过程控制新版系统与仪表课后答案华南理工大学.doc

华南理工大学本科教材与考研复试用
第1章 思考题与习题
1-1 过程控制有哪些重要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？
解答：
1．控制对象复杂、控制规定多样
2. 控制方案丰富
3．控制多属慢过程参数控制
4．定值控制是过程控制一种重要控制形式
5．过程控制系统由规范化过程检测控制仪表构成
1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几某些构成？
解答：
过程控制系统：普通是指工业生产过程中自动控制系统变量是温度、压力、流量、液位、成分等这样某些变量系统。
构成：参照图1-1。
1-4 阐明过程控制系统分类办法，普通过程控制系统可分为哪几类？
解答：
分类办法阐明：
按所控制参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所解决信号方式来分，有模仿控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统构造和所完毕功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统构成回路状况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数数量可分为单变量和多变量控制系统等。
普通分类：
1．按设定值形式不同划分：（1）定值控制系统
（2）随动控制系统
（3）程序控制系统
2．按系统构造特点分类：（1）反馈控制系统
（2）前馈控制系统
（3）前馈—反馈复合控制系统
1-5 什么是定值控制系统?
解答：
在定值控制系统中设定值是恒定不变，引起系统被控参数变化就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象静态特性？什么是被控对象动态特性？两者之间有什么关系？
解答：
被控对象静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间关系称为静态特性。
被控对象动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间关系即为控制过程动态特性。
两者之间关系：

1-7 试阐明定值控制系统稳态与动态含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？
解答：
稳态：
对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达
到一种平衡状态，系统中各个构成环节暂不动作，它们输出信号都处在相对静
止状态，这种状态称为稳态（或静态）。
动态：
从外部扰动浮现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统
又建立新稳态（达到新平衡）、调节过程结束这一段时间，整个系统各个环节状态和参数都处在变化过程之中，这种状态称为动态。
在实际生产过程中，被控过程经常受到各种振动影响，不也许始终工作在稳态。只有将控制系统研究与分析重点放在各个环节动态特性，才干设计出良好控制系统。

1-8 评价控制系统动态性能惯用单项指标有哪些？各自定义是什么？
解答：
单项性能指标重要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。
衰减比：等于两个相邻同向波峰值之比n；
过渡过程最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值最大值A；
超调量：第一种波峰值与最后稳态值y（）之比百分数；

残存偏差C： 过渡过程结束后，被控参数所达到新稳态值y（）与设定值之间偏差C称为残存偏差，简称残差；
调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需时间；
振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；
峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一种波峰所需要时间。

1-10 某被控过程工艺设定温度为900℃，规定控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80℃。现设计温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下过渡过程曲线如图1-4所示。试求该系统过渡过程单项性能指标：最大动态偏差、衰减比、振荡周期，该系统能否满足工艺规定？
解答：
最大动态偏差A：
衰减比n：
振荡周期T：
A<80，且n>1 (衰减振荡)，因此系统满足工艺规定。

第2章 思考题与习题
2-1 某一标尺为0～1000℃温度计出厂前经校验得到如下数据：
原则表读数/℃
0
200
400
600
800
1000
被校表读数/℃
0
201
402
604
806
1001
求：1）该表最大绝对误差；
2）该表精度；
3）如果工艺容许最大测量误差为±5℃，该表与否能用？

2-2 一台压力表量程为0～10MPa，经校验有如下测量成果：
原则表读数/MPa
0
2
4
6
8
10
被校表读数/MPa
正行程
0
1.98
3.96
5.94
7.97
9.99
反行程
0
2.02
4.03
6.06
8.03
10.01
求：1）变差；
2）基本误差；
3）该表与否符合1.0级精度？

2-3 某压力表测量范畴为0～10MPa，精度级别为1.0级。试问此压力表容许最大绝对误差是多少？若用原则压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa时，原则压力计上读数为5.08MPa，试问被校压力表在这一点上与否符合1级精度，为什么？
解答：
1）基本误差=
最大绝对误差∆max＝0.01×10＝0.1MPa
2）校验点为5 MPa时基本误差：
0.8％<1％ ，因此符合1.0级表。

