过程装备控制技术及应用试题

一、选择填空

1、闭环控制系统是根据___________信号进行控制的。

A、被控量 B、偏差 C、扰动 D、给定值

2、被控对象在PI调节器作用下，当?增加时，其动态偏差____减小 _______，静态偏差___增大_______。

A、增大 B、减小 C、不变

3、被控对象干扰通道具有纯迟延?，对系统控制质量____没影响____；控制通道控制质量___有利 ____。

A 、有利 B、不利 C、没影响

4、需要知道对象的动态特性，才能进行参数整定的工程方法是___________。

A、临界比例带法 B、衰减曲线法 C、响应曲线法 D、广义频率法 5、在控制过程中手／自动切换时的最基本要求是( 无扰动 )。

(A)手／自动可相互跟踪；(B)无扰动；(C)切换时的扰动量必须在规定范围内；(D)根据当时运行工况而定。 答案：B

6、DDZ-Ⅲ型仪表采用国际标准信号，现场传输信号是(4～20mADC )，控制联络信号为1～5VDC。 (A)0～10mADC；(B)4～20mADC；(C)1～5VDC；(D)1～10VDC。 答案：B

7、浮子式流量计的安装方式为( 垂直地面安装 )。

(A)垂直地面安装；(B)与地面成45°安装；(C)与地面成水平安装；(D)以上方式都可以安装。 答案：A

8、对于PID调节器( I的作用是消除静态偏差、D的作用是减小动态偏差 )。

(A)I的作用是减小动态偏差、D的作用是消除静态偏差；(B)I的作用是消除静态偏差、D的作用是消除动态偏差；(C)I的作用是消除动态偏差、D的作用是减小静态偏差；(D)I的作用是消除静态偏差、D的作用是减小动态偏差。 答案：D

9、电动执行机构伺服放大器的输出信号是( 0～90°转角 )。

?T减小，对

(A)0～10mA；(B)4～20mA；(C)0～90°转角；(D)交流无触点开关。 答案：C

10、DCS装置本身只是一个软件、硬件的组合体，只有经过 ( 软、硬件组态 )以后才能成为真正适用于生产过程的应用控制系统。

(A)软、硬件组态；(B)程序下载；(C)程序编写；(D)程序编译。 答案：A

11、压力变送器安装在取样点上方较高位置时，其零点采用(正向迁移 )。 (A)正向迁移；(B)负向迁移；(C)不用迁移；(D)根据实际情况而定。 答案：A

12、因为( 微分动作 )对于干扰的反应是很灵敏的。因此，它常用于温度的调节，一般不能用于压力、流量、液位的调节。

(A)比例动作；(B)积分动作；(C)微分动作；(D)比例积分。 答案：C

13、调节系统中用临界比例带法整定参数的具体方法是( 先将Ti置最大，TD置最小，δP置较大 ) 。

(A)先将Ti置最大，TD置最小，δP置较大； (B)先将Ti置最小，TD置最大，δP置较大； (C)先将Ti置最小，TD置最小，δP置较小； (D)先将Ti置最小，TD置最小，δP置较大。 答案：A

14、在串级气温调节系统中，主调节器应选用( PI或PID )规律，以保证稳态时汽温等于其给定值。

(A)P；(B)PD；(C)PI；(D)PI或PID。 答案：D

15、各种DCS系统其核心结构可归纳为“三点一线”结构，其中一线指计算机网络，三点分别指( 现场控制站、操作员站、工程师站 )。

(A)现场控制站、操作员站、数据处理站；(B)现场控制站、操作员站、工程师站；(C)现场控制站、数据处理站、工程师站；(D)数据处理站、操作员站、工程师站。 答案：B

16、动态偏差是指调节过程中( 被调量与给定值 )之间的最大偏差。

(A)被调量与调节量；(B)调节量与给定值；(C)被调量与给定值；(D)以上都不是。

答案：C

17、调节对象在动态特性测试中，应用最多的一种典型输入信号是(阶跃函数 )。 (A)阶跃函数；(B)加速度函数；(C)正弦函数；(D)指数函数。 答案：A

18、霍尔压力变送器是利用霍尔效应把压力作用下的弹性元件位移信号转换成( 电动势 )信号，来反应压力的变化。

(A)电流；(B)相位；(C)电动势；(D)以上都是。 答案：C

19、在串级汽温调节系统中，副调节器可选用( P或PD )动作规律，以使内回路有较高的工作频率。

(A)P或PD；(B)PI；(C)PID；(D)以上都可以。 答案：A

20、实际应用中，调节器的参数整定方法有( 临界比例带法、响应曲线法、经验法、衰减法 )等4种。

(A)临界比例带法、响应曲线法、发散振荡法、衰减法；(B)临界比例带法、响应曲线法、经验法、衰减法；(C)响应曲线法、发散振荡法、经验法、衰减法；(D)临界比例带法、经验法、发散振荡法、衰减法。 答案：B

