过程装备控制技术及应用答案

过程装备控制技术及应用答案
【篇一：过程装备控制技术及应用习题及参考答案】txt>1、什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内
容？
答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。

主要包含：①自动检测
系统
②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。

2、自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语
有哪些？
答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用
的全套自动控制装置，
包括
测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制
装置控制下的生
产设备，即被控对象。

自动控制系统常用的术语有：
被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要
控制的工艺参数；
给定值（或设定值）ys——对应于生产过程中被控变量的期望值；
测量值ym——由检测原件得到的被控变量的实际值；
操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的
变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；
干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=ym - ys
控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。

3、什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的
线段）、综合点、分支
点成的表示控制系统组成和作用的图形。

其中每一个分块代表系统
中的一个组成部分，
方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线
段表示相互间的关系及
信号的流向。

采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它
们之间的相互影响和信
号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。

而工艺流程图则是以
形象的图形、符号、代
号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的
排列及连接，借以表达
在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中
物料和能量发生的变化及
其流向。

4、在自动控制系统中，什么是干扰作用？什么是控制作用？两者有什么关系？
答：干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给
定值的作用；控制作用
是由控制器或执行器作用于被控对象，通过改变操纵变量克服干扰
作用，使被控变量保持
在给定值，两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用，不同
之处在于干扰作用是使
被控变量偏离给定值，而控制作用是使被控变量接近给定值。

5、什么是闭环控制？什么是开环控制？定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系
统？
答：闭环控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联
系的自动控制，即操纵
变量通过被控对象去影响被控变量，而被控变量又通过自动控制装
置去影响操纵变量，从
信号传递关系上看，构成了一个闭合回路。

开环控制是指控制器与
被控对象之间只有顺向
控制而没有反向联系的自动控制系统。

即操纵变量通过被控对象去
影响被控变量，但被控
变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量，从信号传递关系上看，未构成闭合回路。

定
值控制系统要求给定值恒定不变，控制系统的输出即被控变量应稳
定在与给定值相对应的
工艺指标上，或在工艺指标的上下一定范围内变化，因此需要闭环
控制。

另外负反馈其反
馈信号的作用方向与设定信号相反，是系统稳定工作的基本条件，因此定值控制系统必须
是一个闭环负反馈系统。

6、在图1-13的换热器出口温度控制系统中，工艺要求热物料出口温度保持为某一设定
值。

①试画出该控制系统的方框图；
②方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么？整个系统的输入信号和输出信号又是什
么？
③系统在遇到干扰作用（如冷物料流量突然增大）时，该系统如何实现自动控制的？
图1-13答：○2、该控制系统及各环节的输入、输出信号如图所示。

整个系统的输入信号为：给
定值ys，干扰作用f，输出为热物料出口温度t，
○3、当冷物料流量增大，则出口温度y减小，tt检测后所得ym减小，偏差信号 e=ym-
ys0，输入调节器后产生控制信号u，使执行器或调节阀加大阀门开度，使温度t升高，从
而实现控制。

7、图1-14为贮糟液位控制系统，工艺要求液位保持为某一数值，（1）试画出该系统的方框图；
（2）指出系统中被控对象，被控变量，操纵变量，干扰作用各是什么？
答：（1）如图所示为该控制系
（2）该系统中被控变量对象为贮槽；被控变量为贮槽液位；操纵变量为出水流量；干扰作用为：进水流量，大气温度等。

8、什么是自动控制系统的过度过程？在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式？其中哪些能满足自动控制的要求，哪些不能，为什么？答：对于任何一个控制系统，扰动作用是不可避免的，系统受到扰动作用后，其平衡状态被破坏，被控变量就要发生波动，在自动控制作用下经过一段时间，使被控变量回复到新的稳定状态，即系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过度过程。

在阶跃干扰作用下，其过度过程曲线有：①发散振荡过程、②等幅振荡过程、③衰减振荡过程④非振荡的单调过程。

其中衰减振
荡和非振荡的单调过程属于稳定的过渡过程，能满足自动控制的要求，其它的不能。

9、试画出衰减比分别为n1,n=1,n1,n→∞ 时的过度过程曲线？
答：如图所示：
n→∞，单调过程
10、表示衰减振荡过程的控制指标有哪些？
答：表示衰减振荡过程的控制指标有：
①最大偏差a——指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大值，即
被控变量第一个波的峰值与给定值的差。