2-4 为什么测量仪表测量范畴要依照被测量大小来选用？选一台量程很大仪表来测量很小参数值有什么问题？
解答：
1）
2）

2-5 有两块直流电流表，它们精度和量程分别为
1) 1.0级，0～250mA
2）2.5级，0～75mA
现要测量50mA直流电流，从精确性、经济性考虑哪块表更适当？
解答：
分析它们最大误差：
1）∆max＝250×1％＝2.5mA；
2）∆max＝75×2.5％＝1.875mA；
选取2.5级，0～75mA表。

2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃，输出为4～20mA。当变送器输出电流为10mA时，相应被测温度是多少？
解答：
； T=500。

2-12 试简述弹簧管压力计工作原理。既有某工艺规定压力范畴为1.2±0.05MPa，可选用弹簧管压力计精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五个级别，可选用量程规格有0～1.6MPa、0～2.5MPa和0～4MPa。请阐明选用何种精度和量程（见附录E）弹簧管压力计最适当？
解答：
1）工作原理：
2）依照题意：压力范畴为1.2＋0.5 MPa，即容许最大绝对误差∆max＝0.05
分析选用不同量程表所需精度级别：
0～1.6 MPa量程：，可选2.5级表；
0～2.5 MPa量程：，可选1.5或2.0级表；
0～4.0 MPa量程：，可选1.0级表。
量程选取：被测最大压力＝1/3～2/3量程上限
0～1.6 MPa量程：
0～2.5 MPa量程：
0～4.0 MPa量程：
综合分析，选用1.5级或2.0级，0～2.5 MPa量程表最适当。

2-13 如果某反映器最大压力为1.0MPa，容许最大绝对误差为0.01MPa。现用一台测量范畴为0～1.6MPa，精度为1级压力表来进行测量，问能否符合工艺规定？若采用一台测量范畴为0～1.0MPa，精度为1级压力表，能符合规定吗？试阐明其理由。
解答：
工艺规定：最大压力为1.0MPa，容许最大绝对误差为0.01MPa。
分别求出两台仪表最大容许误差，进行判断。
1）精度为1级，量程为0～1.6MPa表，其最大绝对误差：
∆1.6max＝1.6×1％＝0.016 MPa，> 0.01 MPa，因此不符合规定；
2）精度为1级，量程为0～1.0MPa表，其最大绝对误差：
∆1.0max＝1.0×1％＝0.01 MPa，＝ 0.01 MPa，因此最大误差符合规定，但是压力表最大测量值应≤ 2/3仪表量程，否则压力波动会使测量值超过仪表量程。
因此，该表也不符合规定。

2-14 某台空压机缓冲器，其工作压力范畴为1.0～1.6MPa，工艺规定就地观测罐内压力，并要测量成果误差不得不不大于罐内压力±5%。试选取一块适当压力表（类型、测量范畴、精度级别），并阐明其理由。
解答：
依照题意知：压力范畴1.0～1.6MPa，
容许最大误差：∆max＝1.6×（＋5％）＝＋0.08 MPa
1）量程拟定：
应满足工作最大压力不大于仪表量程2/3处，即1.6 MPa×2/3＝2.4 MPa
可以选量程为0～2.5 MPa弹簧压力表。
2）精度级别拟定：
求出基本误差，以拟定满足规定精度级别。
，容许精度级别为2.5级。
综上分析，选取量程为0～2.5 MPa，精度级别为2.5级弹簧压力表。
该表最大绝对误差：∆max＝2.5×（＋2.5％）＝＋0.0625 MPa，<0.08 MPa
因此满足规定。

2-17 什么叫原则节流装置？试述差压式流量计测量流量原理；并阐明哪些因素对差压式流量计流量测量有影响？
解答：
1）原则节流装置：涉及节流件和取压装置。
2）原理：基于液体流动节流原理，运用流体流经节流装置时产生压力差而实现流量测量。
3）影响因素：P47
流量系数大小与节流装置形式、孔口对管道面积比m及取压方式密切有关；
流量系数大小与管壁粗糙度、孔板边沿尖锐度、流体粘度、温度及可压缩性有关；
流量系数大小与流体流动状态关于。

