过程控制系统与仪表复习题
一、判断题：
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
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
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. 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
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？
R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
R=10Ω；另外一种是0R=100Ω。
工业上使用的铜电阻也有两种：一种是
R=50Ω；另一种是0R=100Ω。
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1T微分时间D T)，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：
求：该表的基本误差并确定它的精度等级。
解：基本误差：δ=0500300
306--*100﹪=1.2﹪<1.5﹪
所以它的精度等级为1.5级.
2
求：1 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
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 3/h ，仪表量程为0-240NM 3/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：
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
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h1ρ 1 > h2ρ2时，需正迁移
当h1ρ 1 < 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/3m,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)ρg =(3-1)
*980*9.807=19221.7(Pa)
适当考虑裕度得到量程
P+= h1ρg+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)
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
(
q)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v
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
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
昆明理工大学试卷（）B5-1 考试科目：集散控制系统考试日期：命题教师： 学院：信自专业班级：自动化07、测控07 学生姓名：学号： 任课教师：课序号：考试座位号： 一、填空题(共32 分，每空1分) 1、DCS 设计思想是分散________、集中________，设计原则是分而 ________、综合________。 2、一个典型的DCS应该包括四大部分组成：至少一台___________站，至少一台___________站，一台___________站（也可以兼做）和一条通信系统。 3、在DCS操作站的画面体系中有___________、____________及______________这三种类型的显示画面。 4、DCS 控制层软件的基本功能可以概括为__________________、____________、____________、及I/O 数据的输出。 5、现场总线是自动化领域的通信、网络技术, 也被称之为工厂的____________。 6、集散控制系统是___________、___________、___________、___________技术（简称四C技术）发展的产物。
B5-2 7、发送装置和接收装置之间的信息传输通路称为___________，它包括 ___________和有关的中间设备。 8、DCS中报警优先级由高到底依次是：___________、___________、___________、___________和___________。 9、集散控制系统中，各种在组态中定义的回路控制算法、顺序控制算法、计算功能均在____________中实现。 10请列出主要DCS 生产厂家及产品①厂家:____________产品:____________ ②厂家:____________产品:____________③厂家:____________产 品:____________。 二、名词解释(12分,每题3分) 1、实时 2、在线 3、集散控制系统
过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编着 习题与思考题解答 机械工业出版社
第1章思考题与习题 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。 二者之间的关系： 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； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
