = 81℃,设定值r=80℃, B1=85−81=4,B2=82−81=1 稳态误差e ∞ = r − y ∞ =80℃-81℃= −1℃ 衰减比：,最大超调量：过渡过程时间ts ：大概在18min 左右;2虽然该系统最大超调满足要求,然而在规定操作温度为80℃,而最后趋于稳定的值却为81℃,因此不满足工艺要求;4图1-9所示为一类简单锅炉汽泡水位控制流程图,试画出该控制系统框图,并说明其被控过程、被控参数、控制参数和干扰参数各是什么图1-9 锅炉汽泡水位控制流程图 答：1控制系统框图如图1-10所示：图1-10 锅炉汽泡水位控制框图2被控过程：加热器+汽包； 被控参数：汽包水位； 控制参数：上水流量； 干扰参数：蒸汽流量变化; 1．基本练习题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 所以仪表精度等级为级LTLC蒸汽汽包加热室水1244:11B n B ===()()8581100%100% 4.938%()81p y t y y δ-∞-=⨯=⨯=∞液位控制器上水调节阀汽包液位变送器液位设定-蒸汽流量变化实际液位%4.0%1005002±=⨯±=δ4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级; 或者5有一台DDZ-Ⅲ型两线制差压变送器,已知其量程为20~100kPa,当输入信号为40kPa 和80kPa 时,变送器的输出分别是多少答： 由题可得：变送器输出的分别是8mA 和16mA;12某被测温度信号在40~80℃范围内变化,工艺要求测量误差不超过±1％,现有两台测温仪表,精度等级均为级,其中一台仪表的测量范围为0~100℃,另一台仪表的测量范围为0~200℃,试问：这两台仪表能否满足上述测量要求答： 由题可得：这两台仪表均不能满足上述测量要求; 13热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿其补偿方法常采用哪几种答：1只有当热电偶的冷端温度恒定时,其热电动势才是单值函数;依据等值替换原理制成的补偿导线,虽然可以将冷端延伸到温度相对稳定的地方,但还不能保持绝对不变;因此,为了消除冷端温度不为零或变化时对测量精度的影响,可以进行冷端温度校正; 2补偿方法常采用查表校正法和电桥补偿法;2．综合练习题5用差压变送器与标准孔板配套测量管道介质流量;若差压变送器量程为0~410Pa,对应输出信号为4~20mA DC,相应流量为0~320m3/h;求差压变送器输出信号为8mA DC 时,对应的差压值及流量值各是多少答：根据题意可知： 斜率差压值y = 2500pa流量值 3．设计题1用分度号为K 的镍铬-镍硅热电偶测量温度,在无冷端温度补偿的情况下,显示仪表指示值为600℃,此时冷端温度为50℃;试问：实际温度是多少如果热端温度不变,使冷端温度为20℃时,此时显示仪表指示值应为多少2500100004204=⨯-=k 160320100002500=⨯=p hm /3答：1已知冷端温度为50℃,由分布表可查得0E(t ,0)=E(50,0)=2.022mV又已知热电动势E=+= 所以实际温度为648℃;2当冷端温度为20℃时,热电势为 mV mV mV当冷端温度为20℃时,显示仪表指示值为629℃;1．基本练习题1在过程控制中,哪些仪表是属于过程控制仪表在过程控制系统中,大多数调节器是电动的,而执行器多数是气动的,这是为什么气动单元组合仪表与电动单元组合仪表各单元之间的标准统一信号又是如何规定的答： 1在过程控制中,过程控制仪表有：调节器、电/气转换器、执行器、安全栅等;2调节器选电动的因为电源的问题容易解决,作用距离长,一般情况下不受限制；调节精度高,还可以实现微机化;执行器多数是气动的,因为执行器直接与控制介质接触,常常在高温、高压、深冷、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、易爆等恶劣条件下工作,选气动的执行器就没有电压电流信号,不会产生火花,这样可以保证安全生产和避免严重事故的发生;3气动仪表的输入输出模拟信号统一使用~ 的模拟气压信号;电动仪表的输入输出模拟信号有直流电流、直流电压、交流电流和交流电压四种;各国都以直流电流和直流电压作为统一标准信号;过程控制系统的模拟直流电流信号为4~20mA DC,负载250 Ω ；模拟直流电压信号为1~5V DC;2某比例积分调节器的输入、输出范围均为4~20mADC,若设100%δ=、12min T =,稳态时其输出为6mA ；若在某一时刻输入阶跃增加1mA,试求经过4min 后调节器的输出;答：由比例积分公式3-1所示：3-1 依题意：,即Kp =1, e ＝1；稳态时：y0＝6mA,4min 后：6调节器的正、反作用是如何规定的答：若调节器输出随反馈值输入的增加而增加,称为正作用调节器,反之为反作用调节器; 正作用：偏差=测量值-给定值； 反作用：偏差=给定值-测量值;111y e edt P T ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭⎰%1001==pK p mAdt T e P y y 9)4211(16e 11410=⨯+⨯+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎰26.17626.126630106290.425C --⨯≈︒9执行器由哪几部分组成它在过程控制中起什么作用常用的电动执行器与气动执行器有何特点答：1执行器由执行机构和调节机构调节阀两部分组成;在过程控制系统中,他接受调节器输出的控制信号,并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积,以控制流入或流出被控过程的物料或能量,从而实现对过程参数的自动控制;2特点：气动执行器具有结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便、防火防爆的等优点,电动执行器优点是能源取用方便;信号传输速度快和便于远传,缺点就是结构复杂;价格贵,适用于防爆要求不高或缺乏气源的场所;11什么叫气开式执行器和气关式执行器它们是怎样组合的试举两例分别说明它们的使用;答：1所谓“气开”,是指当前气压信号p>时,阀由关闭状态逐渐打开；“气关”则相反,即指当前气压信号p>时,阀由全开状态逐渐关闭; 2组合如表3-1所示： 表3-1 执行器组合表3举例：一般加热器选用“气开”式,这样当控制信号中断时,执行器处于关闭状态,停止加热,使设备不会因为温度过高发生事故或危险; 又如,锅炉进水的执行器则应选用“气关”式,即当控制信号中断时,执行器处于打开状态,保证有水进入锅炉,不致产生烧干或爆炸事故;15什么是调节阀的流量特性调节阀的理想流量特性有哪几种它们各是怎样定义的调节阀的工作流量特性与阻力系数有关,而阻力系数又是怎样定义的它的大小对流量特性有何影响答：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; 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;3直线流量特性是指流过调节阀的相对流量与阀门的相对开度成直线关系;等百分比流量特性是指单位行程变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量成正比关系;快开流量特性是指在小开度时就有较大的流量随着开度的增大,;流量很快达到最大,故称为快开特性;4阻力系数S 定义为阀全开时阀前后压差minp V ∆与系统总压差p ∆的比值;5S=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;2．综合练习题5如图3-7所示,冷物料通过加热器用蒸汽对其加热;在事故状态下,为了保护加热器设备的安全即耐热材料不被损坏,现在蒸汽管道上有一只气动执行器,试确定其气开、气关形式,并画出由PID 电动器构成的控制系统结构框图;答：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;2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; 3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; 4机理演绎法和实验辨识法; 2．综合练习题 1如图4-6所示,1q 为过程的流入量,2q 为流出量,h 为液位高度,C 为容量系数;若以1q 为过程的输入量,h 为输出量被控量,设1R 、2R 为线性液阻,求过程的传递函数01()()/()G s H s Q s =;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图3-7蒸汽加热12d hQ Q Cdt∆∆-∆=22212h Q R d h R Q CR h ∆⎧∆=⎪⎪∆⎪∆=+∆⎨PID 控制器气动执行器加热器液位变送器设定值-e实际值u(t)中间变量：4-8传递函数如式4-9所示：4-9 如果考虑管道长度l, 即出现纯时延,由于管道流量恒定,所以其传递函数如式4-10所示：4-10 1．基本练习题4什么叫比例度它是怎样定义的答：比例度表示调节阀开度改变即从全开到全关时所需的系统被调量的允许变化范围;也就是说,只有当被调量处在这个范围之内时,调节阀的开度变化才与偏差成比例；若超出这个范围,调节阀则处于全开或全关状态,调节器将失去其调节作用;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; 3比例调节不适用于给定值随时间变化的系统;4增大比例调节的增益不仅可以较少系统的稳态误差,而且还可以加快系统的响应速度; 6在保持稳定性不变的情况下,比例微分控制系统的残差为什么比纯比例控制的残差要小答：因为比例微分控制能提高系统的稳定性、抑制过渡过程的动态偏差,这是由于微分作用总是力图阻止系统被调量的变化,而使过渡过程的变化速度趋于平缓;Q lτ=2012()()()1R H s W s Q s CR S ==+2012()()()1SR H s W s eQ s CR S τ-==+7在保持稳定性不变的情况下,在比例控制中引入积分作用后,为什么要增大比例度积分作用的最大优点是什么答：1因为采用积分调节时系统的开环增益与积分速度成正比,增大积分速度会增强积分效果,从而导致系统稳定性降低; 2积分作用最大的优点是可以提高系统的无差度,也就是提高系统的稳态控制精度; 8微分控制规律对纯时延有无作用,为什么 答：1微分调节对于纯时延过程是无效的;2由于在纯时延时间里参数的变化率为零,所以微分环节对纯滞后是无效的; 9调节器参数都有哪些工程整定方法,各有什么特点,分别适用于什么场合答：1临界比例度法：是一种闭环整定方法,它是直接在闭环系统中进行,不需要测试过程的动态特性,其方法简单,使用方便,因而广泛使用;缺点是对生产工艺过程不能反复做振荡实验、对比例调节本质稳定的被控系统并不适用;2衰减曲线法：该方法与临界比例度法相类似,所不同的是无需出现等幅振荡过程;适用于多数过程,最大的缺点是较难准确确定4:1的衰减程度;尤其是对于一些干扰比较频繁、过程变化较快的控制系统;3响应曲线法：这是一种开环整定方法,利用系统广义过程的阶跃响应曲线对调节器参数进行整定;这种方法适应性较广,为调节器参数的最佳整定提供可能;2．