湘潭大学过程控制考试试题归纳

填空
1集散控制系统又称为分布式控制系统，其英文简称为DCS 。

2对于二阶无延时环节对于二阶无延时环节G （s ）=K 0/(T 1s+1)(T 2s+1) 其中 时间常数T1和T2 的确定一般采用两点法，其阶跃响应表达式为
3 一般认为纯滞后τ与过程的时间常数T 之比大于0.3，则称该过程是大滞后。

4随着计算机技术的发展，有时要求建立过程或系统的离散时间模型，这是由于计算机控制系统本身就是一个离散的时间系统，即它的输入、输出信号本身就是两组离散序列。

5 若某两台仪表的绝对误差均为5度，但其各自的测量范围分别为100度和300度，则后者的精度 高 于前者。

6通常，可以把气动执行机构看做是一个一阶惯性环节，电动执行机构看做是一个比例环节。

7 热电阻温度计是利用导体或者半导体的电阻值随温度而变化的性质来测量温度的。

8 DDZ-III 型仪表接收变送器或者转换器的直流1-5V 或直流4-20mA 的标准信号。

9 机理分析法建模又可称为机理演绎法建模或解析法建模。

10测量误差是指 测量结果和被测量的真实值即真值之差。

11热电偶原理是以热电效应为基础的。

12对于一阶纯延时环节G （s ）=K 0e τs
/(T 1s+1) ，其中时间常数和纯滞后时间的确定一般采用在其阶跃响应曲线上取两点列方程式计算的方法。

13理论分析和研究表明，热电偶的接触电动势比温差电动势大很多，因此，热电动势以接触电动势为主。

14 在DDZ-III 型仪表中，软手动保持输出不变的情况是有条件的和暂时的，即运放不可能是理想的，反馈电容的漏电阻也不可能是无穷大。

15扰动通道的 时间 常数越大，扰动对被控参数的 动 态影响就越小。

判断
1． 热电偶感受温度的工作状态端点称为“冷端”而另一端称为“热端”（×）
2． 对于二阶振荡过程，超调量与衰减比有严格的对应关系，即σ=1/n*100％，其中n 为衰减
比。

（×） 若σ=1√n /*100％(√)
3． DDZ-Ⅲ型仪表调节器由控制单元和指示单元组成，控制单元包括输入电路、PD 与PI 电路、
软手动电路与硬手动操作电路。

（×）
4． 控制输入总是力图使被控过程按照某种期望的规律变化，而扰动量一般总是影响被控过程
偏离期望运行状态。

（√）
5． 在系统数学模型的阶数n 和纯时延时间d 未知的情况下，根据输入输出实验数据求取模型
的参数，称为参数估计问题。

（×）
6． 在系统设计时应尽量选用快速测量仪表（√）
7． 由于串级控制系统副回路的存在，能迅速克服进入副回路的二次干扰（√）
8． 串级控制系统工作频率的降低，缩短了振荡周期，从而提高了整个系统的控制质量。

（×） 9． 相对增益可用来确定变量间的配对和系统是否需要解耦。

（√）
10. 当一个单回路控制系统组成后，过程各通道的静态与动态特性已知，此时，系统过程的品
质就取决于调节器各参数值的设置。

（√）
11. 由于被控过程具有大惯性、大滞后等特性，因此决定了过程控制的控制过程多属于快过程。

（×）
12. 对于一个实际过程或系统来讲，可以建立连续模型，也可以建立离散模型。

(√) 13. 由热电偶测温原理可知，只有当热电偶冷端温度变化时，热电动势才是被测温度的当值函
数。

（×）
14. 测量管理中流体介质温度时，热电偶应顺着流动方向插入，热端应处在管理中心拉紧。

（√） 15. 在工程上，所谓压力就是物理学中的压强，即垂直而均匀的作用于单位面积上的力。

（√） 16. DDZ-Ⅲ型调节器只有全刻度指示调节器一个基本品种（×）
17. 余差是一个重要的静态指标，一般要求余差超过预订值或不接近于零（×）
18. 对于一个生产过程来说，影响操作的因素很多，但是，并非所有影响因素都需要加以控制。

19. 在计算机控制系统中，由于计算机只能处理数字信号，所以给定值和反馈量要先经过A/D
转换才能输入计算机。

（√）
20. 在串级控制系统中，副回路起着对被控参数的“细调”作用，而主回路则完成对被控数的
‘粗调’作用（×）
21. 串级控制系统中，主回路所包含的过程是整个过程的全部。