填空30 问答20 分析10 设计15 计算分析25 第一章： 什么是过程控制？过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或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。 过程控制系统的组成：被控对象和自动化仪表（包括计算机）两部分组成。（被控参数，控制参数，干扰量f(t)，设定值r(t)，反馈值z(t)，偏差e(t)，控制作用u(t)） 过程控制系统的分类：按结构不同：（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；按定值不同：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）顺序控制系统 过程控制系统的性能指标：根据稳定性、快速性、准确性的要求提出以下 单向性能指标：（1）衰减比（2）最大动态偏差和超调量（3）参与偏差（4）调节时间、峰值时间和振荡频率 综合性能指标：（1）偏差绝对值积分IAE（2）偏差平方积分ISE（3）偏差绝对值与时间乘积积分ITAE（4）时间乘偏差平方积分ITSE 第二章： 检测误差的类型、怎样克服？ 1、检测误差的描述 （1）真值所谓真值是指被测物理量的真实（或客观）取值。在当前现行的检测体系中，许多物理量的真值是按国际公认的公式认定的，即用所谓“认定设备”的检测结果作为真值。（2）最大绝对误差绝对误差是指仪表的实测示值x与真值x a的最大差值，记作△，即△=x-x a （3）相对误差δ=△/x a *100% （4）引用误差γ=△/（x max-x min）*100% （5）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所出现的误差。 （6）附加误差附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。 2、检测误差的规律性 （1）系统误差系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量时，按一定规律出现的误差。克服系统误差的有效方法之一是利用负反馈结构。 （2）随机误差或统计误差当对同一被测参数进行多次重复测量时，误差绝对值的大小和符号不可预知地随机变化，但就总体而言具有一定的统计规律性，通常将这种误差称为随机误差或统计误差。引起随机误差的原因很多且难以掌握，一般无法预知，只能用概率和数理统计的方法计算它出现的可能性的大小，并设计合适的滤波器进行消除。 （3）粗大误差又称疏忽误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后再将其剔除。 检测仪表的组成：传感器、变送器 检测仪表的基本特性 固有特性：（1）精确度及其等级（2）非线性误差（3）变差（4）灵敏度和分辨力（5）漂移（6）动态误差
过程控制系统复习题 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
过程控制系统复习题 一.选择题（每题2分，共10题，共20分） 1.过程控制系统由几大部分组成，它们是：( C ) A.传感器、变送器、执行器 B.控制器、检测装置、执行机构、调节阀门 C. 控制器、检测装置、执行器、被控对象 D. 控制器、检测装置、执行器 2. 在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是( B )。 A .变送器 B. 控制器, C. 控制阀 D. 被控对象 3. 串级控制系统主、副对象的时间常数之比，T01/T02＝( )为好，主、副回路恰能发挥其优越性，确保系统高质量的运行。 A. 3～10 B. 2～8 C. 1～4 D. 1～2 4. 过渡过程品质指标中，余差表示( )。 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 调节器变为纯比例作用，则( )。 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 6.( )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 7.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 8.衡量控制准确性的质量指标是( )。 A.衰减比 B.过渡过程时间 C.最大偏差 D.余差
9.对象特性的实验测取常用的方法是( )。 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 10.用于迅速启闭的切断阀或两位式调节阀应选择( )的调节阀。 A.快开特性 B．等百分比特性 C．线性 D.抛物线特性 11.调节具有腐蚀性流体，可选用( )阀。 A.单座阀 B.双座阀 C.蝶阀 D．隔膜阀 12.调节阀接受调节器发出的控制信号，把( )控制在所要求的范围内，从而达到生产过程的自动控制。 A. 操纵变量 B.被控变量 C. 扰动量 D. 偏差 13.串级调节系统主调节输出信号送给( )。 A．调节阀 B．副调节器 C. 变送器 D. 主对象 14.在阶跃扰动作用下，过程控制系统的过渡过程出现的形式如下，( )是一种稳定控制系统 A.发散振荡过程 B.等幅振荡过程 C.衰减振荡过程 D.非振荡发散过程 15. 串级控制系统参数整定步骤应为( )。 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 16. 引起被调参数偏离给定值的各种因素称( )。 A.调节 B.扰动 C.反馈 D.给定 17.依据所测物理量的不同, 控制系统可分为( )。 A.压力控制系统、物位控制系统、流量控制系统、温度控制系统等 B.指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等 C.离散型和连续型
