过控试题

一、填空题：

1、简单控制系统由（控制器）、（执行机构）、（被控对象）和（检测变送仪表）四个环节组成。

2、对象数学模型是指对象的（输入输出）特性，是对象在各输入量（控制量和检测变送量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。 3、获取对象数学模型的方法参方法有：（机理法）和（测试法）。

4、气动执行器由（调节）机构和（执行）机构两部分组成，常用的辅助装置有（阀门）定位器和手轮机构。

5、流通能力Ｃ的定义是：调节阀全开，阀前后压差为（0.1Mp），流体重度为（1g/m3），每（小时）所通过的流体（系）数。

6、被调介质流过阀门的（相对）流量与阀门（相对）行程之间的关系称为调节阀的流量特性；若阀前后压差保持不变时，上述关系称为（理想流量）特性，实际使用中，阀门前后的压差总是变化的，此时上述关系为（工作流量）特性。

7、动态前馈控制的设计思想是通过选择适当的（前馈）控制器，使干扰信号经过（前馈）控制器致被控量通道的动态特性完全复制对象（干扰）通道的动态特性，并使它们符号（相反）（正、反），从而实现对干扰信号进行完全补偿的目标。

8、自动调节系统常用参数整定方法（动态特性参数法），（稳定边界法），（衰减曲线法） ，（经验法）。 9、调节系统中调节器正、反作用的确定依据是：（保证控制系统成为负反馈）。 4、模糊控制器的设计（不依赖）被控对象的精确数学模型。 二、单项选择题：

1、调节系统的稳定性是对调节系统最基本的要求，稳定调节过程的衰减率ζ应是（C.0<ζ<1）。

2、线性调节系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于（Ｃ．干扰作用的形式、强弱和系统本身的结构、参数。）

3、单纯的前馈调节是一种能对（C．干扰量的变化）进行补偿的调节系统。 4、均匀控制系统的任务是（A．使前后设备在物料供求上相互均匀、协调。） 5、定值调节系统是 环调节，前馈系统是 环调节。（B．闭，开） 6、在选择性调节系统中防积分饱和一般采用（B．外反馈法）方法。

7、设置分程调节系统的目的是（C．为了满足工艺的特殊要求，扩大可调比）

8、若控制系统在纯比例作用下已整定好参数，加入积分作用后，为保证原稳定度，应将比例度（Ａ．增

大）

9、成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（Ｄ．PID）。 10、流量、压力调节系统的调节规律，通常选用（Ｂ．PＩ）。

11、要消除系统的稳态误差，调节系统的调节规律，通常选用（Ｂ．PＩ）。

12、通常可以用时间常数T和放大系数K来表示一阶对象的特性。现有甲乙两个液体贮罐对象，已知甲的

截面积大于乙的截面积，假定流入和流出侧的阀门、管道尺寸及配管均相同，那么时间常数T（A．甲大于乙）。

13、请判定图所示温度调节系统中，调节阀和调节器的作用型式。

当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时；（ ）

蒸汽TCTT物料换热器出口温度冷凝水

Ａ．气关阀，正作用调节器； Ｂ．气开阀，反作用调节器； Ｃ．气开阀，正作用调节器； Ｄ．气关阀，反作用调节器.

14、同上题图，当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时；（ ）

Ａ．气关阀，正作用调节器； Ｂ．气开阀，反作用调节器； Ｃ．气开阀，正作用调节器； Ｄ．气关阀，反作用调节器.

15、定值系统的传递函数反映了以给定量为输入，以被控量为输出的动态关系，它（Ａ．与系统本身的结构参数、扰动量的形式及大小均有关。） 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．克服调节对象的惯性滞后（时间常数T））

13、调节系统中调节器正、反作用的确定是根据（B．实现闭环回路的负反馈） 14、均匀调节系统调节器参数应为（B．比例度在100%～200％之间）。

15、定值系统的传递函数反映了以给定量为输入，以被控量为输出的动态关系，它（Ａ．与系统本身的结构参数、扰动量的形式及大小均有关。）

三、问答题：

1、被控参数的选择原则有哪些？

答：如可能，应尽量选择质量指标参数作为被控参数，当不能选择质量指标作为被控参数时，应选择一个与产品质量指标有单位对应关系的间接参数作为被控变量。

2、分程控制有哪些用途？如何解决两个分程信号衔接处流量我的折点现象？

答：用于满足工艺的特殊要求，扩大可调比；解决：1.如果选择直线阀，则应使两个调节阀的流通能力相近。2.部分分程信号重叠的方法。3.采用两个对数法并联分程。 3、与单回路控制相比，串级控制系统具有哪些特点？

答：1.减小了被控对象的时间常数，缩短了控制通道，使控制作用更加及时。2.提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性提高了。3.对于二次干扰有很强的客服能力，对克服一次干扰也有一定的提高。4.对负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。 4、什么是比值控制系统？它有哪几种类型？画出它们的结构原理图。

答：比值控制系统：用来实现两个或者两个以上物料保持一定比例关系的控制系统。 四种类型：开环比值控制，单闭环比值，双闭环比值，变比值。 画图

Pic1开环比值控制

Pic2单闭环比值

Pic3双闭环比值

主流量 设定值 - FM 主控制器 主控制阀 主流量对象 主流量 主测量变送 KFM K 副流量 设定值 Pic4变比值

副控制器 - FS 副控制阀 副流量对象 副流量 副测量变送 主控制器 比值控制器 执行器 测量变送 副流量对象 - - FS 除法器 FM 主对象 (变换炉) 测量变送 主、测量变送 1、构成一个自动调节对象应具备哪三个条件？ 答：

2、什么是分程控制系统？适用于哪些场合？

答：一台控制器的输出信号去操纵两个或者两个以上的控制阀工作，而且每个控制阀上的操作信号只是控制器输出信号的某一段。

场合：用于扩大控制阀的可调比；满目工艺操作上的特殊要求。 3、什么是串级控制系统? 试画出其典型方框图。

答：两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量有更好的控制效果。 典型方框图：P106

4、APC的含义是什么？它主要包括哪些控制系统？ 答：自适应控制系统。？？？

四、综合分析题

22

1、（本小题10分）某水槽液位控制系统如题图所示。已知：F=1000cm，R=0.03s/cm,调节阀为气关式，

其静态增益|Kν|=28cm/S·Ma，液位变送器静态增益Km=1mA/cm。要求：

3

（1）画出该系统的传递方框图；

（2）调节器为比例调节器，其比例带δ=40%，试分别求出扰动ΔQd=56cm/s以及定值扰动Δr=0.5mA时，

被调量h的残差。

（3）若δ改为120%，其他条件不变，h的残差又是多少？比较（1）、（2）的计算结果，总结δ值对系统

残差的影响。

（4）液位调节器改为PI调节器后，h的残差又是多少？

3

答：作业题原题

2、（本小题10分）如图所示的反应釜进行的是放热反应，而釜内温度过高会发生事故，因此采用夹套通冷却水来进行冷却，以带走反应过程中所产生的热量。由于工艺对该反应过程温度控制精度要求很高，单回路控制满足不了要求，需用串级控制。

（1）当冷却水压力波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。 （2）当冷却水入口温度波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。

（3）对上述两种不同控制方案选择控制阀的气开、闭形式及主、副控制器的正、反作用。

答：（1）

（2）

（3）选择气闭，上述两种情况均为主控制器反作用，副控制器正作用。 3、（本小题11分）某前馈-串级控制系统如图所示。已知：

GC1(S)?GC2(S)?9;GV(S)?2;Gm1(s)?Gm2(s)?1;G01(s)?3;2s?1G02(s)?30.5;Gf(s)?;

2s?12s?1要求：（1）绘出该系统方框图。（2）计算前馈控制器的数学模型。3）假定控制阀为气开式，试确定各控

制器的正/反作用。

答：（1）

D(s)Gf(s)R(s)Gc1(s)Gc2(s)Gp2(s)Gp1(s)Gd(s)Y(s)H(s)

(2)

Y(s)?D(s)1?Gc2(s)Gp2(s)Gd(s)?=0

Gc2(s)Gp2(s)Gc2(s)Gp2(s)H(s)Gc1(s)Gp1(s)1?H(s)Gc1(s)Gp1(s)1?1?Gc2(s)Gp2(s)1?Gc2(s)Gp2(s)Gff(s)Gc2(s)Gp2(s)Gp1(s)求的，Gff（s）=？？？

（3）主为正作用，副为反作用。 3、（本题9分）有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似. 请问如何区分它们? 试分析图3所示的两个系统各属于什么系统? 说明其理由.

