过程控制试题库 - 图文

过程控制期末试题库

一、 填空题（本题共计10分，包括3小题，10个填空，每空1分）

1． 一般一个简单控制系统由（检测/变送）装置、（被控对象）、（调节）器和（执

行）机构组成。 2． 过程控制系统常用的参数整定方法有：（经验法）、（衰减曲线法）、（稳定边界

法/临界比例度法）和（响应曲线法）。 3． 在PID调节器中，调节器的Kc越大，表示调节作用（越强），Ti值越大，表示积分作用（减弱），Td值越大表示微分作用（增强）。 4． 常见的过程计算机控制系统分为下列几种典型形式：（操作指导控制系统）、直

接数字控制系统、（监督计算机控制系统）、（集散控制系统）和现场总线控制系统。

5． 在闭环控制系统中，根据设定值的不同形式，又可分为定值控制系统，随动控

制系统和程序控制系统。 1） 定值控制系统

特点：设定值是（固定不变）；

作用：保证在（扰动）作用下使被控变量始终保持在设定值上。 2） 随动控制系统

特点：设定值是一个（变化量）；

作用：保证在各种条件下系统的输出（及时跟踪设定值变化）。 3） 程序控制系统

特点：设定值是一个（按一定时间程序变化的时间函数）； 作用：保证在各种条件下系统的输出（按规定的程序自动变化）。 6． 热电偶温度计的基本组成部分部分是（热电偶）、（测量仪表）、（连接热电偶）

和（测量仪表的导线）。

7． 串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器的广义对

象特性，容许（副）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。

8． 定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进行控制

的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。

二、 选择题（本题共计10分，包括5小题，每题2分）

1. 由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来（C）: A.克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞后τc和纯滞后τ0. B.克服调节对象的纯滞后τ0.

C.克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞后τc. 2. 定值调节是一种能对（A ）进行补偿的调节系统。 A． 测量与给定之间的偏差 B． 被调量的变化

1

C． 干扰量的变化 D. 设定值的变化

3. 定值调节系统是（X）环调节，前馈系统是（X）环调节( B )。

A．开，闭 B．闭，开 C．开，开 D．闭，闭

4. 调节系统在纯比作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应

将比例度（A）。 A.增大 B.减小 C.不变

D.先增大后减小

5. 成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（C）。 A. PI B. PD C. PID

6. .流量、压力调节系统的调节规律，通常选用（A ）。 A. PI B. PD C. PID

7. 液位调节系统的调节规律，通常选用（D ）。 A. PI B. PD C. PID D. P

8. 调节系统中调节器正、反作用的确定是根据(B)： A．实现闭环回路的正反馈。 B． 实现闭环回路的负反馈。 C．系统放大倍数恰到好处 D．生产的安全性。

9. 单纯的前馈调节是一种能对（C）进行补偿的调节系统。 A． 测量与给定之间的偏差 B． 被调量的变化 C． 干扰量的变化

10. 定值调节是一种能对（A）进行补偿的调节系统。 A． 测量与给定之间的偏差 B． 被调量的变化 C． 干扰量的变化 11. 热电偶温度计 （C）

A) 是利用两个相互接触金属导体的温差电动势特性进行测温的。B) 是利用两个相互接触金属导体的接触电动势特性进行测温的。

2

C) 是利用两个相互接触金属导体的温差电动势和接触电动势特性进行测温的。 D) 是利用两个非接触金属导体的温差电动势和接触电动势特性进行测温的。 12. 下面的叙述中哪一个是最为合理的（D）

A) 控制系统的时间滞后现象主要是由于被控对象的惯性特性引起的。 B) 控制系统的时间滞后现象主要是由于检测装置的安装位置引起的。 C) 控制系统的时间滞后现象对控制系统的稳定性无影响。 D) 以上三种叙述都不完整。 13. DCS的中文含意是：（B）

A) 比例、积分、微分控制。 B) 分布式控制系统。 C) 可编程序控制器。 D) 以上三个都不正确。

三、判断题： 判断下列陈述的对错。你认为正确的，在每道题后面的括号里打√，否则打×（本题共计20分，包括10题，每题2分）

1． 与DCS相比，Fieldbus的主要技术优点之一是实现了控制系统彻底的分散[√] 2． 热电阻温度计需要进行冷端补偿才能正常工作。 3． PID的含义是比例、积分和微分。

[×] [√ ] [×]

4． 前馈控制系统是一种定值控制，一般情况下前馈控制可以单独使用。

5． 用Smith补偿器来处理大时延控制对象时，不必要提供精确的对象数学模型。

[×] 6． 被控对象特性是指被控对象输入与输出之间的关系。

[√]

7． 串级控制系统中的副控制器给定值是由主控制器的输出决定的，所以副控制器相当于一个闭环定值控制系统。 [×] 8． 衰减比n表示系统过渡过程曲线变化两个周期后的衰减快慢。