2-19 为什么说转子流量计是定压式流量计？而差压式流量计是变压降式流量计？
解答：
1）转子流量计是定压式流量计(P47)
虽然转子流量计也是依照节流原理测量流量，但它是运用节流元件变化流体流通面积来保持转子上下压差恒定。因此是定压式。
2）差压式流量计是变压降式流量计(P45)
是基于流体流动节流原理，运用流体流经节流装置是产生压差实现流量测量。因此是变压降式。

2-21 椭圆齿轮流量计特点是什么？对被测介质有什么规定？
解答：
1）特点：流量测量与流体流动状态无关，这是由于椭圆齿轮流量计是依托被测介质压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量。
粘度愈大介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去泄漏量愈小，因而核测介质粘皮愈大，泄漏误差愈小，对测量愈有利。
椭圆齿轮流量计计量精度高，合用于高粘度介质流量测量。
2）对被测介质规定：不合用于具有固体颗粒流体(固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流量)。
如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差。

2-22 电磁流量计工作原理是什么？它对被测介质有什么规定？
解答：P51
1）原理：运用导电液体通过磁场时在两固定电极上感应出电动是测量流速。
2）对被测介质规定：导电液体，被测液体电导率应不不大于水电导率(cm)，不能测量油类或气体流量。

2-24 超声波流量计特点是什么？
解答：
超声波流量计非接触式测量方式，不会影响被测流体流动状况，被测流体也不会对流量计导致磨损或腐蚀伤害，因而合用范畴辽阔。
2-25 用差压变送器测某储罐液位，差压变送器安装位置如图2-75所示。请导出变送器所测差压与液位之关系。变送器零点需不需要迁移？为什么？

2-26 用法兰式差压变送器测液位长处是什么？
解答：P57
测量具备腐蚀性或具有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体液位，在膜盒、毛细管和测量室所构成封闭系统内充有硅油，作为传压介质，使被测介质不进入毛细管与变送器，以免堵塞。
可节约隔离罐。

2-27 试述电容式物位计工作原理。
解答：
运用电容器极板之间介质变化时，电容量也相应变化原理测物位，可测量液位、料位和两种不同液体分界面。

2-28 超声波液位计合用于什么场合？
解答：P60
适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘性液体测量。

第3章 习题与思考题
3-1 什么是控制器控制规律？控制器有哪些基本控制规律？
解答：
1）控制规律：是指控制器输出信号与输入偏差信号之间关系。
2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。

3-2 双位控制规律是如何？有何优缺陷？
解答：
1）双位控制输出规律是依照输入偏差正负，控制器输出为最大或最小。
2）缺陷：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定输出值，相应控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。
3）长处：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以减少控制机构开关频繁限度，延长控制器中运动部件使用寿命。

3-3 比例控制为什么会产生余差？
解答：
产生余差因素：比例控制器输出信号y与输入偏差e之间成比例关系：

为了克服扰动影响，控制器必要要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器输出变化量才不为零，这阐明比例控制会永远存在余差。

3-4 试写出积分控制规律数学表达式。为什么积分控制能消除余差？
解答：
1）积分控制作用输出变化量y是输入偏差e积分：
2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器构成控制系统可以到达无余差。

3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程影响。
解答：
1）
积分时间是控制器消除偏差调节时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。
2） 在实际控制器中，惯用积分时间Ti来表达积分作用强弱，在数值上，Ti=1／K i 。显然，Ti越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。

3-6 某比例积分控制器输入、输出范畴均为4～20mA，若将比例度设为100%、积分时间设为2min、稳态时输出调为5mA，某时刻，输入阶跃增长0.2mA，试问通过5min后，输出将由5mA变化为多少？
解答：
由比例积分公式：分析：
依题意：，即K p =1， TI= 2 min ， e＝＋0.2；
稳态时：y0＝5mA，
5min后：
3-7 比例控制器比例度对控制过程有什么影响？调节比例度时要注意什么问题？
解答：P74
1）控制器比例度P越小，它放大倍数就越大，它将偏差放大能力越强，控制力也越强，反之亦然，比例控制作用强弱通过调节比例度P实现。
2）比例度不但表达控制器输入输出间放大倍数，还表达符合这个比例关系有效输入区间。一表量程是有限，超过这个量程比例输出是不也许。
因此，偏差变化使控制器输出可以变化全量程（16mA），避免控制器处在饱和状态。

