过程控制考试期中试卷答案解析

word过程掌握考试试卷〔此题共计103101〕〔掌握器〕、〔执行机构〕、〔被控对象〕和〔检测变送仪表〕四个环节组成。〔输入输出〕特性，是对象在各输入量〔掌握量和检测变送量〕作用下，其相应输出量〔被控量〕变化函数关系的数学表达式。3、猎取对象数学模型的方法参方法有：〔机理法〕和〔测试法〕。4、气动执行器由〔调整〕机构和〔执行〕机构两局部组成，常用的关心装置有〔阀门〕定位器和手轮机构。5、流通力量Ｃ的定义是：调整阀全开，阀前后压差为〔0.1Mp〕，流体重度为〔1g/m3〕，每〔小时〕所通过的流体〔系〕数。6、被调介质流过阀门的〔相对〕流量与阀门〔相对〕行程之间的关系称为调整阀〔抱负流量〕特性，实际使用中，阀门前后的压差总是变化的，此时上述关系为〔工作流量〕特性。7、动态前馈掌握的设计思想是通过选择适当的〔前馈〕掌握器，使干扰信号经过掌握器致被控量通道的动态特性完全复制对象〔干扰〕通道的动态特性，并使它们符号〔相反〕〔正、反〕，从而实现对干扰信号进展完全补偿的目标。〔动态特性参数法〕，〔稳定边界法〕，〔衰减曲线法〕，〔阅历法〕。9、调整系统中调整器正、反作用确实定依据是：〔保证掌握系统成为负反响〕。4、模糊掌握器的设计〔不依靠〕被控对象的准确数学模型。〔此题共计1052〕由于微分调整规律有超前作用，因此调整器参加微分作用主要是用来〔C〕:抑制调整对象的惯性滞后〔时间常数，容量滞后τc

τ.0抑制调整对象的纯滞后τ.0抑制调整对象的惯性滞后〔时间常数T，容量滞后.定值调整是一种能对〔A〕进展补偿的调整系统。测量与给定之间的偏差被调量的变化干扰量的变化设定值的变化定值调整系统是〔X〕环调整，前馈系统是〔X〕环调整(B)。A．开，闭B．闭，开C．开，开将比例度A。B.减小C.不变D.先增大后减小成分、温度调整系统的调整规律，通常选用〔C。PIPDPID.流量、压力调整系统的调整规律，通常选用〔A。PIPDPID液位调整系统的调整规律，通常选用〔D。PIPDPIDP(B)：A．实现闭环回路的正反响。BC．系统放大倍数恰到好处D．生产的安全性。单纯的前馈调整是一种能对〔C〕进展补偿的调整系统。测量与给定之间的偏差被调量的变化干扰量的变化定值调整是一种能对〔A〕进展补偿的调整系统。测量与给定之间的偏差被调量的变化干扰量的变化热电偶温度计〔C〕是利用两个相互接触金属导体的温差电动势特性进展测温的。是利用两个相互接触金属导体的接触电动势特性进展测温的。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展测温的。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展测温的。下面的表达中哪一个是最为合理的〔D〕掌握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。掌握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。掌握系统的时间滞后现象对掌握系统的稳定性无影响。以上三种表达都不完整。DCS〔B〕比例、积分、微分掌握。分布式掌握系统。可编程序掌握器。以上三个都不正确。√，否则打×〔此题共计20102〕与DCS相比，Fieldbus热电阻温度计需要进展冷端补偿才能正常工作。PID

[×][√][×]用Smith[×]被控对象特性是指被控对象输入与输出之间的关系。 [√]串级掌握系统中的副掌握器给定值是由主掌握器的输出打算的，所以副掌握器相当于一个闭环定值掌握系统。 [×]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。