21、当将电动执行机构的不灵敏区调得太小时，执行机构将出现( 振荡 )。 (A)实际定位与指令不符；(B)反转；(C)振荡；(D)以上情况都可能发生。 答案：C

22、要使PID调节器为比例规律，其积分时间Ti和微分时间TD应设置为( ∞、0 )。 (A)∞、∞；(B)∞、0；(C)0、0；(D)0、∞。 答案：B

二、判断对错（正确的在括号内填“√” 错误的在括号内填“×”）。 1、调节就是抵消扰动的影响，使调节变量恢复到给定值。( × ) 答案：×

2、热工温度自动控制系统内测温传感器主要使用热电偶和热电阻。( √ )

答案：√

3、闭环调节系统一定是反馈调节系统。( √ ) 答案：√

4、热电偶的补偿导线有分度号和极性之分。( √ ) 答案：√

5、把输出量的全部或部分送到输入端称为前馈。(× ) 答案：×

6、按被控量与给定值偏差进行控制的控制方式，称为反馈控制。( √ ) 答案：√

7、自动调节系统环节之间有三种基本的连接方式：串联、并联和反馈。( √ ) 答案：√

8、对于定值调节系统，其稳定过程的质量指标一般是以静态偏差来衡量的。(√ ) 答案：√

9、有调节设备和调节对象相互作用所形成的闭合负反馈回路称为自动调节系统。( √ ) 答案：√

10、给水自动调节系统中给水阀的开度是调节变量。( × ) 答案：×

11、比例调节器调节结果若有差，这是由于调节器出了问题。(× ) 答案：×

12、调节阀按操作能源的不同可分为电动、气动二大类。 ( × ) 答案：×

13、对于一个自动调节系统，调整时间越长，意味着系统越稳定。( × ) 答案：×

14、在比例作用基础上增加积分作用时，比例带要比纯比例调节时大。( √ ) 答案：√

调节过程的准确性用过渡过程时间来衡量。( × ) 答案：×

为了防止干扰，信号电缆和电源电缆不得平行敷设。 ( √ ) 答案：√

15、流量测量主要有容积式和速度式两种方法。( √ ) 答案：√

16、调节器的积分时间长时，积分作用强，消除静态偏差需要经过的时间较短。( × ) 答案：×

17、具有深度负反馈的调节系统，其输出量和输入量之间的关系仅由反馈环节的特性所决定，而与正向环节的特性无关。( √ ) 答案：√

18、调节系统稳定后，微分作用最强。( × ) 答案：×

19、在回路调节系统中，电动执行机构可以近似看成是积分环节。( × ) 答案：×

20、在弹性式压力计中，弹性测压元件把压力(或差压)转化为弹性元件变形位移进行测量。( √ ) 答案：√

21、调节过程结束后，被控量的实际值与给定值之间的偏差称为动态偏差。( × ) 答案：×

22、积分调节过程容易发生振荡的根本原因是积分调节作用产生过调。积分Ti愈小，积分作用愈强，愈容易产生振荡。(√ ) 答案：√

23、调节器的微分作用，可以有效减少调节过程中被调量的偏差。( √ ) 答案：√

24、单纯按微分规律动作的调节器是不能独立工作的。( √ ) 答案：√

25、对于定值调节系统，其稳态过程的质量指标一般是以静态偏差来衡量。( √ ) 答案：√

26、标准喷嘴可用法兰取压。( × ) 答案：×

27、为保证调节系统手自动切换是无扰的，在手动时调节器应进行自动跟踪。(√ ) 答案：√

28、对象时间常数T越大，说明对象的惯性越小。( × ) 答案：×

29、DCS系统的发展趋势是现场总线技术。( √ ) 答案：√

30、一般自动系统中的电气式压力变送器可以看成比例积分环节。( × ) 答案：×

31、实际PI调节器放大器的开环增益为有限值，输出不可能无限增加，积分作用呈饱和状态，调节系统存在静态偏差。( √ ) 答案：√

三、对象的时间常数T指的是什么?

