化工儀表及自動化總復(fù)習(xí)題目及答案

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第一章自動控制系統(tǒng)基本概念

一、基本要求

1.把握自動控制系統(tǒng)的組成，了解各組成部分的作用以及相互影響和聯(lián)系；2.把握自動控制系統(tǒng)中常用術(shù)語，了解方塊圖的意義及畫法；3.把握管道及控制流程圖上常用符號的意義；

4.了解控制系統(tǒng)的分類形式，把握系統(tǒng)的動態(tài)特性和靜態(tài)特性的意義；

5.把握閉環(huán)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下，過渡過程的形式和過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)。

二、常用概念

1.化工自動化的主要內(nèi)容：化工生產(chǎn)過程自動化，一般包括自動檢測、自動操縱、自動保護(hù)和自動控制等方面的內(nèi)容。

2.自動控制系統(tǒng)的基本組成:被控對象和自動化裝置（測量元件與變送器、控制器、執(zhí)行器）。3.被控對象：在自動控制系統(tǒng)中，將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機器叫做被控對象，簡稱對象。

4.被控變量：過程內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的物理量。

5.操縱變量：受控制器操縱的，用以戰(zhàn)勝干擾的影響，使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。

6.干擾作用：指除操縱變量以外的各種因素引起被控變量偏離給定值的作用。7.設(shè)定值：被控變量的設(shè)定值。

8.偏差：個別測定值與測定的平均值之差。

9.閉環(huán)系統(tǒng)：指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的自動控制。

10.開環(huán)系統(tǒng)：指控制器與被控對象之間只有順向控制而沒有反向聯(lián)系的自動控制。

11.控制系統(tǒng)的過渡過程：一個控制系統(tǒng)在處界干擾或給定干擾作用下，從原有的穩(wěn)定狀態(tài)過渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)的過程稱為過渡過程。

12.反饋：把系統(tǒng)(或環(huán)節(jié))的輸出信號直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸人端的做法叫做反饋。

13.負(fù)反饋：反饋信號的作用方向與設(shè)定信號相反，即偏差信號為兩者之差，這種反饋叫做負(fù)反饋。14.正反饋：反饋信號的作用方向與設(shè)定信號一致，反饋信號使原來的信號加強，這種反饋叫做正反饋。

三、問答題

1.控制系統(tǒng)按被調(diào)參數(shù)的變化規(guī)律可分為哪幾類？簡述每種形式的基本含義。答：

開環(huán)自動控制系統(tǒng)：操縱變量可以改變被控變量，但被控變量對操縱變量沒有影響。

閉環(huán)自動控制系統(tǒng)：操縱變量可以改變被控變量，被控變量又對操縱變量產(chǎn)生影

響。

定值控制系統(tǒng)：給定值為常數(shù)；

隨動控制系統(tǒng)：給定值為變數(shù)，要求跟隨變化；程序控制調(diào)理系統(tǒng)：按預(yù)定時間順序控制參數(shù)。

2.在階躍擾動作用下，控制系統(tǒng)的過渡過程有哪幾種形式?其中哪些形式能基本滿足控制要求？答：

發(fā)散振蕩過程非振蕩發(fā)散過程等幅振蕩過程衰減振蕩過程非振蕩衰減過程。

在上述五種過渡過程形式中，非振蕩衰減過程和衰減振蕩過程是穩(wěn)定過程，能基本滿足控制要求。但由于非振蕩衰減過程中被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的進(jìn)程過于緩慢，致使被控變量長時間偏離設(shè)定值，所以一般不采用。只有當(dāng)生產(chǎn)工藝不允許被控變量振蕩時才考慮采用這種形式的過渡過程。3.試述控制系統(tǒng)衰減振蕩過程的品質(zhì)指標(biāo)及其含義。

答:

最大偏差（超調(diào)量）：在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。衰減比：表示衰減程度的指標(biāo)。

余差：當(dāng)過渡過程終了時，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差。過渡時間：從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時止，過渡過程所經(jīng)歷的時間。

振蕩周期（振蕩頻率）：過渡過程同向兩波峰之間的間隔時間。

4.什么是控制系統(tǒng)的方塊圖？它與工藝管道及控制流程圖有何區(qū)別？答：

自動控制系統(tǒng)的方塊圖是由傳遞方塊、信號線（帶有箭頭的線段）、綜合點、分支點構(gòu)成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。其中：每一個方塊代表系統(tǒng)中的一個組成部分，方塊內(nèi)填入表示其自身特征的數(shù)學(xué)表達(dá)式；方塊間用帶有箭頭的線段表示相互間的關(guān)系及信號的流向。采用方塊圖可直觀的顯示出系統(tǒng)中各組分部分以及它們之間的相互影響和信號的聯(lián)系，以便對系統(tǒng)特性進(jìn)行分析和研究。