②衰减比n——过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比。

③回复时间（过渡时间）ts——指被控变量从过渡状态回复到新的
平衡状态的时间间隔，
即整个过渡过程所经历的时间。

④差e(∞ )——指过渡过程终了时被控变量新的稳态值与设定值之差。

⑤振荡周期t——过渡过程的第一个波峰与相邻的第二个同向波峰之间的时间间隔，其倒
数称为振荡频率。

第二章过程装备控制基础
k——被控对象重新达到平衡状态时的输出变化量与输入变化量之比。

由于放大系数k反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的
关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。

2.为什么说放大系数是对象的静态特性，而时间常数和滞后时间是
动态特性？
答：放大系数k表达了被控对象在干扰作用下重新达到平衡状态的
性能，是不随时间变化的参数，所以k是被控对象的静态特性参数。

时间常数反映了被控对象受到输入作用后，输入变量达到新稳态值
的快慢，它决定了整个动态过程的长短，所以是动态特性参数。

滞
后时间也是描述对象滞后现象的动态参数。

3.什么是被控对象的控制通道？什么是干扰通道？
答：对一个被控对象来说，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。

【篇二：过程装备控制技术及应用复习题大全】
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? 答:自动控制系统中常用的几个术语其含义是:
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，用以克服干扰的影响，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。

3.自动控制系统主要由哪些环节组成?各部分的作用是什么?
答：自动控制系统主要由两大部分组成。

一部分是起控制作用的全
套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器、控
制器、执行器等;另一部分是受自动化装置控制的被控对象。

在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并
将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等)。

控
制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定
值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设
计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号(如气压信号
或电流信号)发送给执行器。

执行器能自动地根据控制器送来的信号
值相应地改变流入(或流出)被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。

4。

什么是自动控制系统的过渡过程?在阶跃扰动作用下，其过渡过
程有哪些基本形式?哪些过渡过程能基本满足控制要求?
答:把系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统
的过渡过程。

过渡过程中被控变量的变化情况与干扰的形式有关。

在阶跃扰动作
用下，其过渡过程曲线有以下几种形式。

①发散振荡过程如图1-3 (a)所示。

它表明当系统受到扰动作用后。

被控变量上下波动，且波动幅度逐渐增大，即被控变量偏离设定值
越来越远，以至超越工艺允许范围。

②非振荡发散过程如图1-3 (b)所示。

它表明当系统受到扰动作用后，被控变量在设定值的某一俩作非振荡变化，且偏离设定值越来越远，以至超越工艺允许范围。

③等幅振荡过程如图1-3(c)所示。

它表明当系统受到扰动作用后，
被控变量作上下振幅恒定的振荡，即被控变量在设定值的某一范围
内来回波动，而不能稳定下来。

④衰减振荡过程如图1-3(d)所示。

它表明当系统受到扰动作用后，
被控变量上下波动，且波动幅度逐渐减小，经过一段时间最终能稳
定下来。

⑥非振荡衰减过程如图1-3(e)所示。

它表明当系统受到扰动作用后，被控变量在给定值的某一侧作缓慢变化，没有上下波动，经过一段
时间最终能稳定下来。

在上述五种过渡过程形式中，非振荡衰减过程和衰减振荡过程是稳
定过程。

能墓本满足控制
要求。

但由于非振荡衰减过程中被控变量达到新的稳态值的进程过
于缓慢，致使被控变量长
时间偏离给定值，所以一般不采用。

只有当生产工艺不允许被控变
量振荡时才考虑采用这种形式的过渡过程。

\
5、衰减振荡过程的品质指标有哪些?各自的含义是什么?
答：衰减振荡过程的品质指标主要有:最大偏差、衰减比、余差、过
渡时间、振荡周期(或频率)等。

其各自的含义是:
最大偏差：是指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大数值。

衰减比：是指过渡过程曲线上同方向第一个波的峰值与第二个波的
峰值之比。

余差：是指过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与设定
值之间的差值。

过渡时间：是指控制系统受到扰动作用后，被控变量从原稳定状态
回复到新的平衡状态所经历的最短时间。

振荡周期(或频率)：是指过渡过程同向两波峰(或波谷)之间的间隔时间，其倒数为振荡频率。

6，什么是自动控制系统的方块图?它与工艺管道及控制流程图有什
么区别?
答:自动控制系统的方块图是由传递方块、信号线(带有箭头的线段)、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。

其中每一
个方块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的
数学表达式;方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。

采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的
相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。

