过程控制技术试卷(A卷)

第1页共6页A卷南京工业职业技术学院2012/2013第一学期期末考试试卷闭卷【√】课程：过程控制技术与仪表出卷人：陈少雄考试类型：开卷【】适用班级：电气12级1.在下图的换热器出口温度控制系统中，工艺要求热物料出口温度保持为某一设定值。①试画出该控制系统的方框图；②方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么？整个系统的输入信号和输出信号又是什么？③系统在遇到干扰作用（如冷物料流量突然增大）时，该系统如何实现自动控制的？答：如图所示为该控制系统的方框图。该控制系统及各环节的输入、输出信号如图所示。整个系统的输入信号为：给定值ys，干扰作用f，输出为热物料出口温度T，班级学号姓名TsT干扰作用作用温度控制器执行器换热器温度测量变送装置TCTT冷物料蒸汽热物料第2页共6页A卷当冷物料流量增大，则出口温度y减小，TT检测后所得ym减小，偏差信号e=ym-ys0，输入调节器后产生控制信号u，使执行器或调节阀加大阀门开度，使温度T升高，从而实现控制。2.图1-12为贮糟液位控制系统，工艺要求液位保持为某一数值，（1）试画出该系统的方框图；（2）指出系统中被控对象，被控变量，操纵变量，干扰作用各是什么？（1）如图所示为该控制系统的方框图；-（2）该系统中被控变量对象为贮槽；被控变量为贮槽液位；操纵变量为出水流量；干扰作用为：进水流量，大气温度等。3.试从图2-58某对象的反应曲线中，表示出该对象的放大系数，时间常数和滞后时间。解：如图所示：k=()(0)()(0)HHxx=1()(0)HHqvT如图所示，以起始速率变化至新稳态值所对应的时间，T=10tt，00LTLCqv1qv2hsh液位控制器执行器贮槽液位测量变送装置f0t1qvΔqv10t1qvΔqv11tTHH()第3页共6页A卷c如图所示，不存在容量滞后，0c4.什么是双位控制，比例控制，积分控制，微分控制，它们各有什么特点？答：①位式控制器的输出只有几个特定的数值，或它的执行机构只有几个特定的位置。最常见的是双位控制。，它们输出只有两个数值（最大或最小），其执行机构只有两个特定的位置（开或关）。位式控制器结构简单，成本较低，易于实现，应用较普遍。但它的控制作用不是连续变化的，由它所构成的位式控制系统其被控变量的变化将是一个等幅振荡过程，不能使被控变量稳定在某一数值上。②积分控制（P）是指调节器的输出信号变化量与输入信号变化量e(t)成比例关系：，--比例放大系数，比例控制的伏点是反应快，控制及时，其缺点是当系统的负荷改变时，控制结果有余差存在，即比例控制不能消除余差，因此只在对被控变量要求不高的场合，才单独使用比例控制。③积分控制（I）：调节器输出信号的变化量与输入偏差的积分成正比，即：式中--积分速度，--积分时间。积分规律的特点是控制缓慢，但能消除余差。由于输出变化量总要滞后于偏差的变化，因此不能及时有效地克服扰动的影响，加剧了被控变量的波动，使系统难以稳定下来，故不单独使用积分控制规律。④微分控制（D）--指调节器输出信号的变化量与输入偏差的变化速度成正比。即。--微分时间。微分控制规律的特点是有一定的超前控制作用，能抑制系统振荡，增加稳定性；由于其输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的存在无关，因此，不能克服确定不变的偏差。故也不单独使用。5．调节器参数整定的目的是什么？工程上常用的整定方法有哪些？答：当一个控制系统设计安装完成后，系统各个环节及其被控对象各通道的特征不能改变了，而唯一能改变的就是调节器的参数，即调节器的比例度、积分时间TI、微分时间TD。通过改变这三个参数的大小，就可以改变整个系统的性能，获得较好的过渡过程和控制质量。调节器参数整定的目的就是按照己定的控制系统求取控制系质量最好的0t第4页共6页A卷调节器参数，工程上常用的整定方法有：①经验试凑法——根据被控变量的性质在己知合适的参数（经验参数）范围内选择一组适当的值做为调节器的参数值，然后直接在运行的系统中，人为地加上阶跃干扰，通过观察记录仪表上的过渡曲线，并以比例度、积分时间、微分时间对过渡曲线的影响为指导，按照某种顺序反复试凑比例度、积分时间、微分时间的大小，直到获得满意的过渡过程曲线为止。