答：串级控制系统的副控制回路在主控制回路中间串联，而前馈-反馈控制系统是虽然有负反馈，但不是串进主回路的。前馈-反馈控制系统的前馈是对输入通道的扰动进行直接克服，而不是产生影响之后才进行克服。

a是前馈-反馈，b是串级。

理由:因为a图中有直接对原料油的控制回路，可以提前消除原料油的扰动，所以是前馈。b图是串级控制系统。

1、有一台PI调节器，δ=100%，Ti=1分，若将P改为200%时：（1）调节系统稳定程度提高还是降低？为什么？（2）动差增大还是减小？为什么？（3）静差能不能消除？为什么？（4）调节时间加长还是缩短？为什么？

答案：∵ΔU=Kp*e+Kp/Ti∫edt

其中：ΔU—输出变化量，e—输入变化量，Kp—比例常数，Kp=1/δ ;

当δ从100%变为200%、Ti不变时，偏差e不变，输出信号ΔU变小。所以： （1）稳定程度提高（因为δ增大后，ΔU变小，不易振荡）。

（2）动差增大（由于ΔU变小后，调节幅度小即调节作用弱，造成动差增大）。 （3）静差会消除（因有积分作用存在）。

（4）调节时间加长（因Kp是调节器的放大系数，当比例度P增大即Kp减小时，调节器灵敏度降低，则克服动、静差的时间加长）。

2. 一般常规调节系统在负荷变动或变动较大时，为什么调节质量会变坏？如何解决？

答案：一般常规调节系统中的调节参数只能人工调节，在工艺正常运行是调整好的PID参数，只能保证在这种状态下的调节质量，而调节对象特性都为非线性的，在负荷工况变动较大时，对象特性将发生变化，因此原来的调节器参数就不再适应，这时要根据具体情况重新整定调节器参数才有可能使调节质量变好。

3、炉出口温度调节，当适当引入微分作用后，有人说比例度可以比无微分时小些，积分时间也可短些，对吗？为什么？

答案：这样说是对的。因为微分作用是超前的调节作用，其实质是阻止被调参数的变化，提高系统的稳定性，适当的减小比例度和积分时间有利于提高系统的质量。

第六章 特殊控制系统

6.4 如图控制系统为（ B ）

A．单闭环控制系统 B．单闭环比值控制系统 C．开环比值系统、 D、均匀控制系统 TC×RFRVspRVFC蒸汽T2spT2凝液

工艺介质

6.5 如图控制系统为（ C ）

A．双闭环比值控制系统 B．单闭环比值控制系统 C．变比值控制系统、 D、串级控制系统

6.7 甲的正常流量为240Kg/h，仪表量程为0-360Kg/h；乙的常用流量为120Nm3/h，仪表量程为0-240Nm3/h，设计控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。15分。 解：单比值控制流程图

：

引入开方器： FF120360K'?2?1max???0.75 F1F2max240240

无开方器： F22F1max2K'?()?()?0.5625

F1F2max

1. 引入前馈必须遵循哪些原则？P171

答：1）系统中的振动量是可测不可控的。2）系统中的振动量的变化幅值大、频率高。3）控制通道的滞后时间较大或干扰通道的时间常数较小。

前馈控制适用于什么场合？为什么它常与反馈控制构成前馈－反馈控制系统？对于扰动通道传递函数，控制通道传递函数的前馈－反馈控制系统，求前馈控制器Gff(s)。

答：1.前馈控制是按扰动而进行的控制，因此，前馈控制常用于以下场合：一是扰动必须可没，否则无法实施控制;二是必须经常有比较显著和比较频繁的扰动，否则没有必要。三是存在对被控参数影响较大且不易直接控制的扰动。

2.前馈控制是一种补偿控制。一般来讲，前馈控制无法全部补偿扰动对被控量的影响。因此，单纯的前馈控制系统在应用中具有一定的局限性。为克服这一弊端，前馈控制常与反馈控制联用，构成前馈－反馈控制系统。对最主要的、显著的、频繁的无法直接控制的扰动，由前馈来进行补偿控制;对无法完全补偿的扰动影响，由反馈控制根据被控制量所产生的偏差的大小来进行控制。 3.系统原理图如图所示。

1. 如图示加热炉，采用控制燃料气流量来保证加热炉出口温度恒定。20分。

1.若进料量是主要扰动且不可控制时，设计合理的控制方案，并作简要说明。

2.当燃料气阀前压力是是主要扰动且不可控时，设计合理的控制方案，并作简要说明。

答：当总进料量是主要扰动时，控制方案如图所示。该方案为前馈－反馈控制系统方案。如果负荷是主要扰动，我们将总进料量测出，将流量信号送到前馈补偿装置，其输出与温度控制器的输出相迭加，作为总

的控制作用。这时，当进料量发生变化后，不需要等到出现偏差，燃料量就会及时作相应的调整，结果使控制过程中的温度偏差大为减小。

当燃料压力是主扰动时，控制方案如图年示。该方案为被加热物料出口温度对燃料气流量的串级控制系统方案。当燃料气压力发生变化是，利用副环的作用，可以迅速地对扰动作出反应，调整燃料阀的开度，调整较为及时。但是这只是一个粗略的调整，扰动对温度的影响还需通过主环作进一步的细调，使被控的主变量――被加热物料出口温度保持在期望值。

1．（5分）自动控制系统的基本组成有哪几部分？什么是调节对象（被控对象）、给定值、偏差？

答：组成：调节器、变送器、被控对象、执行机构 调节对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 给定值：被控变量的设定值。 偏差：测量值与给定值的差。

2.（5分）衡量自动控制系统的工作品质的性能指标有哪些？ 答：衰减比、超调量、余差、调节时间、振荡频率、最大动态误差

3．（5分）有人认为，气动执行器的气开、气关就是正作用、反作用。这种理解对吗？为什么？如何选用气动调节阀的气开、气关？

答：不对。执行机构的正、反作用＋阀芯的正装反装――调节阀的气开、气关。 选用调节阀的气开气关，要根据工艺情况，从安全角度考虑，保证产品质量。 4．（5分）在下述情况下应选用何种作用方式的气动调节阀？（气开、气关） （1）加热炉的进料系统，应选（气关）?

（2）加热炉的燃料油（气）系统，应选（气开）? （3）油水分离器的排水阀，应选（气开）？

（4）容器的压力调节，若用排出料来调节，应选用（气关）？；若用进入料来调节，应选（气开）？

（5）精馏塔的回流线，应选（气关）?；流出线，应选（气开）？ 5. （5分）下述情况，应选用何种气动调节阀？（气开、气关） （1） 加热器中加热用蒸汽调节阀，可选用（气开）？ （2） 换热器中冷却水调节阀，应选用（气关）？ （3）调节介质为易结晶物料，应选用（气关）？ 6.（5分）填空：

（1）被调介质流过阀门的相对流量（Q/Q100）与阀门相对行程（开度）（L/L100）之间的关系称为调节阀的 流量特性。

（2）阀前后压差保持不变时，上述关系成为理想流量特性。

（3）实际使用中，阀前后压差总是变化的，此时上述关系成为 工作流量特性。 （4）理想流量特性取决于阀的结构特性－阀芯曲面的形状。 （5）工作流量特性取决于 阀芯的形状与配管状况 。 7.（5分）阀门定位器的作用有哪些？

①使阀的开度处于精确位置，消除非线性。 ②定位功能－改变阀的流量特性。 ③改变气压作用范围（分程控制）。 ④改善气动阀的动态特性。 8. （10分）已知图示液位调节系统：

（1） 试画出该调节系统的组成方框图；

（2） 简述当出水量Q出突然增大时，其调节作用过程。

H0 + —

杠杆 进水阀 水槽 h 当进水量Q出 h 浮球 浮球下移 进水阀开大 Q进 有差 平衡 Q出＝ Q进时 h

9．（20分）指出下列各控制方案的合理与否，简要说明理由。

1、不合理。离心泵不能在吸入口安装阀门，否则当阀门关小时极易产生气蚀现象－抽空 2、合理。因为有旁路阀门和泵出口压力调节系统使往复泵可以在其出口直接节流。

3、不合理。压力检测点不对，为保证阀前燃油压力稳定会使燃油量变化较大，无法使炉温稳定，应将测压点移到阀后，测烧咀的背压。

4、合理。根据被冷却介质（出口）温度调节氨冷器氨气化侧的蒸发压力，而蒸发压力又对应一定的蒸发温度，所以调节氨气排出量实际上调整了氨冷器内氨蒸发侧的温度，使传热温差得到调整，即可达到调节出口温度的目的。

5、不合理。塔釜为恒定加热量，当受某种扰动使釜温上升时，气开阀开度将开大，放出一部分重组分的物料，塔釜物料的减少，使塔内温度上升更快，从而构成一个正反馈系统，不能正常工作，降温也如此。KvKpKc++-?0

6、不合理。汽液混合进料不能采用这种温度控制，因为改变加热蒸汽量时，进料的温度并不变化，只是汽液比发生了变化，应改为燃烧控制。控制进塔物料的热量。

10.（15分）下列图中，调节器应该选用正作用方式，还是反作用方式？为什么？

a.正作用。

Kv?Kp?Kc??0?Kc?Kv?Kp?Kc??0,?Kc?b.正作用。

c. 反作用

Kv?Kp?Kc?0?Kc?Kv?Kp?Kc?0?Kc?

d. 正作用

e. 反作用

Kv?Kp?Kc?0?Kc?11．（5分）选择正确答案，并简述理由。

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

a. 克服调节对象的惯性滞后（时间常数T）、容量滞后和纯滞后；

b. c.