[×][×]10．11．[×]12．

在比值掌握系统中，一般选择易调整的量为主变量，易测量的量为副变量。DDC的中文含义是直接数字掌握。 [√]13．14．

串级掌握系统适用于容量滞后较小的生产工艺过程。

[√][×]15．[×]16．

前馈掌握系统一般可单独使用，由于其掌握精度高，且不受外界干扰影响。前馈掌握与定值掌握的原理一样，都是以偏差进展调解的。 [×]17．18．

在串级掌握中，副掌握器的输入值为主掌握器的输出。

[×][√]四、简答题〔此题共计1553〕什么是定值掌握系统？答案：定值掌握系统是指设定值恒定不变的掌握系统。定值掌握系统的作用是抑制扰动对被控变量的影响，使被控变量最终回到设定值或其四周.以后无特别说明掌握系统均指定值掌握系统而言。什么是随动掌握系统？答案：随动掌握系统的设定值是不断变化的，随动掌握系统的作用是使被控变量能够尽快地,准确无误地跟踪设定值的变化而变化。什么是程序掌握系统？答案：程序掌握系统的设定值也是变化的，但它是一个的时间函数，即设定值按肯定的时间程序变化。答案：自动调整系统的生产设备叫做调整对象或简称对象，而生产中要求保持的工艺指标，称为给定值。对于自动调整系统中，习惯承受给定值 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。什么叫确定压力、表压及真空度?它们的相互关系是怎样的?答案：压力。简称表压。负压。确定压力、大气压、表压、真空度之间的相互关系如下图。6．c简述PIDKc

、和i T T、和i 答案：在PIDKc

值越大，表示积分作用iTid

值越大表示微分作用增加。有一流量调整系统，信号传输管线很长，因此，系统产生较大的传送滞后。有合理，应实行什么措施合理？答案：这种设想不合理，由于信号传送滞后是纯滞后，而微分作用不能抑制纯滞后。解决这一问题合理的措施是承受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。利用微分作用来抑制掌握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，由于信号传送滞后是纯滞后，而微分作用不能抑制纯滞后。合理的措施是承受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。通常在什么场合下选用比例〔，比例积〔PI〕,比例积分微分〔PID〕律？答案：比例调整规律适用于负载变化较小，纯滞后不太大而工艺要求不高又允许有余差的调整系统。〔需要消退干扰引起的余差〔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整系统。比例积分调整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。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，然后依据阅历总结出来的关系求出掌握器各参数值。事故。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，得到衰减比例度和衰减周期Ts

〔或上升时间T

，然后依据阅历总结出来的关系求出掌握器各升参数值。这种方法比较简便，整定质量高，整定过程安全牢靠，应用广泛，但对于干扰频繁，记录曲线不规章的系统难于应用。〔111个组成局部功能得1分〕热电偶温度计的根本组成局部有：热电偶、测量仪表、连接热电偶和测量仪表的导线。如以下图所示图题4〔2〕度，一般都要承受补偿导线和考虑冷端温度补偿。串级掌握系统有哪些特点?主要使用在哪些场合?答案：〔每写出1个应用场合的得2分〕在系统构造上，它是由两个串接工作的掌握器构成的双闭环掌握系统；系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的掌握质量；由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前掌握的作用，因而削减了干扰对主变量的影响；系统对负荷转变时有肯定的自适应力量。变化大、对掌握质量要求较高的场合。简述建立对象的数学模型两种主要方法:〔12〕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，依据对象中物理或化学变化的规律(比方三大守恒定律等)，在无视一些次要因素或做出一些近似们的表现形式往往是微分方程或代数方程。二是试验测取法：试验测取法是在所要争论的对象上，人为施加肯定的输入作的特性参数，进而得到对象的数学模型。〔4〕答案：前馈-反响掌握和前馈-串级掌握。〔6〕答案：冷端温度冰浴法计算修正法补偿电桥法〔6〕答案：阅历法稳定边界法衰减曲线法响应曲线法〔答出其中任意三种者得6分，每答出1种得2分〕什么是串级掌握，它由哪些根本环节组成？答案：将两台掌握器串联在一起，使被控量的掌握器的输出作为关心掌握量掌握器送装置、副变送装置组成。简述大时延掌握系统Smith答案：Smith预估补偿方案的特点是预估出过程在根本扰动下的动态特性，然后由预估器进展补偿，力图使被延迟了时间的被调量超前反映到掌握器，使掌握器提前动作，从而明显的减小超调量和加速调整过程，改善掌握系统的品质。简述什么是有自衡力量的被控对象。答案：当被控对象受到干扰作用，平衡状态被破坏后，不需要外加掌握作用，能对象。前馈掌握适用于什么场合？答案：前馈掌握是按扰动而进展掌握的，因此，前馈掌握常用于的场合：一是扰动必需可测，否则无法实施掌握；二是必需常常有比较显著和比较频繁的扰动，否则无此必要。三是存在对被控参数影响较大且不易直接掌握的扰动。分别说明比例、积分、微分掌握对掌握系统的作用。答案：比例掌握影响系统的动态特性和系统的稳定性；积分掌握的作用是可以消退系统余差；微分掌握可以提高系统的响应速度，抑制对象容量滞后的影响。前馈掌握适用于什么样的场合？前馈掌握是按扰动而进展掌握的，因此，前馈掌握常用于以下场合：1)是可测的，否则无法实施掌握；2)必要；3)为什么前馈掌握常与反响掌握构成前馈—反响掌握系统？答案：前馈掌握是一种补偿掌握。一般来讲，前馈掌握无法全部补偿扰动对被控补偿的扰动影响，由反响掌握依据其对被控变量所产生的偏差大小来进展掌握。掌握器的正反作用是如何确定的？〔此题共计152〕〔5分〕某掌握系统用稳定边界法分别整定掌握器参数，临界比例度， 25% T，k