22. 在一个多变量的控制系统中，一个被控变量只受一个控制变量影响的过程称为无耦合过
程。

（√） 名词解释
零点：零点指检测工作的起始值。

共振（串级控制系统的共振现象）：如果主、副被控过程的时间常数较接近，这时主、副回路间的动态联系十分密切，当一个参数发生振荡时，会使另一个参数也发生振荡，这就是所谓的“共振”。

正作用调节器：当反馈到调节器输入端的系统输出增加时，调节器的输出也随之增加
传感器：能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成
理想流量特性：当调节阀前后压差一定时获得的流量特性常用的有以下三种：
① 直线流量特性，是指流过调节阀的相对流量与阀门相对开度成直线关系，即阀杆单位行程变化所引起的流量变化是常数；
②对数（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；
③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 自平衡能力：过程对扰动的响应有时延，被控量变化最后达到新的平衡即过程具有自平衡能力 耦合：在一个多变量被控过程中，其中任意一个回路的控制作用发生变化，将会影响到其他回路中被控量的变化，甚至可以导致各控制回路无法工作。

过渡过程时间：系统受干扰作用后，从一个平衡状态到达新的平衡状态所经历的时间 简答
1、 系统辨识中模型阶次确定
试验辨识法：先给被控过程人为地施加一个输入作用，然后记录过程的输出变化量，得到一系列试验数据和曲线，最后再根据输入-输出试验数据确定其模型结构
2、 过称控制仪表分类型，气动单元组合仪表和电动单元组合仪表各有何特点？它们单元间的标准
统一信号各式什么？
分为：1、按使用能源分：气动仪表和电动仪表；2、按结构分：基地式仪表、单元组合式仪表和组装式仪表；3、按信号类型分：模拟式仪表和数字式仪表； 气动单元组合仪表：结构简单，价格便宜，性能稳定，工作可靠，具有防火、防爆、安全的特点； 电动单元组合仪表的特点：信号传输快，传输距离远，易于与计算机连用； 以DC24V 为电源，DC4mA —20mA 为现场传输信号，以DC1—5V 和 DC4mA —20mA 为控制室联络信号。

3、 孔板流量计测流量的原理
孔板是装在流体管道内的板状节流元件，中央处有小于管道截面积的圆孔。

当稳定流动的流体流过时，在孔板前后将产生压力和速度的变化，当孔板的形状一定、测压点位置也一定时，压差与流量存在定量关系。

4、 系统控制方案的一般原则
被控参数的选择、测量信息的获取及变松、控制参数的选择、调节规律的选取、调节阀的选择和调节器正、反作用的确定。

5、 串级控制系统？与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？
串级控制系统是以一个时间常数较小的副回路作内环，以时间常数较大的主回路作内环，组成的双闭环控制系统。

在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。

副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。

6、 温度检测仪表的选择原则和安装原则
选择原则：1、必须满足生产工艺要求，正确选择仪表的两城和精度，正常使用温度范围一般为量程的30%-90% 2、必须注意使用现场的工作环境 安装原则：1、合理选择测温点位置，测温点要有代表性 2、防止干扰信号引入 3、保证仪表正常工作
7、调节器阀的流量特性、调节阀的工作流量特性、为什么流量特性的选择很重要 调节阀流量特性：指控制介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系。

工作流量特性：实际工作时调节阀前后的压差总是变化的，此时的流量特性称为工作流量特性。

原因：1、一般要求系统总放大系数不变，而过程控制往往是非线性的，为此必须合理选择调节阀的特性，以补偿过程控制的非线性；2、由阀门经常的开度不同，需要有不同的流量特性的阀门与之相适应。

所以，流量特性的选择很重要。

8、量程、量程调整、零点、零点迁移、为什么要进行零点迁移和量程调整？ 量程指与仪表的规定输出范围（值域）相对应的被测物理量范围。

因为仪表的量程与传递特性之间呈比例关系，改变仪表的传递特性即可实现量程调整 零点指检测工作的起始值
仪表中有可改变零点的大小和方向的线路或机构，由此引起的零点变化称之为零点迁移
将零点迁移技术与量程调整技术相结合可以使过程控制系统工作于合理的状态，从而充分发挥系统的控制效能，零点迁移只是平行移动，不能平移，则要达到相同的输出只能靠增加量程值，从而降低系统的灵敏度，所以要使用零点迁移技术与量程调整技术。

9、热电偶冷端温度补偿原理
电桥补偿法，当冷端温度随环境温度变化时采用的一种校正方法，其原理是利用电桥中某桥臂电阻因环境温度变化而产生的附加电压来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电动势的变化。

T0=0℃时，桥路输出为Uab=0 当冷端温度t0升高、Ra 的值增大，其余电阻值不变时，桥路输出Uab 升高，此时热电偶电动势E （t,t0）却相应减小，若Uab 的增加量等于E （t,t0）的减少量，则显示仪表的指示值不受t0升高的影响，从而补偿了冷端温度变化对测量结果的影响。