而工藝管道及控制流程圖則是在控制方案確定以后，根據(jù)工藝設(shè)計給出的流程圖，按其流程順序標(biāo)注有相應(yīng)的測量點、控制點、控制系統(tǒng)及自動信號、連鎖保護(hù)系統(tǒng)的圖。在工藝管道及控制流程圖上設(shè)備間的連線是工藝管線，表示物料滾動的方向，與方塊圖中線段的含義截然不同。

5.在自動化系統(tǒng)中，儀表符號由哪幾部分組成，各表示什么意義？答：

儀表位號由字母組合和回路編號組成：

字母組合：首字母――被側(cè)變量，尾字母――儀表功能，中字母――修飾詞?；芈肪幪枺菏孜粩?shù)――工序號，后續(xù)數(shù)――順序號。

四、選擇題：

1．反饋調(diào)理系統(tǒng)（C）閉環(huán)系統(tǒng)。

A.不一定是B.確定不是C.確定是D、無法判斷

2．定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)是按什么來劃分的（C）。A.按自動調(diào)理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)B.按自動調(diào)理系統(tǒng)的特性C.按給定值變化的規(guī)律D.調(diào)理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

3.在研究動態(tài)特性時可以將(C)看作系統(tǒng)對象環(huán)節(jié)的輸入量。

A.干擾作用；B.控制作用；C．干擾作用和控制作用；D．測量儀表的信號4.在以下儀表號位中表示有報警作用的字母為(C）A、“C〞B、“H〞C、“A〞D、“I〞5.控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的幾種過渡過程中，那種震蕩過程是最希望出現(xiàn)的震蕩過程（B）A、非周期衰減過程B、衰減震蕩過程C、等幅震蕩過程D、發(fā)散震蕩過程

6.以下哪些參數(shù)不是表示過渡過程品質(zhì)好壞的指標(biāo)（A）A、變差B、余差C、最大偏差D、衰減比

7.關(guān)于調(diào)理系統(tǒng)方塊圖的說法，不正確的是（B）。

A.一個方塊代表一個設(shè)備；B.方塊間的連線代表的是方塊間物料關(guān)系；C.方塊圖上的線條及箭頭方向不一定與流體流向一致D.方塊間連線只代表信號關(guān)系

8.控制系統(tǒng)的反饋信號使得原來信號加強的叫做（B）。A.負(fù)反饋B.正反饋C.前饋D.回饋9.某換熱器的溫度控制系統(tǒng)（設(shè)定值是40℃）在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如圖6所示。則該系統(tǒng)的余差、衰減比、最大偏差是（B）。A、1、4:1、4B、1、4:1、5C、1、5:2、5D、1、5:1、4

五、填空題：

1.自動化裝置是由測量元件與變送器、自動控制器、執(zhí)行器、等環(huán)節(jié)組成。2．描述控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)的參數(shù)有最大偏差或超調(diào)量、衰減比、余差、過渡時間、震蕩周期或頻率等。六、綜合題：

1.某發(fā)酵過程工藝操作溫度為（40?2）?C。考慮到發(fā)酵效果，控制過程中溫度偏離設(shè)定值最大不能超過6?C。先設(shè)計一定值控制系統(tǒng)，在階躍擾動系統(tǒng)的最大偏差、衰減比、余差、過渡時間（按被控變量進(jìn)入?2%新穩(wěn)態(tài)值即達(dá)到穩(wěn)定來確定）和振蕩周期等過渡過程指標(biāo)，并回復(fù)該系統(tǒng)能否滿足工藝要求？

圖5

解：

由反應(yīng)曲線可知：

最大偏差：A?45?40?5℃余差：C?41?40?1℃衰減比：

第一個波峰值B?45?41?4℃其次個波峰值B'?42?41?1℃

n?B4??4B'1過渡時間：由題要求，被控變量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的?2%就可以認(rèn)為過渡過程已經(jīng)終止，那么限制范圍應(yīng)是41??2??0.82℃

由圖可看出，過渡時間Ts?23min振蕩周期：T?18?5?13min

作業(yè)21．某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為(900士10)℃。考慮安全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過80℃?，F(xiàn)設(shè)計的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如圖1-19所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、超調(diào)量、衰減比和振蕩周期，并回復(fù)該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給