克服调节对象的纯滞后?0

克服调节对象的惯性滞后（时间常数）、容量滞后

答：C正确。因为微分作用不能克服调节对象的纯滞后?c，在?0 内，被调参数的变化速度为零。

12．（10分）填空：

试验测得气动调节器的阶跃响应曲线如图

(Kgf/cm2)给定 示。

（1）试指出该调节器具有（PI）调节作用，并指出该调节器为（反）作用调节器； （2）试求调节参数比例度为（200%）、积分时间为（2分钟）、微分时间（0分钟）。

0.8 0.7 0.6 0.8 0.7

0.65 0.6

0 (Kgf/cm)输出 2t(min) 3 6 t(min) 13．（ 5分）下面三组纪录曲线分别是由于比例度太小、积分时间太短、微分时

间太长引起，你能鉴别吗？ 答：

(a)

测量 a.积分时间太长 b.比例度太小 c.微分时间太长

给定 (b) 给定 (c)

测量 测量 过程控制系统与仪表复习题

一、判断题：

给定

1. 过程控制系统中，需要控制的工艺设备(塔、容器、贮糟等)、机器称为被控对象。（√） 2. 扰动量是作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。（×）

答案：扰动量是除操纵变量外作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。 3. 由调节器输出至被调参数间的所有环节称为干扰通道。 （×） 答案：由调节器输出至被调参数间的所有环节称为调节通道。 4. 过程控制系统的偏差是指设定值与测量值之差。（√）

5. 由控制阀操纵，能使被控变量恢复到设定值的物料量或能量即为操纵变量。（√） 6. 按控制系统的输出信号是否反馈到系统的输入端可分为开环系统和闭环系统。（√）

7. 在闭环控制系统中，按照设定值的情况不同，可分为定值控制系统、前馈控制系统、程序控制系统。 （×）

答案：在闭环控制系统中，按照设定值的情况不同，可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

8. 在一个定值控制系统中，被控变量不随时间变化的平衡状态，也即被控变量变化率等于零的状态，称为系统的动态。 （×）

答案：在一个定值控制系统中，被控变量不随时间变化的平衡状态，也即被控变量变化率等于零的状态，称为系统的静态，静态是一种相对静止状态。

9. 对一个系统总是希望能够做到余差小，最大偏差小，调节时间短，回复快。（√） 10. 时间常数越小，被控变量的变化越慢，达到新的稳态值所需的时间也越长。（×）

答案：时间常数越大，被控变量的变化越慢，达到新的稳态值所需的时间也越长。

11. 时间常数指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新稳态值的 63.2 %所需要的时间。 （√） 12. 对干扰通道时间常数越小越好，这样干扰的影响和缓，控制就容易。（×）

答案：时间常数越大越好，这样干扰的影响和缓，控制就容易。 13. 放大倍数K 取决于稳态下的数值，是反映静态特性的参数。（√）

14. 对于控制通道来说希望τ越大越好，而对扰动通道来说希望τ适度小点好。（×）

答案：控制通道τ越小越好，而对扰动通道来说希望τ适度大点好

15. 对象特性放大系数Κm是动特性，时间常数Tm和滞后时间τm是测量元件和变送器的静态特性。 （×） 答案： 对象特性放大系数Κm是静特性， 时间常数Tm和滞后时间τm是测量元件和变送器的动特性。 16. 对纯滞后大的调节对象，为克服其影响，可引入微分调节作用来克服。（×）

答案：微分作用能起到超前调节的作用，但不能克服纯滞后。

17. 当调节过程不稳定时，可增大积分时间或加大比例度，使其稳定。（√） 18. 比例调节过程的余差与调节器的比例度成正比，比例度越大则余差越大。（√）

19. 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 δK 和临界周期 TK，然后根据经验总结出来的关系，求

出调节器各参数值。 （√）

20. 采用 PID 调节器的条件是对象纯滞后较大。（×）

答案：采用 PID 调节器的条件是对象纯滞后不能太大，否则应考虑采用其他控制方法。 21. 当生产不允许被调参数波动时，选用衰减振荡形式过渡过程为宜。（×）

答案：当生产不允许被调参数波动时，选用非周期衰减过程为宜。 22. 时间常数越小，对象受干扰后达到稳定值所需时间越短。 （√） 23. 化工过程中，通常温度控制对象时间常数和滞后时间都较短。 （×）

答案：化工过程中，通常温度控制对象时间常数和滞后时间都较大。应合理选择检测点。

24. 自动调节系统干扰通道放大倍数越大，则超调量越大；调节通道放大倍数越大，则超调量越小。 （√） 25. 对象特性时间常数越长，则过程反应越快，易引起较长的过渡时间。（×）

答案：对象特性时间常数越长，则过程反应越慢，易引起较长的过渡时间。

26. 纯滞后时间长，将使系统超调量增加，干扰通道中纯滞后对调节品质没有影响。（√）

27. 测量滞后一般由测量元件特性引起，克服测量滞后的办法是在调节规律中增加积分环节。 （×）

答案：微分作用能起到超前调节的作用，因此能克服纯滞后；积分作用能克服余差。 28. 目前国内生产调节阀主要有有线性、等百分比、快开 3 种流量特性。（√）

29. 积分作用可以消除余差，但要求用在对象时间常数较小，系统负荷变化较小的控制过程中。 （√） 30. 串级调节系统可以用于改善纯滞后时间较长的对象，有超前作用。（√）

31. 串级调节系统可以用于非线性对象，且负荷变化又较大的场合，用于改善对象特性。（√） 32. 串级调节系统要求对主参数和副参数均应保证实现无差控制。（×）

答案：串级调节系统一般对主参数有控制精度要求，副回路则以“先调”、“快调”、 “粗调”的形式起到克服干扰作用，提高串级调节系统的克服干扰能力，所以副参数不能保证无差控制。

33. 凡是有两个以上的调节器相互连接，该调节系统就是串级调节系统。（×）

答案：许多控制系统都是由两个以上的调节器相互连接，只有结构上有两个闭合回路；主副调节器串联，主调节器的输出作为副调节器的给定；副调节器的输出操纵调节阀动作，实现主调节器的定值控制的控制系统才是串级控制。 34. 前馈控制是按照干扰作用的大小进行控制的，如控制作用恰到好处，一般比反馈控制要及时。（√） 35. 前馈控制是根据被调参数和预定值之差进行的控制。（×）

答案：前馈控制是按干扰量大小进行控制的。

36. 比值系统中，两个需配比的流量中选择主受控变量是任意的。（×）

答案：两个需配比的流量中，一般以生产中的主要物料量为主变量。 37. 串级控制系统中主调节器以“先调”、“快调”、“粗调”克服干扰。（×）

答案：串级控制系统中主调节器以“慢调”、“细调”作用，使主参数稳定在设定值上，副调节器则以“先调”、“快调”、“粗调”克服干扰。

38. 串级控制系统起主导作用的参数是主参数，稳定主导参数的辅助参数叫副参数。（√） 39. 工业控制中，经常采用单纯的前馈控制。（×）

答案：工业控制中一般不采用单纯的前馈控制，经常采用前馈反馈控制系统，前馈控制只是对大的干扰进行超前控制。 40.采用前馈-反馈控制系统的优点是利用了前馈调节的及时性和反馈调节的静态准确性。（√） 41. 前馈控制系统是开环控制系统，不能用PID控制，它是一种特殊的控制规律。（√）

42. 串级控制系统两步整定法是主、副回路分别整定，第一步先整定副回路，第二步再整定主回路。（√） 43. 单闭环比值控制系统对主物料来说是开环的，而对从物料来说是一个随动控制系统。（√） 44. 串级控制系统对进入主回路的扰动具有较强的克服能力。（×）

答案：串级控制系统对进入副回路的扰动具有较强的克服能力。

二、填空题：

1. 自动调节系统是具有被调参数（负）反馈的（闭环）系统。它与其它系统的本质差别就在于调节系统有（负反馈）

2. 调节阀的流量特性有（ 快开 ）、（ 等百分比 ）和（ 线性 ），流量特性的选择主要是与（广义对象特性）相匹配。 3．被调介质流过阀门的相对流量( Q/Qma x)与阀门相对行程( l/L )之间的关系,称为调节阀的( 流量 )特性;若阀前后的压差保持不变时,上述关系称为( 理想 )特性;实际使用中,阀前后的压差总是变化的,此时上述关系为(工作)特性。 4．加热炉的燃料油系统应选用（ 气开 ）式调节阀；锅炉液位控制的冷水阀应采用（ 气关 ）式调节阀。 5．直通双座调节阀的不平衡力较直通单座调节阀（ 小 ）,泄漏量（ 大 ）。

6．控制系统引入积分作用是为了（消除余差）,但积分的引入会使系统（产生振荡现象）,引入微分作用是为了（ 克服容量滞后 ）。

7．某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，在加入积分作用的过程中，应（ 减小调节器的放大倍数 ）。

8．自动调节系统常用参数整定方法( 经验法 )，( 衰减曲线法)，( 临界比例度法 )，(反应曲线法 )。 9．执行器按其能源型式可分为（气动）,（电动）,（ 液动）三大类。 10．气动执行器由（ 执行机构 ）和（ 调节机构 ）两个部分组成。