综合练习题1试以一阶惯性过程为例,试计算并分析比例控制对控制质量超调量、调节时间、稳态误差的影响; 答：一阶惯性过程传递函数是：,若采用比例控制其输出与偏差的关系为()()c y t K e t =,比例调节中比例系数过小会导致过程出现振荡情况,增大比例系数,调节速度加快,稳态误差减少,但过大会是超调量增大,振荡次数增加,调节时间加长,甚至导致系统不稳定;3．设计题1如图5-8所示的换热器,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℃℃11+≤∆≤-T ,试设计一个简单的温度控制系统,并指出调节器类型;答：1、被控参数：热水的温度; 2、控制参数：热蒸汽的流量蒸汽管道上的阀门开度; 3、测温元件及其变送器的选择：选取热电阻,并配上相应温度变送器; 4、调节阀的选择：根据实际生产需要与安全角度考虑,选择气开阀; ()1kG s Ts =+调节器选PID 或PD 类型的调节器,由于调节阀为气开式无信号时关闭,故vK 为正,当被控过程输入的蒸汽增加时,水温升高,故为0K 正,正作用过程,测量变送mK 为正,为使整个系统中各环节静态放大系数乘积为正,调节器cK 应为正,所以选用反作用调节器;1．基本练习题1与单回路控制系统相比,串级控制系统有什么结构特点答：串级控制系统在结构上增加了一个测量变送器和一个调节器,形成了两个闭合回路,其中一个称为副回路,一个称为主回路;由于副回路的存在,使得控制效果得到了显著的改善;2前馈控制与反馈控制各有什么特点为什么采用前馈-反馈控制系统能改善控制品质答：前馈控制的特点：开环控制、比反馈控制及时、可以作为专用调节器;反馈控制的特点：属于闭环控制、可以抑制干扰对被控对象的影响、能够使被控参数稳定在设定值上保证系统的较高控制质量; 采用前馈－反馈控制系统能改善控制品质是因为该复合控制系统一方面利用前馈控制制及时有效的减少干扰对被控参数的影响；另一方面则利用反馈控制使参数稳定在设定值上,从而保证系统有较高的控制质量;9串级控制系统主调节器正、反作用的确定是否只取决于主被控过程放大系数的符号而与其他环节无关为什么答:1不对;2主、副调节器的正反作用方式选择的方法是：首先根据工艺要求决定调节阀的气开、气关形式,并决定负调节器的正、反作用；然后根据主、副过程的正、反形式最终确定主调节器的正反作用形式;11在图6-1所示加热炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统中,工艺要求一旦发生重大事故,应立即切断燃料油的供应;要求：1画出控制系统的框图；2确定调节阀的气开、气关型式；3确定主、副调节器的正、反作用方式答：1串级系统方框图如图6-2所示：副回路选择加热炉炉膛温度控制,消除F1S 干扰;图6-1加热炉温度串级控制系统 图6-2加热炉温度串级控制系统方框图 2由于发生重大事故时立即切断燃料油的供应,从工艺的安全性考虑,调节阀选择气开式,保证无气时调节阀关闭; 3主调节器选择PI 或PID 控制规律,副调节器选择P 调节规律;由于燃料增加加热炉温度必然增加,所以过程为正;调节阀气开式为正,主副调节器都选择反作用方式;12图6-3所示为精馏塔塔釜温度与蒸汽流量的串级控制系统;生产工艺要求一旦发生事故应立即停止蒸汽的供应;要求： 1画出控制系统的框图；2确定调节阀的气开、气关型式；3确定主、副调节器的正、反作用方式;1控制系统的框图如图6-4所示：图6-3 温度、流量串级控制系统 图6-4温度、流量串级控制系统框图2）调节阀：气开形式；这是因为当控制系统一旦出现故障,调节阀必须关闭,以使切断整齐的供应,确保设备的安全; 3）3主调节器：反作用方式；负调节器：反作用方式; 1．基本练习题1什么叫比值控制系统它有哪几种类型画出它们的原理框图;答：1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： 的控制系统;2比值控制系统的类型：开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统; 3结构原理图分别如图7-1,图7-2,图7-3,图7-4所示：控制器对象控制阀测量变送-F 1F 2FC（a ）原理图（b ）方框图21F K F图7-1开环比值控制系统a 开环比值控制系统原理图b 开环比值控制系统方框图图7-2单闭环比值控制系统（a ）单闭环比值控制系统原理图 b 单闭环比值控制系统方框图图7-3双闭环比值控制系统b 双闭环比值控制系统方框图 (a) 原理图(b) 方框图（b ）方框图图7-4变比值控制系统a变比值控制系统原理图 b变比值控制系统方框图5什么是均匀控制常用均匀控制方案有哪几种试述设置均匀控制的目的与要求;答：1均匀控制是将两种控制统一在一个控制系统中,从系统内部解决两种工艺参数供求之间的矛盾的控制系统;2常用的均匀控制方案有：简单均匀控制系统、串级均匀控制系统;3设置均匀控制的目的是使前后设备的工艺参数相互协调、统筹兼顾,以确保生产的正常进行；要求是完成生产工艺所要求的特殊控制任务;8什么叫分程控制与前述过程控制方案如单回路、串级等相比,有何特点答：1根据工艺要求,需将调节器的输出信号分段,去分别控制两个或两个以上的调节阀,以便使每个调节阀在调节器输出的某段信号范围内全行程动作,这种控制系统被称为分程控制系统;2特点：在一般的过程控制系统中,通常是调节器的输出只控制一个调节阀;但在分程控制系统中,将调节器的输出信号分段,去分别控制两个或两个以上的调节阀;10什么叫选择性控制试述其常用的系统分类及应用;答：1选择性控制是指将工艺生产过程的限制条件所构成的逻辑关系叠加到正常自动控制系统上而形成的一种控制方法;2自动选择性控制系统按选择器所选信号不同大致可分为两类;选择调节器的输出信号,应用实例：锅炉燃烧过程压力自动选择性控制系统；选择变送器的输出信号,应用实例：化学反应过程峰值温度选择性控制系统;。