4.5min，试分别确定用PI和PID作用时的掌握器参数。稳定边界法计算表如下。掌握参数T掌握参数TITD掌握作用P2k--PI2.2k0.85Tk-PID1.7k0.5Tk0.13TkPIP2.2k

2.225%0.55T 0.85TI k

0.854.53.825PIDP2.2k

2.225%0.55T 0.85TI kT D

0.854.53.8250.134.50.585〔5分〕某掌握系统用4：1衰减曲线法分别整定掌握器参数。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，经过调整后系统的衰减比为4：1，此时记录下来的比例度s

56%Ts

5.1min。试分别确定用 PI和PID4：1衰减曲线整定阅历参数表如下。掌握参数掌握参数TITD掌握作用P--sPI1.2s0.5Ts-PID0.8s0.3Ts0.1TsPIP1.2 1.256%0.67sT 0.5TI k

0.55.12.55PIDP0.8 0.856%0.48sT 0.3TI k

0.35.11.53T 0.1TD s

0.15.10.51〔10〕一个流量双闭环比值掌握系统如题5.2图所示。其比值用DDZ-Ⅲ型乘法器实现。Q1max

26500m3/h，Q2max

32023m3/h。求：画出掌握系统的构造图。当I 16mA时，比值掌握系统的比值K及比值系数K”分别为多少。0待比值系统稳定时，测得I 16mA，试计算此时的I为多大。1 2题5.2图流量双闭环比值掌握系统原理图解：1)由于 I K1640得 KI 4/16(164)/160.75②0所以KK2)

1max①QQQ2max

KK

Q2maxQ1max

0.75320230.9②26500KI24mA①I1得：I K”(I4mA)4mA②2 1

4mA即：I 0.9(104)49.4mA②2一个比值流量掌握系统用 DDZ-Ⅲ型乘法器来进展比值运算，其原理图如题 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Q1max

3600kg/h，Q2max

2023kg/h。试画出比值掌握系统的构造图。假设要求比值为QQ1 2

2:1I。0

(I4)(I1 16

4〕题3图单闭环乘法比值掌握系统原理图解：流量的最大量程分别为F1max

3600kg/h，F2max

2023kg/h。流量与检测电流I1

F1F1max

4，I2

16 2 FFF2max

K FFF1

，乘法器的输I

(I4)(I1 16

4。II

(I4)(I 4) 1 0

16(I24)4，2 2 I 16K”4。0

0 (I1

4)不加开方器状况，要进展非线性处理： F 2

F F

1 36002‘ K 1max 2 1max 9

0.811非n性1

F2max

F

F2max

2 2023乘法器的设置值：I K‘0 非线性

1640.8116416.96mA①②③④⑤〔15〕 为了获得被控对象的动态特性，常用的试验方法之一是给被控对象施加一个阶跃扰动，获得观测数据，再将脉冲响应曲线转换成阶跃响应曲线，以便于特性提取。题图6为一个矩形扰动脉冲x〔宽度为t，高度为A〕施加到被控对象上的响应曲线y。用所学过的掌握理论学问，将该脉冲响应曲线转换成高度为A的阶跃信号响应曲线。要求分析转换机理，写出转换步骤。题6图矩形脉冲输入/输出曲线答：设被控对象特性为线性特性，由叠加原理，输入一个矩形脉冲信号，相当于t=0t=t0