[×] [×]

9． 热电阻温度计和热电偶温度计一样，测温时需要进行温度补偿。

10． 一个单回路控制系统由控制器、执行器、检测变送装置和被控对象组成。[√] 11． 在比值控制系统中，一般选择易调节的量为主变量，易测量的量为副变量。[×]

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12． DDC的中文含义是直接数字控制。 13． 被控对象的动态特性是描述被控对象输入输出关系动态特征的。 14． 串级控制系统适用于容量滞后较小的生产工艺过程。

[√] [√] [×]

15． 前馈控制系统一般可单独使用，因为其控制精度高，且不受外界干扰影响。

[×] 16． 前馈控制与定值控制的原理相同，都是以偏差进行调解的。

[×] [×] [√]

17． 被控对象的存滞后时间常数是由于其自身的惯性特性引起的。 18． 在串级控制中，副控制器的输入值为主控制器的输出。

四、简答题（本题共计15分，包括5小题，每题3分） 1．什么是定值控制系统？

答案：定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统。定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响，使被控变量最终回到设定值或其附近.以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言。 2．什么是随动控制系统？

答案：随动控制系统的设定值是不断变化的，随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地,准确无误地跟踪设定值的变化而变化。 3．什么是程序控制系统？

答案：程序控制系统的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。

4．什么是调节(被控)对象，给定值和偏差？

答案：自动调节系统的生产设备叫做调节对象或简称对象，而生产中要求保持的工艺指标，称为给定值。对于自动调节系统中，习惯采用给定值R减去测量值Y作为偏差e，即e=R-Y，给定值R大于测量值Y时为正偏差，而给定值R小于测量值Y时为负偏差。

5．什么叫绝对压力、表压及真空度?它们的相互关系是怎样的? 答案：

绝对压力：绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的压力叫绝对压力。

表压力：当绝对压力大于大气压力时，绝对压力高于大气压力的数值称为表压力，简称表压。

真空度：当绝对压力小于大气压力时，绝对压力低于大气压力的数值称为真空度或负压。

绝对压力、大气压、表压、真空度之间的相互关系如图所示。

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6．

7．简述PID调节器Kc、Ti和Td的作用是什么？

答案：在PID调节器中，Kc越大，表示调节作用越强，Ti值越大，表示积分作用减弱，Td值越大表示微分作用增强。

8．有一流量调节系统，信号传输管线很长，因此，系统产生较大的传送滞后。有人设想给调节器后加微分器来改善系统特性，试问这种设想合理否？为什么？若不合理，应采取什么措施合理？

答案：这种设想不合理，因为信号传送滞后是纯滞后，而微分作用不能克服纯滞后。

解决这一问题合理的措施是采用1：1继动器加在信号传输线之间，以增大信号流速，从而减小传输滞后，改善系统特性。

9．利用微分作用来克服控制系统的信号传递滞后的设想是否合理与正确？

答案：这种设想不合理，因为信号传送滞后是纯滞后，而微分作用不能克服纯滞后。合理的措施是采用1：1继动器加在信号传输线之间，以增大信号流速，从而减小传输滞后，改善系统特性。

10． 通常在什么场合下选用比例（P），比例积 （PI）,比例积分微分（PID）调节规律？

答案：比例调节规律适用于负载变化较小，纯滞后不太大而工艺要求不高又允许有余差的调节系统。

比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小，系统负载变化不大（需要消除干扰引起的余差），纯滞后不大（时间常数不是太大）而被调参数不允许与给定值有偏差的调节系统。

比例积分调节规律适用于容量滞后较大，纯滞后不太大，不允许有余差的对象。 11． 试简述临界比例度法及其特点。

答案：临界比例度法是在纯比例运行下通过试验，得到临界比例度靠和临界周期Tk，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。

这种方法比较简单、易于掌握和判断，适用于一般的控制系统。但是不适用于临界比例度小的系统和不允许产生等幅振荡的系统，否则易影响生产的正常进行或造成事故。

12． 试简述衰减曲线法及其特点。

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*************************** 解：

显示仪表指示值为500时，查表可得此时显示仪表的实际输入电势为20.64mV，由于这个电势是由热电偶产生的，即 E(t,tO)?20.64mV 同样，查表可得：

E(t,0)?E(t,t0)?E(t0,0)

?20.64?2.463?23.076mV由23.076mV查表可得：t=557℃。即实际温度为557℃。

当热端为557℃，冷端为20℃时，由于E（20，0）=0.798mV,故有：

E(t,t0)?E(t,0)?E(t0,0)?23.076?0.798?22.278mV

由此电势，查表可得显示仪表指示值应为538.4℃。

5. （12）某生产过程需要甲乙两种液体，甲液体的正常流量为1250m3/h，仪表量程为0-1350m3/h；乙的正常流量为150m3/h，仪表量程为0-240m3/h。如果选甲为主变量，乙为副变量，设计一个控制乙的单闭环比值控制系统，画出流程图并计算引入开方运算与不引入开方运算所分别设置的比值系数。 答：采用乘法器的单闭环比值控制流程框图如图所示。