11．调节器的Kc值愈大，表示调节作用（ 越强 ），Ti值愈大，表示积分作用（ 减弱 ），Td值愈大表示微分作用（增强）。 12．选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）（增大 ），干扰通道的放大倍数（增益）（ 减小 ）。 13．简单控制系统由（ 变送器）、（ 被调对象 ）、（调节器 ）和（ 执行器 ）四个环节组成。 14. 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（克服容量滞后）。 15．调节系统中调节器正、反的作用的确定是依据(实现闭环回路的负反馈)。

16．检定0~1.6kgf/cm2的标准压力表，发现其最大绝对误差为0.0056kgf/cm2.因此，该表的最大引用误差为（ 0.35% ），仪表实际的准确度等级为（ 0.5 ） 。

17.控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响 愈弱 ;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量 愈好 ;干扰通道的纯滞后对调节质量 无影响 。

18.选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益） 大于 干扰通道的放大倍数（增益）。

19．控制对象的调节通道的动态特性对过渡过程的影响是:调节通道时间常数愈大,则响应 愈慢 ,但调节通道时间常数过小,

易产生 振荡 问题;调节通道的纯滞后使过渡过程质量 变差 。

20．某调节系统采用比例积分作用调节器，在加入微分作用的后，最大偏差A 减小余差C 不变 调节时间ts 缩短 稳定性

n 提高 。

21．串级调节系统,一般情况下主回路选择PID 或PI 调节规律调节器,副回路选用 P 调节规律调节器；如果副回路采用差

压法测流量，应采用什么装置 开方器 补偿。

22．简单均匀控制系统与液位定值控制系统的区别是 ①调节目的不同；②调节器参数整定不同；③工艺过程不同。 23、定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（干扰）进行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。前馈控制一般应用于扰动（可测）和扰动（显著）与扰动（频繁）的场合。

24．控制系统引入积分作用是为了（ 消除余差 ）,但积分的引入会使系统（不稳定）,引入微分作用是为了（ 克服容量

滞后 ）。某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，在加入积分作用的过程中，应（减小放大倍数）。

25.被调介质流过阀门的相对流量(Q/Qmax)与阀门相对行程(l/L)之间的关系,称为调节阀的(流量)特性;若阀前后的压差保

持不变时,上述关系称为( 理想)特性;实际使用中,阀前后的压差总是变化的,此时上述关系为(工作)特性。调节阀的流量特性有（线性）、（等百分比）和（快开），流量特性的选择主要是与（ 广义对象）相匹配。 26、过渡过程的品质指标有 最大偏差、衰减比、余差和过渡时间 等。 27、描述被控对象特性的参数是 放大系数、时间常数和滞后时间 。 28、常用热电阻有 铂 热电阻和 铜 热电阻。

29、差压变送器可以用来测量压力、压差、液位，和 节流装置 配套使用，可以测量 流量 。 30、调节阀的理想流量特性有 直线特性、对数特性、快开特性 和抛物线特性。

31、δ表示调节器的 比例度 参数，其值越小, 比例控制 作用越 强 _。若其值太小的话，控制系统可能发生__发散

振荡___。

32、串级控制系统中，副回路具有__先调、快调、粗调__的特点，主回路起着__后调、慢调、细调__的作用，主副回路相互

配合，大大提高系统的控制质量。它的主回路是一个__定值控制系统__，而副回路则是一个__随动控制系统__。 33、集散控制系统是一种分布型控制系统，其特点是信息管理__集中化__，而控制__分散化__，其控制规律的运算是通过__

程序__实现的。 三、选择题：

1. 下列控制系统中，（ C ）是开环控制系统。

A. 定值控制系统 B. 随动控制系统 C. 前馈控制系统 D. 程序控制系统

2. （ D ）设定值是已知的时间函数，即设定值按预定的时间程序变化，被控参数自动跟踪设定值。

A. 定值控制系统 B. 随动控制系统 C. 前馈控制系统 D. 程序控制系统 3.（ C ）不是典型过渡过程的基本形式。

A. 发散振荡过程 B.等幅振荡过程 C. 随机振荡过程 D. 非周期衰减过程 4. 典型衰减振荡过程曲线最佳衰减比为（ C ）。

A. 4：1 B. 10：1 C. 4：1～10：1 D. 2：1～10：1 5. 在自动控制系统研究中经常采用（ D ）作为输入信号。

A. 斜坡函数 B. 单位脉冲函数 C. 抛物线函数 D.阶跃函数 6. 在对象特性中，（ A ）是静特性，（ B、C ）动特性。 A. 放大系数Κ B. 时间常数 T C. 滞后时间 τ

7. （ A ）在阀芯行程比较小时，流量就比较大，随着行程的增加，流量很快地达到最大。 A. 快开流量特性 B. 线性流量特性 C. 抛物线流量特性 D. 等百分比流量特性 8. 电动调节器控制信号为（ A 或 B ），输出信号为（ A ）。

A. 4～20mA DC B. 1～5V DC C. 0～5V D. 0.2～1V DC 9. AI-808调节器 CF 系统功能选择，外部给定，反作用调节时设（ C ）。 A. CF＝0 B. CF＝1 C. CF＝8 D. CF＝9 10. 双容对象特性与单容对象特性相比增加了（ D ）。 A. 纯滞后 B. 传送滞后 C. 测量滞后 D.容量滞后 11. 下列说法正确的是（ BC ）。

A. 微分时间越长，微分作用越弱； B. 微分时间越长，微分作用越强； C. 积分时间越长，积分时间越弱； D. 积分时间越长，积分时间越强。 12. PID 调节器变为纯比例作用，则（ C ）。

A. 积分时间置∞、微分时间置∞ B. 积分时间置 0、微分时间置∞ C. 积分时间置∞，微分时间置 0 D. 积分时间置 0，微分时间置 0

13. 某控制系统采用比例积分作用调节器。某人用先比例后加积分的凑试法来整定调节器的参数。若比例带的数值已基本合

适，再加入积分作用的过程中，则（ B ）

A. 应适当减少比例带 B. 适当增加比例带 C. 无需改变比例带 D. 与比例带无关

14. 经验凑试法的关键是“看曲线，调参数” 。在整定中，观察到曲线振荡很频繁，需把比例度 （ A ）以减少振荡；当

曲线最大偏差大且趋于非周期过程时，需把比例度（ B ）。 A. 增大 B. 减少 C. 减到最小 D. 置 0 15. 选择调节参数应尽量使调节通道的（ BCD ）

A.功率比较大 B.放大系数适当大 C.时间常数适当小 D.滞后时间尽量小 16. 对象特性的实验测取常用的方法是（ A ）

A.阶跃响应曲线法 B.频率特性法 C.比例积分法 D．最小二乘法 17. 被调参数选择应遵循的原则是（ ABCD ）。

A.能代表工艺操作指标或能反映工艺操作状态 B.可测并有足够大的灵敏度 C.独立可控 D.尽量采用直接指标 18. 控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫作（ B ）。

