过程控制系统简答题.doc

1． 闭环控制系统分为几种类型？每种代表什么含义？ 
答：（1）定值控制系统，就是系统被控量的给定值保持在规定值不变或在小范围附近不变。
（2）程序控制系统，是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作。
（3）随动控制系统，是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。
2. 一个单回路控制系统重要由哪几个环节组成？作出简朴控制系统的方框图。
答：一个单回路控制系统重要由测量元件、变送器、调节器、调节阀、和被控过程等环节组成。

3.什么是气开式调节阀？什么是气关式调节阀？其选择的原则是什么？ 
答：气开式：执行器输入压力p>0.02mpa时，阀开始打开，也就是说有信号压力时阀打开，无信号压力时阀关。气关式则反之，有信号压力时阀关，无信号压力时阀开。
原则：重要是考虑在不同工艺条件下安全生产的需要。a、考虑事故状态时人身、工艺设备安全。b、考虑事故状态下减少经济损失，保证产品质量。c、考虑介质的性质。
4. 根据流量特性曲线，分别写出其相应的流量特性。
答：流量特性重要有直线、等比例（对数）、抛物线及快开四种
直线特性是指阀门的相对流量与相对开度成直线关系，即单位开度变化引起的流量变化时常数。
对数特性是指单位开度变化引起相对流量变化与该点的相对流量成正比，即调节阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增大而增大。
抛物线特性是指单位相对开度的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系。
快开流量特性是指在开度较小时就有较大的流量，随开度的增大，流量不久就达成最大，此后再增长开度，流量变化很小，故称快开特性。
隔阂阀的流量特性接近快开特性，蝶阀的流量特性接近等比例特性，闸阀的流量特性为直线特性，球阀的流量特性在中启闭阶段为直线，在中间开度的时候为等比例特性。

5.什么是积分饱和现象？防止积分饱和的措施都有哪些？
所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致u(k)达成极限位置。此后若控制器输出继续增大，u(k)也不会再增大，即系统输出超过正常运营范围而进入了饱和区。一旦出现反向偏差，u(k)逐渐从饱和区退出。进入饱和区愈深则退饱和时间愈长。此段时间内，执行机构仍停留在极限位置而不能随着偏差反向立即做出相应的改变，这时系统就像失去控制同样，导致控制性能恶化。这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象。
1. 积分分离法2.变速积分 PID 控制算法3.超限削弱积分法4.有效偏差法5.抗积分饱和机制
6.简述前馈-反馈控制系统的优点。
1系统综合了反馈、前馈控制系统的优点填补了他们的缺陷因而前馈—反馈复合控制系统的到了广泛的应用
2引入前馈补偿没有影响到系统的稳定性 很显然前馈无论加在什么位置都不会构成回路系统的特性式都保持不变因而不会影响系统的稳定性。
3引入反馈控制后前馈完全补偿条件并没有改变。
7. 什么是比值控制系统？常见的比值控制方案有哪些？
答：实现两个或两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常为流量比值控制系统，用来保持两种物料的流量保持一定的比值关系。
开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统，变比值控制系统
8. 控制器参数整定的任务是什么？常用的整定方法有几种？
答： 控制器参数整定的任务是，根据已定的控制方案，来拟定调节器的最佳参数值（涉及比例度，积分时间，微分时间）。以便是系统能获得好的调节质量。
常用的整定法有：临界比例度法，衰减曲线法，和经验凑试法。
控制器参数整定的任务是：根据已定的控制方案，来拟定控制器的最佳参数值（涉及比例度δ、积分时间TI；、微分时间TD），以便使系统能获得好的控制质量。 
控制器参数整定方法有理论计算和工程整定两大类，其中常用的是工程整定法。 属于控制器参数工程整定法重要有临界比例度法、衰减曲线法和经验凑试法等。
9. 与单回路控制系统相比，串级控制系统有什么特点？
答：1.改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。2.能迅速克服进入副回路的二次扰动。3. 提高了系统的工作频率。 对负荷变化的适应性较强
10.简朴控制系统中，控制器的正反作用应如何选择？

