過(guò)程控制期末試題及其答案

1、號(hào)?？刂破鞯淖饔檬墙邮軝z測(cè)裝置送來(lái)的信號(hào)， 與給定值相比較得出偏差，并按 某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果送往執(zhí)行器。執(zhí)行器能自動(dòng)地根據(jù)控制器送來(lái)的控制信號(hào)來(lái)改變操縱變量的數(shù)值，以達(dá)到控制被控變量的目的。被控對(duì)象是指需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或裝置9.氣動(dòng)執(zhí)行器由 調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)和 執(zhí)行 機(jī)構(gòu)兩部分組成,常用的輔助裝置有閥門(mén)定位器和手輪機(jī)構(gòu)。10.調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正反作用的確定依據(jù)是保證控制系統(tǒng)成為負(fù)反饋。11.被控變量是指工藝要求以一定的精度保持恒定.或隨某一參數(shù)的變化而變化的參數(shù)。12.反應(yīng)對(duì)象特性的參數(shù)有 放大倍數(shù)、時(shí)間常數(shù)、和 純滯后時(shí)間。1.2.3.4.5.控制系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)變送的基本要求是_準(zhǔn)確_、

2、_迅速和可靠從理論上講，干擾通道存在純滯后不影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。離心泵的控制方案有 直流節(jié)流法改變泵的轉(zhuǎn)速n改變旁路回流量。效 率最差的是改變旁路回流量 。隨著控制通道的增益Ko的增加，控制作用 力 最大，最大偏差減小控制器的選擇包括結(jié)構(gòu)材質(zhì)的選擇、 正反作用的選擇。增強(qiáng)_，克服干擾能系統(tǒng)的余差減小口徑的選擇 、 流量特性的選擇 和6.7.8.防積分飽和的措施有對(duì)控制器的輸出限幅、限制控制器積分部分的輸出 和積分切除法。如果對(duì)象擾動(dòng)通道增益Kf增加，擾動(dòng)作用 增強(qiáng)，系統(tǒng)的余差增大 最大偏差_增大，。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成，各部位的作用是什么？解答：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由檢測(cè)變送裝置、控制器、執(zhí)行器及被控對(duì)

3、象組成。檢測(cè)變送裝置的作用是檢測(cè)被控變量的數(shù)值并將其轉(zhuǎn)換為一種特定輸出信13.自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)常用參數(shù)整定方法有哪些？常用的參數(shù)整定方法有！經(jīng)驗(yàn)法*衰減曲線(xiàn)法*臨界比例度法*反應(yīng)曲線(xiàn)法）動(dòng)態(tài) 特性參數(shù)法，穩(wěn)定邊界法，衰減曲線(xiàn)法 ，經(jīng)驗(yàn)法。14.檢測(cè)變送環(huán)節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)的影響主要集中在檢測(cè)元件的滯后和信號(hào)傳遞的滯后問(wèn)題上。15.什么是對(duì)象數(shù)學(xué)模型，獲取模型的方法有哪些？答：對(duì)對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描述就叫數(shù)學(xué)模型。機(jī)理建模和實(shí)驗(yàn)建模 系統(tǒng)辨識(shí)與參數(shù)估計(jì)。解析法）和（實(shí)驗(yàn)辨識(shí)法）機(jī)理建模：由一般到特殊的推理演繹方法，對(duì)已知結(jié)構(gòu)、參數(shù)的物理系統(tǒng)運(yùn)用相 應(yīng)的物理定律或定理，根據(jù)對(duì)象或生產(chǎn)過(guò)程的內(nèi)部機(jī)理，經(jīng)過(guò)合理的分

