1、 1 过程控制期末试题 库 （适用于 江苏 大学自动化专业 （杜译博士） 期末考试） 一、 填空题 （ 本题共计 10 分，包括 3 小题， 10 个填空，每空 1 分 ） 1 一般一个简单控制系统 由 （检测 /变送 ） 装置 、 （ 被控对象 ） 、（调节）器和（执行）机构组成。 2 过程控制系统常用的参数整定方法有：（经验法）、（衰减曲线法）、（ 稳定边界法 /临界比例度法）和（响应曲线法）。 3 在 PID调节器中，调节器的 Kc越大，表示调节作用（越强）， Ti 值越大，表示积分作用（减弱）， Td 值越大表示微分作用（增强）。 4 常见的过程计算机控制系统分为下列几种典型形式：（操
2、作 指导控制系统）、直接数字控制系统、（监督计算机控制系统）、（集散控制系统）和现场总线控制系统。 5 在闭环控制系统中，根据设定值的不同形式，又可分为定值控制系统，随动控制系统和程序控制系统。 1） 定值控制系统 特点：设定值是（ 固定不变 ）； 作用：保证在（ 扰动 ）作用下使被控变量始终保持在设定值上。 2） 随动控制系统 特点：设定值是一个（ 变化量 ）； 作用：保证在各种条件下系统的输出（ 及时跟踪设定值变化 ）。 3） 程序控制系统 特点：设定值是一个（ 按一定时间程序变化的时间函数 ）； 作用：保证在各种条件下系统的输出（ 按规定的程 序自动变化 ）。 6 热电偶温度计的基本组成
3、部分部分是（热电偶）、（测量仪表）、（连接热电偶）和（测量仪表的导线）。 7 串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器的广义对象特性，容许（副）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。 8 定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。 二 、 选择 题 （ 本题共计 10 分，包括 5 小题 ，每题 2 分 ） 1. 由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来 （ C） : A.克服调 节对象的惯性滞后（时间常数 T），容量滞后 c和纯滞后 0. B.克服调节对象的
4、纯 滞后 0. C.克服调节对象的惯性滞后（时间常数 T），容量滞后 c. 2. 定值调节是一种能对（ A ）进行补偿的调节系统。 2 A 测量与给定之间的偏差 B 被调量的变化 C 干扰量的变化 D. 设定值的变化 3. 定值调节系统是（ X）环调节，前馈系统是（ X）环调节 ( B )。 A开，闭 B闭，开 C开，开 D闭，闭 4. 调节系统在纯比作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比例度（ A）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.先增大后减小 5. 成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（ C）。 A. PI B. PD C. PID 6. .流量、压力调节系统的调
5、节规律，通常选用（ A ）。 A. PI B. PD C. PID 7. 液位调节系统的调节规律，通常选用（ D ）。 A. PI B. PD C. PID D. P 8. 调节系统中调节器正、反作用的确定是根据 (B)： A实现闭环回路的正反馈。 B 实现闭环回路的负反馈。 C系统放大倍数恰到好处 D生产的安全性。 9. 单纯的前馈调节是一种能对（ C）进行补偿的调节系统。 A 测 量与给定之间的偏差 B 被调量的变化 C 干扰量的变化 10. 定值调节是一种能对（ A）进行补偿的调节系统。 A 测量与给定之间的偏差 B 被调量的变化 C 干扰量的变化 11. 热电偶温度计 （ C） 3 A
6、) 是利用两个相互接触金属导体的温差电动势特性进行测温的。 B) 是利用两个相互接触金属导体的接触电动势特性进行测温的。 C) 是利用两个相互接触金属导体的温差电动势和接触电动势特性进行测温的。 D) 是利用两个非接触金属导体的温差电动势和接触电动势特性进行测温的。 12. 下面的叙述中哪一个是最为合理的 （ D） A) 控制系统的时间滞后现象主要是由于被控对象的惯性特性引起的。 B) 控制系统的时间滞后现象主要是由于检测装置的安装位置引起的。 C) 控制系统的时间滞后现象对控制系统的稳定性无影响。 D) 以上三种叙述都不完整。 13. DCS 的中文含意是： （ B） A) 比例、积分、微分