过程控制课后习题答案
~~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。
A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。
过程控制工程(邵裕森东南大学版)前三章要点
第一章1.过程控制系统：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、成分等一些过程变量的系统2.控制系统均由测量元件、变送器、调节器、调节阀和被控过程等环节构成。
如果把测量元件、变送器、调节器、调节阀统称为过程检测控制仪表，则一个简单的过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两部分组成3.过程控制系统的分类：按被控参数名称，按控制系统完成的功能，按调节器的控制规律，按被控量的多少，按采用常规仪表和计算机按过程控制系统的结构特点来分类：1反馈控制系统：控制系统根据系统被控量的偏差进行工作，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差的目的。
反馈控制系统可以是单回路，也可以是多个闭合回路的多回路控制系统。
2前馈控制系统：直接根据扰动量的大小进行工作按系统结构特点分 1）反馈控制系统 2）前馈控制系统 3）前馈—反馈控制系统按给定值信号特点 1）定制控制系统 2）程序控制系统 3）随动控制系统1-5采用DDZ-Ⅲ电动单元组合仪表。
氧气流量测量信号与供氧量给定值比较得其偏差值，经调节器按某种控制规律运算后输出控制信号，控制调节阀5的开度，改变供氧量的大小，达到控制供氧量的目的。
问：什么叫反馈？正/负反馈？反馈在控制系统中的意义？负反馈（negative feedback）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相反，对控制部分的活动起制约或纠正作用的，称为负反馈。
正反馈（positive feedback ）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相同，对控制部分的活动起增强作用的，称为正反馈前者使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定第二章1被控过程－被控制的生产工艺设备（加热炉、贮罐）2.数学模型－被控过程在各输入量（控制量、扰动量）作用下，其相应输出量(被控量)变化函数关系的数学表达式。
非参数模型：曲线表示的。
如阶跃响应曲线等。
参数模型：用数学方程式或函数表示的。
过程控制工程第一章答案(孙洪程著)教学内容
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 。
过程控制章习题答案完整版
过程控制章习题答案 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】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：影响物料出口温度的主要因素有哪些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：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。
过程控制工程第二版课后答案
过程控制工程第二版课后答案【篇一：过程控制工程2-4章答案(孙洪程著)】2.1 与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点?答：串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。
因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。
(1) 串级控制系统具有更高的工作频率；(2) 串级控制系统具有较强的抗干扰能力；(3) 串级控制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、反作用只取决于主对象放大倍数的符号，而与其他环节无关?答：主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。
主环内包括有主控制器、副回路、主对象和主变送器。
控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来看待。
这样，只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求。
即sign{g01(s)}sign{g02’(s)}sign{gm1(s)}sign{gc1(s)}=-1就可以确定主控制器的正、反作用。
实际上主变送器放大倍数符号一般情况下都是“正”的，再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节，因此主控制器的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。
当主对象放大倍数符号为“正”时，主控制器应选“负”作用；反之，当主对象放大倍数符号为“负”时，主控制器应选正作用。
2.3 串级控制系统的一步整定法依据是什么?答：一步整定法的依据是：在串级控制系统中一般来说，主变量是工艺的主要操作指标，直接关系到产品的质量，因此对它要求比较严格。