3-8 抱负微分控制规律数学表达式是什么？为什么惯用实际为分控制规律？
解答：
1）
2）由于抱负微分运算输出信号持续时间太短，往往不能有效推动阀门。实际应用中，普通加以惯性延迟，如图3-7所示，称为实际微分。

3-9 试写出比例、积分、微分（PID）三作用控制规律数学表达式。
解答：

3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自特点，积分和微分为什么不单独使用？
解答：
1）比例控制及时、反映敏捷，偏差越大，控制力越强；但成果存在余差。
2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。
3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。

3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪几某些构成？各构成某些作用如何？
解答：P79
1）构成如图3-11所示。
2）作用参照P79。
3-12 DDZ-Ⅲ型控制器软手动和硬手动有什么区别？各用在什么条件下？
解答：
1）软手动操作是指调节器输出电流I0与手动操作输入信号成积分关系；
硬手动操作是指调节器输出电流I0与手动操作输入信号成比例关系。
2）软手动操作：系统投运
硬手动操作：系统故障

3-13 什么叫控制器无扰动切换？在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换，在设计PID电路时采用了哪些办法？
解答：P84
1）调节器进行状态转换后，输出值不发生跳动，即状态转换无冲击。
2）CM、CI。P85中。

3-14 PID调节器中，比例度P、积分时间常数、微分时间常数分别具备什么含义？在调节器动作过程中分别产生什么影响？若将取∞、取0，分别代表调节器处在什么状态？
解答：
比例度P含义：使控制器输出变化满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应输入测量值变化占仪表输入量程比例。比例作用强弱取决于比例度大小。
积分时间常数含义：越小，积分作用越强；越大积分作用越弱；若将取∞，则积分作用消失。
微分时间常数含义：越大，微分作用越强；取0，微分作用消失。

3-15 什么是调节器正/反作用？在电路中是如何实现？
解答：
1）正作用：偏差=测量值-给定值；
反作用：偏差=给定值-测量值。
2）运放输入端切换开关实现。
3-16 调节器输入电路为什么要采用差动输入方式？输出电路是如何将输出电压转换成4～20mA电流？
解答：
1）采用差动输入方式，可以消除公共地线上电压降带来误差。
2）参照P83下输出电路。

3-18 给出实用PID数字表达式，数字仪表中常有哪些改进型PID算法？
解答：
1） P91式（3-18）
2）改进算法：

第4章 思考题与习题
4-1 气动调节阀重要由哪两某些构成？各起什么作用？
解答：
1）执行机构和调节机构。
2）执行机构作用：按调节器输出控制信号，驱动调节机构动作；
调节机构作用：由阀芯在阀体内移动，变化阀芯与阀座之间流通面积，从而变化被控介质流量。

4-2 试问调节阀构造有哪些重要类型？各使用在什么场合？
解答：
1）类型：直通单座阀、直通双座阀。
2）直通单座阀使用场合：小口径、低压差场合；
直通双座阀使用场合：大口径、大压差场合。

4-4 什么叫调节阀抱负流量特性和工作流量特性？惯用调节阀抱负流量特性有哪些？
解答：
1）抱负流量特性：在调节阀先后压差固定状况下得出流量特性称为固有流量特性，也叫抱负流量特性。
工作流量特性：在实际工艺装置上，调节阀由于和其她阀门、设备、管道等串连使用，阀门两端压差随流量变化而变化，这时流量特性称为工作流量特性。
2）惯用抱负流量特性：直线流量特性、等比例（对数）流量特性、
快开特性

