《过程控制复习资料讲解学习》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过程控制复习资料讲解学习（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、过程控制复习资料过程控制系统课后习题解答（不完全版注：红色为未作答题目）1.1过程控制系统中有哪些类型的被控量？答：被控量在工业生产过程中体 现的物流性质和操作条件的信息。如：温度、压力、流量、物位、液位、物性、成分。1.2过程控制系统有哪些基本单元组成？与运动控制系统有无区别？答：被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、 执行机构、报警保护盒连锁等其他部件构成。过程控制系统中的被控对象是多样的，而运动控制系统是某个对象的具体 控制。1.3简述计算机过程控制系统的特点与发展。答：特点：被控过程的 多样性，控制方案的多样性， 慢过程，参数控制以及定值控制是过程控制系统
2、的主要特点。发展：二十世纪六十年代中期，直接数字控制系统（DDC ），计算机监控系统（SCC）;二十世纪七十年代中期，标准信号为420mA的DDZ川型仪表、DCS、PLC ;八十年代以来， DCS成为流行 的过程控制系统。1.4衰减比n和衰减率可以表征过程控制系统的什么性能？答：二者是衡量震荡过程控制系统的过程衰减程度的指标。1.5最大动态偏差与超调量有何异同之处？答：最大动态偏差是指在阶跃响 应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量，一般表现在过渡过程开 始的第一个波峰，最大动态偏差站被控量稳态值的百分比称为超调量，二 者均可作为过程控制系统动态准确性的衡量指标。2.2通常描述对象动态特性
3、的方法有哪些？答：测定动态特性的时域方法；测定动态特性的 频域方法；测定动态特性的 统计相关方法。2.4单容对象的放大系数 K和时间常数T各与哪些因素有关，试从物理概念 上加以说明，并解释 K, T的大小对动态特性的影响？答： T反应对象响应 速度的快慢，T越大，对象响应速度越慢，动态特性越差。K是系统的稳态指标，K越大，系统的灵敏度越高，动态特性越好。2.5对象的纯滞后时间产生的原因是什么？答：由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一段距离，产生纯滞后时间。附：常见的过程动态特性类型有哪几种？各可通过什么传递函数来表示？答：（1）单容对象动态特性（有自平衡能力），用一阶惯性环节表示传递函数G
4、（S）出；（2）无自平s 1衡能力单容对象的动态特性，传递函数用一个积分换届表示G(s)Ta s（3）具有纯延迟的单容对象特性，多了一个延迟因子e 0S表示传递函数G（s） 上e 0S ； （ 4）多容对象的动态特性（具有自平衡能力），传递函数Ts 1G(s)其中T!,T2,Ta,.Tn为n个相互独立的多容对T(s1T2s1T3s1T4s1 .Tns1象的时间常数，总放大系数为 K ； （ 5）无自平衡能力的双容对象，传递函 数为一个积分环节与一个一阶惯性环节之积，G（s） - g1，对于多容对Ts 1 Tas象，若有纯延迟则类似于单容对象，传递函数多一个延迟因子e 0s ； （ 6）相互作用
5、的双容对象，G(s)21R1C1R2C2S(R1C1 R2C2)s 13.1简述流量检测的基本原理，流量的测量与哪些因素有关？答：在管道中 流动的流体具有动能和位能，并在一定条件下这两种形式的能量可以互相 转换，但参加转换的能量总和是不变的，利用节流元件进行流量检测是基于此原理；流量的测量与 流量系数、可膨胀系数、节流装置开孔截面积， 流体流经节流元件前的密度、节流元件前后压力差有关。3.2简述流量调节中调节阀的几种理想特性。答：当调节阀两端压差不变时，阀的可调比称为理想可调比R Qmax，其中Qmax是调节阀可控的上限Qmin值，Qmin是调节阀可控的下限值， R是理想可调比， 理想可调比是
