2025年大学二年级（过程装备与控制工程）过程装备控制试题及答案.doc

2025年大学二年级（过程装备与控制工程）过程装备控制试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 过程装备控制中，反馈控制系统的核心是（ ）
A. 被控对象 B. 测量元件 C. 控制器 D. 执行器
2. 以下哪种控制规律能有效消除系统的稳态误差（ ）
A. P控制 B. PI控制 C. PD控制 D. PID控制
3. 对于一阶惯性环节，其时间常数T越大，系统响应（ ）
A. 越快 B. 越慢 C. 不变 D. 先快后慢
4. 过程装备控制中，被控变量的选择原则不包括（ ）
A. 反映工艺过程的关键变量 B. 可直接测量 C. 与其他变量无关 D. 具有代表性
5. 气动执行器的信号范围通常是（ ）
A. 0-20mA B. 4-20mA C. 0-10V D. 20-100kPa
6. 以下哪种传感器常用于测量压力（ ）
A. 热电偶 B. 热电阻 C. 应变片 D. 压电式传感器
7. 过程装备控制中，开环控制系统的特点是（ ）
A. 有反馈环节 B. 无反馈环节 C. 控制精度高 D. 抗干扰能力强
8. 比例控制作用的强弱取决于（ ）
A. 比例系数 B. 积分时间 C. 微分时间 D. 控制精度
9. 对于一个控制系统，其稳定性与（ ）有关。
A. 被控对象特性 B. 控制规律 C. 系统结构 D. 以上都是
10. 过程装备控制中，测量变送环节的作用是（ ）
A. 获取被控变量的信息 B. 对被控变量进行控制 C. 执行控制指令 D. 提供能源

第II卷（非选择题 共70分）
11. （10分）简述过程装备控制的基本任务。
12. （15分）分析PI控制规律的特点及适用场合。
13. （15分）某过程控制系统中，被控对象传递函数为G(s)=1/(3s+1)，采用比例控制，比例系数Kp=2，求系统的闭环传递函数，并分析系统的稳定性。
14. （15分）材料：在一个化工生产过程中，需要对反应釜内的温度进行精确控制。已知反应釜的温度变化受到进料流量、搅拌速度等因素的影响。
问题：请设计一个温度控制系统，说明被控变量、操纵变量的选择，以及控制方案的设计思路。
15. （I5分）材料：某过程装备控制系统中，采用PID控制。在运行过程中，发现系统响应速度较慢，超调量较大，但稳态误差较小。
问题：分析可能导致这些问题的原因，并提出改进措施。

答案：1. C 2. B 3. B 4. C 5. D 6. D 7. B 8. A 9. D 10. A
11. 过程装备控制的基本任务是使生产过程中的各种工艺参数保持在规定的范围内，以确保生产的安全、稳定、高效运行。具体包括：检测被控变量，将其转化为标准信号；将检测信号与设定值比较，产生偏差信号；根据偏差信号，按照一定的控制规律产生控制信号；将控制信号作用于执行器，改变操纵变量，使被控变量回到设定值。
12. PI控制规律的特点是既具有比例控制作用的快速性，又具有积分控制作用能消除稳态误差的优点。比例系数Kp决定了控制作用的强弱，积分时间Ti影响积分作用的强弱。适用场合为对象滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高，允许有余差的系统。
13. 闭环传递函数为：Gcl(s)=KpG(s)/(1+KpG(s))=2/(3s+1+2)=2/(3s+3)=2/3(s+1)。系统的特征方程为3s+3=0，解得s=-1，系统是稳定的。
14. 被控变量选择反应釜内温度。操纵变量可选择进料流量或加热蒸汽流量等影响温度的因素。控制方案设计思路：采用温度传感器测量反应釜温度并变送，与设定温度比较得偏差，通过PID控制器根据偏差按控制规律计算控制信号，控制执行器调节操纵变量，使反应釜温度稳定在设定值。
15. 可能原因：比例系数Kp过小，积分时间Ti过长。改进措施：适当增大比例系数Kp，加快系统响应速度；减小积分时间Ti，增强积分作用，减小稳态误差，同时要注意调整过程中观察系统响应，避免出现新的问题。