而工艺
管道及控制流程图则是在控制方案确定以后，根据工艺设计给出的流程图，按其流程顺序标注有相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号、连锁保护系统的图。

在工艺管道及控制流程图上设备间的连线是工艺管线，表示物料流动的方向，与方块图中线段的含义截然不同。

1．图1-6所示为一自力式贮槽水位控制系统。

(1)指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量是什么?
(2)试画出该系统的方块图。

(3)试分析当出水量突然增大时，该系统如何实现水位控制的?
解:(1)该系统中贮槽为被控对象;贮槽中水的液位为被控变量;进水流量为操纵变量。

(2)贮槽水位控制系统方块图如图1-7所示。

(3)当贮槽的出水量突然增大，出水量大于入水量。

使水位下降，浮球随之下移，通过杠杆装置带动针形阀下移，增大了进水量，使出水量与入水量之差随之减小水位下降变缓，直至进水量与出水量又相等，水位停止下降，重新稳定，实现了水位控制。

2.在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定的数值上。

图1-8是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。

被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要求控制在（15?1.5）℃，如果温度太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响;如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，堵塞管道。

(1)指出系统中被控对象、被控变量和操纵变量各是什么?
(2)试画出该控制系统的组成方块图。

(3)试比较图1-8及它的方块图，说明操纵变量的信号流向与物料的实际流动方向不同。

解：(1)在丙烯冷却器温度控制系统中，被控对象为丙烯冷却器;被控变量为乙烯裂解气的出口温度;操纵变量为气态丙烯的流量。

(2)该系统方块图如图1-9所示。

(3)在图1-8中，气态丙烯的流向是由丙烯冷却器流出。

而在方块图中，气态丙烯作为操纵变量，其信号的流向是指向丙烯冷却器的。

?
解：反应器温度控制系统中被控对象为反应器;被控变量为反应器内温度;操作变量为冷却水流量;干扰为a, b物料的流量、温度、浓度、
冷却水的温度、压力及搅拌器的转速等。

反应器的温度控制系统的
方块图如图1-11所示。

4、某发酵过程工艺规定操作温度为(40士2) c。

考虑到发酵效果，
控制过程中温度偏离给定值最大不能超过6 ℃。

现设计一定值控制
系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图1-12所示.试确定该系
统的最大偏差、衰减比、余差、过渡时间(按被控变量进入?2%)新稳
态值即达到稳定来确定)和振荡周期等过渡过程指标，并回答该系统
能否满足工艺要求?
解：由反应曲线可知:
最大偏差a=45一40=5 c余差c=41一40=1℃
衰减比第一个波峰值b =45一41=4℃第二个波峰值b = 42一
41=1℃
2.锅沪是化工，炼油等企业中常见的主要设备。

汽包水位是影响蒸
汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。

水位过高，会使蒸汽带液。

降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。

而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。

因此，必须对汽
包水位进行严格的控制。

图1-15是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求:
（1）画出该控制系统方块图;
(2)指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么?
(3)当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。

答：(1)锅护汽包水位控制系统方块图如图1-23所示。

(2)被控对象:锅炉汽包。

被控变量:锅炉汽包水位。

操纵变量:锅炉给水量。

扰动量:冷水温度、压力，蒸汽压力、流量。

燃烧状况等。

3.图1-16所示为离心泵出口流量控制系统。

控制的目的是保持泵流量恒定。

(1)指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量及干扰各是什么?
(2)画出流量控制系统方块图;
答：(1)被控对象:管道(从检测点到控制阀之间)。

被控变量:泵出口流量。

操纵变量:泵出口流量。

扰动量:管路压力波动、(泵的)原动机转速等。

(2)离心泵出口流量控制系统方块图如图1-24所示。

5.某炼油厂常减压装置加热护如图1-18所示.工艺要求严格控制加
热炉出口温度t，t可以通过改变燃油量来控制。

据此设计一个定值
温度控制系统，其中被控变量为加热炉出口物料温度，操纵变量为
燃料油流量。

要求:
(1)画出工艺管道及控制流程图;
(2)试画出该控制系统的方块图。

答：(1)工艺管道及控制流程图如图1-26所示。

(2)控制系统的方块
图如图1一27所示。

6。

图1-19为一组在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线。

(1}指出每种过程曲线的名称;
(2)试指出哪些过程曲线能基本满足控制要求?哪些不能?为什么?
(3)你认为哪个过渡过程最理想，试说明其理由。

答：(1).(a)等幅振荡，（2)衰减振荡;(c)非振荡衰减;(d)发散振荡。

(2).(b).(c)能基本满足控制要求，(a), (d)不能。

因为(b)、 (c)对应的
过渡过程是稳定的。

(3).(b)最理想。

略。

第二章
3、描述简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义?
答：描述对象特性的参数分别是放大系数k、时间常数t、滞后时间?放大系数k：放大系数k在数值上等于对象处于稳定状态时输出的
变化量与输入的变化量之
【篇三：过程装备控制技术及应用复习题】
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? 答:自动控制系统中常用的几个术语其含义是:
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，用以克服干扰的影响，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。