6、调节阀 的一个重要特性。理想流量特性是 阀前后压差保持不变的特性 ，主要有 直线、对数、抛物线、快开等。直线流量特性 匹 k，对数流量特性dLr匝KQr，抛物线流量特性唾k 6，快开流量特性唾f Lr K（1 Lr）。附dLrdLrdLr1被控变量与控制变量选择的原则有哪些？答：原则如下选择对控制目标起重要影响的输出变量作为被控变量选择可直接控制目标质量的输出 变量作为被控变量在以上前提下，选择与控制（或操作）变量之间的传 递函数比较简单，利用动态和静态特性较好的输出变量作为被控变量有 些系统存在控制目标不可测的情况，则可选择其他能够可靠测量，且与控 制目标有一定关系的输出变量作为辅助被控变量
7、。附2调节阀理想流量特性有哪几种，各有什么特点？4.1P.I.D控制规律各有何特点？其中，哪些是有差调节，哪些是无差调节？ 为了提高系统的稳定性，消除控制系统的误差，应选用哪些调节规律？ 答：P控制是有差调节，作用速度快，但最终平衡，达到稳定状态；I控制是无差调节，超调量大，不如P控制稳定；D控制是有差调节，有余差，只与偏差变化速度有关。应选用PI调节规律或PID调节规律以清除控制系统的误差和提高系统稳定性。4.2试总结调节器P、PI、PD动作规律对系统控制的影响。4.3什么是积分饱和？引起积分饱和的原因是什么？如何消除？答：具有积 分作用的调节器，只要被调量与设定值之间有偏差，其输出就会不停
8、的变 化，当偏差始终保持一个方向时，调节器的输出u将因积分作用的不断累加而增大，从而使执行机构达到极限位置Xmax，之后尽管u还在增大，但执行机构已不再动作，这种现象称为积分饱和，原因也在于此。消除积分 饱和的常用方法有限制PI调节器的输出在规定范围积分分离法，即人为设定一个限值，在 PI调节器的输出超过某一限值时，改用纯P控制遇限削弱积分法，即人为设一限定，当控制输出大于该限定时，只累加负偏 差，反之亦可。4.4 一个控制系统，在比例控制的基础上分别增加适当的积分作用；适 当的微分作用。试问：（1）这两种情况对系统的稳定性、最大动态偏差、 余差分别有何影响？ （2）为了得到相同的系统稳定性，
9、应如何调整调节器的比例带3?说明理由。答：（1）情况稳定性下降，最大动态偏差增 加，余差消除；情况稳定性加强，最大动态偏差减小，余差减小。（2）PI 下：u 1 e 丄 edt PD 下：u 丄 e TDdeT 0dt3增大可得到相同的系统稳定性。4.5微分动作规律对克服被控对象的纯延迟和容积延迟的效果如何？对克服 外扰的效果又如何？答：微分动作规律对克服被控对象纯延迟无效，对容 积延迟效果较好，微分动作对外扰有放大作用，对于克服外扰的效果较 差。4.6增大积分时间对控制系统的控制品质有什么影响？增大微分时间对控制 系统的控制品质有什么影响？4.7某电动比例调节器的测量范围为 100200 C
10、,其输出为0100mA。当温 度从140 C变化到160 C时，测得调节器的输出从 3mA变化到7mA。试求 出该调节器比例带。解：e/ Qnax 為山 100% (160 140)/ (200 100) 100%U/ Umax Umin(7 3) / (100 0)置型控制算法和增量式控制算法？答：位置式500%。4.14什么是数字 PID位PID控制算法：T ktu(k) Kp e(k) - e(j)半 e(k) e(k 1)ti j 0TVuk u k u k 1KPek e k 1Qe k Kd e k 2e k 1 e k 2增量式PID控制算法: 4.15为什么在计算机控制装置中通