4、析簡(jiǎn)化而 建立起描述系統(tǒng)各物理量動(dòng)靜態(tài)性能的數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)建模步驟：1確定輸入變量與輸出變量信號(hào)；2測(cè)試；3對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分 析。16.簡(jiǎn)述被控量與操縱量的選擇原則。.答：一、（1）被控量的選擇原則：1必須盡可能選擇表征生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量指標(biāo)作為被控變量；2當(dāng)沒(méi)有合適的質(zhì)量指標(biāo)時(shí)，應(yīng)選擇與質(zhì)量指標(biāo)由單質(zhì)對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接指標(biāo)作為 被控量；3間接指標(biāo)必須有足夠的靈敏度；4被控變量的選擇還應(yīng)考慮工藝過(guò)程的合理性及所用測(cè)量?jī)x表的性能、價(jià)格等因素.（2）操縱變量選擇的原則1操縱變量應(yīng)是控制通道放大系數(shù)K0較大者；2應(yīng)使擾動(dòng)通道的時(shí)間常數(shù)越大越好，而控制通道的時(shí)間常數(shù)適當(dāng)小一些。3控制通道純滯后時(shí)間則越小越好，

5、并盡量使擾動(dòng)遠(yuǎn)離被控變量而靠近調(diào)節(jié)閥；4當(dāng)廣義過(guò)程的控制通道由幾個(gè)一階滯后環(huán)節(jié)組成時(shí)，要避免各個(gè)時(shí)間常數(shù)相等或相接近的情況；5工藝上的合理性和方便性。二、被控變量的正確選擇是關(guān)系到系統(tǒng)能否達(dá)到預(yù)期控制效果的重要因素，它選擇的一般原則是：（1）被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標(biāo)或是反映工藝操作狀態(tài)重要變量；（2）被控變量應(yīng)是工藝生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常變化， 因而需要頻繁加以控制的變量；（3）被控變量應(yīng)盡可能選擇工藝生產(chǎn)過(guò)程的直接控制指標(biāo)，當(dāng)無(wú)法獲得直接控 制指標(biāo)信號(hào)，或其測(cè)量或傳送滯后很大時(shí)，可選擇與直接控制指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān) 系的間接控制指標(biāo)；（4）被控變量應(yīng)是能測(cè)量的，并具有較大靈敏度的變量；（5）被

6、控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的；（6）應(yīng)考慮工藝的合理性與經(jīng)濟(jì)性，以及國(guó)內(nèi)外儀表生產(chǎn)的現(xiàn)狀。操縱變量的選擇應(yīng)遵循原則_ _（1） 操縱變量應(yīng)是工藝上允許加以控制的可控變量；I（2）操縱變量應(yīng)是對(duì)被控變量影響諸因素中比較靈敏的變量，即控制通道的放 大系數(shù)要大一些，時(shí)間常數(shù)要小一些，純滯后時(shí)間要盡量?。唬?）操縱變量的選擇還應(yīng)考慮工藝的合理性和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。三、被控變量選擇的一般原則是：1）直接參數(shù)法 在盡可能的情況下，選擇對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量、安全生產(chǎn)、_ 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等具有決定性作用，可直接測(cè)量的參數(shù)作為被控參數(shù)。間接參數(shù)法當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控變量時(shí)，應(yīng)選擇與直接參數(shù)有單 值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接變量作為被控參數(shù)

7、。被控變量必須具有足夠的靈敏度和變化數(shù)值。被控變量的選擇必須考慮到工藝過(guò)程的合理性、 經(jīng)濟(jì)性， 以及國(guó)內(nèi)外儀 表生產(chǎn)的現(xiàn)狀。2)3)4)操縱變量的選擇應(yīng)遵循原則1）2）3)控制變量應(yīng)具有可控性、工藝操作的合理性、經(jīng)濟(jì)性?？刂仆ǖ?放大系數(shù)Ko要適當(dāng)大一些，時(shí)間常數(shù)To要適當(dāng)小一些，純滯 后時(shí)間越小越好。干擾通道 放大系數(shù)Kf應(yīng)盡可能小，時(shí)間常數(shù)Tf要大一些，干擾作用點(diǎn) 位置要遠(yuǎn)離被控量，即靠近執(zhí)行器為好。過(guò)程本身若存在多個(gè)時(shí)間常數(shù)，應(yīng)盡量設(shè)法使他們?cè)藉e(cuò)開(kāi)越好。4）17.17.模糊控制器的設(shè)計(jì)是否依賴(lài)被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型?模糊控制器的設(shè)計(jì)(不依賴(lài))被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型。18.18.某電動(dòng)比例

