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过程控制习题答案.doc

发布时间：2022-06-06 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.20M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    西南科技大学成教学院德阳教学点 《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案 班级： 姓名： 学号： 成绩： 一、填空题 、 执行器 、 被控过程 1、过程控制系统一般由 控制器 和测量变送等环节组成。 2、仪表的精度等级又称 准确度级 ，通常用 引用误差 作 为判断仪表精度等级的尺度。 3、过程控制系统动态质量指标主要有 衰减比 n 、 超调量σ 和 过渡过程时间 st ；静态质量指标有 稳态误差 e ss 。 4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用 约定真值 或 相对真值 来代替。 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、Smith 预估补偿原理是预先估计出被控过程的 数学模型 ，然 后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的 纯滞后 进行补 偿。 10、随着控制通道的增益 K0 的增加，控制作用 增强 ，克服干扰 的能力 最大 ， 系统的余差 减小 ，最大偏差 减小 。 11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后， 不影响 系统的控制质量。 12、建立过程对象模型的方法有 机理建模 和 系统辨识与参数估 计 。 13、控制系统对检测变送环节的基本要求是 准确 、 迅速 和 可
    靠 。 14、控制阀的选择包括 结构材质的选择、 口径的选择 、 流量特性 的选择 和 正反作用的选择。 15、防积分饱和的措施有 对控制器的输出限幅 、限制控制器积分部 分的输出和 积分切除法。 16、如果对象扰动通道增益 fK 增加，扰动作用 增强 ，系统的余差 增大 ， 最大偏差 增大 。 17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是 通过旁路控制 。 二、名词解释题 1、衰减比 答：衰减比 n 定义为： Bn  1 B 2 衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。为保证系统足够 的稳定程度，一般取衰减比为 4:1～10:1。 2、自衡过程 答：当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新 的平衡状态的性质称为自衡性。称该类被控过程为自衡过程。 3、分布式控制系统 答：分布式控制系统 DCS，又称为集散控制系统，一种操作显示集 中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机
    综合控制系统。 DCS 的设计思想是“控制分散、管理集中” 三、简答题 1、电气阀门定位器有哪些作用 答：①改善阀的静态特性 ②改善阀的动态特性 ③改变阀的流量特性 ④用于分程控制 ⑤用于阀门的反向动作 2.简述串级控制系统的设计原则。 答：（1）副回路的选择必须包括主要扰动，而且应包括尽可能多的扰 动；（2）主、副对象的时间常数应匹配；（3）应考虑工艺上的合理性 和实现的可能性；（4）要注意生产上的经济性。 3. 简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 答：简单控制系统由一个被控对象，一个检测元件和变送器，一个调 节阀和一个调节器组成。检测元件和变送器用于检测被控变量，并将 检测到的信号转换为标准信号，输出到控制器。控制器用于将检测变 送器的输出信号与设定值进行比较，得出偏差，并把偏差信号按一定 的控制规律运算，运算结果输出到执行器。执行器是控制系统回路中