11.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。
12. 串级控制系统有哪些特点?重要使用在哪些场合?    
 答：1.串级控制系统的重要特点为： (1)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；     (2)系统的目的在于通过设立副变量来提高对主变量的控制质量；(3)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；  (4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。 2.串级控制系统重要应用于：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、对控制质量规定较高的场合。
13. 什么是控制通道和扰动通道？对于不同的通道，对象的特性参数对控制有什么不同的影响？
对于一个被控对象来说，输入量是扰动量和操纵变量，而输出是被控变量。由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道。操纵变量至被控变量的信号联系称为控制通道；扰动量至被控变量的信号联系称为扰动通道。 
一般来说，对于不同的通道，对象的特性参数(K、T、t)对控制作用的影响是不同的。     对于控制通道：
  放大系数K大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对扰动的补偿能力强，余差也小；放大系数K小，控制作用的影响不显著，被控变量的变化缓慢。但K太大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降。 
    在相同的控制作用下，时间常数T大，则被控变量的变化比较缓慢，此时对象比较平稳，容易进行控制，但过渡过程时间较长；若时间常数T小，则被控变量变化速度快，不易控制。时间常数太大或太小，在控制上都将存在一定困难，因此，需根据实际情况适中考虑。 
    滞后时间t的存在，使得控制作用总是落后于被控变量的变化，导致被控变量的最大偏差增大，控制质量下降。因此，应尽量减小滞后时间t。     
对于扰动通道：  放大系数K大对控制不利，由于，当扰动频繁出现且幅度较大时，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；而放大系数K小，既使扰动较大，对被控变量仍然不会产生多大影响。 
 时间常数T大，扰动作用比较平缓，被控变量变化较平稳，对象较易控制。
纯滞后的存在，相称于将扰动推迟0t时间才进入系统，并不影响控制系统的品质；而容量滞后的存在，则将使阶跃扰动的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和些，因此，对系统是有利的。
14. 作出串级控制系统的方块图。

