过程控制系统复习题库

第一章 绪论

1．1-1．过程控制（英文：Process Control）是生产过程自动化的简称，泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中的连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。

1．1-2．连续生产过程的特征是：生产过程中的各种流体，在连续（或间歇）的流动过程中进行着物理化学反应、物质能量的转换或传递。

1．1-3．从控制的角度，通常将工业生产过程分为三类，即：连续型、离散型和混合型。过程控制主要是针对连续生产过程采用的控制方法。

1．1-4．过程控制的主要任务是对生产过程中的有关参数进行控制——“工业四大参数”是：温度、压力、流量、物（液）位的自动控制，使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前提下，使连续生产过程自动地进行下去。

1．1-5．过程控制系统的定义：为实现对某个工艺参数的自动控制，由相互联系、制约的一些仪表、装置及工艺对象、设备构成的 一个整体

1．1-6．在讨论控制系统工作原理时，为清楚地表示自动控制系统各组成部分的作用及相互关系，一般用原理框图来表示控制系统。

1．1-7．过程控制系统的主要任务是：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。

1．1-8．过程控制的特点：

⑴．控制对象——被控过程复杂、控制要求多样 ⑵．控制方案丰富多彩

⑶．控制过程大多数属于慢过程与参数控制 ⑷．定值控制是过程控制的主要形式

⑸．过程控制系统由规范化的、系列化的检测与控制仪表或自动化装置组成 1．2-1．过程控制装置与系统的发展过程

1）．局部自动化阶段（20世纪 50～60年代）：自动化仪表安装在现场生产设备上，只具备简单的测控功能 2）．模拟单元仪表控制阶段（20世纪60～70年代）：控制仪表集中在控制室，生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，送往控制室。操作人员可以在控制室监控生产流程各处的状况。

3)．集散控制阶段（20世纪70年代中期至今） 1．3-2．系统阶跃响应的单项性能指标 ⑴．衰减比、衰减率

衰减比：定义为两个相邻的同相波峰值之比，即n?y1B?(1);n取整数，习惯上常表示为y3B2 - 1 - 39

n:1,例如4:1、10:1

衰减率：定义为一个周期后波动幅度衰减的程度，即??⑵．最大动态偏差、超调量

最大动态偏差：指在设定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一峰值超出稳态值的幅度，y1＝B1 超调量:指最大动态偏差占被控量稳态值的百分比，??y1?y3y1?1?3?1? y1y1ny1?100% y(?)⑶．残余偏差：系统设定值r与稳态值y(?)的差值，即e(?)?r?y(?) ⑷．调节时间、峰值时间、振荡频率

调节时间tS:指系统从干扰开始到被控量进入新稳态值的±5%（或±2%）范围内所需时间，通常用tS表示。 峰值时间tp:指系统从干扰开始到被控量达到最大值所需时间，通常用tp表示。

振荡频率?:指两个相邻同向波峰值之间的时间倒数，它与调节时间和峰值相关，通常用?表示 1．3-3． 系统阶跃响应的综合性能指标 ⑴．偏差积分IE（Integral of Error）

⑵．绝对偏差积分IAE(Integral Absolute value of Error) ⑶．平方偏差积分ISE（Integral of Squared Error）

⑷．时间与绝对偏差乘积积分ITAE(Integral of Time multiplied by the Absolute value of Error) 1．3-4-1．某换热器的温度控制系统，给定值为200 ℃。在阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示。试求最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡过程时间（±2%）。

解：最大偏差：

A = 230-200 = 30℃；

余差： C= 205-200 = 5℃；

衰减比： n = y1: y3 =（230-205）:（210-205）＝ 25:5 = 5:1 振荡周期：T=20-5=15min 过渡时间：t=22min

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1．3-4-3．某化学反应器工艺规定的操作温度为（900±10）℃，考虑安全因素，要求控制过程中温度偏离设定值不得超过80℃。现设计的定值温度控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图，试求最大动态偏差、衰减比、振荡周期，过渡过程时间（±2%）该系统能否满足工艺要求？

解：最大动态偏差：A?950?900?50℃ 衰减比：n?y1950?90842???4.2 y3918?90810振荡周期：T?45?5?40min 余差： C?908?900?8℃ 过渡过程时间：47min

因为最大动态偏差50℃小于要求的80℃，所以该系统能满足工艺要求。

1．3-4-5．某发酵过程工艺规定的操作温度为（40±2）℃，考虑发酵效果，要求控制过程中温度偏离给定值最大不得超过6℃。现设计的定值温度控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如下图，试求最大偏差、衰减比、余差、过渡时间（±2%！）和振荡周期，该系统能否满足工艺要求？