A. 负反馈 B．正反馈 C．前馈 D．回馈 19. 过渡过程品质指标中，余差表示（ A ）。

A.新稳态值与给定值之差 B.测量值与给定值之差 C.调节参数与被调参数之差 D.超调量与给定值之差

20. 一般认为，经过（ B ）时间后，动态过程便结束了。

A. 2T B. 3T C. 6T D. 10T

21．引起被调参数偏离给定值的各种因素称（ B ）。

A. 调节 B. 扰动 C. 反馈 D. 给定 22. 描述对象特性的参数有（ BCD ）。

A. t B. T C. K D. τ

23. 某简单调节系统的对象和变送器作用为正，可选哪些组合？（ A、C ）

A．正作用调节器十气关阀 B．正作用调节器十气开阀 C．反作用调节器十气开阀 D．反作用调节器十气关阀

24. 单回路定值调节系统的静态是指（ D ）。

A. 调节阀开度为零，调节器偏差为零 B. 调节器偏差为恒定值，调节阀开度不为恒定值 C. 调节器偏差为零，调节阀开度为 50％恒定 D. 调节器偏差为零，调节阀开度稳定 25. 前馈调节是根据（ C ）来进行调节的。

A. 给定值 B. 测量值 C. 扰动量 D. 反馈量 26. 串级控制系统主回路是（ B ）控制系统，副回路是（ D ）控制系统。

A. 比值 B. 定值 C. 程序 D. 随动 27. 通常串级控制系统主调节器正反作用选择取决于（ D ）。

A. 调节阀 B. 副调节器 C. 副对象 D. 主对象 28. （ D ）存在纯滞后，但不会影响调节品质。

A. 调节通道 B. 测量元件 C. 变送器 D. 干扰通道 29．串级调节系统主调节输出信号送给（ B ）。

A．调节阀 B．副调节器 C. 变送器 D. 主对象

30. 单闭环比值调节系统中，当主流量不变而副流量由于受干扰发生变化时，副流量闭环系统相当于（ A ）系统。

A. 定值调节 B. 随动调节 C. 程序调节 D. 分程调节 31. 关于前馈系统，正确的说法是（ A、B ）。

A．是开环调节 B. 一种前馈只能克服一种干扰 C. 按偏差大小进行调节 32. 比值调节系统一般有（ABDE）。

A. 开环比值 B. 单闭环比值 C. 三闭环比值 D. 变比值 E. 双闭环比值 33. 串级控制系统参数整定步骤应为（ B ）。

A. 先主环，后副环 B. 先副环后主环 C. 只整定副环 D. 没有先后顺序 34. 关于串级控制系统，正确的说法是（ BCD）。

A. 是两个单回路控制系统的串联 B. 串级系统的副回路是一个随动系统 C. 主回路是一个定值系统 D. 有两个闭合回路 35.单纯的前馈调节是一种能对（ C ）进行补偿的调节系统。

A.测量与给定之差 B. 被调参数的变化 C. 干扰量的变化 D. 设定值变化

36. 某控制系统采用比例积分作用调节器。某人用先比例后加积分的凑试法来整定调节器的参数。若比例带的数值已基本合

适，在加入积分作用的过程中，则（ B ）。

A. 应适当减小比例带 B. 应适当增加比例带 C. 无需改变比例带 37. 前馈控制系统静态参数 Kff过大将会出现（ B ）。

A. 欠补偿 B. 过补偿 C. 补偿合适 D. 无前馈作用

38．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。

39.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 40.温度调节系统的调节规律，通常选用（C ）。

A. PI B. PD C. PID 41.流量、压力调节系统的调节规律，通常选用（A ）。

A. PI B. PD C. PID

42.要消除系统的稳态误差，调节系统的调节规律，通常选用（A ）。 A. PI B. PD C. P

四、简答题：

1、过程控制系统按其基本结构形式可分为几类?其中闭环系统中按设定值的不同形式又可分为几种?

答：过程控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。

在闭环控制系统中，按照设定值的不同形式又可分为： (1)定值控制系统 (2)随动控制系统 (3)程序控制系统

2、试述热电阻测温原理，常用热电阻的种类有哪些？R0各为多少？

答：热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的，只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的目的。

工业上常用的热电阻有：铂电阻，铜电阻。

目前工业上使用的铂电阻有两种：一种是R0=10?；另外一种是R0=100?。 工业上使用的铜电阻也有两种：一种是R0=50?；另一种是R0=100?。 3、试述过程控制系统中常用的控制规律及其特点。

答：控制系统中常用的控制规律有比例(P)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)控制规律。

比例控制规律是控制器的输出信号与它的输入信号(给定值与测量值的偏差)成比例。它的特点是控制及时，克服干扰

能力强，但在系统负荷变化后，控制结果有余差。

比例积分控制规律是控制器的输出信号不仅与输入信号成比例，而且与输入信号对时间的积分成比例。它的特点是能

够消除余差，但是积分控制作用比较缓慢、控制不及时。

比例积分微分控制规律是在比例积分的基础上再加上微分作用，微分作用是控制器的输出与输入的变化速度成比例，

它对克服对象的容量滞后有显著的效果。

4、何为控制阀的理想流量特性和工作流量特性？常用的调节阀理想流量特性有哪些？

答：阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量特性；在实际使用过程中，阀前后的压差会随阀的开度的变化而变化，此时的流量特性称为工作流量特性。常用的调节阀理想流量特性有：直线流量特性、等百分比(对数)流量特性、快开特性。

5、控制器参数整定的任务是什么?工程上常用的控制器参数整定有哪几种方法?

答：控制器参数整定的任务是：根据已定的控制方案，来确定控制器的最佳参数值(包括比例度?积分时间

T1微分时间

TD)，以便使系统能获得好的控制质量。

控制器参数的工程整定法主要有临界比例度法、衰减曲线法和经验凑试法等。 6、什么是调节器的控制规律？基本控制规律有哪几种？各有什么特点？

答：调节器的输出信号随着它的输入偏差信号变化的规律叫控制规律。

基本控制规律有：①双位控制：输出不是最大，就是最小，只有两个位置。 ②比例控制：控制作用及时，有余差。 ③积分控制：具有消除余差的作用。 ④微分控制：具有超前调节的作用。

五、计算题：

1、某测量范围是0---500℃的温度计出厂前校验结果如下表：

被校表读数 标准表读数 0 0 100 103 200 203 300 306 400 304 500 497 求：该表的基本误差并确定它的精度等级。 解：基本误差：δ=

306?300*100﹪=1.2﹪<1.5﹪

500?0所以它的精度等级为1.5级.

2、某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 0 200 400 600 标准表读数/℃ 被校表读数/℃ 0 201 402 604 求：1）该表最大绝对误差； 2）该表精度； 3）如果工艺允许最大测量误差为土5℃，该表是否能用？

解：1）6℃ 2）δ=6/1000=0.6%，1.0级 3）不能用

800 806 1000 1001

3、甲的正常流量为240kg/h，仪表量程为0-360kg/h；乙的正常流量为120NM/h，仪表量程为0-240NM/h。

采用控制乙的单闭环比值控制系统，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： F1为甲流量，F2为乙流量 1.引入开方器时：

3

3

2.不引入开方器时：

4、用带隔离罐的差压变送器测某储罐的液位，差压变送器的安装位置如图所示。请导出变送器所测差压Δp与液位H之关系。变送器零点需不需要迁移？若要迁移，是正迁移还是负迁移？ 解：

P+=Hρ 1g+ h1ρ2g+P0 P-= h2ρ2g+P0 ΔP= P+- P-= Hρ 1g-( h2- h1)ρ2g

6-21 试比较临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法及经验法的特点。

解答：P201临界比例度法：衰减曲线法：响应曲线法：经验法：

6-22 如图6-30所示热交换器，将进入其中的冷却物料加热到设定温度。工艺要求热物料温度的?T??1?C，而且不能发生过热情况，以免造成生产事故。试设计一个简单控制系统，实现热物料的温度控制，并确定调节阀的气开、气关方式，调节器的正反作用方式，以及调节器的调节规律。 解答：

1）被控参数选择：

热交换器出口温度。

2）控制参数选择：

载热介质流量。

3）检测仪表选择：

温度传感器与温度变送器。 4）调节阀选择：

1 流量特性选择：对数流量特性。 ○

2 气开、气关方式选择：气开。 ○

5）调节器选择：

1 调节规律选择：PI或PID。 ○

2 正反作用方式选择：反作用方式。 ○

系统各环节正、负符号判别：被控过程：＋；变送器：＋；调节阀：＋； 根据系统构成负反馈条件：各环节符号之积必为“－”，则调节器为“－”。 6）画出控制系统流程图：如图所示。 7）画出控制系统方框图：如图所示。 8）简述控制系统工作原理：

7-8 在某生产过程中，通过加热炉对冷物料加热，根据工艺要求，需对热物料出口温度进行严格控制。对系统分析发现，主要扰动为燃料压力波动。故设计如图7-43所示的控制系统。要求：

（1）画出控制系统框图；

（2）为保证设备安全，炉温不能过高。确定调节阀的气开、气关形式。 （3）确定两个调节器的正反作用。

解答：

（1）控制系统框图如图所示。 （2）气开式。

（3）副调节器：反作用； 主调节器：反作用。

7-9 简述前馈控制的工作原理，与反馈控制相比，它有什么优点和局限？

解答：

1）当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小来改变控制量，以抵消扰动对被控参数的影响。P221

2）优点：前馈控制器在扰动出现时立即进行控制，控制及时，对特定扰动引起的动、静态偏差控制比较有效。

局限：P224—1）、2）

7-10 为什么一般不单独采用前馈控制方案？

解答：由于前馈控制的局限性。

7-14 图7-44为一单回路水位控制系统。如果蒸气用量经常发生变化，为了改善控制质量，将单回路控制系统改为前馈-反馈复合控制系统，画出控制系统工艺流程图和框图，并对新增回路的功能进行简单说明。

解答：

1）控制系统工艺流程图如图所示。

控制系统框图如图所示。

2）新增回路功能说明：

7-19 物料比值K与控制系统比值系数K?有何不同？怎样将物料比值转换成控制系统比值系数K?？

解答：1）K是工艺规定的流量比；K?是仪表信号之间的比例系数。 2）用P234式（7-37）和P235式（7-38）进行转换。

7-20 单闭环比值控制系统的主、副流量之比Q2Q1是否恒定？总物料Q总=Q1?Q2是否恒定？双闭环比值系统中Q2Q1与Q总的情况怎样？

解答1）恒定。2）不能恒定3）都能恒定。

7-22 画出图7-45所示比值控制系统框图。该系统的总流量是否恒定？如果总流量不恒定，要作什么改动才能实现总流量恒定？

解答：

1）系统框图如图所示：图7-21a）。

2）是单闭环比值控制系统，总流量不能恒定。 3）采用双闭环比值控制系统，如图所示：图7-22。

7-28 在某化学反应器内进行气相反应，调节阀A、B分别用来控制进料流量和反应生成物的初料流量。为了控制反应器内压力，设计图7-46所示的分程控制系统。试画出其框图，并确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用方式。