而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量，对副变量本身没有很高的要求，允许它在一定范围内变化，因此在整定时不必将过多的精力放在副环上，只要主变量达到规定的质量指标要求即可。
此外对于一个具体的串级控制系统来说，在一定范围内主、副控制器的放大倍数是可以互相匹配的，只要主、副控制器的放大倍数kc1与kc1的乘积等于ks(ks为主变量呈4：1衰减振荡时的控制器比例放大倍数)，系统就能产生4：1衰减过程(下面的分析中可以进一步证明)。
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过程控制工程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——就是指操纵变量与被控变量之间的信号联系;干扰通道——就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,但也不就是越小越好,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,不同的只就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)考虑工艺的合理性与可实现性;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,您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与温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量与入口温度。
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。
物料的出口温度就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。
1、6 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。
1、7 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:(1)T0 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;(2)τ0 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。
(3)Tf 增大,超调量缩小1/Tf倍,有利于提高控制系统质量;(4)τf 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,特别就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,而与其她环节无关？主环内包括有主控制器,副回路,主对象与主变送器、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瞧？副回路所起的作用就是使副变量根据主调节器输出进行控制,就是一随动系统。
因此整个副回路可视为一放大倍数为正的环节来瞧。
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就是化学放热反应,,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当冷却水压力波动就是主要干扰时,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就是主要干扰时,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与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,这就是不允许的,因此要求对干燥温度进行严格控制。
夹套通入的就是经列管式加热器加热的热水,而加热器采用的就是饱与蒸汽,流程如图2-22所示。
要求:⑴如果冷却水流量波动就是主要干扰,应采用何种控制方案？为什么？⑵如果蒸汽压力波动就是主要干扰,应采用何种控制方案？为什么？⑶如果冷却水流量与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与纯滞后,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) 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 什么就是比值控制系统？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。
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？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12F F K =min1min 2I I I I K --='m ax 2m ax1F F K K ='2m ax2m ax 1)(F F K K ='416)4I )(4I (I01+--=', 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 - 2I1F②12‘2111'1004444(4)(4)44,0.811616I I K I I I I I I K --==-----'=+⇒==‘’ 0164160.81416.96I K mA '=+=⨯+=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,/6253max 3max ==。