10、过程计算机控制系统（数字式控制器）的硬件和软件组成部分及各自的作用。

硬件：1、主机电路，用于数据运算处理和各组成部分的管理；2、过程输入通道，包括模拟输入通道和开关量输入通道，前者是将模拟量输入信号转换为相应的数字量，后者是将多个开关输入信号通过输入缓冲器将其转换为能被计算机识别的数字信号；3、过程输出通道，包括模拟输出通道和开关量输出通道，前者将数字信号转换为1-5V 模拟电压或4-20mA 模拟电流信号，后者通过输出缓冲器输出开关量信号，以便控制继电器触点或无触点开关等；4、人/机联系部件，用与数据显示和各种手动操作；5、通信部件，通信接口将发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，由发送电路送往外部通信线路，再由接收电路接收并将其转换成计算机能够接收的数据。

软件：1、系统管理软件，监控和中断处理；2、用户应用软件，用户自行编制，构成用户所需的各种控制系统。

11、单回路控制系统控制器整定的4：1衰减曲线法步骤1）先置调节器积分时间T I =无穷大，微分时间T D =0，比例度δ置于较大数值，将系统投入运行2)等系统运行稳定后，对设定作阶跃变化，然后观察系统的响应。

不断改变比例度，直到出现衰减比为4：1的振荡过程，记下此时的δ，Ts 或T P .3)按经验公示计算δ、T I 、T D
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-+--=--2
1/212
/211001)(t t t t e T T T e T T T x K t y
补充：
过程控制的特点:系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；被控过程复杂多样,通用控制系统难以设计；控制方案丰富多彩,控制要求越来越高；控制过程大多属于慢变过程与参量控制；定制控制是过程控制的主要形式。

过程控制系统主要由被控过程和自动化仪表两部分组成,其中自动化仪表负责对被控过程的工艺参数进行自动测量、自动监视和自动控制等。

过程控制系统分类——按结构不同：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值不同：定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统；
单项时域性能指标：
衰减比：两个相邻的同向波峰值之比（4:1--10:1）
衰减率：一个周期后波动幅值衰减的程度（0.75—0.9）；
超调量：最大动态偏差占被控量稳定值的百分比二阶系统：
余差：过渡过程结束后，设定值与被控参数稳定值之差，静态指标，一般要求余差不超过预定值或为零。

单元组合式仪表的统一规定：模拟直流电流信号4-20mA DC,模拟直流电压信号1-5V DC.
误差积分指标存在的缺点是不能保证控制系统具有合适的衰减率。

通常先确定衰减率，然后再考虑使某种误差积分最小。

DDZ—Ⅲ型温度变送器工作原理：热电偶的热电势Vi与调零调量程回路的信号Vz和非线性反馈回路的信号Vf进行综合后，输入放大单元进行处理，变送器输出为 4～20mADC或 l～5VDC 标准统一信号。

容积式流量计工作原理：当流体通过“计量空间”时，在它的进出口之间产生一定的压力差，其转动部分在此压力差作用下将产生旋转，并将流体由入口排向出口。

在这个过程中，流体一次次地充满“计量空间”，又一次次地被送往出口。

对已定的流量计而言，该“计量空间”的体积是确定的，只要测得转子的转动次数，就可以得到被测流体体积的累积值。

差压流量计工作原理：是基于伯努力方程和连续性原理。

即当流体流过管道中的节流元件时会使流速产生变化，进而使节流元件前后的差压也产生相应的变化，只要测得差压便可获得被测流量。

气开：当气压信号P>0.02MPa时，阀由关闭状态逐渐打开；
气关：当气压信号P>0.02MPa时，阀由全开状态逐渐关闭
调节阀流量特性：指控制介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系。

自平衡能力：过程对扰动的响应有时延，被控量变化最后达到新的平衡即过程具有自平衡能力。

过渡过程时间：系统受干扰作用后，从一个平衡状态到达新的平衡状态所经历的时间。

建立被控过程数学模型的方法：机理演绎法（解析法）、试验辨识法（系统辨识与参数估计法）、混合法。

过程控制系统设计的主要步骤：（1）熟悉控制系统的技术要求或性能指标；（2）建立控制系统的数学模型；（3）确定控制方案；（4）根据系统的动态和静态特性进行分析与综合；
（5）系统仿真与实验研究；（6）工程设计：（7）工程安装：（8）控制器的参数整定
系统设计中需要注意的问题：（1）认真熟悉过程特性；（2）明确各生产环节之间的约束关系；（3）重视对测量信号的预处理；（4）注意系统的安全保护
被控参数选取的一般原则：（1）选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数；（2）当不能用直接参数作为被控参数时，应选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数；（3）被控参数必须具有足够大的灵敏度；（4）被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。