7、控制。 B) 分布式控制系统。 C) 可编程序控制器。 D) 以上三个都不正确。 三 、 判断题 ： 判断下列陈述的对错。你认为正确的，在每道题后面的括号里打，否则打 （ 本题共计 20 分，包括 10 题，每题 2 分 ） 1 与 DCS 相比， Fieldbus 的主要技术优点之一是实现了控制系统彻底的分散 2 热电阻温度计需要进行冷端补偿才能正常工作。 3 PID的含义是比例、积分和微分。 4 前馈控制系统是一种定值控制，一般情况下前馈控制可以单独使用。 5 用 Smith补偿器来处理大时延控制对象时，不必要提供精确的对象数学模型。 6 被控对象特性是指被控对象输入与输出之间的关系。 7
8、 串级控制系统中的副控制器给定值是由主控制器的输出决定的，所以副控制器相当于一个闭环定值控制系统。 8 衰减比 n 表示系统过渡过 程曲线变化两个周期后的衰减快慢。 9 热电阻温度计和热电偶温度计一样，测温时需要进行温度补偿。 4 10 一个单回路控制系统由控制器、执行器、检测变送装置和被控对象组成。 11 在比值控制系统中，一般选择易调节的量为主变量，易测量的量为副变量。 12 DDC 的中文含义是直接数字控制。 13 被控对象的动态特性是描述被控对象输入输出关系动态特征的。 14 串级控制系统适用于容量滞后较小的生产工艺过程。 15 前馈控制系统一般可单独使用，因为其控制精度高，且不受外界
9、干扰影响。 16 前 馈控制与定值控制的原理相同，都是以偏差进行调解的。 17 被控对象的存滞后时间常数是由于其自身的惯性特性引起的。 18 在串级控制中，副控制器的输入值为主控制器的输出。 四 、 简答 题 （ 本题共计 15 分，包括 5 小题 ，每题 3 分 ） 1 什么是定值控制系统？ 答案 ：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 .以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言。 2 什么是随动控制系统？ 答案 ：随动控制系统的设定值是不断变化的，随动控制系 统的作用是使被控变量能够尽快地 ,准确无误地跟
10、踪设定值的变化而变化。 3 什么是程序控制系统？ 答案 ：程序控制系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 什么是调节 (被控 )对象，给定值和偏差？ 答案 ：自动调节系统的生产设备叫做调节对象或简称对象，而生产中要求保持的工艺指标，称为给定值。对于自动调节系统中，习惯采用给定值 R 减去测量值 Y作为偏差 e，即 e=R-Y，给定值 R 大于测量值 Y 时为正偏差，而给定值 R 小于测量值 Y时为负偏差。 5 什么叫绝对压力、表压及真空度 ?它们的相互关系是怎样的 ? 答案 ： 绝对压力 ： 绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的压
11、力叫绝对压力。 表压力 ： 当绝对压力大于大气压力时，绝对压力高于大气压力的数值称为表压力，简称表压。 真空度 ： 当绝对压力小于大气压力时，绝对压力低于大气压力的数值称为真空度或5 负压。 绝对压力、大气压、表压、真空度之间的相互关系如图所示。 6 7 简述 PID调节器 cK 、 iT 和 dT 的作用是什 么？ 答案 ：在 PID调节器 中， cK 越大，表示调节作用 越强， iT 值越大，表示积分作用减弱， dT 值越大表示微分作用 增强。 8 有一流量调节系统，信号传输管线很长，因此，系统产生较大的传送滞后。有人设想给调节器后加微分器来改善系统特性，试问这种设想合理否？为什么？若不合
12、理，应采取什么措施合理？ 答案 ：这种设想不合理，因为信号传送滞后是纯滞后，而微分作用不能克服纯滞后。 解决这一问题 合理的措施是采用 1： 1 继动器加在信号传输线之间，以增大信号流速，从而减小传输滞后，改善系统特性。 9 利用微分作用来克服控制系统的信号传递滞后的设想是否合理与正确？ 答案 ：这种设想不合理，因为信号传送滞后是纯滞后，而微分作用不能克服纯滞后。合理的措施是采用 1： 1 继动器加在信号传输线之间，以增大信号流速，从而减小传输滞后，改善系统特性。 10 通常 在什么场合下选用比例（ P），比例积 （ PI） ,比例积分微分（ PID）调节规律？ 答案 ：比例调节规律适用于负载