解答：

1）框图如图所示：

2）调节阀：A：气开；B：气关。 3）调节器：反作用。

7-30 图7-47所示的热交换器用来冷却裂解气，冷剂为脱甲烷塔的釜液。正常工况下要求釜液流量恒定，以保持脱甲烷塔工况稳定。但裂解气冷却后的出口温度不能低于15℃，否则裂解气中的水分会产生水合物堵塞管道。为此要设计一选择性控制系统，要求： （1）画出系统流程图和框图；

（2）确定调节阀的气开、气关形式，调节器的正、反作用及选择器的类型。

解答：

系统能否满足工艺要求？ 解答：

1最大动态偏差A：A?950?C?900?C?50?C ○

2衰减比n：n?○

950?900?5:1

910?9003振荡周期T：T?45?9?36(min) ○

A<80?C, 且n>1 (衰减振荡)，所以系统满足工艺要求。

2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa，精度等级为1.0级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa时，标准压力计上读数为5.08MPa，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？

解答： 1）基本误差?=

?100%

最大绝对误差?max＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa时的基本误差：??0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。

2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为

1) 1.0级，0～250mA 2）2.5级，0～75mA

现要测量50mA的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答：

分析它们的最大误差：

1）?max＝250×1％＝2.5mA；???2.5?100%??5% 501.875?100%??3.75% 505.08?5?100%?0.8% 102）?max＝75×2.5％＝1.875mA；???选择2.5级，0～75mA的表。

2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃，输出为4～20mA。当变送器输出电流为10mA时，对应的被测温度是多少？

解答：

1000?200T?； T=500?C。

20?4102-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为1.2±0.05MPa，可选用的弹簧管压力计精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五个等级，可选用的量程规格有0～1.6MPa、0～2.5MPa和0～4MPa。请说明选用何种精度和量程（见附录E）的弹簧管压力计最合适？

解答：1）工作原理：

2）根据题意：压力范围为1.2＋0.5 MPa，即允许的最大绝对误差?max＝0.05 1分析选用不同量程的表所需的精度等级： ○

0～1.6 MPa量程：???0～2.5 MPa量程：???0～4.0 MPa量程：???0.05?100%??3.125%，可选2.5级表； 1.60.05?100%??2%，可选1.5或2.0级表； 2.50.05?100%??1.2%，可选1.0级表。 4.02量程选择：被测最大压力＝1/3～2/3量程上限 ○

0～1.6 MPa量程：

1.232?? 1.64311.220～2.5 MPa量程：??

32.530～4.0 MPa量程：

1.21?0.3? 4.03综合分析，选用1.5级或2.0级，0～2.5 MPa量程的表最合适。

2-13 如果某反应器最大压力为1.0MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa。现用一台测量范围为0～1.6MPa，精度为1级的压力表来进行测量，问能否符合工艺要求？若采用一台测量范围为0～1.0MPa，精度为1级的压力表，能符合要求吗？试说明其理由。

解答：

工艺要求：最大压力为1.0MPa，允许最大绝对误差为0.01MPa。 分别求出两台仪表的最大允许误差，进行判断。

1）精度为1级，量程为0～1.6MPa的表，其最大绝对误差： ?1.6max＝1.6×1％＝0.016 MPa，> 0.01 MPa, 所以不符合要求； 2）精度为1级，量程为0～1.0MPa的表，其最大绝对误差：

?1.0max＝1.0×1％＝0.01 MPa，＝ 0.01 MPa, 所以最大误差符合要求，但是压力表的最大

测量值应≤ 2/3仪表量程，否则压力波动会使测量值超出仪表量程。 所以，该表也不符合要求。

2-14 某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.0～1.6MPa，工艺要求就地观察罐内压力，并要测量结果的误差不得大于罐内压力的±5%。试选择一块合适的压力表（类型、测量范围、精度等级），并说明其理由。

解答：根据题意知：压力范围1.0～1.6MPa， 允许最大误差：?max＝1.6×（＋5％）＝＋0.08 MPa 1）量程确定：

应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处，即1.6 MPa×2/3＝2.4 MPa 可以选量程为0～2.5 MPa的弹簧压力表。 2）精度等级确定：

求出基本误差，以确定满足要求的精度等级。

???0.08?100%??3.2% ，允许的精度等级为2.5级。 2.5综上分析，选择量程为0～2.5 MPa，精度等级为2.5级的弹簧压力表。 该表的最大绝对误差：?max＝2.5×（＋2.5％）＝＋0.0625 MPa，<0.08 MPa 所以满足要求。

2-17 什么叫标准节流装置？试述差压式流量计测量流量的原理；并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响？

解答：1）标准节流装置：包括节流件和取压装置。

2）原理：基于液体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。

3）影响因素：P47

1流量系数的大小与节流装置的形式、孔口对管道的面积比m及取压方式密切相关； ○

2流量系数的大小与管壁的粗糙度、孔板边缘的尖锐度、流体的粘度、温度及可压缩性○

相关；

3 流量系数的大小与流体流动状态有关。 ○

2-19 为什么说转子流量计是定压式流量计？而差压式流量计是变压降式流量计？

解答：1）转子流量计是定压式流量计(P47)

虽然转子流量计也是根据节流原理测量流量的，但它是利用节流元件改变流体的流通面

积来保持转子上下的压差恒定。所以是定压式。

2）差压式流量计是变压降式流量计(P45)

是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置是产生的压差实现流量测量的。所以是变压降式。

2-21 椭圆齿轮流量计的特点是什么？对被测介质有什么要求？

解答：

1）特点：流量测量与流体的流动状态无关，这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的。

粘度愈大的介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此核测介质的粘皮愈大，泄漏误差愈小，对测量愈有利。

椭圆齿轮流量计计量精度高，适用于高粘度介质流量的测量。

2）对被测介质的要求：不适用于含有固体颗粒的流体(固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流量)。

如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差。 2-22 电磁流量计的工作原理是什么？它对被测介质有什么要求？

解答：P51

1）原理：利用导电液体通过磁场时在两固定电极上感应出电动是测量流速。

2）对被测介质的要求：导电液体，被测液体的电导率应大于水的电导率(100??cm)，不能测量油类或气体的流量

2-24 超声波流量计的特点是什么？

解答：超声波流量计的非接触式测量方式，不会影响被测流体的流动状况，被测流体也不会对流量计造成磨损或腐蚀伤害，因此适用范围广阔。 2-26 用法兰式差压变送器测液位的优点是什么？

解答：测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体的液位，在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，作为传压介质，使被测介质不进入毛细管与变送器，以免堵塞。可节省隔离罐。 2-27 试述电容式物位计的工作原理。

解答：利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也相应变化的原理测物位，可测量液位、料位和两种不同液体的分界面。

2-28 超声波液位计适用于什么场合？

解答：适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘性液体的测量。 3-1 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？

解答：

1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。

2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。

3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？

解答：

1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。 2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。

3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差？

解答：

产生余差的原因：比例控制器的输出信号y与输入偏差e之间成比例关系：

y?Kpe

为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。

3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？ 解答：1）积分控制作用的输出变化量y是输入偏差e的积分：y?1edt ?T12）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程的影响。

解答：1）y?1edt ?T1积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。

2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti来表示积分作用的强弱，在数值上，Ti=1／K i 。显然，Ti越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。

3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA，若将比例度设为100%、积分时间设为2min、稳态时输出调为5mA，某时刻，输入阶跃增加0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化为多少？

解答：

由比例积分公式：y??1?1??e?edt???分析： P?T1?依题意：p?1?100%，即K p =1, TI= 2 min , e＝＋0.2； Kp稳态时：y0＝5mA，

y?y0?5min后：

?1?1??e?edt??P?T1??1?5?1?(?0.2??0.2?5)

2?(5?0.7)mA3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？

解答：P74

1）控制器的比例度P越小，它的放大倍数

Kp就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也

越强，反之亦然，比例控制作用的强弱通过调整比例度P实现。

2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的，超出这个量程的比例输出是不可能的。

所以，偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程（16mA），避免控制器处于饱和状态。 3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么？为什么常用实际为分控制规律？

解答：

1）y?TDde dt2）由于理想微分运算的输出信号持续时间太短，往往不能有效推动阀门。实际应用中，一般加以惯性延迟，如图3-7所示，称为实际微分。

3-9 试写出比例、积分、微分（PID）三作用控制规律的数学表达式。

解答：

y?1?1de???e?edt?TD?? P?Tdt1??3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？

解答：

1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。 2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。

3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。 3-12 DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别？各用在什么条件下？

解答：

1）软手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成积分关系； 硬手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成比例关系。 2）软手动操作：系统投运 硬手动操作：系统故障

3-13 什么叫控制器的无扰动切换？在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换，在设计PID电路时采取了哪些措施？ 解答：

1）调节器进行状态转换后，输出值不发生跳动，即状态转换无冲击。 2）CM、CI。P85中。

3-14 PID调节器中，比例度P、积分时间常数TI、微分时间常数TD分别具有什么含义？在

TD取0，调节器动作过程中分别产生什么影响？若将TI取∞、分别代表调节器处于什么状态？

解答：

比例度P含义：使控制器的输出变化满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应的输入测量值变化占仪表输入量程的百分比。比例作用的强弱取决于比例度的大小。