    的最终元件，直接用于改变操纵量，以克服干扰，达到控制的目的。 4. 前馈控制和反馈控制各有什么特点？为什么采用前馈-反馈复合 系统将能较大地改善系统的控制品质？ 答:前馈控制的特点是:根据干扰工作;及时;精度不高,实施困难;只 对某个干扰 有克服作用.反馈的特点作用依据是偏差;不及时:精度 高,实施方便,对所有干扰都有克服作用.由于两种控制方式优缺点互 补, 所以前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质. 5、PID 调节器的参数 pK 、 IT 、 DT 对控制性能各有什么影响？ 答：(1)比例增益 pK 反映比例作用的强弱， pK 越大，比例作用越强， 反之亦然。比例控制克服干扰能力较强、控制及时、过渡时间短，但 在过渡过程终了时存在余差； (2)积分时间 IT 反映积分作用的强弱， IT 越小，积分作用越强，反之亦 然。积分作用会使系统稳定性降低，但在过渡过程结束时无余差； (3)微分时间 DT 反映积分作用的强弱， DT 越大，积分作用越强，反之 亦然。微分作用能产生超前的控制作用，可以减少超调，减少调节时 间；但对噪声干扰有放大作用。 6、与反馈控制系统相比，前馈控制系统有哪些特点？ 答： (1)反馈控制的本质是基于偏差来消除偏差，而前馈控制是基于扰
    动来消除扰动对被控量的影响； (2)反馈控制是“不及时”的，而前馈控制器可“及时”动作； (3)反馈控制属闭环控制，而前馈控制属开环控制； (4)反馈控制对闭环内扰动均有校正作用，而前馈控制具有制定性 补偿的局限性； (5)反馈控制规律通常有 P、PI、PD、PID 等，而前馈控制规律比 较复杂。 7、简述“积分饱和现象”产生的内因和外因。 答：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。在偏差长期存在的条件下，控制器输出会不断增 加或减小，直到极限值引起积分饱和。 8、如图所示的压力容器，采用改变气体排出量以维持 容器内压力恒定： (1)调节阀应选择气开式还是气关式？请说明原因。 (2)压力控制器(PC)应为正作用还是反作用？请说 明原因。 答： (1)应选择气关式。因为在气源压力中断时，调节阀可以自动打开，以 使容器内压力不至于过高而出事故。 (2) 调节阀应选择气关式，则压力控制器(PC)应为反作用。
    当检测到压力增加时，控制器应减小输出，则调节阀开大，使容器内 压力稳定。 或：当检测到压力减小时，控制器应增大输出，则调节阀开小，使容 器内压力稳定。 9、在制药工业中，为了增强药效，需要对某种成分的药物注入一定 量的镇定剂、缓冲剂，或加入一定量的酸、碱，使药物呈酸性或碱性。 这种注入过程一般都在混合槽中进行。工艺要求生产药物与注入剂混 合后的含量必须符合规定的比例，同时在混合过程中不允许药物流量 突然发生变化，以免混合过程产生局部的化学副反应，为此设计如下 图所示的控制系统。 试分析：1 图中停留槽的作用是什么？ 2 图中有几个控制系统，分别是什么系统，各系统的作 用如何？ 答: 停留槽的作用是稳定药物流量,防止其发生急剧变化.图中共有两 个控制系统,一个是停留槽液位与出口流量的均匀控制系统,是药物流 量缓慢变化;另一个是药物与添加剂的比值控制系统,保持二者的比例 关系. 四、分析与计算题 1、有一台温度变送器，量程为 400－600℃，输出为 4－20mA，当温 度从 500℃变化到 550℃时，变送器从多少变为多少？
    答：500℃时输出为：（20－4）×［（500－400）/（600－400）］＋4＝ 12mA 500℃时输出为：（20－4）×［（550－400）/（600－400）］＋4＝16mA 即：当温度从 500℃变化到 550℃时，变送器从 12mA 变为 16mA。 2.某仪表的测量范围为—200--600℃，仪表的精度为 0.5 级，在 600℃ 该仪表指示为 604℃，问该仪表是否超差？ 答：某仪表的测量范围为—200--600℃，仪表的精度为 0.5 级，在 600℃ 该仪表指示为 604，问该仪表是否超差？ （600—（—200））×0.5=4℃ 该仪表不超差。 3.某测量仪表的测量范围是+200~+500℃精度等级为为 5.0，求当其 示值为 200℃和 500℃时,被测点的真实温度（真值）大约为多少？ 3、答：某测量仪表的测量范围是+200~+500℃,精度等级为为 5.0，求 当其示值为 200℃和 500℃时,被测点的真实温度（真值）大约为多少？ △max=±5.0%（500-200）=±15 示值为 200℃时真值在 185 和 215℃之间 示值为 500℃时真值在 485 和 515℃之 间 4、如下图所示的隔焰式隧道窑烧成带
    温度控制系统，烧成带温度是被控变量，燃料流量为操纵变量。试分 析： (1)该系统是一个什么类型的控制系统？画出其方框图； (2)确定调节阀的气开、气关形式，并说明原因。 答：(1)该系统是一个串级控制系统，其方框图为： (2)当调节阀气源出现故障失去气源时，为保证系统安全，应使阀门处 于关闭位置，故调节阀采用气开式。
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