13、变化较小，纯滞后不太大而工艺要求不高又允许有余差的调 节系统。 比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小，系统负载变化 不 大（需要消除干扰引起的余差），纯滞后不大（时间常数不是太大）而被调参数不允许与给定值有偏差的调节系统。 比例积分调节规律适用于容量滞后较大，纯滞后不太大，不允许有余差的对象。 11 试简述临界比例度法及其特点。 答案 ：临界比例度法是在纯比例运行下通过试验，得到临界比例度靠和临界周期Tk，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。 这种方法比较简单、易于掌握和判断，适用于一般的控制系统。但是不适用于临界6 比例度小的系统和不允许产生等幅振荡的系 统，否则易影响生
14、产的正常进行或造成事故。 12 试简述衰减曲线法及其特点 。 答案 ： 衰减曲线法是在纯比例运行下通过使系统产生衰减震荡，得到衰减比例度s 和衰减周期 sT （或上升时间 升T ），然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。 这种方法比较简便，整定质量高，整定过程安全可靠，应用广泛，但对于干扰频繁，记录曲线不规则的系统难于应用。 13 简述热电偶温度计组成部分及各部件的功能。 （本题每写出 1 个组成部分得1 分，每写出 1 个组成部分功能得 1 分） 答案 ： 热电偶温度计 的基本组成 部分 有： 热电偶、测量仪表、连接热电偶和测量仪表的导线。如下图所示 图题 4（ 2） 热电偶是系统中
15、的测温元件，测量仪表是用来检测热电偶产生的热电势信号的，可以采用动圈式仪表或电位差计，导线用来连接热电偶与测量仪表。为了提高测量精度，一般都要采用补偿导线和考虑冷端温度补偿。 14 串级控制系统有哪些特点 ?主要使用在哪些场合 ? 答案 ： 串级控制系统的主要特点为： （每写出 1 个应用场合的得 2 分） a) 在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双 闭环控制系统； b) 系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量； c) 由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响； d) 系统对负荷改变时有一定的自适应能力。 串级控制系统主要应用
16、于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。 7 15 简述建立对象的数学模型两种主要方法 :（每写出 1 种方法的得 2 分） 答案 ： 一是机理分析法 ： 机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学变化的规律 (比如三大守恒定律等 )，在忽略一些次要因素或做 出一些近似处理后推导出的对象特性方程。通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型，它们的表现形式往往是微分方程或代数方程。 二是实验测取法 ： 实验测取法是在所要研究的对象上，人为施加一定的输入作用，然后，用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律，即得到一系列实验
17、数据或实验曲线。然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。 16 复合前馈控制中的两种典型形式是什么？（ 4） 答案 ： 前馈 -反馈控制和前馈 -串级控制。 17 热电偶有哪几种冷端补偿方法？（ 6） 答案 ： a) 冷端温度冰浴 法 b) 计算修正法 c) 补偿电桥法 18 写出任意三种常用的控制器参数整定方法（ 6） 答案 ： a) 经验法 b) 稳定边界法 c) 衰减曲线法 d) 响应曲线法 e) 衰减频率特性法 （答出其中任意三种者得 6 分，每答出 1 种得 2 分） 19 什么是串级控制，它由哪些基本环节组成？ 答案 ： 将两台控制器串联
18、在一起，使被控量的控制器的输出作为辅助控制量控制器的给定值，而辅助控制器输出控制一台控制阀的控制系统就是串级控制系统。 串级控制系统一般由主被控对象、副被控对象、控制阀、主控制器、副控制器、主变送装置、副变送装置组成。 20 简述大时延控制系统 Smith预估补偿方案 的特点。 答案 ： Smith 预估补偿方案的特点是预估出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿，力图使被延迟了 时间的被调量超前反映到控制器，使控制器提前动作，从而明显的减小超调量和加速调节过程，改善控制系统的品质。 8 21 简述什么是有自衡能力的被控对象。 答案 ： 当被控对象受到干扰作用，平衡状态被破坏后，不需