积分时间常数TI含义：TI越小，积分作用越强；越大积分作用越弱；若将TI取∞，则积

分作用消失。

微分时间常数TD含义：TD越大，微分作用越强；TD取0，微分作用消失。 3-15 什么是调节器的正/反作用？在电路中是如何实现的？

解答：1）正作用：偏差=测量值-给定值； 反作用：偏差=给定值-测量值。 2）运放输入端的切换开关实现的。

3-16 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式？输出电路是怎样将输出电压转换成4～20mA电流的？

解答：

1）采用差动输入方式，可以消除公共地线上的电压降带来的误差。 2）参照P83下的输出电路。

4-1 气动调节阀主要由哪两部分组成？各起什么作用？

解答：

1）执行机构和调节机构。

2）执行机构的作用：按调节器输出的控制信号，驱动调节机构动作；

调节机构的作用：由阀芯在阀体内的移动，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而改变被控介质的流量。

4-2 试问调节阀的结构有哪些主要类型？各使用在什么场合？

解答：

1）类型：直通单座阀、直通双座阀。

2）直通单座阀使用场合：小口径、低压差的场合； 直通双座阀使用场合：大口径、大压差的场合。

4-4 什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性？常用的调节阀理想流量特性有哪些？

解答：

1）理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性，

也叫理想流量特性。

工作流量特性：在实际的工艺装置上，调节阀由于和其他阀门、设备、管道等串连使

用，阀门两端的压差随流量变化而变化，这时的流量特性称为工作流量特性。

2）常用理想流量特性：直线流量特性、等百分比（对数）流量特性、

快开特性

4-6 什么叫调节阀的可调范围？在串联管道中可调范围为什么会变化？

解答：1）可调范围：反映调节阀可控制的流量范围，用R＝Qmax/Qmin之比表示。R越大，调节流量的范围越宽,性能指标就越好。

2）由于串联管道阻力的影响。

4-7 什么是串联管道中的阀阻比S？S值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变？

解答：

1）阀阻比：用阀阻比S??pTmin/po表示存在管道阻力的情况下，阀门全开时，阀门前

后的最小压差?pTmin占总压力po的比值。

2）在S＜1时，由于串联管道阻力的影响，使阀门开大时流量达不到预期的值，也就是阀的可调范围变小。随着S值的减小，直线特性渐渐区于快开特性，等百分比特性渐渐趋近于直线特性。

4-8 什么叫气动调节阀的气开式与气关式？其选择原则是什么？

解答：

1）气开式：无压力信号时阀门全闭，随着压力信号增大，阀门逐渐开大的气动调节阀为

气开式。

气关式：无压力信号时阀门全开，随着压力信号增大，阀门逐渐关小的气动调节阀为

气关式。

2）选择原则：从工艺生产安全考虑，一旦控制系统发生故障、信号中断时，调节阀的开

关状态应能保证工艺设备和操作人员的安全。

4-9 如图4-24所示的蒸气加热器对物料进行加热。为保证控制系统发生故障时，加热器的耐热材料不被烧坏，试确定蒸气管道上调节阀的气开、气关形式。

解答：气开式调节阀。

4-11 试述电/气转换器的用途与工作原理。

解答：1）用途： 为了使气动阀能够接收电动调节器的输出信号，必须使用电／气转换器把调节器输出的标准电流信换为20～100kPa的标准气压信号。

2）原理：在杠杆的最左端安装了一个线圈，该线圈能在永久磁铁得气隙中自由地上下运

动，由电动调节器送来得电流I通入线圈。当输入电流I增大时，线圈与磁铁间产生得吸力增大，使杠杆左端下移，并带动安杠杆上的挡板靠近喷嘴，改变喷嘴和挡板之间的间隙。

喷嘴挡板机构是气动仪表中最基本的变换和放大环节，能将挡板对于喷嘴的微小位移灵敏地变换为气压信号。经过气动功率放大器的放大后，输出20～l00kPa的气压信号p去推动阀门。

4-12 试述电/气阀门定位器的基本原理与工作过程。

解答：P115在杠杆上绕有力线圈，并置于磁场之中。当输入电流I增大时，力线圈产生的磁场与永久磁铁相作用，使杠杆绕支点O顺时针转动，带动挡板靠近喷嘴，使其背压增大，经气动功率放大器放大后，推动薄膜执行机构使阀杆移动。 4-14 电动仪表怎样才能用于易燃易爆场所？安全火花是什么意思？

解答：1）必须是采取安全防爆措施的仪表，就是限制和隔离仪表电路产生火花的能量。使其不会给现场带来危险。

2）安全火花：电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下。

4-16 齐纳式安全栅的基本结构是什么？它是怎样限压、限流的？

解答：

1）结构：图4-19所示。

2）利用齐纳二极管的反向击穿特性进行限压，用电阻进行限流。 5-1 什么是被控过程的数学模型？

解答：被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（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。

5-2 建立被控过程数学模型的目的是什么？过程控制对数学模型有什么要求？

解答：

1 设计过程控制系统及整定控制参数； 1）目的：○

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。 ○

2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。

5-3 建立被控过程数学模型的方法有哪些？各有什么要求和局限性？

解答：1）方法：机理法和测试法。 2）机理法： 测试法：

5-4 什么是流入量？什么是流出量？它们与控制系统的输入、输出信号有什么区别与联系？

解答：

1）流入量：把被控过程看作一个独立的隔离体，从外部流入被控过程的物质或能量流量称为流入量。

流出量：从被控过程流出的物质或能量流量称为流出量。 2）区别与联系：

控制系统的输入量：控制变量和扰动变量。 控制系统的输出变量：系统的被控参数。 5-5 机理法建模一般适用于什么场合？

解答：对被控过程的工作机理非常熟悉，被控参数与控制变量的变化都与物质和能量的流动与转换有密切关系。

5-6 什么是自衡特性？具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点？

解答：1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性，称为自衡特性。

2）被控过程输出对扰动存在负反馈。 5-7 什么是单容过程和多容过程？ 解答：1）单容：只有一个储蓄容量。

2）多容：有一个以上储蓄容量。

5-8 什么是过程的滞后特性？滞后又哪几种？产生的原因是什么？ 解答：

1）滞后特性：过程对于扰动的响应在时间上的滞后。

2）容量滞后：多容过程对于扰动的响应在时间上的这种延迟被称为容量滞后。 纯滞后：在生产过程中还经常遇到由（物料、能量、信号）传输延迟引起的纯滞后。

5-9 对图5-40所示的液位过程，输入量为Q1，流出量为Q2、Q3，液位h为被控参数，水箱截面为A，并设R2、R3为线性液阻。 （1）列写液位过程的微分方程组；

（2）画出液位过程的框图；

（3）求出传递函数H(s)Q1(s)，并写出放大倍数K和时间常数T的表达式。

解答：

?Q1??Q2??Q3?Ad?hdt?h ?Q2?R2?Q3??hR3（1）

（2）框图如图： （3）

5-10 以Q1为输入、h2为输出列写图5-10串联双容液位过程的微分方程组，并求出传递函数

H2(s)Q1(s)。

H(s)R2R3? Q1(s)AR2R3s?R2?R3解答：

?Q1??Q2?A1d?h1dt?h?h?Q2?1?2R2R21）方程组：

d?h2?Q2??Q3?Adt?h?Q3?2R3

2）传递函数： 式中：T1?A1R2, 3）过程框图：

H2(s)R3? Q11(s)T1T2s2?(T1?T2?T12)s?13T2?A2R3,T12?A1R3

5-12 何为测试法建模？它有什么特点？

解答：

1）是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。 2）可以在不十分清楚内部机理的情况下，把被研究的对象视为一个黑匣子，完全通过外部测试来描述它的特性。

5-13 应用直接法测定阶跃响应曲线时应注意那些问题？

解答：P139

（1）合理地选择阶跃输入信号的幅度 （2）试验时被控过程应处于相对稳定的工况 （3）要仔细记录阶跃曲线的起始部分 （4）多次测试，消除非线性 6-1 简单控制系统由几个环节组成？

解答：测量变送器、调节器、调节阀、被控过程四个环节组成。 6-2 简述控制方案设计的基本要求。

解答：安全性、稳定性、经济性。

6-3 简单归纳控制系统设计的主要内容。

解答：

1）控制系统方案设计； 2）工程设计；

3）工程安装和仪表调校； 4）调节器参数整定。

6-4 过程控制系统设计包括哪些步骤？

解答：P174

（1）熟悉和理解生产对控制系统的技术要求与性能指标 （2）建立被控过程的数学模型 （3）控制方案的确定 （4）控制设备选型 （5）实验（或仿真）验证

6-5 选择被控参数应遵循哪些基本原则？什么是直接参数？什么是间接参数？两者有何关

系？

解答：1）原则：必须根据工艺要求，深入分析、生产过程，找出对产品的产量和质量、生产安全、经济运行、环境保护、节能降耗等具有决定性作用，能较好反映生产工艺状态及变化的参数作为被控参数。

