过程控制系统简答题

1．闭环控制系统分为几种类型？每种代表什么含义？答：（1）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。

（2）程序控制系统，是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作。

（3）随动控制系统，是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。

2.一个单回路控制系统主要由哪几个环节组成？作出简单控制系统的方框图。

答：一个单回路控制系统主要由测量元件、变送器、调节器、调节阀、和被控过程等环节组成。

3.什么是气开式调节阀？什么是气关式调节阀？其选择的原则是什么？答：气开式：执行器输入压力p>0.02mpa时，阀开始打开，也就是说有信号压力时阀打开，无信号压力时阀关。

气关式则反之，有信号压力时阀关，无信号压力时阀开。

原则：主要是考虑在不同工艺条件下安全生产的需要。

a、考虑事故状态时人身、工艺设备安全。

b、考虑事故状态下减少经济损失，保证产品质量。

c、考虑介质的性质。

4.根据流量特性曲线，分别写出其对应的流量特性。

答：流量特性主要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开四种直线特性是指阀门的相对流量与相对开度成直线关系，即单位开度变化引起的流量变化时常数。

对数特性是指单位开度变化引起相对流量变化与该点的相对流量成正比，即调节阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增大而增大。

抛物线特性是指单位相对开度的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系。

快开流量特性是指在开度较小时就有较大的流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，此后再增加开度，流量变化很小，故称快开特性。

隔膜阀的流量特性接近快开特性，蝶阀的流量特性接近等百分比特性，闸阀的流量特性为直线特性，球阀的流量特性在中启闭阶段为直线，在中间开度的时候为等百分比特性。

5.什么是积分饱和现象？防止积分饱和的措施都有哪些？所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致u(k)达到极限位置。

此后若控制器输出继续增大，u(k)也不会再增大，即系统输出超出正常运行范围而进入了饱和区。

一旦出现反向偏差，u(k)逐渐从饱和区退出。

进入饱和区愈深则退饱和时间愈长。

此段时间内，执行机构仍停留在极限位置而不能随着偏差反向立即做出相应的改变，这时系统就像失去控制一样，造成控制性能恶化。

这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象。

1.积分分离法2.变速积分PID 控制算法3.超限削弱积分法4.有效偏差法5.抗积分饱和机制6.简述前馈-反馈控制系统的优点。

1系统综合了反馈、前馈控制系统的优点弥补了他们的缺点因而前馈—反馈复合控制系统的到了广泛的应用2引入前馈补偿没有影响到系统的稳定性很显然前馈无论加在什么位置都不会构成回路系统的特征式都保持不变因而不会影响系统的稳定性。

3引入反馈控制后前馈完全补偿条件并没有改变。

7.什么是比值控制系统？常见的比值控制方案有哪些？答：实现两个或两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。

通常为流量比值控制系统，用来保持两种物料的流量保持一定的比值关系。

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8.控制器参数整定的任务是什么？常用的整定方法有几种？答：控制器参数整定的任务是，根据已定的控制方案，来确定调节器的最佳参数值（包括比例度，积分时间，微分时间）。

以便是系统能获得好的调节质量。

常用的整定法有：临界比例度法，衰减曲线法，和经验凑试法。

控制器参数整定的任务是：根据已定的控制方案，来确定控制器的最佳参数值（包括比例度δ、积分时间TI；、微分时间TD），以便使系统能获得好的控制质量。

控制器参数整定方法有理论计算和工程整定两大类，其中常用的是工程整定法。

属于控制器参数工程整定法主要有临界比例度法、衰减曲线法和经验凑试法等。

9.与单回路控制系统相比，串级控制系统有什么特点？答：1.改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。

2.能迅速克服进入副回路的二次扰动。

3. 提高了系统的工作频率。

对负荷变化的适应性较强10.简单控制系统中，控制器的正反作用应怎样选择？11.与反馈控制系统相比，前馈控制系统有哪些特点？答：(1)反馈控制的本质是基于偏差来消除偏差，而前馈控制是基于扰动来消除扰动对被控量的影响；(2)反馈控制是“不及时”的，而前馈控制器可“及时”动作； (3)反馈控制属闭环控制，而前馈控制属开环控制； (4)反馈控制对闭环内扰动均有校正作用，而前馈控制具有制定性补偿的局限性； (5)反馈控制规律通常有P、PI、PD、PID等，而前馈控制规律比较复杂。

