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17．什么是串级控制系统？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。18．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。1.串级控制系统的主要特点及其应用场合①能迅速克服进入副回路的干扰②能改善被控对象的特性，提高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“鲁棒性”又称“强壮性”，系统的控制品质对对象变化越不敏感，则称该系统的“鲁棒性”越好。凡可利用上述特点之一来提高系统的控制品质的场合，都可以采用串级控制系统，在被控对象的容量滞后大、干扰强、要求高的场合，采用串级控制可以获得明显的效果。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、什么是串级控制系统?试画出其典型方框图。答：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，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量有更好的控制效果。3、与单回路控制相比，串级控制系统具有哪些特点？答：1.减小了被控对象的时间常数，缩短了控制通道，使控制作用更加及时。2.提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性提高了。3.对于二次干扰有很强的客服能力，对克服一次干扰也有一定的提高。4.对负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。3、（本题9分）有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似.请问如何区分它们?试分析图3所示的两个系统各属于什么系统?说明其理由.答：串级控制系统的副控制回路在主控制回路中间串联，而前馈-反馈控制系统是虽然有负反馈，但不是串进主回路的。前馈-反馈控制系统的前馈是对输入通道的扰动进行直接克服，而不是产生影响之后才进行克服。4试述比例、积分、微分三种调节规律的作用各是什么?其调整原则是什么?答案：比例调节规律的作用是，偏差一出现就能及时调节，但调节作用同偏差量是成比例的，调节终了会产生静态偏差(简称静差)。积分调节规律的作用是，只要有偏差，就有调节作用，直到偏差为零，因此它能消除偏差。但积分作用过强，又会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡。微分调节规律的作用是，根据偏差的变化速度进行调节，因此能提前给出较大的调节作用，大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间。但微分作用过强，又会使调节作用过强，引起系统超调和振荡。这三种调节规律的调整原则是：就每一种调节规律而言，在满足生产要求的情况下，比例作用应强一些，积分作用应强一些，微分作用也应强一些。当同时采用这三种调节规律时，三种调节作用都应当适当减弱，且微分时间一般取积分时间的1／4～1／3.5、什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性？系统设计时应如何选择控制阀的流量特性？答：调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系，即假设阀前后压差是固定的，即△P为常数，这时得到的流量特性关系，称为理想流量特性，理想流量特性是控制阀固有的特性。当△P不等于常数时，控制阀的流量特性称为工作流量特性。流量特性的选择：根据对象特性选择控制阀的流量特性；根据s值选择控制阀的流量特性；从控制阀正常工作时阀们开度考虑：当控制阀经常工作在小开度时宜选用等百分比流量特性，当流过控制阀的介质中含有固体悬浮物等，宜选用直线流量特性。十一、为什么工业生产中很少采用纯积分作用调节器?答案：积分作用的特点是，只要有偏差，输出就会随时间不断增加，执行器就会不停地动作，直到消除偏差，因而积分作用能消除静差。单纯的积分作用容易造成调节动作过头而使调节过程反复振荡，甚至发散，因此工业生产中很少采用纯积分作用调节器，只有在调节对象动态特性较好的情况下，才有可能采用纯积分调节器。十九、分析为什么串级调节系统的调节品质比单回路调节系统好。答案：串级调节与单回路调节相比，多了一个副调节回路。调节系统的主要干扰都包括在副调节回路中，因此，副调节回路能及时发现并消除干扰对主调节参数的影响，提高调节品质。串级调节中，主、副调节器总的放大系数(主、副调节器放大系数的乘积)可整定得比单回路调节系统大，因此提高了系统的响应速度和抗干扰能力，也就有利于改善调节品质。串级调节系统中，副回路中的调节对象特性变化对整个系统的影响不大，如许多系统利用流量(或差压)围绕调节阀门或挡板组成副回路，可以克服调节机构的滞后和非线性的影响。而当主调节参数操作条件变化或负荷变化时，主调节器又能自动改变副调节器的给定值，提高了系统的适应能力。因此，串级调节的品质要比单回路调节好。1.自动控制的组成一个自动控制系统主要由两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制系统，它包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置下的生产设备，即被控对象如锅炉、反应器、换热器等。被控对象：在自动控制系统中，工艺变量需要控制的生产设备或机器称为被控对象，简称对象。