8、調(diào)節(jié)環(huán)器的測(cè)量范圍為 100200100200C, ,其輸出為 420mA.420mA. 當(dāng)測(cè)得電流為 16mA16mA 溫度問(wèn)多少度？200-100=丄T=175 C20-416-419.19.設(shè)置均勻控制系統(tǒng)的目的和其特點(diǎn)是什么？目的是：對(duì)表征前后設(shè)備供求矛盾的兩個(gè)變量均勻協(xié)調(diào)，統(tǒng)籌兼顧.特點(diǎn)是：表征前后供求矛盾的兩個(gè)變量都應(yīng)該是緩慢變化的；前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量都應(yīng)保持在工藝操作所允許的范圍內(nèi).把比例度和積分時(shí)間都整定得比較大，控制作用弱，從而達(dá)到均勻控制的目的使前后設(shè)備在物料供求上相互均勻、協(xié)調(diào)20.20. 為什么采用前饋-反饋復(fù)合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品 質(zhì)？利用了前

9、饋調(diào)節(jié)的及時(shí)性和反饋調(diào)節(jié)的靜態(tài)準(zhǔn)確性 。前饋控制和反饋控制各有什么特點(diǎn)？為什么采用前饋-反饋復(fù)合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)？答:前饋控制的特點(diǎn)是：根據(jù)干擾工作；及時(shí);精度不高，實(shí)施困難；只對(duì)某個(gè)干 擾 有克服作用.反饋的特點(diǎn)作用依據(jù)是偏差；不及時(shí):精度高,實(shí)施方便,對(duì)所有 干擾都有克服作用.由于兩種控制方式優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)，所以前饋-反饋復(fù)合系統(tǒng)將 能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì).21.21. 簡(jiǎn)述過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟。熟悉和理解生產(chǎn)對(duì)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求與性能指標(biāo)選擇控制方案過(guò)程控制裝置選型22.22. 簡(jiǎn)述串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。答：1、改善了被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率23串級(jí)控制系統(tǒng)

10、的主要特點(diǎn)為：(1)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，它是由兩個(gè)串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系 統(tǒng)；(2)系統(tǒng)的目的在于通過(guò)設(shè)置副變量來(lái)提高對(duì)主變量的控制質(zhì)量(3)由于副回路的存在，對(duì)進(jìn)入副回路的干擾有超前控制的作用,因而減少了干擾對(duì)主變量的影響；(4)系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷改變時(shí)有一定的自適應(yīng)能力。1)串級(jí)控制系統(tǒng)由于副回路的存在 串級(jí)控制系統(tǒng)由于副回路的存在 串級(jí)控制系統(tǒng)由于副回路的存在 能夠更精確控制操縱變量的流量5)可以實(shí)現(xiàn)靈活的操作方式選擇(1)(2)建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型(5) 實(shí)驗(yàn)(和仿真)、對(duì)二次干擾有很強(qiáng)的克服能力。、提高了對(duì)一次擾動(dòng)的克服能力和對(duì)回路常數(shù)變化的自適應(yīng)能力。,能夠迅速克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng)