12.串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合?答：1.串级控制系统的主要特点为： (1)在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统； (2)系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量；(3)由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响； (4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。

2.串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。

13.什么是控制通道和扰动通道？对于不同的通道，对象的特性参数对控制有什么不同的影响？对于一个被控对象来说，输入量是扰动量和操纵变量，而输出是被控变量。

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、)对控制作用的影响是不同的。

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。

滞后时间的存在，使得控制作用总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。

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0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和，被控变量的变化相应也缓和些，因此，对系统是有利的。

14.作出串级控制系统的方块图。

15.如何选择串级控制系统中主、副控制器的正、反作用?答副控制器的作用方向与副对象特性、控制阀的气开、气关型式有关，其选择方法与简单控制系统中控制器正、反作用的选择方法相同，是按照使副回路成为—个负反馈系统的原则来确定的。

主控制器作用方向的选择可按下述方法进行：当主、副变量在增加(或减小时)，如果要求控制阀的动作方向是一致的，则主控制器应选“反”作用的；反之，则应选“正”作用的。

从上述方法可以看出，串级控制系统中主控制器作用方向的选择完全由工艺情况确定，或者说，只取决于主对象的特性，而与执行器的气开、气关型式及副控制器的作用方向完全无关。

这种情况可以这样来理解：如果将整个副回路看作是构成主回路的一个环节时，副回路这个环节的输入就是主控制器的输出(即副回路的给定)，而其输出就是副变量。

由于副回路的作用总是使副变量跟随主控制器的输出变化而变化，不管副回路中副对象的特性及执行器的特性如何，当主控制器输出增加时，副变量总是增加的，所以在主回路中，副回路这个环节的特性总是“正”作用方向的。

由图可见，在主回路中，由于副回路、主测量变送这两个环节的特性始终为“正”，所以为了使整个主回路构成负反馈，主控制器的作用方向仅取决于主对象的特性。

主对象具有“正”作用特性(即副变量增加时，主变量亦增加)时，主控制器应选“反”作用方向，反之，当主对象具有“反”作用特性时，主控制器应选“正”作用方向。

16.控制器的P、PI、PD、PID控制规律各有什么特点？答：比例控制规律适用于控制通道滞后较小，时间常数不太大，扰动幅度较小，负荷变化不大，控制质量要求不高，允许有余差的场合。

如贮罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽压力的控制等。

比例积分控制规律引入积分作用能消除余差。

适用于控制通道滞后小，负荷变化不太大，工艺上不允许有余差的场合，如流量或压力的控制。

比例微分控制规律引入了微分，会有超前控制作用，能使系统的稳定性增加，最大偏差和余差减小，加快了控制过程，改善了控制质量。

适用于过程容量滞后较大的场合。

对于滞后很小和扰动作用频繁的系统，应尽可能避免使用微分作用。

比例积分微分控制规律可以使系统获得较高的控制质量，它适用于容量滞后大、负荷变化大、控制质量要求较高的场合，如反应器、聚合釜的温度控制。

17.在过程控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用。

检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检测到的信号转换为标准信号，输出到控制器。

控制器用于将检测变送器的输出信号与设定值进行比较，得出偏差，并把偏差信号按一定的控制规律运算，运算结果输出到执行器。

执行器是控制系统回路中的最终原件，直接用于改变操纵量，以克服干扰，达到控制的目的。

18.分析在什么场合下选用比例，比例积分，比例积分微分调节规律？（1）比例调节规律适用于负荷变化较小，纯滞后不太大而工艺要求不高又允许有余差的调节系统。

（2）比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小、系统负荷变化较大（需要消除干扰引起的余差）、纯滞后不大（时间常数不是太大）而被调参数不允许与给定值有偏差的调节系统。

（3）比例积分微分调节规律适用于容量滞后较大，纯滞后不太大，不允许有余差的对象。

20.临界比例度的意义是什么？为什么工程上控制器所采用的比例度要大于临界比例度？改变控制器的比例度会改变系统的过渡过程形式，当控制系统在阶跃输入作用时，能使系统产生等幅震荡过渡过程的比例度的数值称为临界比例度。

当实际的比例度小于临界比例度的数值时，系统会不稳定，这是生产上不允许的。

所以工程上控制器所采用的比例度要大于临界比例度。

21.按照设定值的不同形式，过程控制系统可分为哪几类？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。