3.自动控制系统主要由哪些环节组成?各部分的作用是什么?
答：自动控制系统主要由两大部分组成。

一部分是起控制作用的全
套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器、控
制器、执行器等;另一部分是受自动化装置控制的被控对象。

在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并
将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等)。

控
制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定
值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设
计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号(如气压信号
或电流信号)发送给执行器。

执行器能自动地根据控制器送来的信号
值相应地改变流入(或流出)被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。

4。

什么是自动控制系统的过渡过程?在阶跃扰动作用下，其过渡过
程有哪些基本形式?哪些过渡过程能基本满足控制要求?
答:把系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统
的过渡过程。

过渡过程中被控变量的变化情况与干扰的形式有关。

在阶跃扰动作
用下，其过渡过程曲线有以下几种形式。

①发散振荡过程如图1-3 (a)所示。

它表明当系统受到扰动作用后。

被控变量上下波动，且波动幅度逐渐增大，即被控变量偏离设定值
越来越远，以至超越工艺允许范围。

②非振荡发散过程如图1-3 (b)所示。

它表明当系统受到扰动作用后，被控变量在设
定值的某一俩作非振荡变化，且偏离设定值越来越远，以至超越工
艺允许范围。

③等幅振荡过程如图1-3(c)所示。

它表明当系统受到扰动作用后，
被控变量作上下振幅恒定的振荡，即被控变量在设定值的某一范围
内来回波动，而不能稳定下来。

④衰减振荡过程如图1-3(d)所示。

它表明当系统受到扰动作用后，
被控变量上下波动，且波动幅度逐渐减小，经过一段时间最终能稳
定下来。

⑥非振荡衰减过程如图1-3(e)所示。

它表明当系统受到扰动作用后，被控变量在给定值的某一侧作缓慢变化，没有上下波动，经过一段
时间最终能稳定下来。

在上述五种过渡过程形式中，非振荡衰减过程和衰减振荡过程是稳
定过程。

能墓本满足控制要求。

但由于非振荡衰减过程中被控变量
达到新的稳态值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏离给定值，所以一般不采用。

只有当生产工艺不允许被控变量振荡时才考虑采
用这种形式的过渡过程。

\
5、衰减振荡过程的品质指标有哪些?各自的含义是什么?
答：衰减振荡过程的品质指标主要有:最大偏差、衰减比、余差、过
渡时间、振荡周期(或频率)等。

其各自的含义是:
最大偏差：是指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大数值。

衰减比：是指过渡过程曲线上同方向第一个波的峰值与第二个波的
峰值之比。

余差：是指过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳
态值与设定值之间的差值。

过渡时间：是指控制系统受到扰动作用后，被控变量从原稳定状态回复到新的平衡状态所经历的最短时间。

振荡周期(或频率)：是指过渡过程同向两波峰(或波谷)之间的间隔时间，
其倒数为振
荡频率。

6，什么是自动控制系统的方块图?它与工艺管道及控制流程图有什
么区别?
答:自动控制系统的方块图是由传递方块、信号线(带有箭头的线段)、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。

其中每一
个方块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的
数学表达式;方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。

采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的
相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。

而工艺
管道及控制流程图则是在控制方案确定以后，根据工艺设计给出的
流程图，按其流程顺序标注有相应的测量点、控制点、控制系统及
自动信号、连锁保护系统的图。

在工艺管道及控制流程图上设备间
的连线是工艺管线，表示物料流动的方向，与方块图中线段的含义
截然不同。

1．图1-6所示为一自力式贮槽水位控制系统。

(1)指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量是什么?
(2)试画出该系统的方块图。

(3)试分析当出水量突然增大时，该系统如何实现水位控制的?
解:(1)该系统中贮槽为被控对象;贮槽中水的液位为被控变量;进水流
量为操纵变量。

(2)贮槽水位控制系统方块图如图1-7所示。