11、常采用增量式控制算法？答：位置式PID控制算法带来的问题对 e(k)的累加增大了计算机的存储量和运算的工作 量,u(k)的直接输出易造成执行机构的大幅度动作 ，有些应用场合要求增量式 u(k)。因此在计算机控制装置中通常采用增量式控制算法。4.16简述积分分离PID算法，它与基本 PID算法的区别在哪里？答：控制 偏差较大时，取消积分作用，以减小超调；控制偏差较小时，再恢复积分 作用，以消除余差。无积分分离算法的输出曲线有较大的超调量，而积分 分离PID算法输出曲线超调量较小。4.17数字PID控制中采样周期的选择要考虑哪些因素？答：给定值的变化n频率，被控对象的特性，执行机构的类型，控制的回
12、路数TTj。j 1附1PID参数整定方法有哪些？各自有何特点？过程是什么？答：动态特性参数法：这是一种以被控对象控制通道的阶跃响应为依据，通过一些经 验公式求取调节器最佳参数整定值的开环整定方法。使用方法的前提是，广义被控对象的阶跃响应可用一阶惯性环节加纯延迟来近似G(s) 厶es则Ts 1做实验得对象参数 K、T、t，再根据Z N调节器参数整定公式求取PID参数。稳定边界法。基于纯比例控制系统临界振荡试验所得数据，即临 界比例带pr和临界振荡周期Tpr，利用一些经验公式，求取调节器最佳参数 值。过程如下：置调节器积分时间Ti到最大值(Ti)，微分时间Td 0 ,比例带S置较大值，使控制系统投
13、入运行。待系统运行稳定后，逐渐减小比 例带，直至系统出现等幅振荡，即所谓临界振荡过程，记下此时比例带pr，计算两波峰时间Tpr。利用按照稳定边界法给出的计算公式，求取调节 器各整定参数8, Ti , Td。衰减曲线法：也是闭环整定方法，整定的依据 同稳定边界法，也是纯比例调节下的试验数据，不同的只是这里的试验数 据来自系统的衰减振荡，且衰减比特定(通常为4:1或10:1)，之后就与稳定边界法一样，也是利用一些经验公式，求取调节器相应的整定参数。经验整定法：根据经验先选一组控制器参数，将系统投入运行根据运行 情况，依经验调整 PID参数。5.1什么是串级控制系统？请画出串级控制系统的原理方框图。
14、答：所谓的 串级控制系统，就是采用两个控制器传亮工作，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，从而对主控变量具有更 好的控制效果。5.2试举例说明串级控制系统$丿爪蟻吏制麗tfci*准原理方犍图:以隔焰隧道窑温度一一温明如下：控制阀选 式。当只存在二次干扰 时，系统只收到来自燃料压力波动的干扰，例如燃料压力波动的干扰，例如 燃料压力升高，这时尽管控制阀门开度没变，但是燃料的流量增大了，引起 燃烧室温度T2升高，经副温度检测变送后，副控制器接受的测量值增大。 根据副控制器的“反”作用，其输出将减小，“气开”式的控制阀门将被关 小，燃料流量被调节回稳定状态。当只存在一次
15、干扰，系统只受到来自窑 车速度干扰，例如窑车的速度加快，必然导致窑道中烧成带温度T1的降低， 对于主控制器来说，其测量值减小，由于主控制器的“反”作用，它的输出必 然增大，副控制器的设定值增大了。等效于副控制器设定值不变，而测量值 减小，控制器“反”作用，其输出将增大，“气开”式控制阀增大，使窑内烧 成带温度回开为设定值。对于一次、二次干扰同时存在，主副控制器共同调节。5.3串级控制系统与单回路控制系统相比有什么特点？答：（1）由于副回路的存在，减小了对象的 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，系统的快速性增强了。（3）对二次干扰具有很强的克服能力，对克服一次干扰的能力也有一定的提高。（4）对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应 能力。5.4串级控制系统的副变量选择原则有哪些？答：（1）应使主要的和更多的干扰落入副回路中。（2 ）应使主副对象的时间常数匹配。（3）应考虑工艺上的合理性、可能性、经济性。5.7串级控制系统多用于哪些场合？答：凡是由单回路控制系统能够