答案：对象的时间常数T，是表示扰动后被测量完成其变化过程所需时间的一个重要参数，即表示对象惯性的一个参数。T越大，表明对象的惯性越大。

四、比例控制作用有和特点?

答案：比例作用的优点是动作快。它的输出无迟延地反映输入的变化，是最基本的控制作用。缺点是调节结束后被控量有静态偏差。

五、画出下图的控制方框图，并推算静态前馈补偿算式。 答案：

Y(s)?Gf(S)?Gff(s)Gp(s)F(s) Gf(s),GP(s) 分别为干扰通道和控制通道的传递函数

Gff(s) 为前馈补偿器的传递函数

要实现全补偿时，则必须Y（s）=0，同时F(s) ≠0

Gff(s)??Gf(s)Gp(s)

Gff(0)??静态前馈补偿器算式：

Gf(0)Gp(0)

六、什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性？系统设计时应如何选择控制阀的流量特性？

答：假设阀前后压差是固定的，即△P为常数，这时得到的流量特性关系，称为理想流量特性，理想流量特性是控制阀固有的特性。当△P不等于常数时，控制阀的流量特性称为工作流量特性。

流量特性的选择：根据对象特性选择控制阀的流量特性；根据s值选择控制阀的流量特性；从控制阀正常工作时阀们开度考虑：当控制阀经常工作在小开度时宜选用等百分比流量特性，当流过控制阀的介质中含有固体悬浮物等，宜选用直线流量特性。

七、在选择性控制系统中，如何确定选择器的基本类型？

答：1）从安全角度考虑，确定控制阀的气开和气关类型； 2）确定正常工况和取代工况时的对象特性，即放大倍数的正、负； 3）确定正常控制器和取代控制器的正、反作用；

4）根据取代控制器的输出信号类型，确定选择器是高选器还是低选器； 5）当选择高选器时，应考虑事故时的保护措施。

八、试分辨（a）、（b）两过渡曲线哪一个的比例度大、那一个的比例度小？

y y （a）

t

t （b）

分析：（a）振荡剧烈、频率高、衰减比小、系统稳定性差，说明其比例度小，因为比例度小，控制作用强，在同样的偏差情况下，容易产生超调，使系统的稳定性下降。

（b）曲线的余差大，说明其比例度大。原因是比例度大，当负荷变化后，要产生同样的控制作用，所需的偏差要大，所以比例度越大，所产生的余差也越大。 九、管式加热炉出口温度串级控制系统。

1）指出该系统中主、副对象、主、副变量、操纵变量、主、副扰动变量、主、副调节器各是什么？ 2）画出该控制系统的方块图，并确定各个环节的正反作用方向； 3）当燃料油负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。

解：1）

主对象：加热炉内加热管的管壁； 副对象：加热炉的炉膛 主变量：原料的出口温度T1； 副变量：炉膛内的温度T2； 操纵变量：燃料的流量；

主扰动量f1：被加热原料的进口的温度、压力、流量

副扰动量f2：燃料油的压力、温度；雾化燃料油用的过热蒸汽的压力、流量；燃烧器的配风、炉膛的漏风以及环境温度等。

2）加热炉出口温度串级控制系统的方块图

3）当燃料油负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。在稳定工况下，原料油出口温度和炉膛温度处于相对稳定状态，控制燃料油的阀门保持在一定的开度。当燃料油负荷突然增加，这个干扰会使炉膛的温度T2升高，原料油出口温度T1也会随之提高，此时温度检测变送器TT1将信号送给主控制器TC1， e1增大，主控制器输出u1减小，即副控制器的给定值减小，副控制器的输入偏差e2增大，副控制器的输出信号u2减小，控制阀开度减小，即操纵变量燃料油m减小，炉膛温度T2下降，从而炉管内原料油出口温度T1也会随之下降。

十、在石油化工生产中，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。下图是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）℃。 1、画出该控制系统的方块图

2、指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是是么？

3、如果乙烯裂解气的温度不允许过高，否则冷却后的气体会包含过多的的水分，对后续压缩机造成有害影响，试确定控制阀的气开、气关形式； 4、确定控制器的正反作用方式；

5、当液态丙烯的负荷突然增加，是分析该系统是如何实现自动控制的？ 解：该控制系统的方框图如下：

该系统中的：

被控对象是：丙烯冷却器

被控变量是：乙烯裂解气的出口温度 操作变量是：液态丙烯流量

扰动变量时：液态丙烯温度、压力；乙烯裂解气的流量、温度、压力等。 从不影响后续压缩机的角度考虑，应该选用“气关阀”，即有气压信号时阀关、无气压信号时阀开的气动执行器，为负作用，当气源中断时，液态丙烯能继续供应，否则会导致乙烯裂解气的出口温度过高。

为构成负反馈控制，控制器应为负作用。

当液态丙烯的负荷突然增加时，乙烯裂解气的出口温度下降，偏差e=Tm-Ts减少，u增大，m减少，即气态丙烯阀门开度关小，从而使乙烯裂解气的出口温度升高。

十一、为什么工业生产中很少采用纯积分作用调节器?