测量元件和变送器：测量需控制的工艺参数并将其转化为一种特定信号（电流信号或气压信号）的仪器，在自动控制系统中起着“眼睛”的作用，因此要求准确、及时、灵敏。调节器：又称控制器，它将检测元件或变送器送来的信号与其内部的工艺参数给定值进行比较，得到偏差信号；根据这个偏差的大小按一定的运算规律计算出控制信号，并将控制信号传送给执行器。执行器：接受调节器送来的信号，自动地改变阀门的开度，从而改变输送给被控对象的能量或物料。被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值）ys——对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值ym——由检测原件得到的被控变量的实际值；操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=ym-ys控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。操纵变量的选择原则是什么?答:(1)操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量；(2)操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小；(3)操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。被控变量的选择原则是什么?答:被控变量的正确选择是关系到系统能否达到预期控制效果的重要因素，它的选择的一般原则是:(1)被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态的重要变量；(2)被控变量应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁加以控制的变量；3)被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标；(4)被控变量应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量；(5)被控变量应是独立可控的；(6)应考虑工艺的合理性与经济性。2.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。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.3.按给定值自动控制的划分定值控制系统：定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统，定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响，使被控变量最终回到设定值或其附近。随动控制系统：随统的设定值是不断变化的，随统的作用是使被控变量能够尽快地、准确无误的跟踪设定值的变化。程序控制系统：程统的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。4.试述什么叫系统的过渡过程?了解过渡过程有何意义?过渡过程与被调参数记录曲线是否相同?答案：自动调节系统受到干扰(内扰、外扰和给定值扰动)作用后，在调节器的控制下，被调参数随时间变化的过程称为系统的过渡过程(或调节过程)。了解调节系统的过渡过程，可以知道调节器在不同参数下的调节效果，对设计、研究、整定和改进调节系统都具有重要意义。过渡过程是调节器在阶跃扰动下被调参数的变化曲线，是短期的记录曲线，也是一种典型的曲线。而一般的被调参数记录曲线是一种长期记录曲线，可能没有扰动，也可能是各种形式扰动(脉冲、阶跃、周期性干扰等)作用的结果，或几种扰动叠加的结果，不具有典型性，但可以供分析、整定调节系统时参考。4、什么是闭环控制？什么是开环控制？定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统？答：闭环控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制，即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，而被控变量又通过自动控制装置去影响操纵变量，从信号传递关系上看，构成了一个闭合回路。开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量，从信号传递关系上看，未构成闭合回路。定值控制系统要求给定值恒定不变，控制系统的输出即被控变量应稳定在与给定值相对应的工艺指标上，或在工艺指标的上下一定范围内变化，因此需要闭环控制。另外负反馈其反馈信号的作用方向与设定信号相反，是系统稳定工作的基本条件，因此定值控制系统必须是一个闭环负反馈系统。5.什么是自动控制系统的过度过程？在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式？其中哪些能满足自动控制的要求，哪些不能，为什么？答：对于任何一个控制系统，扰动作用是不可避免的，系统受到扰动作用后，其平衡状态被破坏，被控变量就要发生波动，在自动控制作用下经过一段时间，使被控变量回复到新的稳定状态，即系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过度过程。在阶跃干扰作用下，其过度过程曲线有：①发散振荡过程②等幅振荡过程③衰减振荡过程④非振荡的单调过程。其中衰减振荡和非振荡的单调过程属于稳定的过渡过程，能满足自动控制的要求，其它的不能。6.表示衰减振荡过程的控制指标有哪些？答：表示衰减振荡过程的控制指标有：①最大偏差A——指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大值，即被