4-6 什么叫调节阀可调范畴？在串联管道中可调范畴为什么会变化？
解答：
1）可调范畴：反映调节阀可控制流量范畴，用R＝Qmax/Qmin之比表达。R越大，调节流量范畴越宽,性能指标就越好。
2）由于串联管道阻力影响。
4-7 什么是串联管道中阀阻比？值变化为什么会使抱负流量特性发生畸变？
解答：
1）阀阻比：用阀阻比表达存在管道阻力状况下，阀门全开时，阀门先后最小压差占总压力po比值。
2）在S＜1时，由于串联管道阻力影响，使阀门开大时流量达不到预期值，也就是阀可调范畴变小。随着S值减小，直线特性徐徐区于快开特性，等比例特性徐徐趋近于直线特性。

4-8 什么叫气动调节阀气开式与气关式？其选取原则是什么？
解答：
1）气开式：无压力信号时阀门全闭，随着压力信号增大，阀门逐渐开大气动调节阀为气开式。
气关式：无压力信号时阀门全开，随着压力信号增大，阀门逐渐关小气动调节阀为气关式。
2）选取原则：从工艺生产安全考虑，一旦控制系统发生故障、信号中断时，调节阀开关状态应能保证工艺设备和操作人员安全。

4-9 如图4-24所示蒸气加热器对物料进行加热。为保证控制系统发生故障时，加热器耐热材料不被烧坏，试拟定蒸气管道上调节阀气开、气关形式。
解答：
气开式调节阀。

4-11 试述电/气转换器用途与工作原理。
解答：P113
1）用途： 为了使气动阀可以接受电动调节器输出信号，必要使用电／气转换器把调节器输出原则电流信换为20～100kPa原则气压信号。
2）原理：在杠杆最左端安装了一种线圈，该线圈能在永久磁铁得气隙中自由地上下运动，由电动调节器送来得电流I通入线圈。当输入电流I增大时，线圈与磁铁间产生得吸力增大，使杠杆左端下移，并带动安杠杆上挡板接近喷嘴，变化喷嘴和挡板之间间隙。
喷嘴挡板机构是气动仪表中最基本变换和放大环节，能将挡板对于喷嘴微小位移敏捷地变换为气压信号。通过气动功率放大器放大后，输出20～l00kPa气压信号p去推动阀门。

4-12 试述电/气阀门定位器基本原理与工作过程。
解答：P115
在杠杆上绕有力线圈，并置于磁场之中。当输入电流I增大时，力线圈产生磁场与永久磁铁相作用，使杠杆绕支点O顺时针转动，带动挡板接近喷嘴，使其背压增大，经气动功率放大器放大后，推动薄膜执行机构使阀杆移动。

4-14 电动仪表如何才干用于易燃易爆场合？安全火花是什么意思？
解答：
1）必要是采用安全防爆办法仪表，就是限制和隔离仪表电路产生火花能量。使其不会给现场带来危险。
2）安全火花：电路在短路、开路及误操作等各种状态下也许发生火花都限制在爆炸性气体点火能量之下。

4-16 齐纳式安全栅基本构造是什么？它是如何限压、限流？
解答：
1）构造：图4-19所示。
2）运用齐纳二极管反向击穿特性进行限压，用电阻进行限流。

第5章 思考题与习题
5-1 什么是被控过程数学模型？
解答：
被控过程数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化数学表达式。

5-2 建立被控过程数学模型目是什么？过程控制对数学模型有什么规定？
解答：
1）目： 设计过程控制系统及整定控制参数；
指引生产工艺及其设备设计与操作；
对被控过程进行仿真研究；
培训运营操作人员；
工业过程故障检测与诊断。
2）规定：总原则一是尽量简朴，二是对的可靠。阶次普通不高于三阶，大量采用品有纯滞后一阶和二阶模型，最惯用是带纯滞后一阶形式。