集散控制系统期末考试试题库及答案解析 一、填空 4. TDC3000系统中，一条LCN网最多可连40 个模块，通过扩大器可连64 个模块。 5. CS3000系统主要由操作站、现场控制站、工程师站、通信总线、通信网关等部分组成。 7.现场总线是一种数字式、双向传输、多分支结构、计算机局部网络的底层控制网络。 9.现场总线的基本设备有现场总线变送器、温度变送器、电流-现场总线转换器、现场总线-电流变换器等。 10. PROFIBUS现场总线的组态软件是STEP7。 11.计算机控制系统由:工业控制机生产过程组成。 12.计算机控制系统按参与控制的计算机不同，可分为工业控制机控制系统、PLC控制、单片机控制 20. CS3000集散控制系统的FCS有标准型、扩展型、紧凑型三种。 22.计算机控制系统按其结构不同可分为集中结构、分散结构大类。 23.集散控制系统由:工业控制机、通信网络、现场检测控制设备大部分组成。 25.集散控制系统又称为分散控制系统，英文简称DCS ，现场总线控制系统简称为FCS 。
二、名词解释 数据采集系统：计算机只承担数据的采集和处理，而不直接参与控制。 直接数字控制系统：计算机既采集数据，又对数据进行处理，并按照一定的控制规律进行运算，其结果经输出通道作用到控制对象，使被控变量符合要求。 现场总线控制系统：利用现场总线将分布在工业现场的各种智能设备和I/O单元方便的连接在一起构成的系统。 实时控制：计算机在规定的时间内完成数据的采集、、计算和输出。 传输速率：单位时间内通信系统所传输的信息量，一般以每秒种能够传输的比特数来表示，其单位是bps。 计算机控制系统：利用计算机来实现工艺过程自动控制的系统。 集散控制系统：是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层结构形式、局部网络通信的计算机综合控制系统。 现场总线：连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。组态：利用软件工具将计算机的软硬件及各种资源进行配置，使其按预定的功能实现特定的目的。 串行传输：把数据逐位依次在信道上进行传输的方式。 通信协议：通信双方共同遵守的规则，包括语法、语义、时序。 监督计算机控制系统：简称SCC系统，是一种两级微型计算机控制系统，其中DDC级计算机完成生产过程的直接数字控制。 分级控制系统：由多台计算机完成不同的控制功能和对多个设备的控制，其特点是控制分散、危险分散。 模拟通信：通信系统中所传输的是模拟信号，通常采用0-10m A DC或4-20m A DC电流信号传输信息。 数字通信：通信系统中所传输的是数字信号。 并行传输：把数据多位同时在信道上进行传输的方式。 开放系统互连参考模型：信息处理领域内最重要的标准之一，是一种框架模型，它将开发系统的通信功能分为七层，描述了各层的意义及各层的命名和功能。 六、问答题 1.操作站的主要功能：为过程显示和控制、系统生成与诊断、现场数据的采集和恢复显示等。工程师站的主要功能：控制系统组态的修改、控制参数的调试 监控计算机的主要功能：在车间管理级与过程优化级之间起到信息传递的作用，同时可对信息进行优化计算，为系统决策提供参考。 2.组态设计的一般步骤如下： （1）组态软件的安装按照要求正确安装组态软件，并将外围设备的驱动程序、通信协议等安装就绪。 （2）工程项目系统分析首先要了解控制系统的构成和工艺流程，弄清被控对象的特征，明确技术要求，然后再进行工程的整体规划，包括系统应实现哪些功能、需要怎样的用户界面窗口和哪些动态数据显示、数据库中如何定义及定义哪些数据变量等。
过程控制系统复习题 一.选择题（每题2分，共10题，共20分） 1.过程控制系统由几大部分组成，它们是：( C ) A.传感器、变送器、执行器 B.控制器、检测装置、执行机构、调节阀门 C. 控制器、检测装置、执行器、被控对象 D. 控制器、检测装置、执行器 2. 在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是( B )。 A .变送器 B. 控制器, C. 控制阀 D. 被控对象 3. 串级控制系统主、副对象的时间常数之比，T01/T02＝( )为好，主、副回路恰能发挥其优越性，确保系统高质量的运行。 A. 3～10 B. 2～8 C. 1～4 D. 1～2 4. 过渡过程品质指标中，余差表示( )。 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 5.PID调节器变为纯比例作用，则( )。 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 6.( )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 7.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 8.衡量控制准确性的质量指标是( )。 A.衰减比 B.过渡过程时间 C.最大偏差 D.余差 9.对象特性的实验测取常用的方法是( )。 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 10.用于迅速启闭的切断阀或两位式调节阀应选择( )的调节阀。 A.快开特性B．等百分比特性C．线性 D.抛物线特性 11.调节具有腐蚀性流体，可选用( )阀。 A.单座阀 B.双座阀 C.蝶阀D．隔膜阀 12.调节阀接受调节器发出的控制信号，把( )控制在所要求的围，从而达到生产过程的自动控制。 A. 操纵变量 B.被控变量 C. 扰动量 D. 偏差 13.串级调节系统主调节输出信号送给( )。 A．调节阀B．副调节器 C. 变送器 D. 主对象 14.在阶跃扰动作用下，过程控制系统的过渡过程出现的形式如下，( )是一种稳定控制系统 A.发散振荡过程 B.等幅振荡过程 C.衰减振荡过程 D.非振荡发散过程 15. 串级控制系统参数整定步骤应为( )。 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 16. 引起被调参数偏离给定值的各种因素称( )。 A.调节 B.扰动 C.反馈 D.给定