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（其中Q1为甲流量，Q2为乙流量） Q1max?1350m3/h: Q1的量程上限，

Q2max?150m3/h: Q2的量程上限， Q1min?0m3/h: Q1的量程下限，

Q2min?0m3/h: Q2的量程下限。 1 引入开方器时，比值系数为：

Q?Q1minQQ?Q1minK'?2?1max?K?1maxQ1Q2max?Q2minQ2max?Q2min

1501350?0???0.6751250240?02 不引入开方器时： ?QQ?Q1min?K'??2?1max?QQ?Q2min??12max22

?1501350?0?2?????0.675?0.456?1250240?0?6. 设计一个比例、积分(PI)调节器，控制一个温度调节系统。控制器的调节范围为：0-3000℃，控制器的输出为4-20mA。当给定被控对象一个如图(a)所示的阶跃输入时，测定的被控对象响应曲线如图(b)所示（响应曲线法控制器参数整定经验公式见下表）。

要求：计算出控制器的控制参数，画出控制系统方框图。

响应曲线法控制器参数整定经验公式表 调节参数 调节规律 比例度δ% 积分时间TI 微分时间TD P (K0τ0/T0)╳100% PI 3.3τ0 1.1(K0τ0/T0)╳100% 17

PID

0.85(K0τ0/T0)╳100% 2τ0 0.5τ0 答：由已知条件得：控制器的调节范围上下限为：ymax?3000℃和ymin?0℃，控制器的输入上下限为Pmax?20mA和Pmin?4mA， 由测试数据得，当输入信号从4mA变化到18mA时，被控对象输出信号从0℃变化到2500℃。

由此得广义被控对象的放大系数K0，

????y?PK0?????ymax?ymin??Pmax?Pmin?2500?0??18?4???????3000?0??20?4?250016???0.95300014???

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在测得的曲线上找拐点A，作切线交于B、C点，如下图。图中的读数约为：

tB?3min，tC?20min。所以，T0?20?3?17min，?0?3min。由表中查得PI控制器的比例度计算公式为

??1.1?

积分常数为： TI?3.3?0?3.3?3?9.9min 控制系统方框图见下图

K0?00.95?3?100%?1.1??100%?18.48% T017Kc?1/??1/0.1848?19.11

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PI控制器 广义被控对象 119.11(1?) 9.9s0.95e?3s 17s?1

7. 已知已被控对象的传递函数为

K0e??sW0(s)?

(T1s?1)(T2s?1)在阶跃扰动r(t)变化（从r(t)?12mA变化到r(t)?16mA）的作用下，其响应曲线如下图所示。使用阶跃响应曲线确定被控对象的传递函数中的各参数，K0，?，T1和T2。二阶被控对象响应曲线上各特征值关系曲线图见附图。

答：

曲线的起始点为B，在曲线中找到拐点P，过拐点作切线交于C、D。 1) 在阶跃响应特性曲线上确定出

y(?)?108.5，y(0)?100，y??101，yT?107，T?11，?0?5 2) Wei 3) Wei 4)

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数可近似为

KKKKW0(s)?Wa(s)Wae??m(s)?asKam??as0??Ts?1m?Te?e0s aas?1T0s?1其中K0?KaKm?3?0.5?1.5，T0?Ta?5min， ?0??a?2.5min 由查表可得：

?%?0.85K0?0/T0?100%?0.85?1.5?2.5/5?100%?63.75%

Kc?1/?%?1/0.675?1.57 TI?2?0?2?2.5?5 TD?0.5?2.5?1.25

PID控制器Wc(s)的方框图为：

3 前馈通道的前馈控制器设计 由 不变性条件

Wf(s)Wa(s)WQ(s)?Wd(s)?0

得：

WKaKQf(s)??Wd(s)Wa(s)WKd??Q(s)??T?1edsdsTe??asas?1??KdTas?1KTe?(?d??a)s??0.55s?1?(3?2.5)s?0.53s?1e aKQds?13??15s?1?0.5s33s?1eWf(s)是一个具有超前性质和纯滞后的前馈补偿器。

KT1s?115sfT?1??133s?1的物理实现方框图见下图，其中：Kf?0.33，T1?5，2s计算K?T1T?1?5?1?2?0.67

233 T2?3，26

e?0.5s的物理实现

就本系统来讲，?f?0.5，远比T1，T2小，所以e?0.5s可近似为一个惯性环节，即：

e?0.5s?1

0.5s?1所以，前馈控制器Wf(s)的物理实现图见下图

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