解：

最大动态偏差：A?45?40?5℃ 余差： C?41?40?1℃ 衰减比：n?y145?414???4：1 y342?411过渡过程时间：23min

振荡周期：T?18?5?13min

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因为最大动态偏差5℃小于要求的6℃，所以系统能满足工艺要求。

2、说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可以分哪几类？它们具体是？ 过程控制系统的分类方法很多，通常使用的“大”类分类方法有两种： ⑴按设定值的形式不同划分，⑵按系统结构的特点分类。 根据设定值的形式，闭环控制系统可以分三类: ⑴定值控制系统、⑵随动控制系统、⑶程序控制系统。 按系统结构的特点分类：

⑴开环系统、⑵反馈控制系统、⑶前馈控制系统、⑷前馈——反馈复合控制系统。

第二章 过程参数的检测与变送

2．1 检测仪表的基本技术指标

2．1-1．真值xt：被测量物理量客观存在的真实数值。许多物理量的真值是按国际公认的方式认定的，即使用“认定设备”的检测结果作为真值。通常，各个国家或国际组织将其法定计量机构的专用设备作为“认定设备”、它的检测精度在这个国家或国际组织内被认为是最高的。用这种方法确定的所谓“真值”不是真正意义上的真值，而是一种“约定真值”，一般记为xa；实际校验仪表时，用精确度较高的“标准表”所测得的测出值作为“标准值”，有人称之为“传递真值”xo，

2．1-2．绝对误差=在用仪表（或被校验仪表）的测出值—“真值”（或器件铭牌上的标称值）； 绝对误差的表示：必须有“+”或“—”号、数值的大小、单位（量纲）！

绝对误差的符号：一般人们使用??x?xt、??x?xo或??a?ao或??a?A 2．1-3．相对误差：某测量点的

??100% A?标称相对误差：?a??100%

a实际相对误差：?A?引用误差——满度相对误差：

量程——测量范围：SFS?B?xmax?xmin 某一个测量点满度相对误差：?FS??i?100% B模拟连续输出仪表在测量范围内的最大满度相对误差：?FSm?2．1-4．具有连续模拟显示仪表的基本特性

??maxB?100%

基本误差：基本误差是指仪表在“国家”规定的标准条件下使用时出现的误差；通常与最大满度相对误差密切联系；

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精确度——简称精度：国家统一规定了仪表的精度等级系列数值，用a表示：

某仪表的精度等级a是将该仪表的最大满度相对误差去掉±号和%号后取接近的标准系列值

例2-1．某台测温仪表的测量范围为-100~700℃，校验该仪表时测得全量程内的最大绝对误差为+5℃，要求确定该仪表的精度等级

解：?FSm??5?100%??0.625%； 因为0.5?0.625?1.0；

700?(?100)校验仪表时取偏大值，即该仪表的精度等级为1.0级。

例2-2．选择一台测量压力的仪表，测压范围为0~8MPa，根据工艺要求，测压示值的误差不允许超过±0.05MPa，要求确定满足工艺要求的仪表的精度等级

解：?FSm??0.05?100%??0.625%； 因为0.5?0.625?1.0； 8选择仪表时取偏小值，即该仪表的精度等级为0.5级。

灵敏度：表示指针（模拟量显示）式测量仪表对被测参数变化的敏感程度，常以仪表输出变化量（如指示装置的直线位移或角位移）与引起此输出变化量（位移）的被测参数变化量之比表示

S??Y?X灵敏限：表示指针式仪表在量程起点处，能引起仪表指针动作的最小被测参数变化值 对于数字式仪表，则用分辨率和分辨力表示灵敏度和灵敏限 分辨力：是指仪表能够显示的、最小被测值。

变差：在外界条件不变的情况下，同一仪表对被测量进行往返测量时（正行程和反行程），产生的最大差值与测量范围之比称为变差。

2．1-5．——测试题（习题、补充题）

1．某一标尺为0~1000℃的温度计，出厂前校验数据如下： 标准表读数/℃ 被校验表读数/℃ 0 0 200 201 400 402 600 604 800 806 1000 1001 求：该表⑴最大绝对误差；⑵仪表的精度；⑶如果工艺要求允许最大误差为±5℃，该表是否能用？ 解： 标准表读数/℃ 被校验表读数/℃ 绝对误差 满度相对误差 ⑴最大绝对误差：+6℃ ⑵仪表的精度：1级

⑶如果工艺要求允许最大误差为±5℃，该表?max?2．一台压力表量程为0~10MPa，校验数据

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0 0 0 200 201 +1 +0.1% 400 402 +2 +0.2% 600 604 +4 +0.4% 800 806 +6 +0.6% 1000 1001 +1 +0.1% a?SFS1?1000??10℃，不能用 100100

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