填空题 1．过程控制系统设计的主要内容包括（），（），（）和（）等。 2．串级控制系统相比一般控制系统具有（），（），（）和（）等特点。 3．过程控制系统按结构特点可分为（），（）和（）等几种结构形式。 4．常见的均匀控制系统有（），（），（）等。 5．求取过程的数学模型的方法有（），（）和（）等。 6．大时延控制系统中常规控制方案有（）和（）等。 7．流量是指（），它可分为（），（）和（）。 8．压力是指（），它的常用单位有（），（），（）等。 9．理想流量特性可分为（），（）和（）等。 10．过程控制的发展可分为（），（）和（）三个阶段。 11．过程控制中常用的控制参数有（），（），（），（）和（）等。 12．检测仪表的性能指标有（），（）和（）等。 13．前馈控制系统有（），（），（）和（）等几种结构形式。 14．常见的液位检测仪表有（），（），（）等。 15．常见的调节阀有（），（），（），（），（）等。 16．用辩识方法建立数学模型的方法有（），（）和（）等。 17．气动执行器的标准输出信号为（）。 18．比值控制系统可分为（），（）和（）等。 19．工业生产对过程控制的要求是（），（），（）。 20．对建立被控过程数学模型的要求是（）和（）。 21．过程控制系统按给定信号的特点可分为（），（）和（）等几种结构形式。 22．压力可分为（）和（），其常用单位有（），（）和（）等。 23．常用的过程检测参数有（），（），（），（）和（）等。 24．分程控制系统可分为（）和（）。 25单回路系统调节器参数的工程整定方法有（），（）和（）等。 26．前馈控制系统有（），（）和（）等几种结构形式。 27．阀门定位器具有（），（），（）和（）等功能。 28．过程控制系统由（），（），（）和（）组成。 29．仪表的相对误差可分为（），（）和（）等。 30．温度的常用单位有（），（）和（）等。 31．比值控制系统有（），（），（）等几种结构形式。 32．常见的选择控制系统有（）和（）等。 33．执行器按使用的能源种类可分为（），（）和（）等。 34．理想流量特性是指（），常见的有（），（）和（）等。 35．调节器的控制单元包括（），（），（），（）和（），指示单元包括（）和（）。 选择题 1．国产DDZ—Ⅲ电动单元组合仪表的供电电源为( ) A.5V.DC B.24V.AC C.24V.DC D.220V.AC 2比值控制系统中,采用差压式流量计已知K=Q 2/Q 1 =2,Q 1max =20m3/h,Q 2max =40m3/h,则比值系数K`为( ) A.1 B. 4 C. 8 D. 16 3.气动执行器的工作能源为( )Kp a 的气源。 A.20 B.100 C.140 D.200
精品文档过程控制系统考试试题汇总(预测) 编辑：郭长龙河南工业大学 一：填空题28分 1?过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程、测量变送等环节组成。 2.过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3?过程控制仪表的测量变送环节由传感器和变送器两部分组成。 4.过程检测仪表的接线方式有两种：电流二线制四线制、电阻三线制 5?工程中，常用引用误差作为判断进度等级的尺度。 6?压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测 7?调节阀按能源不同分为三类：气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀&电动执行机构本质上是一个位置伺服系统。 9 ?气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 10. 理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。 11. 过程数学模型的求取方法有三种，分别是机理建模、试验建模、混合建模。 12?PID调节器分为模拟式和数字式两种。 13?造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。 14?自动控制系统稳定运行的必要条件是：闭环回路形成负反馈。 15?DCS的基本组成结构形式是三点一线”。 二：名词解释20分 1?过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2?积分饱和：在积分控制范围内，积分控制输出与偏差的时间积分成正比，当控制输出达到一定限制后就不在继续上升或下降，这就是积分饱和现象。 3?串级控制系统：值采用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，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 4?比例控制系统：凡是两个或多个参数自动维持一定比例关系的过程控制系统，称为比例控制系统。5均匀控制系统：控制量和被控量在一定范围内都缓慢而均匀的变化的系统，称为均匀控制系统。6?超驰控制系统：指在一个控制系统中，设有两个控制器，通过高低值选择器选出能适应安全生产状态的控制信号，实现对生产过程的自动化控制。 7?分程控制系统：一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上调节阀动作的系统称为分程控制系统。 8?阀位控制系统：是综合考虑快速性、有效性、经济性和合理性的一种控制系统。 9?集散控制系统：是把控制技术、计算机技术、图像显示技术及通信技术结合起来，实现对生产过程的监视控制和管理的系统。 10?现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。 三：简答题32分 1?什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用？怎样控制？ 答：PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为： (1 )比例参数KC,作用是加快调节，减小稳态误差。 (2)积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度 精品文档