5-3 建立被控过程数学模型办法有哪些？各有什么规定和局限性？
解答：P127
1）办法：机理法和测试法。
2）机理法：
测试法：

5-4 什么是流入量？什么是流出量？它们与控制系统输入、输出信号有什么区别与联系？
解答：
1）流入量：把被控过程看作一种独立隔离体，从外部流入被控过程物质或能量流量称为流入量。
流出量：从被控过程流出物质或能量流量称为流出量。
2）区别与联系：
控制系统输入量：控制变量和扰动变量。
控制系统输出变量：系统被控参数。
5-5 机理法建模普通合用于什么场合？
解答：P128
对被控过程工作机理非常熟悉，被控参数与控制变量变化都与物质和能量流动与转换有密切关系。

5-6 什么是自衡特性？具备自衡特性被控过程系统框图有什么特点？
解答：
1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预状况下自动恢复平衡特性，称为自衡特性。
2）被控过程输出对扰动存在负反馈。

5-7 什么是单容过程和多容过程？
解答：
1）单容：只有一种储蓄容量。
2）多容：有一种以上储蓄容量。

5-8 什么是过程滞后特性？滞后又哪几种？产生因素是什么？
解答：
1）滞后特性：过程对于扰动响应在时间上滞后。
2）容量滞后：多容过程对于扰动响应在时间上这种延迟被称为容量滞后。
纯滞后：在生产过程中还经常遇到由（物料、能量、信号）传播延迟引起纯滞后。

5-9 对图5-40所示液位过程，输入量为，流出量为、，液位为被控参数，水箱截面为，并设、为线性液阻。
（1）列写液位过程微分方程组；
（2）画出液位过程框图；
（3）求出传递函数，并写出放大倍数和时间常数表达式。
解答：
（1）
（2）框图如图：

（3）

5-10 觉得输入、为输出列写图5-10串联双容液位过程微分方程组，并求出传递函数。
解答：
1）方程组：
2）传递函数：
式中：
3）过程框图：

5-12 何为测试法建模？它有什么特点？
解答：
1）是依照工业过程输入、输出实测数据进行某种数学解决后得到数学模型。
2）可以在不十分清晰内部机理状况下，把被研究对象视为一种黑匣子，完全通过外部测试来描述它特性。

5-13 应用直接法测定阶跃响应曲线时应注意那些问题？
解答：P139
（1）合理地选取阶跃输入信号幅度
（2）实验时被控过程应处在相对稳定工况
（3）要仔细记录阶跃曲线起始某些
（4）多次测试，消除非线性

5-14 简述将矩形脉冲响应曲线转换为阶跃响应曲线办法；矩形脉冲法测定被控过程阶跃响应曲线长处是什么？
解答：P139～P140
1）
2）

5-15 实验测得某液位过程阶跃响应数据如下：

0 10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600 …

0 0 0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 8.8 11.8 14.4 16.6 18.4 19.2 19.6 …

当阶跃扰动为时：
（1）画出液位阶跃响应曲线；
（2）用一阶惯性环节加滞后近似描述该过程动态特性，拟定、、。
解答：
（1）
（2）
第6章 思考题与习题
6-1 简朴控制系统由几种环节构成？
解答：
测量变送器、调节器、调节阀、被控过程四个环节构成。

6-2 简述控制方案设计基本规定。
解答：
安全性、稳定性、经济性。

6-3 简朴归纳控制系统设计重要内容。
解答：
1）控制系统方案设计；
2）工程设计；
3）工程安装和仪表调校；
4）调节器参数整定。

6-4 过程控制系统设计涉及哪些环节？
解答：P174
（1）熟悉和理解生产对控制系统技术规定与性能指标
（2）建立被控过程数学模型
（3）控制方案拟定
（4）控制设备选型
（5）实验（或仿真）验证

6-5 选取被控参数应遵循哪些基本原则？什么是直接参数？什么是间接参数？两者有何关系？
解答：
1）原则：必要依照工艺规定，进一步分析、生产过程，找出对产品产量和质量、生产安全、经济运营、环保、节能降耗等具备决定性作用，能较好反映生产工艺状态及变化参数作为被控参数。
2）直接参数：能直接反映生产过程中产品产量和质量，又易于测量参数
3）间接参数：与质量指标有单值相应关系、易于测量变量，间接反映产品质量、生产过程实际状况。
4）两者关系：间接参数是直接参数单值函数。

