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
1、过程控制系统一般由 控制器 、 执行器 、 被控过程 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s；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
tKf增加，扰动作用 增强 ，系统的余差 增大 ，
n定义为：
n?B1B2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
Kp、TI、TD对控制性能各有什么影响？
答：(1)比例增益
Kp反映比例作用的强弱，Kp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
TI反映积分作用的强弱，TI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； TD反映积分作用的强弱，TD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；
(3)微分时间
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。
5、如下图所示的液体储罐，设进水口和出水口的体积流量分别是
qi 和 qo ，输出变量为液位h，储罐的横截面积为A 。试建立该液体
储罐的动态数学模型
H(s) 。
Qi(s)
完整解答过程如下（含评分标准）： 液位的变化满足动态物料平衡关系：
液罐内蓄液量的变化率＝单位时间内液体流入量－单位时间内液体流出量：
A?dh?qi?qo ……………………………………………………………………………(2分) dt以增量形式表示各变量偏离起始稳态值的程度。即：
A?d?h??qi??qo （式1）………………………………………………………………(2分) dt由重力场中无粘性不可压缩流体定常流动的伯努利方程：
p12v12p2v2??gz1???gz2…………………………………………………………(2分) ?2?2得：
v?2gh qo?A'v故
?A'2gh……………………………………………………………………(2分) ?kh对非线性项进行泰勒级数展开，并取线性部分：
?qo?qo?qo0?将上式代入（式1），得：
k?h………………………………………………………………(1分)
2h0A?d?h?h ??qi?dtRdh?h?Rqi…………………………………………………………………………(1分) dt整理并省略增量符号，得微分方程：
RA?经拉氏变换可得传递函数为：
H(s)R? ………………………………………………………………………(2分)
Qi(s)RAs?1什么是过程控制？
过程控制是生产过程自动化的简称。
过程控制的特点
1，系统由被控过程与系类化生产的自动化仪表组成 2，被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计 3，控制方案丰富多彩，控制要求越来越高 4,控制过程大多属于慢变过程与参量控制 5，定值控制是过程控制的主要形式
过程参数检测仪表通常由传感器和变松器组成。
测温仪表的选用原则
1，仪表精度等级应符合工艺参数的误差要求
2，选用的仪表应能操作方便、运行可靠、经济、合理，在同一工程中应尽量减少一起的品种和规格 3，仪表的量程应大于工艺要求的实际测温范围，但也不能太大。
4，热电偶是测温仪表的首选检测元件，但当在低温测量时还是选用热电阻元件合适
《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案