11、的影響；,改善了對(duì)象的特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；,使對(duì)象非線(xiàn)性特性線(xiàn)性化，提高了系統(tǒng)的自適應(yīng)能2)3)力；4)串級(jí)控制系統(tǒng)有哪些主要特點(diǎn)？為什么說(shuō)串級(jí)控制系統(tǒng)能迅速克服 進(jìn)入副回路的擾動(dòng)？答案：串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 由兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制器串聯(lián)連接， 一個(gè)控 制器的輸出是另一個(gè)控制器的設(shè)定。 由兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制器、 相應(yīng)數(shù)量的檢 測(cè)變送器和一個(gè)執(zhí)行器組成。 當(dāng)擾動(dòng)進(jìn)入副回路后， 首先， 副被控變量檢測(cè)到擾 動(dòng)的影響， 并通過(guò)副回路的定值控制作用， 及時(shí)調(diào)節(jié)操縱變量， 使副被控變量回 復(fù)到副設(shè)定值， 從而使擾動(dòng)對(duì)主被控變量的影響減少。 即副環(huán)回路對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行粗 調(diào)，主環(huán)回路對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行細(xì)調(diào)

12、。 因此， 串級(jí)控制系統(tǒng)能迅速克服進(jìn)入副回路擾動(dòng) 的影響。特點(diǎn)：主控制器輸出改變副控制器的設(shè)定值， 故副回路構(gòu)成的是隨動(dòng)系統(tǒng)， 設(shè)定 值是變化的。 在串級(jí)控制系統(tǒng)中， 由于引入了一個(gè)副回路， 不僅能及早克服進(jìn)入 副回路的擾動(dòng)，而且又能改善過(guò)程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié) 器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高23.23. 簡(jiǎn)述模糊控制器的設(shè)計(jì)步驟。1定義輸入/ /輸出變量2定義所有變量的模糊化條件設(shè)計(jì)控制規(guī)則庫(kù)(可設(shè)計(jì)模糊推理結(jié)構(gòu)5 5 選擇精確化策略24.24.控制規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào)與輸入偏差信號(hào)之間的關(guān)系，控 制器有哪些基本控制規(guī)律？解答： 基本控制規(guī)律：開(kāi)

13、關(guān)控制、比例控制、比例積分控制、比例微分控制和比例積分 微分控制。試述過(guò)程控制系統(tǒng)中常用的控制規(guī)律及其特點(diǎn)。答：控制系統(tǒng)中常用的控制規(guī)律有比例(P)、比例積分(PI)、比例積分微分(PID)控制規(guī)律。比例控制規(guī)律是控制器的輸出信號(hào)與它的輸入信號(hào)(給定值與測(cè)量值的偏差)成 比例。它的特點(diǎn)是控制及時(shí)，克服干擾能力強(qiáng)，但在系統(tǒng)負(fù)荷變化后，控制結(jié)果 有余差。比例積分控制規(guī)律是控制器的輸出信號(hào)不僅與輸入信號(hào)成比例， 而且與輸入信號(hào) 對(duì)時(shí)間的積分成比例。它的特點(diǎn)是能夠消除余差，但是積分控制作用比較緩慢、 控制不及時(shí)。比例積分微分控制規(guī)律是在比例積分的基礎(chǔ)上再加上微分作用， 微分作用是控制 器的輸出與輸入的

14、變化速度成比例，它對(duì)克服對(duì)象的容量滯后有顯著的效果。什么是調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律？基本控制規(guī)律有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？ 答：調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)隨著它的輸入偏差信號(hào)變化的規(guī)律叫控制規(guī)律。 基本控制規(guī)律有： 雙位控 制 ：輸出 不是最大， 就是最 小，只有兩 個(gè)位2比例控制：控制作用及時(shí)，3積分控制：具有消除余4微分控制：25.25.已知對(duì)象控制通道階躍響應(yīng)曲線(xiàn)數(shù)據(jù)如下表所表示，調(diào)節(jié)量階躍 變化為u=50u=50。時(shí)間mtnmtnin，0.20.20.40.40.60.6O.SO.S1.01.01.21.2被調(diào)量200.1200.1201.1201.1204.0204.02222 7.07.0251.02