②临界比例度法——首先求取比例作用下的闭环系统为等幅振荡过程时的比例度和振荡周期TK，然后根据经验公式计算出相应的调节器参数③衰减曲线法——以在纯比例下获得4：1衰减振荡曲线为参数整定和依据，方法同临界比例度法，获得4：1衰减曲线的TS、，然后求解相应的值。6．什么是串级控制系统？它有什么特点？什么情况下采用串级控制？答：串级控制系统是由其结构上的特征面得出的。它是由主、副两个控制器串接工作的，主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出操纵控制阀，以实现对主变量的定值控制。它的特点有：①能迅速克服进入副回路的干扰。②能改善被控对象的特征，提高了系统克服干扰的能力。③主回路对副对象具有“鲁棒性”，提高了系统的控制精度。串级控制系统主要就用于：对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强面频繁，负荷变化大，对控制质量要求较高的场合。7．串级控制系统中心副回路和主回路各起什么作用？为什么？答：在系统结构上，串级控制系统是由两个串联工作的控制器构成的双闭环控制系统。一个闭环系统在里面，称为副环或副回路，在控制系统中起“粗调”的作用；一个闭环在外面，称为主环或主回路，用来完成“细调”的任务，以保证被控变量满足工艺要求。由于串级控制系统由两套检测变送器、两个调节阀、两个被控对象和一个调节阀组成，其中两个调节阀器串联起来工作，前一个调节器的输出作为后一个调节器的给定值，后一个调节器的输出才送给调节阀。因此一个是粗调，一个是细调。8．图2-59是聚合釜温度与流量的串级控制系统。①说明该系统的主、副对象，主、副变量，主、副调节器各是什么？第5页共6页A卷②试述该系统是如何客观实现其控制作用？解：①该系统的主对象：聚合釜副对象：冷却水进口管路主变量：聚合釜温度副变量：冷却水流量主调节器：温度调节器副调节器：流量调节器②该控制系统的方框图：如图所示：冷却水流量若减小，首先由流量检测变送，经流量调节阀调整冷却水阀门开度，开度增加；同时由于流量减少使聚合釜由温度T升高。从而使温度稳定在工橄要求范围内。9．什么是前馈控制系统？应用在什么场合？答：前馈控制又称扰动补偿，它是测量进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使被控变量维持在设定值上。前馈控制主要用于下列场合：①干扰幅值大面频繁，对被控变量影响剧烈，单纯反馈达不到要求时；②主要干扰是可2f1f给定T调节器流量调节器温度调节器聚合釜检测变送2（流量）检测变送1（温度）冷却水进口管路第6页共6页A卷测不可控的变量；③对象的控制通道滞后大，反馈控制不即时，控制质量差时，可采用前馈—反馈控制系统，以提高控制质量。10.什么是比值控制系统？它有哪几种类型？答：实现两个或两个以上的参数符号一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统，它主要有定比值控制系统和变比值控制系统。其中定比值系统有三类：开环比值控制系统，单闭环比值控制系统和双闭环比值控制系统。11．本质安全防爆型系统是由哪些要素构成的？需要采取哪些措施才能保证整个系统达到防爆要求？答：本质安全防爆型系统是由安装载危险场所中的本质安全电路及安装载非危险场所中的非本质安全电路和防爆安全栅组成。采取措施以达到防爆要求的方法有：①本质安全防爆仪表采用低的工作电压和小的工作电流。②用防爆安全栅将危险场所和非危险场所的电路隔开。③在现场仪表导控制室仪表之间的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。12．共模干扰与串模干扰个有什么特点，它们是如何进入系统造成干扰的？答：在计算机控制系统中，由于对象，通道装置比较，通道与被测信号之间往往要长线连接，由此造成了被测信号地线和主机地线之间存在一定的电位差，它作为干扰，同时施加在通道的两个输入端上，称为共模干扰。共模干扰的抑制措施：采用高共模抑制比的差动放大器，采用浮地输入双层屏蔽放大器，光电隔离，使用隔离放大器。