6-6 选取控制变量时，为什么要分析被控过程特性？为什么但愿控制通道放大系数要大、时间常数小、纯滞后时间越小越好？而干扰通道放大系数尽量小、时间常数尽量大？
解答：
1）控制变量和干扰变量对被控参数影响都于过程特性密切有关。
2）控制通道静态放大系数K0越大，系统静态偏差越小，表白控制作用越敏捷，克服扰动能力越强，控制效果越好。
时间常数T0小，被控参数对控制变量反映敏捷、控制及时，从而获得良好控制品质。
纯滞后0存在会使系统稳定性减少。0值越大，对系统影响越大。
3）扰动通道静态放大系数Kf越小，表白外部扰动对被控参数影响越小。时间常数Tf越大，外部干扰f（t）对被控参数y（t）影响越小，系统控制品质越好。

6-7 当被控过程存在各种时间常数时，为什么应尽量使时间常数错开？
解答：P182
由自控理论知识可知，开环传递函数中几种时间常数值错开，可提高系统工作频率，减小过渡过程时间和最大偏差等，改进控制质量。

6-8 选取检测变送装置时要注意哪些问题？如何克服或减小纯滞后？
解答：
1）P184-1、2、3、4
2）合理选取检测点。

6-9 调节阀口径选取不当，过大或过小会带来什么问题？正常工况下，调节阀开度在什么范畴比较适当？
解答：
1）调节阀口径选得过大，阀门调节敏捷度低，工作特性差，甚至会产生振荡或调节失灵状况。
调节阀口径选得过小，当系统受到较大扰动时，调节阀工作在全开或全关饱和状态，使系统暂时处在失控工况，这对扰动偏差消除不利。
2）正常工况下规定调节阀开度在15%-85%之间。

6-10 选取调节阀气开、气关方式首要原则是什么？
解答：
保证人身安全、系统与设备安全是调节阀开、关作用方式选取首要原则。

6-11 调节器正、反作用方式选取根据是什么？
解答：
拟定原则是整个单回路构成负反馈系统。

6-12 在蒸气锅炉运营过程中，必要满足汽-水平衡关系，汽包水位是一种十分重要指标。当液位过低时，汽包中水易被烧干引起生产事故，甚至会发生爆炸，为此设计如图6-28所示液位控制系统。试拟定调节阀气开、气关方式和调节阀LC正、反作用；画出该控制系统框图。
解答：见图2－28
1）调节阀：气关方式。
2）调节器：正作用。
3）框图：

6-13 在如图6-29所示化工过程中，化学反映为吸热反映。为使化学反映持续进行，必要用热水通过加热套加热反映物料，以保证化学反映在规定温度下进行。如果温度太低，不但会导致反映停止，还会使物料产生聚合凝固导致设备堵塞，为生产过程再次运营导致麻烦甚至损坏设备。为此设计如图6-29所示温度控制系统。试拟定调节阀气开、气关方式和调节阀TC正、反作用；画出该控制系统框图。
解答：
1）调节阀：气开式。
2）调节器：反作用。
3）框图：

6-14 简述比例、积分、微分控制规律各自特点。
解答：P193
1）比例控制：是最简朴调节规律，它对控制作用和扰动作用响应都很迅速。比例调节只有一种参数，整定简便。比例调节重要缺陷是系统存在静差。
2）积分控制：积分调节特点是没有静差。但它动态偏差最大、调节时间长，只能用于有自衡特性简朴对象、很少单独使用。
3）微分控制：超前调节。

6-21 试比较临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法及经验法特点。
解答：P201
临界比例度法：

衰减曲线法：

响应曲线法：

经验法：

6-22 如图6-30所示热互换器，将进入其中冷却物料加热到设定温度。工艺规定热物料温度，并且不能发生过热状况，以免导致生产事故。试设计一种简朴控制系统，实现热物料温度控制，并拟定调节阀气开、气关方式，调节器正反作用方式，以及调节器调节规律。
解答：
1）被控参数选取：
热互换器出口温度。
2）控制参数选取：
载热介质流量。