15、51.02SO.O2SO.O302.5302.5時(shí)間minmin1.41.41.61.6l.Sl.S：,0,0? ? 7 7 T T2.42.4被調(diào)s s31S.031S.0329329 5 5336.0336.0339.0339.0340.5340.530.30. 6 61.用一階慣性環(huán)節(jié)加純遲延近似對(duì)象，求出K、T和T值。2.應(yīng)用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法選擇PID調(diào)節(jié)器參數(shù)。答：1.由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)為：解法一：由圖可得:TM 2(r； :? - rr) M 2(1,1-0.85)二0.5 min0.5-r. Tp曠_:_L+fWTfWT - - r r1 1R R- -. .J Jy

16、 y 4 41 1- - f f - -=-=1 1:聲：；1 1:;y ；H H:/；:3 /；：:i:仃* !i !1 1L/LLLII、|4 4-7 MA姑I I1X ZJ Hl置。有余差。 差的作用。具有超前調(diào)節(jié)的作用- P：亡=2-1.1 = 0.6 mill506二O.SSr = 0.S5 *5.64 * 0.6 = 2.S7%.Tg= 0.5r = 0.5*0.6 = 0.3 min解法二：有作圖法可以求岀所以，PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)為:=2 r= 2*0.6 = 1.2 minK三H W2.ISIS,r - 0.4miii,T1.16 6 = = 0 0 8585 廠二 0 0 8

17、585 來(lái) 2 2 562562 羋 0 0 4 4 = = 87.10887.108?？?2.2r= 2艮0.4 = 0.8niinJ J匚=O,?r = 0.H0.4二0.2mmJL?JL?26.26. 下圖為管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)。試確定：1.1. 這是一個(gè)什么系統(tǒng)？畫(huà)出其方框圖。2.2. 調(diào)節(jié)閥的作用形式；調(diào)節(jié)器的正反作用方式；3.3. 分析系統(tǒng)的可能經(jīng)受的擾動(dòng)及主要擾動(dòng)；4.4. 簡(jiǎn)述當(dāng)擾動(dòng)或負(fù)荷變化使?fàn)t膛溫度 T2T2 升高時(shí)該串級(jí)控制系統(tǒng) 工作過(guò)程；5.5. 如果燃料油的管道壓力經(jīng)常波動(dòng)，上述系統(tǒng)應(yīng)如何改進(jìn)？畫(huà) 出改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)原理圖. .答:1、這是個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)，其方塊圖如下.

18、副回路副測(cè)量，變送 1主回路主測(cè)量、變送I2、調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)式，主、副調(diào)節(jié)器都為反作用；3、可能經(jīng)受的擾動(dòng)有被加熱物料的流量、溫度、成分的變化，燃料油的管道 壓力、流量、成分的變化及環(huán)境溫度的變化。主要擾動(dòng)應(yīng)該是被加熱物料的流量、 溫度等。4、該串級(jí)控制系統(tǒng)工作過(guò)程：當(dāng)擾動(dòng)或負(fù)荷變化使?fàn)t膛溫度T2升高時(shí)，由于副調(diào)節(jié)器是反作用，它 的輸出減小，調(diào)節(jié)閥是氣開(kāi)式，閥的開(kāi)度變小，造成料量減小，以使?fàn)t膛溫度下 降。同時(shí)當(dāng)爐膛溫度升高時(shí)，引起爐出口溫度T1升高，因?yàn)橹髡{(diào)節(jié)器是反作用, 使副控制器給定值降低，通過(guò)副回路調(diào)節(jié)，減小燃料量，降低爐膛溫度，保證爐 出口溫度恒定。T1T2Q燃閥的開(kāi)度變小J PC2J；/ T1 T e1(=T1 T -r1) T PC1J e2 TT (=T2 T - r2J ) f1T2 Te2(=T2 T -r2) TPC2 J閥 的開(kāi)度變小Q燃JX50T1.5- 0.4 = 1 .Itiiin所以，PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)為:設(shè)定值副干擾 主干擾I副變量主控制器囂巳亟缸一主