填空1.1975年，世界上第一套集散控制系统由Honeywell公司首先向市场推出，其型号是TDC2000。2. 操作站的基本功能包括显示、操作、报警、系统组态、系统维护和报告生成。 3. OSI参考模型的七层分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。 4.TDC3000系统中，一条LCN网最多可连40个模块，通过扩大器可连645个模块。 5. CS3000系统主要由操作站、现场控制站、工程师站、通信总线和通信网关等部分组成。 6.MACS现场控制站由控制机笼、主控制器、电源模块、智能I/O模块、端子模块、通信网络、控制机柜等部分组成。 7. 现场总线是一种数字式、双向传输、多分支结构和计算机局部网络的底层控制网络。 8. 典型的现场总线有Profibus、CAN、FF等。 9. 现场总线的基本设备有现场总线变送器、温度变送器、电流-现场总线转换器和现场总线-电流变换器等。10. PROFIBUS现场总线的组态软件是STEP711。11. 计算机控制系统由工业控制机和生成过程两大部分组成。12. 计算机控制系统按参与控制的计算机不同，可分为工业控制机控制系统、PLC控制和单片机控制。13. 集散控制系统是计算机技术、控制技术、显示技术和通信技术相结合的产物。14. 计算机网络的拓扑结构主要有总线型、星型、环型、树型和网状型。 15. JX-300X集散控制系统控制站卡件有主控制卡、数据转发卡和I/O卡。16. JX-300X DCS 的基本组态软件是sckey，实时监控软件是Advantrol/Advantrol-Pro17. 现场控制站的基本功能包括反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理和数据通信。18. TPS集散控制系统的网络类型主要有工厂信息网路PIN、TPS过程控制网络TPN和万能控制网络UCN。19. TDC3000集散控制系统的万能控制网UCN上挂接着过程管理站PM、先进过程管理站APM、万能控制网络UCN等。20. CS3000集散控制系统的FCS有标准型、扩展型和紧凑型三种。21. MACS通信网络主要分系统网络SNET、监控网络MNET和企业管理网ENET层次。22. 计算机控制系统按其结构不同可分为集中结构和分散结构两大类。23. 集散控制系统由工业控制机、通信网络和现场检测控制设备三大部分组成。24. 常用的通信介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。25. 集散控制系统又称为分散控制系统英文简称DCS，现场总线控制系统简称为FCS。26. 集散控制系统的设计思想为集中管理、分散控制。27. JX-300X DCS的通信网络主要有SBUS总线、过程控制网SC netII和信息管理网EYHERNET三个层次。 28.TDC3000系统的三种通信网络主要是局部控制网LCN、万能控制网UCN和数据高速通道DHW。29. TPS集散控制系统中，一个HPMM最多能安装40块IOP和40块后备IOP。30. CS3000系统RIO标准型FCS中，一个FCU最多连1031个节点。31. MACS系统主要由网络、工程师站、操作员站、高级计算站、管理网网关、系统服务器、现场控制站、通信控制站等部分组成。31.集散控制系统的设计一般分为方案论证、方案设计、工程设计和系统文件设计四个
过程控制系统与仪表习题答案 1 2020年4月19日
第1章过程控制 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：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：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：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，一般过程控制系统可分为哪几类？ 解：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。 一般分类：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：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：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
过程控制系统试卷C卷 一、填空题（每空1.5分）（本题33分） 1、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环组成。 2、过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3、压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测。 4、气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。 7、积分作用的优点是可消除稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统稳定性下降。 8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭 环比值控制和变比值控制三种。 9、造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长 期存在偏差。 二、名词解释题（每小题5分）（本题15分） 1、过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2、串级控制系统：值采用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，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 3、现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。 三、简答题（每小题8分）（本题32分） 1、什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？ 答：PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为：（1）比例参数KC，作用是加快调节，减小稳态误差。（2）积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度（3）微分参数Kd，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。 2、前馈与反馈的区别有哪些？ 答：（1）控制依据：反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”，前馈控制是“基于扰动消除扰动对被控量的影响”。