答案：积分作用的特点是，只要有偏差，输出就会随时间不断增加，执行器就会不停地动作，直到消除偏差，因而积分作用能消除静差。

单纯的积分作用容易造成调节动作过头而使调节过程反复振荡，甚至发散，因此工业生产中很少采用纯积分作用调节器，只有在调节对象动态特性较好的情况下，才有可能采用纯积分调节器。

十二、需校验一两线制变送器，请将下列设备用导线连接起来，并说出电阻的作用。

答：电阻起到限流的作用 接线如图所示。

十三、假设具有直线流量特性的调节阀，其可调比R=∞，当行程在10%、50%、80%时，若位移的变化量都为10%，计算各自的流量变化的相对值，并分析直线流量特性的调节阀的特点。

解：直线流量特性：控制阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位位移引起的流量变化是常数。

表示为： Q d()Q max?kk?控制阀的放大系数l

d()L

根据直线流量特性及可调比R=∞，可推得：

行程在10%时，位移的变化量为10%，流量变化的相对值为：

20?10?100%?100

行程在50%时，位移的变化量为10%，流量变化的相对值为：

60?50?100%?20P

行程在80%时，位移的变化量为10%，流量变化的相对值为：

90?80?100%?12.5?

由以上计算可见，虽然相同的阀杆行程引起的流量变化绝对值相同，但引起的流量变化的相

对值不同。在流量小时，流量变化的相对值大；在流量大时，流量变化的相对值小。也即当阀门小开度时调节作用太强，大开度时调节作用弱。但从控制系统讲，当系统处于小负荷时，要克服外界干扰的影响，希望阀动作所引起的流量变化量不要太大，以免调节作用太强产生超调甚至发生振荡；当系统处于大负荷时，要克服外界干扰的影响，希望阀动作所引起的流量变化量要大一些，以免调节作用微弱而使调节不够灵敏。因此直线流量特性不宜用于负荷变化较大的场合。

十四、简述气动仪表的优缺点。

答案：气动仪表的优点是：工作可靠、防火防爆、价格较低、便于维护、抗外界干扰能力强等。 缺点是：传递速度慢，传送距离短，起源装置复杂，与工业控制机的联系不方便等。

十五、已知扩散硅压力变送器输出电流为4～20mA，原测量范围0～1MPa改为测量范围为1～2.5MPa后，则原来0.6MPa压力的电流表工作点对应于改测量范围后的被测压力是多少兆帕斯卡? 解：因为输出电流与被测压力成正比，设0.6MPa时电流为Ix 则(0.6－0)／(1－0)＝(Ix－4)／(20－4)得

Ix＝13.6mA

量程改动后，设13.6mA对应被测压力为Px，则

(Px－１)／(2.5－1)＝(13.6－4)／(20－4) 得Px＝1.9Mpa

即原来0.6MPa压力的电流表工作点对应于改测量范围后的被测压力是1.9MPa。

十六、试述气动阀门定位器有哪些作用?

答案：气动阀门定位器接受调节器的输出信号，并将信号放大后去控制气动执行器；同时它又接受阀杆位移量的负反馈作用。所以说，定位器和执行器组成了一个闭环回路，使执行器的性能大为改善。

其主要作用如下：

(1)消除执行器薄膜和弹簧的不稳定性及各可动部分的干摩擦影响，提高了调节阀的精确度和可靠性，实现准确定位。

(2)增大执行器的输出功率，减小调节信号的传递滞后，加快阀杆移动速度。 (3)改变调节阀的流量特性。

十七试述比例、积分、微分三种调节规律的作用各是什么? 其调整原则是什么?

