过程控制系统课后重点答案

1. 什么是对象特性？为什么研究对象特性?

对象的输入变量和输出变量之间的定量关系；它使人们能更深刻的认识自动控制的本质，从而能采取有效措施提高控制质量。

2. 何为对象的数学模型？静态数学模型与动态数学模型有哪些区别？

在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式；

前者是在输入变量与输出变量达到平衡状态时建立的数学表达式，后者是在输出变量和状态变量在输入变量影响下建立的数学表达式。

3. 建立对象的数学模型有什么重要意义？

1设计过程控制系统及整定控制参数；

2指导生产工艺及其设备的设计与操作；

3对被控过程进行仿真研究；

4培训运行操作人员；

5工业过程的故障检测与诊断。

4.建立数学模型的方法：机理建模和实验建模

5.为什么不同的过程特性与工艺要求需设计不同的控制方案？怎样理解被控过程特性是过程控制系统设计的基础？

过程控制系统的过程设计正确与否，直接影响到系统能否正常投入运行，因此要求过程控制设计人员必须根据生产过程的特点，工艺特性和生产操作的规律，正确运用控制理论，设计一个正确合理的控制方案；过程控制系统的设计首先要根据工艺要求和控制目标确定系统变量，进一步根据被控过程特性用恰当的数学关系式，即所谓的数学模型来描述被控过程的变量之间的关系，只有掌握了被控过程的数学模型才能深入的分析过程的特性和选择正确的控制方案。

6.什么叫单回路系统？控制方案设计包括哪些内容？怎样理解方案设计是系统设计的核心？

只有一个闭环回路的简单控制系统叫单回路控制系统；过程控制系统设计包括系统的方案设计，工程设计，工程安装和仪表调校，调节器参数整定四个主要内容；控制方案是系统设计得核心，若控制方案不正确，则无论如何选用何种先进的过程控制仪表或计算机系统，无论其安装如何细心，都不可能是系统在工业生产过程中发挥良好的控制作用，甚至系统不能运行。

7.什么是直接参数与间接参数？他们有何关系?选择被控参数应遵循哪些基本原则？

直接参数，直接反应生产过程中产品质量和产量又以直接测量的参数

间接参数，间接反映产品质量和产量又与直接参数有着单值函数关系，有足够大的测量灵敏度的参数

间接参数必须与直接参数有单值函数关系

被控参数的选择原则：

1）直接参数法

2）间接参数法

3）被控变量必须具备足够的灵敏度和变化数值

4）被控变量的选择必须考虑到工艺过程的合理性，经济性，以及国内外仪表生产的现状。

8.选择调节控制规律的依据是什么？若已知过程的数学模型，怎么来选择PID控制参数？ 1）根据τ0/T0比值来选择控制器的控制规律

2）根据过程铁性来选择控制器的控制规律

3）控制器的正反作用方式确定

若已知数学模型则根据τ0/T0比值来选择控制器的控制规律

9.在比例控制的基础上反别增加积分和微分对系统的稳定性，动态偏差，余差有何影响

比例积分调节器可克服余差，比例微分调节器提高系统稳定性减小动态偏差和余差

10.参数整定，对于一个已经设计并安装就绪的控制系统，选择合适的控制器参数来改善系统的静态和动态特性，使系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求

控制参数正定的方法有两类1理论计算整定法2工程整定法

11．什么叫串级控制系统？

串级控制系统是由两个控制器的串接组成，一个控制器的输出做为另一个控制器的设定值，两个控制器有各自独立的测量输入，有一个控制器的给定由外部设定。

12．与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？

多了一个副回路，形成双闭环。特点：主控制器输出改变副控制器的设定值，故副回路构成的是随动系统，设定值是变化的。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。