控制参数选择的原则：（1）控制通道的静态增益K0尽可能大，时间常数T0选择适当；
（2）控制通道的纯滞后时间τ0应尽可能小，τ0与T0的比值一般应小于0.3；（3）干扰通道的静态增益Kf应尽可能小；时间常数Tf应尽可能大，其个数应尽可能多；扰动进入系统的位置应尽可能远离被控参数而靠近调节阀（执行器）；（4）当广义被控过程由几个一阶惯性环节串联而成时，应尽量设法使几个时间常数中的最大与最小的比值尽可能大；（5）注意工艺操作的合理性、可行性与经济性。

比例调节是基于偏差的大小；积分调节是基于偏差的有无；微分调节是基于偏差的变化速率。

正作用被控过程：当被控过程的输入量增加（或减小）时，过程的输出量（即被控参数）也随之增加（或减小）。

反作用被控过程：当被控过程的输入量增加（或减小）时，过程的输出量（即被控参数）也随之减小（或增加）。

正作用调节器：当反馈到调节器输入端的系统输出增加（或减小）时，调节器的输出也随之增加（或减小）。

反作用调节器：当反馈到调节器输入端的系统输出增加（或减小）时，调节器的输出也随之减小（或增加）。

调节器参数的整定方法：理论计算法、工程整定法、最佳整定法、经验法。

工程整定法：临界比例度法、衰减曲线法、反应曲线法。

主、副回路调节器正、反作用方式的确定：首先根据工艺要求决定调节阀的气开、气关形式，并决定副调节器的正、反作用；然后再根据主、副过程的正、反形式最终确定主调节器的正、反作用方式。

相对增益：开环增益与闭环增益之比。

解耦设计方法：前馈补偿法，对角矩阵法，单位矩阵法
集散控制系统是以微型计算机为基础、将分散型控制装置、通信系统、集中操作与信息管理系统综合在一起的新型过程控制系统
过程控制系统的组成、分类及性能指标：
组成：被控过程与自动化仪表（包括计算机）
分类：1）按结构：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统
2）按设定值：定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统
性能指标：1）单项性能指标：衰减比、最大动态偏差和超调量、残余偏差、调节时间
2）综合性能指标：偏差绝对值积分IAE、偏差平均积分ISE、偏差绝对值与时间乘积积分ITAE、时间乘偏差平方积分ITSE
误差的有关概念：检测误差：是指检测仪表的测量值与被测物理量的真值之间的差值；
真值：是指被测物理量的真实（或客观）取值；最大绝对误差：是指仪表的实测示值与真值的最大误差；相对误差：它是绝对误差与测量值或多次测量的平均值的比值；引用误差：仪表某一刻度点读数的绝对误差Δ比上仪表量程上限Am ，并用百分数表示；系统误差：由于仪器结构上不够完善或仪器未经很好校准等原因会产生误差；随机误差：在相同条件下，对同一物理量进行多次测量，由于各种偶然因素，会出现测量值时而偏大，时而偏小的误差
冷端温度补偿：冷端温度补偿补偿的是热电偶冷端的实际温度和冷端处于0℃之间的温度差。

常规补偿方法有冷端温度补偿法和补偿电桥法
集散控制系统的定义：是以微型计算机为基础，将分散型控制系统、通信系统、集中操作与信息管理系统综合在一起的新型过程控制系统。

集散控制系统的组成：集散型控制系统的基本结构可以由分散控制装置、集中操作与管理系统和通信系统三部分组成。

集散控制系统的发展：DCS发展至今，已经历了三代历程：第一代集散控制系统主要由五部分组成，分别是：过程控制单元PCU、数据采集装置DAU、CRT操作站、监控计算机和数据传输通道；第二代集散控制系统主要由六部分组成，分别是：局域网络LAN、节点工作站、中央操作站、系统管理站、网关GW和管理计算机；第三代集散控制系统，其结构的主要变化是局域网采用了制造自动化协议MAP，或者是与MAP兼容，或者LAN本身就是实时的MAPLAN。

这是一类最新结构的大型集散控制系统，它可通过宽带和基带网络，在很广的地域内使用。

衰减比：4:1
衰减比10:1
相对增益：
21
12
22
11
22
11K
K
K
K
K
h
-
=
21
12
22
11
12
12K
K
K
K
K
h
-
-
=
21
12
22
11
21
21K
K
K
K
K
h
-
-
=
21
12
22
11
11
22K
K
K
K
K
h
-
=。