答案：比例调节规律的作用是，偏差一出现就能及时调节，但调节作用同偏差量是成比例的，调节终了会产生静态偏差(简称静差)。

积分调节规律的作用是，只要有偏差，就有调节作用，直到偏差为零，因此它能消除偏差。但积分作用过强，又会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡。

微分调节规律的作用是，根据偏差的变化速度进行调节，因此能提前给出较大的调节作用，大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间。但微分作用过强，又会使调节作用过强，引起系统超调和振荡。

这三种调节规律的调整原则是：就每一种调节规律而言，在满足生产要求的情况下，比例作用应强一些，积分作用应强一些，微分作用也应强一些。当同时采用这三种调节规律时，三种调节作用都应当适当减弱，且微分时间一般取积分时间的1／4～1／3。

十八、图锅炉蒸汽压力控制系统，为防止阀后压力过高造成脱火（阀后压力过高，大量燃料气就会因未燃烧导致燃料室内积存大量燃料气与空气混和物会有爆炸的危险）现象，而设计了蒸汽压力和燃料气压力的自动选择性控制系统。试画出其控制方块图并分析工作情况。

b

反作用

Po 反作用

a

正作用 正作用

分析：正常情况下：Pg＜ Po，e = Pg - Po ＜0，控制器为反作用，a为高信号，选择b。

非正常情况下：Pg＞ Po，e = Pg - Po ＞ 0，控制器为反作用，且比例度设得较小，a ＜b为低信号，选择a。

十九、分析为什么串级调节系统的调节品质比单回路调节系统好。

答案：串级调节与单回路调节相比，多了一个副调节回路。调节系统的主要干扰都包括在副调节回路中，因此，副调节回路能及时发现并消除干扰对主调节参数的影响，提高调节品质。

串级调节中，主、副调节器总的放大系数(主、副调节器放大系数的乘积)可整定得比单回路调节系统大，因此提高了系统的响应速度和抗干扰能力，也就有利于改善调节品质。

串级调节系统中，副回路中的调节对象特性变化对整个系统的影响不大，如许多系统利用流量(或差压)围绕调节阀门或挡板组成副回路，可以克服调节机构的滞后和非线性的影响。而当主调节参数操作条件变化或负荷变化时，主调节器又能自动改变副调节器的给定值，提高了系统的适应能力。

因此，串级调节的品质要比单回路调节好。 二十、什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性？系统设计时应如何选择控制阀的流量特性？

答：假设阀前后压差是固定的，即△P为常数，这时得到的流量特性关系，称为理想流量特性，理想流量特性是控制阀固有的特性。当△P不等于常数时，控制阀的流量特性称为工作流量特性。

流量特性的选择：根据对象特性选择控制阀的流量特性；根据s值选择控制阀的流量特性；从控制阀正常工作时阀们开度考虑：当控制阀经常工作在小开度时宜选用等百分比流量特性，当流过控制阀的介质中含有固体悬浮物等，宜选用直线流量特性。

二一、一块1151型差压变送器差压上限值为80kPa，流量上限值为320t／h，求变送器输出电流为13.6mA时差压是多少?相应的流量为多少?

答案：根据流量与差压的平方成正比，而差压与输出电流成正比，则

Δp／Δpm＝Io／Im

Δp＝(Io×Δpm)／Im＝(13.6－4)×80／16＝48(kPa)

Q/Qm＝Δp/Δpm（3分）

Q＝Qm×Δp/Δpm＝320×48/80＝247.9(t/h)二二、试证明：采用复合控制系统时，扰动对输出的影响要比纯前馈时小得多。

证明：纯前馈时：

Y1（s）=[WDZ（s）+WB（s）WD（s）] Z（s）= △（s）Z（s） 引入反馈：

??s???s?Z?s?Y1?WT?s?WD?s? '1z WB(s) WDZ (s) WT(s) WD(s) Y

因为：1+ WT（s）WD（s）?1

'??s?Y1（s） Y1因此：

x

二三、试述什么叫系统的过渡过程?了解过渡过程有何意义? 过渡过程与被调参数记录曲线是否相同?

答案：自动调节系统受到干扰(内扰、外扰和给定值扰动)作用后，在调节器的控制下，被调参数随时间变化的过程称为系统的过渡过程(或调节过程)。

了解调节系统的过渡过程，可以知道调节器在不同参数下的调节效果，对设计、研究、整定和改进调节系统都具有重要意义。

过渡过程是调节器在阶跃扰动下被调参数的变化曲线，是短期的记录曲线，也是一种典型的曲线。而一般的被调参数记录曲线是一种长期记录曲线，可能没有扰动，也可能是各种形式扰动(脉冲、阶跃、周期性干扰等)作用的结果，或几种扰动叠加的结果，不具有典型性，但可以供分析、整定调节系统时参考。

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