r t 1 y 3 y ) (∞y s t y 图1.3 过程控制系统阶跃响应曲线 1-1过程控制系统中有哪些类型的被控量 温度、压力、流量、液位、物位、物性、成分 1-2过控系统有哪些基本单元构成，与运动控制系统有无区别 被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他部件 过程控制，是一种大系统控制，控制对象比较多，可以想象为过程控制是对一条生1-4衰减比和衰减率 衰减比等于两个相邻同向波峰值之比。 衡量振荡过程衰减程度的指标。 衰减率是经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数。 衡量振荡过程衰减程度的另一种指标。 一般希望过程控制系统的衰减比η=4:1～10:1,相当于衰减率Ψ=0.75到0.9。 若衰减率Ψ =0.75,大约振荡两个波系统进入稳态。 1-5最大动态偏差和超调量有何异同 最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量， 表现在过渡 过程开始的第一个波峰（y1）。 最大动态偏差是衡量过程控制系统动态准确性的指标。 超调量为最大动态偏差占被控量稳态值的百分比。 余差是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值与设定值的差值。余差是过程控制系统稳态准确性的衡量指标。 调节时间ts 是从过渡过程开始到结束的时间。 理论上应该为无限长。一般认为当被控量进入其稳态值的5%范围内所需时间 就是调节时间.调节时间是过程控制系统快速性的指标。 振荡频率β是振荡周期的倒数。 在同样的振荡频率下，衰减比越大则调节时间越短；当衰减比相同时，则振荡 频率越高，调节时间越短。振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控 制系统快速性的指标。 过程控制的目标 安全性 稳定性 经济性 过程工业的特点 强调实时性和整体性/全局优化的重要性/安全性要求 过程控制系统的特点 / 被控过程的多样性 / 控制方案的多样性/被控过程属慢过程、多参数控制/定值控制/过程控制多种分类方法 过程控制系统的性能指标/稳定性、准确性/快速性 2-1什么是对象的动态特性，为什么要研究它 研究对象特性通常以某种形式的扰动输入对象，引起对象输出发生相应的变化，这种变化在时域或者频域上用微分方程或者传递函数进行描述，称为对象的动态特性。 动态特性：被控参数随时间变化的特性y(t) 研究被控对象动态特性的目的是据以配合合适的控制系统，以满足生产过程的需求。 2-2描述对象动态特性的方法有哪些 参数描述法 /传递函数描述/差分方程描述/状态空间描述 非参数描述法---响应曲线/阶跃响应/脉冲响应/频率响应/噪声响应:白噪声、M 序列 2-3过控中被控对象动态特性有哪些特点 1)对象的动态特性是不振荡的 2）对象动态特性有延迟 3）被控对象本身是稳定的或中性稳定的 2-4单容对象放大系数K 和时间常数T 各与哪些因素有关，K 、T 大小对动态特性的 影响 T 反映对象响应速度的快慢 K 是系统的稳态指标/K 大，系统的灵敏度高 2-5对象的纯滞后时间产生的原因是什么 纯延迟现象产生的原因是由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一定距离。 具有自平衡能力的双容对象的传递函数1 )()()()(21221+++= ??= s T T s T T K s U s H s G 有纯延迟时 s e s T T s T T K s U s H s G 01 )()()()(21221τ-+++=??= 具有自平衡能力的多容对象 若还有纯延迟 4 PID 调节原理 4-1，P 、I 、D 控制规律各有何特点，那些是有差、无差调节，为了提高控制系统的稳定性，消除控制系统的误差，应该选择那些调节规律 P 调节中，调节器的输出信号u 与偏差信号e 成比例 u = Kp e P 调节对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后 有差调节,(放大系数越小，即比例带越大，余差就越大) 比例带δ大,调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间也很长 比例调节的特点： （1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u = K e （2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。 （3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。 