过程控制系统试卷C答案

过程控制系统 试卷C 卷

一、填空题（每空1.5分）（本题33分）

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、过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。

3、压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测。

4、气动执行结构主要有 薄膜式 和活塞式 两大类。

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。

8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为 单闭环比值控制 、 双闭环比值控制 和 变比值控制 三种。

9、造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用 ，外因是控制器长期存在偏差 。

二、名词解释题（每小题5分）（本题15分）

1、过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机 等自动化工具，应用控制理 论， 设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。

2、串级控制系统：值采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。

3、现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。

三、简答题（每小题8分）（本题32分）

1、什么是PID ，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？

答： PID 是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为： （1）比例参数KC ，作用是加快调节，减小稳态误差。 （2）积分参数Ki ，作用是减小稳态误差，提高无差度

（3）微分参数Kd ，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。

2、前馈与反馈的区别有哪些？ 答：（1）控制依据：反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”，前馈控制是“基于扰动消除扰动对被控量的影响”。

（2）控制作用发生时间方面：反馈控制器的动作总是落后于扰动作用的发生，是一种“不及时”的控制；扰动发生后，前馈控制器及时动作。

（3）控制结构方面:反馈为闭环控制，存在稳定性问题，即使闭环环节中每个系统都是稳定的，但闭环后稳定与否，还需要进一步分析；前馈属于开环控制，各环节稳定，系统必然稳定。

（4）校正范围方面：反馈对各种扰动都有校核作用；前馈，只对被校核的前馈扰动有校正作用，其他则没有。

（5）控制规律方面：反馈通常是P PI PD PID 等典型规律；前馈控制规律较为复杂，不好掌握。

3、控制器正反方向判断 ？

答：所谓作用方向，就是指输入作用后，输出的变化方向。当输入增加时，输出也增加，则成该环节为“正环节”，反之，当输入增加时，输出减少，则称“反作用”。具体步骤 （1），判断被控对象的正/反作用那个方向，主要由工艺机理确定。 （2）确定执行器的正/反作用方向由安全工艺条件决定。 （3）确定广义对象的正/反作用方向 （4）确定执行器的正/反作用方向

4、如图所示的压力容器，采用改变气体排出量以维持 容器内压力恒定：

(1)调节阀应选择气开式还是气关式？请说明原因。 (2)压力控制器(PC)应为正作用还是反作用？请说明原因。 答：(1)应选择气关式。因为在气源压力中断时，调节阀可以自动打开，以使容器内压力不至于过高而出事故。

学院名称 专业班级 姓名： 学号：

密 封 线 内 不 要 答 题

┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 密

┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 封

┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃ 线

┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃

(2) 调节阀应选择气关式，则压力控制器(PC)应为反作用。

当检测到压力增加时，控制器应减小输出，则调节阀开大，使容器内压力稳定。 或：

当检测到压力减小时，控制器应增大输出，则调节阀开小，使容器内压力稳定。

四、分析与计算题（第1小题8分，第2小题12分）（本题20分）

1、（本小题8分）如下图所示的隔焰式隧道窑烧成带温度控制系统，烧成带温度是被控变量，燃料流量为操纵变量。试分析： (1)该系统是一个什么类型的控制系统？画出其方框图；

(2)确定调节阀的气开、气关形式，并说明原因。

答：(1)该系统是一个串级控制系统，其方框图为：

(2)当调节阀气源出现故障失去气源时，为保证系统安全，应使阀门处于关闭位置，故调节阀采用气开式。

2、（本小题12分）如下图所示的液体储罐，设进水口和出水口的体积流量分别是 i q 和 o q ，

输出变量为液位h ，储罐的横截面积为A 。试建立该液体储罐的动态数学模型)

()

(s Q s H i 。

答：液位的变化满足动态物料平衡关系：

液罐内蓄液量的变化率＝单位时间内液体流入量－单位时间内液体流出量：

o i q q dt

dh

A -=⋅

………………………………………………………………………………(2分) 以增量形式表示各变量偏离起始稳态值的程度。即：

o i q q dt

h

d A ∆-∆=∆⋅

（式1）………………………………………………………………(2分) 由重力场中无粘性不可压缩流体定常流动的伯努利方程：

22

221211

2

2gz v p gz v p ++=++ρρ………………………………………………………………(2分) 得：gh v 2=

故

h

k gh A v

A q o ===2''…………………………………………………………………………………(2分) 对非线性项进行泰勒级数展开，并取线性部分：

h h k q q q o o o ∆=

-=∆0

02………………………………………………………………………(1分)

将上式代入（式1），得：

R

h

q dt h d A i ∆-

∆=∆⋅

整理并省略增量符号，得微分方程：

i Rq h dt

dh

RA =+⋅

…………………………………………………………………………………(1分) 经拉氏变换可得传递函数为：

1

)()(+=RAs R

s Q s H i ………………………………………………………………………………(2分)