15.如何选择串级控制系统中主、副控制器的正、反作用? 
答副控制器的作用方向与副对象特性、控制阀的气开、气关型式有关，其选择方法与简朴控制系统中控制器正、反作用的选择方法相同，是按照使副回路成为—个负反馈系统的原则来拟定的。 
主控制器作用方向的选择可按下述方法进行：当主、副变量在增长(或减小时)，假如规定控制阀的动作方向是一致的，则主控制器应选“反”作用的；反之，则应选“正”作用的。 
从上述方法可以看出，串级控制系统中主控制器作用方向的选择完全由工艺情况拟定，或者说，只取决于主对象的特性，而与执行器的气开、气关型式及副控制器的作用方向完全无关。这种情况可以这样来理解：假如将整个副回路看作是构成主回路的一个环节时，副回路这个环节的输入就是主控制器的输出(即副回路的给定)，而其输出就是副变量。由于副回路的作用总是使副变量跟随主控制器的输出变化而变化，不管副回路中副对象的特性及执行器的特性如何，当主控制器输出增长时，副变量总是增长的，所以在主回路中，副回路这个环节的特性总是“正”作用方向的。由图可见，在主回路中，由于副回路、主测量变送这两个环节的特性始终为“正”，所认为了使整个主回路构成负反馈，主控制器的作用方向仅取决于主对象的特性。主对象具有“正”作用特性(即副变量增长时，主变量亦增长)时，主控制器应选“反”作用方向，反之，当主对象具有“反”作用特性时，主控制器应选“正”作用方向。
16. 控制器的P、PI、PD、PID控制规律各有什么特点？
答：比例控制规律 合用于控制通道滞后较小，时间常数不太大，扰动幅度较小，负荷变化不大，控制质量规定不高，允许有余差的场合。如贮罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽压力的控制等。
 比例积分控制规律  引入积分作用能消除余差。合用于控制通道滞后小，负荷变化不太大，工艺上不允许有余差的场合，如流量或压力的控制。
   比例微分控制规律 引入了微分，会有超前控制作用，能使系统的稳定性增长，最大偏差和余差减小，加快了控制过程，改善了控制质量。合用于过程容量滞后较大的场合。对于滞后很小和扰动作用频繁的系统，应尽也许避免使用微分作用。
比例积分微分控制规律 可以使系统获得较高的控制质量，它合用于容量滞后大、负荷变化大、控制质量规定较高的场合，如反映器、聚合釜的温度控制。
17. 在过程控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用。
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原件，直接用于改变操纵量，以克服干扰，达成控制的目的。
18. 分析在什么场合下选用比例，比例积分，比例积分微分调节规律？
（1）比例调节规律合用于负荷变化较小，纯滞后不太大而工艺规定不高又允许有余差的调节系统。
（2）比例积分调节规律合用于对象调节通道时间常数较小、系统负荷变化较大（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。
（3）比例积分微分调节规律合用于容量滞后较大，纯滞后不太大，不允许有余差的对象。
20. 临界比例度的意义是什么？为什么工程上控制器所采用的比例度要大于临界比例度？
改变控制器的比例度会改变系统的过渡过程形式，当控制系统在阶跃输入作用时，能使系统产生 等幅震荡过渡过程的比例度的数值 称为临界比例度。当实际的比例度小于临界比例度的数值时，系统会不稳定，这是生产上不允许的。所以工程上控制器所采用的比例度要大于临界比例度。
21. 按照设定值的不同形式，过程控制系统可分为哪几类？
按照设定值的不同形式又可分为: 
1．定值控制系统  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.随动控制系统  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可以尽快地,准确无误地跟踪设定值的变化而变化 
3.程序控制系统  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。
22.何为控制阀的抱负流量特性和工作流量特性？常用的调节阀抱负流量特性有哪些？
假定阀前后压差保证不变时，调节阀的流量特性称为抱负流量特性，它只取决于阀芯形状，实际使用中，阀前后压差总是变化的，此时调节阀的流量特性称为工作流量特性，它取决于阀芯形状和配管状况
常用的是直线、等比例、快开三种
23前馈控制与反馈控制的区别有哪些？
前馈控制对控制器的规定非常严格，即前馈控制系统中的人必须具有开发的意识；而反馈控制可以运用信息流的闭合，调整控制强度，因而对控制器的规定相对较低。
24. 串级控制系统中主、副变量应如何选择？
答  主变量的选择原则与简朴控制系统中被控变量的选择原则是同样的。  副变量的选择原则是： (1)主、副变量间应有一定的内在联系，副变量的变化应在很大限度上能影响主变量的变化； (2)通过对副变量的选择，使所构成的副回路能包含系统的重要干扰； (3)在也许的情况下，应使副回路包含更多的重要干扰，但副变量又不能离主变量太近； (4)副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防“共振”的发生。
25.什么是均匀控制系统？它有何特点？
答均匀控制系统是为了解决前后工序的供求矛盾，使两个变量之间可以互相兼顾和协调操作的控制系统。
均匀控制系统的特点是其控制结果不像其它控制系统那样，不是为了使被控变量保持不变，而是使两个互相联系的变量都在允许的范围内缓慢地变化。均匀控制系统中的调节器一般都采用纯比例作用，且比例度很大，必要时才引入少量的积分作用。
26.对象的时间常数T指的是什么？
答案:对象的时间常数T，是表达扰动后被测量完毕其变化过程所需时间的一个重要参数，即表达对象惯性的一个参数。T越大，表白对象的惯性越大。
27.比例控制作用有何特点？
答：比例作用的优点是动作快。它的输出无迟延地反映输入的变化，是最基本的控制作用。缺陷是调节结束后被控量有静态偏差。
18  图1-2所示，是某温度记录仪上面画出的曲线图，试写出最大偏差、衰减比、余差、振荡周期，假如工艺上规定控制温度为（40±2 0C），哪么该控制系统能否满足规定？

解答： 
最大偏差：e max= 45－40 = 5 ℃        衰减比：n = B / B’= 4 / 1 .                余差：C = 41－40 = 1℃                    振荡周期:T= 18 －5 = 13 min     终值在41℃,误差± 1 ℃,符合规定.

5． 如下图所示液位控制系统中，被控过程物料的输入量和输出量是什么？控制系统的（1）被控变量、（2）操纵变量、（3）重要扰动、（4）输入信号、（5）输出信号各是什么？ 

解：被控过程物料的输入量时水的流量Q1，输出量是水的流量Q2； (1)被控变量是液位H； (2)操纵变量是流量Q2；（开关在这里，控制排水量，而不是入水量） (3)重要扰动是流量Q1； (4)输入信号是液位的给定值； (5)输出信号是液位H

图1-11所示是一反映器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反映器进行反映，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反映器内的温度保持不变。图中TC表达温度控制器。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及也许影响被控变量变化的扰动各是什么? 

其中，被控对象：反映器；被控变量：反映器内的温度；操纵变量：冷却水流量。 
也许影响被控变量的干扰因素重要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。 
若当反映器内的被控温度在干扰作用下升高时，其测量值与给定值比较，获得偏差信号，经温度控制器运算解决后，输出控制信号去驱动控制阀，使其开度增大，冷却水流量增大，这样使反映器内的温度降下来。所以该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环控制系统。