19、要外加控制作用，能依靠自身达到新的平衡状态的能力称为有自衡能力，这种对象称为有自衡能力的被控对象。 22 前馈控制适用于什么场合？ 答案 ： 前馈控制是按扰动而进行控制 的，因此，前馈控制常用于的场合： a) 一是扰动必须可测，否则无法实施控制； b) 二是必须经常有比较显著和比较频繁的扰动，否则无此必要。 c) 三是存在对被控参数影响较大且不易直接控制的扰动。 23 分别说明比例、积分、微分控制对控制系统的作用。 答案 ： 比例控制影响系统的动态特性和系统的稳定性；积分控制的作用是可以消除系统余差；微分控制可以提高系统的响应速度，克服对象容量滞后的影响。 24 前馈控制适用于什么样的场合？
20、前馈控制是按扰动而进行控制的，因此，前馈控制常用于以下场合： 1) 扰动必须是可测的，否则无法实施控制； 2) 必须经常 有比较明显和频繁的扰动，否则没有必要； 3) 存在对被控参数较大而且不易直接控制的扰动。 25 为什么 前馈 控制 常 与 反馈控制构成前馈 反馈控制系统？ 答案 ： 前馈控制是一种补偿控制。一般来讲，前馈控制无法全部补偿扰动对被控变量所产生的影响。因此， 单纯的前馈控制系统在应用中就会带来一定的局限性 。为克服这一弊端，前馈控制常与反馈控制联用，构成前馈 反馈控制系统。 对最主要的、显著的、频繁的无法直接控制的扰动，由前馈来进行补偿控制；对无法完全补偿的扰动影响，由反馈控
21、制根据其对被控变量所产生的偏差大小来进行控制。 26 控制器的正反作 用是如何确定的？ 五 、 计算题 （ 本题共计 15 分，包括 2 小题 ） 1 （ 5 分） 某控制系统用稳定边界法分别整定控制器参数，已知临界比例度%25k ， min5.4kT ，试分别确定用 PI 和 PID 作用时的控制器参数。稳定边界法计算表如下。 IT DT P 2 k - - 控制参数 控制作用 9 PI 2.2 k 0.85 kT - PID 1.7 k 0.5 kT 0.13 kT 解 ： 对于 PI 控制器查表得： 55.0%252.22.2 kP 8 2 5.35.485.085.0 kI TT 对于
22、 PI D控制器查表得： 55.0%252.22.2 kP 8 2 5.35.485.085.0 kI TT 5 8 5.05.413.013.0 kD TT 2 （ 5 分） 某控制系统用 4： 1 衰减曲线法分别整定控制器参数。将积分时间调至最大，微分时间调至最小，对系统施加阶跃信号，经过调节后系统的衰减比为4： 1，此时记录下来的 比例度 56%s 和时间参数 5.1minsT 。 试分别确定用PI和 PID作用时的控制器参数。 4： 1 衰减曲线整定经验参数表 如下。 IT DT P s - - PI 1.2 s 0. 5 sT - PID 0.8 s 0.3 sT 0.1 sT 解
23、： 对于 PI 控制器查表得： 1 .2 1 .2 5 6 % 0 .6 7sP 0 .5 0 .5 5 .1 2 .5 5IkTT 对于 PI D控制器查表得： 0 .8 0 .8 5 6 % 0 .4 8sP 0 .3 0 .3 5 .1 1 .5 3IkTT 0 .1 0 .1 5 .1 0 .5 1DsTT 控制参数 控制作用 10 3 （ 10 分） 一个流量双闭环比值控制系统如 题 5.2 图所示。其比值用 DDZ- 型乘法器实现。已知 31m ax 26500 /Q m h ， 32 m ax 32000 /Q m h 。求： a) 画出控制系统 的结构图。 b) 当 0 16I
24、 mA 时，比值控制系统的比值 K 及比值系数 K 分别为多少。 c) 待比值系统稳定时，测得 1 16I mA ，试计算此时的 2I 为多大。 题 5.2 图 流量双闭环比值控制系统 原理图 解 ： 1) 由于 4160 KI 得 0 4 / 1 6 (1 6 4 ) / 1 6 0 . 7 5KI 所以 1max2maxQKKQ 2 m a x1 m a x320000 .7 5 0 .926500QKK Q 2) 由仪表的比例系数定义， 214 4I mAK I mA 得： 21( 4 ) 4I K I m A m A 即： 2 0 .9 (1 0 4 ) 4 9 .4I m A 4 一个比值流量控制系统用 DDZ-型乘法器 来进行比值运算 ，其原理图如题 3图所示。 流 量 用 孔 板 配差 压 变 送 器 来 测 量， 但 没 有 开 方 器， 已 知1max 3600Q kg/h， 2max 2000Q kg/h。