3）检测仪表选取：
温度传感器与温度变送器。
4）调节阀选取：
流量特性选取：对数流量特性。
气开、气关方式选取：气开。
5）调节器选取：
调节规律选取：PI或PID。
正反作用方式选取：反作用方式。
系统各环节正、负符号鉴别：被控过程：＋；变送器：＋；调节阀：＋；
依照系统构成负反馈条件：各环节符号之积必为“－”，则调节器为“－”。
6）画出控制系统流程图：如图所示。
7）画出控制系统方框图：如图所示。
8）简述控制系统工作原理：

第7章 思考题与习题
7-1 与单回路系统相比，串级控制系统有哪些重要特点？
解答：P212—7.1.2

7-2 分析串级系统工作原理，阐明为什么副回路存在会使系统抑制扰动能力增强。
解答：P208—7.1.1
7-5 在串级控制系统中当主回路为定值（设定值）控制时，副回路也是定值控制吗？为什么？
解答：P212
不是，副回路是随动控制。

7-8 在某生产过程中，通过加热炉对冷物料加热，依照工艺规定，需对热物料出口温度进行严格控制。对系统分析发现，重要扰动为燃料压力波动。故设计如图7-43所示控制系统。规定：
（1）画出控制系统框图；
（2）为保证设备安全，炉温不能过高。拟定调节阀气开、气关形式。
（3）拟定两个调节器正反作用。
解答：
（1）控制系统框图如图所示。
（2）气开式。
（3）副调节器：反作用；
主调节器：反作用。

7-9 简述前馈控制工作原理，与反馈控制相比，它有什么长处和局限？
解答：
1）当系统浮现扰动时，及时将其测量出来，通过前馈控制器，依照扰动量大小来变化控制量，以抵消扰动对被控参数影响。P221
2）长处：前馈控制器在扰动浮现时及时进行控制，控制及时，对特定扰动引起动、静态偏差控制比较有效。
局限：P224—1）、2）

7-10 为什么普通不单独采用前馈控制方案？
解答：
由于前馈控制局限性。

7-14 图7-44为一单回路水位控制系统。如果蒸气用量经常发生变化，为了改进控制质量，将单回路控制系统改为前馈-反馈复合控制系统，画出控制系统工艺流程图和框图，并对新增回路功能进行简朴阐明。
解答：
1）控制系统工艺流程图如图所示。

控制系统框图如图所示。

2）新增回路功能阐明：

7-19 物料比值与控制系统比值系数有何不同？如何将物料比值转换成控制系统比值系数？
解答：
1）是工艺规定流量比；是仪表信号之间比例系数。
2）用P234式（7-37）和P235式（7-38）进行转换。

7-20 单闭环比值控制系统主、副流量之比与否恒定？总物料总=与否恒定？双闭环比值系统中与总状况如何？
解答：
1）恒定。
2）不能恒定。
3）都能恒定。

7-22 画出图7-45所示比值控制系统框图。该系统总流量与否恒定？如果总流量不恒定，要作什么改动才干实现总流量恒定？
解答：
1）系统框图如图所示：图7-21a）。

2）是单闭环比值控制系统，总流量不能恒定。
3）采用双闭环比值控制系统，如图所示：图7-22。

7-28 在某化学反映器内进行气相反映，调节阀A、B分别用来控制进料流量和反映生成物初料流量。为了控制反映器内压力，设计图7-46所示分程控制系统。试画出其框图，并拟定调节阀气开、气关形式和调节器正、反作用方式。

解答：
1）框图如图所示：

2）调节阀：A：气开；B：气关。
3）调节器：反作用。

7-30 图7-47所示热互换器用来冷却裂解气，冷剂为脱甲烷塔釜液。正常工况下规定釜液流量恒定，以保持脱甲烷塔工况稳定。但裂解气冷却后出口温度不能低于15℃，否则裂解气中水分会产生水合物堵塞管道。为此要设计一选取性控制系统，规定：
（1）画出系统流程图和框图；
（2）拟定调节阀气开、气关形式，调节器正、反作用及选取器类型。

解答：