随堂小测试

一、填空题

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s t ；静态质量指标有 稳态误差e ss 。

4、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。

5、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。

6、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。

7、随着控制通道的增益K 0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 。

8、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后， 不影响 系统的控制质量。

9、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 。

10、控制系统对检测变送环节的基本要求是 准确 、 迅速 和 可靠 。

11、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。

12、如果对象扰动通道增益

f K 增加，扰动作用 增强 ，系统的余差 增大 ， 最大偏差 增大 。

二、名词解释题

1、衰减比

答：衰减比

n 定义为：

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。称该类被控过程为自衡过程。

三、简答题

1.简述串级控制系统的设计原则。

答：（1）副回路的选择必须包括主要扰动，而且应包括尽可能多的扰动；（2）主、副对象的时间常数应匹配；（3）应考虑工艺上的合理性和实现的可能性；（4）要注意生产上的经济性。

2. 简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

答：简单控制系统由一个被控对象，一个检测元件和变送器，一个调节阀和一个调节器组成。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元件，直接用于改变操纵量，以克服干扰，达到控制的目的。

3. 前馈控制和反馈控制各有什么特点？为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质？

答:前馈控制的特点是:根据干扰工作;及时;精度不高,实施困难;只对某个干扰 有克服作用.反馈的特点作用依据是偏差;不及时:精度高,实施方便,对所有干扰都有克服作用.由于两种控制方式优缺点互补, 所以前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质.

21B B n =

4、PID 调节器的参数p K 、I T 、D T 对控制性能各有什么影响？

答：(1)比例增益p K 反映比例作用的强弱，p K 越大，比例作用越强，反之亦然。比例控制克服干扰能力较强、控制及时、过渡时间短，但在过渡过程终了时存在余差；

(2)积分时间I T 反映积分作用的强弱，I T 越小，积分作用越强，反之亦然。积分作用会使系统稳定性降低，但在过渡过程结束时无余差；

(3)微分时间

D T 反映积分作用的强弱，D T 越大，积分作用越强，反之亦然。微分作用能产生超前的控制作用，可以减少超调，减少调节时间；但对噪声干扰有放大作用。

5、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。

6、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。

(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

1、有一台温度变送器，量程为400－600℃，输出为4－20mA ，当温度从500℃变化到550℃时，变送器从多少变为多少？

答：500℃时输出为：（20－4）×［（500－400）/（600－400）］＋4＝12mA

500℃时输出为：（20－4）×［（550－400）/（600－400）］＋4＝16mA

即：当温度从500℃变化到550℃时，变送器从12mA 变为16mA 。

2.某仪表的测量范围为-200--600℃，仪表的精度为0.5级，在600℃该仪表指示为604℃，问该仪表是否超差？

答：（600-（-200））×0.5=4℃ 该仪表不超差。

3.某测量仪表的测量范围是+200~+500℃精度等级为为5.0，求当其示值为200℃和500℃时,被测点的真实温度（真值）大约为多少？

3、答：某测量仪表的测量范围是+200~+500℃,精度等级为为5.0，求当其示值为200℃和500℃时,被测点的真实温度（真值）大约为多少？ △max=±5.0%（500-200）=±15

示值为200℃时真值在185和215℃之间

示值为500℃时真值在485和515℃之间

4、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。

5、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 。

完整解答过程如下（含评分标准）：

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：

222212112

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) 什么是过程控制？

过程控制是生产过程自动化的简称。

过程控制的特点

1，系统由被控过程与系类化生产的自动化仪表组成

2，被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计

3，控制方案丰富多彩，控制要求越来越高

4,控制过程大多属于慢变过程与参量控制

5，定值控制是过程控制的主要形式

过程参数检测仪表通常由传感器和变松器组成。

压力是指作用于单位面积上的力，即物理上的压强

流量 单位时间内流过工艺管道某截面的流体数量称为瞬时流量，而把某一段时间内流过工艺管道某截面的流体总量称为累计流量 调节器的功能1，偏差显示2，输出显示3，内外给定的选择4，正反作用的选择5，手动切换操作6，其他功能

执行器由执行机构和调节机构两部分组成。

执行器的气开，是指当气压信号p>0.02MPa 时，阀门由关闭逐渐打开；气关相反

调节阀的流量特性是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

理想流量特性是指当调节阀前后压差一定是获得的流量特性

理想流量特性主要有三种，直线流量特性，对数（等百分比）流量特性，快开流量特性

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，即阀杆单位行程变化所引起的流量变化是常数。适用于中等开度，且负荷变化不大的过程

对数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，适用于负荷变化打的过程

快开流量特性是指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

流量特性的选择必须保证系统总的放大系数在整个操作范围内保持不变。

有自衡特性

当原来处于平衡状态的过程出现干扰时，其输出量在无人或无控制装置的干预下，能够自动回复到原来或新的平衡状态

单容过程。

只有一个储存容积的过程

调节规律的选择原则

调节器的正反作用方式选择

串级控制

将两个调节器串联在一起工作、各自完成不同任务的系统结构，就称为串级控制结构

串级控制系统的控制效果

１，能迅速客服进入副回路的干扰

２，能改善控制通道的动态特性，提高工作频率

３，能适应负荷和操作条件的剧烈变化

串级控制系统的特点

１，对进入副回路的干扰有很强的一致能力。

２，能改善控制通道的动态特性、提高系统的快速反应能力。

３，对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力。

串级控制系统的适用范围

１，容量滞后较大的过程

２，纯滞后较大的过程

３，干扰变化剧烈、幅度大的过程

４，参数互相关联的过程

５，非线性过程

串级控制系统的副回路的设计与副参数选择原则

１，副参数要物理可测、副对象的时间常数要小、纯滞后时间应尽可能短

２，副回路应尽可能多得包含变化频繁、幅度大的干扰

３，主副被控过程的时间常数要适当匹配

４，应综合考虑控制质量和经济性要求

主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择调节规律的基本出发点