若对象较稳定,则比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反应速度加快 积分调节（I 调节) 调节器的输出信号的变化速度du/dt 与偏差信号e 成正比，或者说调节器的输出与偏差信号的积分成正比， 只要偏差存在，调节器的输出就会不断变化 积分调节作用能自动消除余差./无差调节 稳定作用比P 调节差 滞后特性使其难以对干扰进行及时控制 增大积分速度，调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低 微分调节（D 调节） 调节器的输出u 与被调量或其偏差e 对于时间的导数成正比 微分调节只与偏差的变化成比例，变化越剧烈，由微分调节器给出的控制作用越大 微分调节主要用于克服调节对象有较大的传递滞后和容量滞后 012345678 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8Step Response Time (sec) A m p l i t u d e K=0.2K=1K=10K=100 调节作用用以减少偏差。 比例作用大，可以加快调节，减少误差 但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 Time (sec) A m p l i t u d e Ti=1Ti=5Ti=10Ti=inf 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。 积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti ，Ti 越小，积分作用就越强。反之Ti 大则积分作用弱。 加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。 积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI 调节器或PID 调节器。 Time (sec) A m p l i t u d e Td=0.5Td=1Td=10Td=0 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作 % 100) (1 ?∞=y y σ)()(∞-=∞y r e 31y y =η1 3 1 y y y -=ψp π β2=
《过程控制系统》复习题 一、填空题 1．随着控制通道的增益K 0的增加，控制作用 ，克服干扰的能力 ， 系统的余差 ，最大偏差 。 2．从理论上讲，干扰通道存在纯滞后， 系统的控制质量。 3．建立过程对象模型的方法有 和 。 4．控制系统对检测变送环节的基本要求是 、 和 。 5. 控制阀的选择包括 、 、 和 。 6．防积分饱和的措施有 、 和 。 7．如果对象扰动通道增益f K 增加，扰动作用 ，系统的余差 ， 最大偏差 。 8．在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是 。 9．DDZ-Ⅱ型仪表由220V 交流电压单独供电，DDZ-Ⅲ型仪表由 统一供电。 10．对PID 调节器而言，当积分时间I T →∞，微分时间0D T =时，调节器呈 调节特 性。 11．在相同的条件下，用同一仪表对某一工艺参数进行正反行程的测量，相同的被测量值得 到的正反行程测量值的最大差值称为 。 12．由于系统中物料或者能量的传递需要克服一定的阻力而产生的滞后被称为___________。 13．在被控对象的输入中，_______________应该比干扰变量对被控变量的影响更大。 14．按照给定值对控制系统进行分类，如果给定值按事先设定好的程序变化，则控制系统为_______________。 15．当系统的最大超调量与最大偏差相等时，系统的余差值等于___________。 16．确定调节阀气开气关型式主要应考虑________________。 17．常用的抗积分饱和措施有限幅法和____________。 18与反馈控制能够克服所有干扰不同，前馈控制能够克服_________种干扰。 二、 单选题 1. 下列（ ）不是测量仪表的技术性能指标。
第1章过程控制 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：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：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：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 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：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：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：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： 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：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1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；1 100%() y y σ= ?∞ 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；
- 1 - 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： 求：该表的基本误差并确定它的精度等级。 解：基本误差：δ= 500300 306--*100﹪=1.2﹪<1.5﹪ 所以它的精度等级为 1.5级. 2、某一标尺为0 求：1 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 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(v q )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