2）直接参数：能直接反映生产过程中产品产量和质量，又易于测量的参数

3）间接参数：与质量指标有单值对应关系、易于测量的变量，间接反映产品质量、生产过程的实际情况。

4）两者关系：间接参数是直接参数的单值函数。

6-6 选择控制变量时，为什么要分析被控过程的特性？为什么希望控制通道放大系数Ko要大、时间常数To小、纯滞后时间?o越小越好？而干扰通道的放大系数Kf尽可能小、时间常数Tf尽可能大？

解答：1）控制变量和干扰变量对被控参数的影响都于过程的特性密切相关。

2）控制通道的静态放大系数K0越大，系统的静态偏差越小，表明控制作用越灵敏，克服扰动的能力越强，控制效果越好。

时间常数T0小，被控参数对控制变量的反应灵敏、控制及时，从而获得良好的控制品质。 纯滞后?0的存在会使系统的稳定性降低。?0值越大，对系统的影响越大。

3）扰动通道的静态放大系数Kf越小，表明外部扰动对被控参数的影响越小。时间常数Tf越大，外部干扰f（t）对被控参数y（t）的影响越小，系统的控制品质越好。 6-7 当被控过程存在多个时间常数时，为什么应尽量使时间常数错开？

解答：P182由自控理论知识可知，开环传递函数中几个时间常数值错开，可提高系统的工作频率，减小过渡过程时间和最大偏差等，改善控制质量。

6-9 调节阀口径选择不当，过大或过小会带来什么问题？正常工况下，调节阀的开度在什么范围比较合适？

解答：1）调节阀口径选得过大，阀门调节灵敏度低，工作特性差，甚至会产生振荡或调节失灵的情况。 调节阀口径选得过小，当系统受到较大的扰动时，调节阀工作在全开或全关的饱和状态，使系统暂时处于失控工况，这对扰动偏差的消除不利。

2）正常工况下要求调节阀的开度在15%-85%之间 6-10 选择调节阀气开、气关方式的首要原则是什么？

解答：保证人身安全、系统与设备安全是调节阀开、关作用方式选择的首要原则。 6-11 调节器正、反作用方式的选择依据是什么？

解答：确定原则是整个单回路构成负反馈系统。

6-12 在蒸气锅炉运行过程中，必须满足汽-水平衡关系，汽包水位是一个十分主要的指标。当液位过低时，汽包中的水易被烧干引发生产事故，甚至会发生爆炸，为此设计如图6-28所示的液位控制系统。试确定调节阀的气开、气关方式和调节阀LC正、反作用；画出该控制系统的框图。

解答：见图2－28 1）调节阀：气关方式。 2）调节器：正作用。 3）框图：

6-13 在如图6-29所示的化工过程中，化学反应为吸热反应。为使化学反应持续进行，必须用热水通过加热套加热反应物料，以保证化学反应在规定的温度下进行。如果温度太低，不但会导致反映停止，还会使物料产生聚合凝固导致设备堵塞，为生产过程再次运行造成麻烦甚至损坏设备。为此设计如图6-29所示的温度控制系统。试确定调节阀的气开、气关方式和调节阀的TC正、反作用；画出该控制系统的框图。

解答：

1）调节阀：气开式。 2）调节器：反作用。 3）框图：

6-14 简述比例、积分、微分控制规律各自的特点。

解答：P193

1）比例控制：是最简单的调节规律，它对控制作用和扰动作用的响应都很迅速。比例调节只有一个参数，整定简便。比例调节的主要缺点是系统存在静差。

2）积分控制：积分调节的特点是没有静差。但它的动态偏差最大、调节时间长，只能用于有自衡特性的简单对象、很少单独使用。

3）微分控制：超前调节。

H=0时，ΔP<0， 需迁移 负迁移

5、用差压变送器测某储罐的液位，差压变送器的安装位置如图所示。请导出变送器所测差压与液位之关系。讨论变送器零点在什么条件下不需要迁移？在什么条件下需要正迁移？在什么条件下需要负迁移？ 解：

P+=Hρ 1g+ h1ρ1g+P0 P-= h2ρ2g+P0 ΔP= P+- P-= Hρ 1g+ h1ρ1g- h2ρ2g H=0时，ΔP= h1ρ1g- h2ρ2g 当h1ρ1= h2ρ2时，不需迁移 当h1ρ1 > h2ρ2时，需正迁移 当h1ρ1 < h2ρ2时，需负迁移

6、用差压变送器测某开口容器的液位，其最低液位和最高液位分别为h1=1m和h2=3m（如图所示）。若被测介质的密度?=980kg/m,求：（1）变送器量程是多少？（2）变送器零点是否需要迁移？正迁移还是负迁移？迁移量是多少？ 解：

ΔP= (h2 -h1)ρ g =(3-1) *980*9.807=19221.7(Pa) 适当考虑裕度得到量程

P+= h1ρ g+P0=1*980*9.807+P0=9610.9 +P0 P-= P0 故迁移量P= P+ － P- =9610.9 (Pa) 因为P+ >P- ，所以需正迁移，迁移量为9610.9 (Pa)

3

六、设计题

1、在蒸汽锅炉运行过程中，必须满足汽-水平衡关系，汽包水位是一个十分重要的指标。当液位过低时，汽包中的水易被烧干引发生产事故，甚至会发生爆炸。（1）试设计一个液位的简单控制系统，在图中画出控制方案图。（2）确定调节阀的气开、气关形式，并说明原因。（3）确定调节器的正、反作用方式，必须有详细的分析过程。（4）画出该控制系统的方框图。

解:气关式 正作用

2、在某生产过程中，通过加热炉对冷物料加热，根据工艺要求，需对热物料出口温度进行严格控制。对系统分析发现，主要扰动为燃料压力波动。（1）试设计一个热物料出口温度的串级控制系统，在图中画出控制方案图。（2）画出该控制系统方框图。（3）为保证设备安全，炉温不能过高，确定调节阀的气开、气关形式。（4）确定两台调节器的正反作用方式，必须有详细的分析过程。（5）确定两台调节器应选择什么调节规律。 解：

气开式 副调节器反作用 主调节器反作用

副调节器采用P或PI调节规律 主调节器采用PI或PID调节规律

3、右图为一个加热器控制系统，通过将进料(流体)与蒸汽进行换热达到对物料(流体)进行加

热的目的，希望出料(流体)温度恒定。其中已知进料(流料)流量(qv)为最主要的干扰。（1）试选用合适的的控制方案,说明理由,并画出控制系统框图和结构图。（2）为保证设备安全，出料温度不能过高，确定调节阀的气开、气关形式。确定调节器的正反作用以及应选择什么调节规律。 解：

气开式 反作用 前馈调节器采用静态前馈 反馈调节器采用PI或PID控制

4、右下图所示的氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液温度恒定。为保证氨冷器内有一定的汽化空间，避免液氨带入冰机造成事故，采用温度――液位串级控制。 1) 此串级控制系统的主副被控变量各是什么？ 2) 试设计一温度—－液位串级控制系统，完成该控制方案的结构图（即将图示的氨冷器控制系统示意图补充完整）；

3)试画出温度――液位串级控制系统控制框图； 4)确定气动调节阀的气开气关形式，并说明原因； 5)确定主副调节器的正反作用。 解：

主参数为铜液温度,副参数为液氨液位 结构图（略） 方框图（略） 气开式 副调节器反作用 主调节器正作用 副调节器采用P调节规律 主调节器采用PI或PID调节规律

TTTC气氨铜液LTLC液氨5、一个如图所示的换热器，用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定温度，生产工艺要求热水温度维持恒定（Δθ≤±1℃）。试设计一简单温度控制系统，画出其方框图,并确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用方式，指出调节器应选择什么调节规律？ 解：

气开式 反作用 PID控制规律

6、如图所示为一管式加热炉，由于工艺对原油出口温度控制精度要求很高，单回路控制满足不了要求，需采用原油出口温度与炉膛温度串级控制系统。要求： （1）画出该串级控制系统流程图，并画出其方框图。 （2）选择调节阀的气开、气关形式。 （3）确定主、副调节器的正、反作用。 解：

气开式

副调节器反作用 主调节器反作用

1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？

解答：

1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富

3．控制多属慢过程参数控制

4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？

解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。组成：参照图1-1。

1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答：分类方法说明：

按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：

1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统

（2）随动控制系统 （3）程序控制系统

2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统

（2）前馈控制系统

（3）前馈—反馈复合控制系统

1-5 什么是定值控制系统?

解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？

解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。

1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其

动态特性？

解答：稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能

达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。

动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。

在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？

解答：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n；

过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； 超调量：第一个波峰值y1与最终稳态值y（?）之比的百分数?；

??y1?100% y(?)残余偏差C： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y（?）与设定值之间的偏差C称为残余偏差，简称残差；

调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；

振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；

峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。

1-10 某被控过程工艺设定温度为900℃，要求控制过程中温度偏离设定值最大不得超过

80℃。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-4所示。试求该系统过渡过程的单项性能指标：最大动态偏差、衰减比、振荡周期，该

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