13．为什么说串级控制系统由于存在一个副回路而具有较强的抑制扰动的能力？

①副回路的快速作用，对于进入副回路的干扰快速地克服，减小了干扰对主变量的影响；

②引入副回路，改善了副对象的特性(减小副对象的相位滞后)，提高了主回路的响应速度，提高了干扰的抑制能力；

③副回路可以按照主回路的要求对副变量进行精确控制；

④串级系统提高了控制系统的鲁棒性。

14．串级控制系统通常可用在哪些场合？

*应用于容量滞后较大的过程

*应用于纯时延较大的过程

*应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程

*应用于参数互相关联的过程*应用于非线性过程

15. 前馈控制与反馈控制各有什么特点？绘制前馈控制系统结构方框图。

前馈：基于扰动来消除扰动对被控量的影响；

只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定；

具有指定性补偿的局限性；

控制规律取决于被控对象的特性。

反馈：基于偏差来消除偏差；

“不及时”的控制；

存在稳定性问题；

对各种扰动均有校正作用；

控制规律通常是P、PI、PD或PID等典型规律。

16．在什么条件下前馈控制效果最好？为什么一般不单独使用前馈控制方案？

准确地掌握过程扰动通道的特点wf（s）及控制通道的特性wo（s）准确求出前馈控制wm （s）；

克服可测不可控的扰动前馈控制室基于扰动的控制，扰动不止一个，难于把握属于开环控制，易受其他扰动干扰而无法控制其克服可测不可控的扰动，对于系统中其他扰动无抑制

作用

17．试述前馈控制系统的整定方法。

⑴前馈控制器的选择

①用模拟表实施通过特定的前馈控制器，或采用运算单元自行构造；

②用软件实现

⑵参数整定

①单纯的前馈控制，可视工艺要求进行参数整定；先调整dK，然后调整T1、T2

②前馈—反馈相结合，先整定反馈系统，再重复步骤①。

18．什么是比值控制系统？常用的比值控制方案有哪些？

实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统开环比值控制系统，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

10．比值与比值系数有何不同？设计比值控制系统时需解决哪些主要问题？

比值k=Q1/Q2,,是两个体积流量或重量之比，而比值参数是把比值k折算成比值器上，K’=k(Q1max/Q2max)

主从动量确定；控制方案的选择；调节器控制规律的确定；正确选用流量计与变送器；比值控制系统的实施；比值参数的计算；比值控制系统参数的整定

19．什么是分程控制？怎样实现分程控制？在分程控制中需注意哪些主要问题?

在工业生产过程中，有时会遇到一个控制器去操纵几只阀门，若按输出信号的不同区间操作不同的阀门，这样的控制系统叫做分程控制系统。

尽量选用对数调节阀；采用分程信号重叠法；调节阀的泄漏量的大小

20．什么是选择性控制？试述常用选择性控制方案的基本原理。

凡是在控制回路中引入选择器的系统称为选择性控制系统。

选择器位于调节器的输出端，对调节器输出信号进行选择的系统：两个调节器共用一个调节阀

选择器位于调节器之前，对变送器的输出信号进行选择的系统：几个变送器合用一个调节器

21．什么是积分饱和现象？如何消除选择性控制中的积分饱和现象？

当选择器在控制器和控制阀之间，系统出现超限时，控制器应立即切换。为保证及时切换，在偏差为零时，两个调节器应该有相同的输出。当其中一个控制器或两个控制器采用PI作用时，一个调节器被另一个控制器切换后，偏差仍存在，且存在的时间较长，将产生积分饱和现象，使下一次不能及时切换。

由于偏差长时间存在，偏差为零时控制器输出仍要超出规定上、下限一段时间。为了保持同步，常采用积分外反馈的办法。采用选择器的输出，即控制调节阀的信号做为积分外反馈。22．试述复杂控制系统有哪些？它们都是为什么目的而开发的？

1串级控制系统：改善控制质量

2前馈控制系统：扰动出现时就能够进行控制

3比值控制系统：根据某一流量的变化调节另一流量

4均匀控制系统：使前后设备在物料供求上相互兼顾均匀协调

5分程控制系统：扩大控制阀的可调范围，使得在小流量时可实现更精确的控制用于满足工艺上操作的特殊要求

6选择性控制系统：

7推断控制系统:被控对象的输出和扰动都不可测，无法设计一般的反馈和前馈控制