处。⑤y，将所测绘的响应曲线按时间间隔t等分。在第一区间，y(t)=1 0 1 0y(ty(2t)=y(2ty(t)。第三区间，y(3t)=y(3ty(2t)。以此类1 0 1

0 1

1 0 0 1 0的阶跃响应曲线。⑤其响应曲线见以下图。阶跃响应曲线⑤ 为了获得被控对象的动态特性，常用的试验方法之一是给被控对象施加一个阶跃扰动，获得观测数据，再将脉冲响应曲线转换成阶跃响应曲线，以便于特性提取。题图6为一个矩形扰动脉冲x〔宽度为t0，高度为A〕施加到被控对象上的响应曲线A的阶跃信号响应曲线。要求分析转换机理，写出转换步骤。 在某一蒸汽加热器的掌握系统中，用响应曲线法进展参数调整。当电动单元组合掌握器的输出从6mA转变到7mA时，温度记录仪的指针从85℃升到87.8℃，从原来的稳定状态到达的稳定状态。仪表的刻度为50~100℃，并测出纯滞后时间t=1.2min,时间常数T=2.5min。如承受PI和PID掌握规律，试确定出整定参数0 0〔响应曲线法掌握器参数整定阅历公式见附表。解： 输入增量为：X761mAY87.885.02.8℃输入量程差为：X X 10010mAmax minYmax

Ymin

1005050℃所以，

Y/(Y

Y ) 2.8/50K max0 X/(Xmax

min X )min

1/10

0.56由查表得：在选用PI掌握器时，001.1K 100%1.10.561.2100%30%00T I

T03.31.23.96min

2.5PID000.85K 100%0.850.561.2100%00 T I

T021.22.4min

2.5T 0.5D

0.51.20.6min 用分度号为K的镍铬-镍硅热电偶测量温度，在没有实行冷端温度补偿的状况下，显示仪表指示值为500℃，而这时冷端温度为60℃。试问：实际温度应为多少？答20℃，此时显示仪表的指示值应为多少？解：50020.64mV，由于这个电势是由热电偶产生的，即E(t,t

)20.64mVO同样，查表可得：E(t,0)E(t,t0

)E(t0

,0)20.642.46323.076mV23.076mV查表可得：t=557557℃。当热端为557℃，冷端为20℃时，由于E〔20，0〕=0.798mV,故有：E(t,t0

)E(t,0)E(t0

,0)23.0760.79822.278mV由此电势，查表可得显示仪表指示值应为538.4℃。〔12〕某生产过程需要甲乙两种液体，甲液体的正常流量为1250m3/h，仪表量程为0-1350m3/h；乙的正常流量为150m3/h，仪表量程为0-240m3/h。假设选甲为引入开方运算与不引入开方运算所分别设置的比值系数。答：承受乘法器的单闭环比值掌握流程框图如下图。〔Q1

为甲流量，Q121

为乙流量〕Q1max

1350m3/h:Q

的量程上限，Q2max

150m3/h:Q

的量程上限，Q1minQ2min

0m3/h:Q2120m3/h:Q212

的量程下限，1 引入开方器时，比值系数为：Q Q Q Q QK”

2 Q Q

1minQ

K Q

1minQ1 2max

2min

2max

2min150

13500

0.6751250 24002不引入开方器时：Q Q Q 2K” 2 1max 1minQ Q Q 1 2max 2min 1250 2400

0.456设计一个比例、积分(PI)调整器，掌握一个温度调整系统。掌握器的调整范围为：0-3000℃，掌握器的输出为 4-20mA。当给定被控对象一个如图(a)所示的阶跃输入时，测定的被控对象响应曲线如图(b)所示〔响应曲线法掌握器参数整定阅历公式见下表。要求：计算出掌握器的掌握参数，画出掌握系统方框图。响应曲线法掌握器参数整定阅历公式表调整规律调整规律调整参数δ%积分时间TI微分时间TDP(K0τ0/T0)╳100%PI1.1(K0τ0/T0)╳100%3.3τ0PID0.85(K0τ0/T0)╳100%2τ00.5τ0答：由条件得：掌握器的调整范围上下限为：y 3000℃和y 0℃，控max min制器的输入上下限为Pmax

20mAPmin

由测试数据得，当输入信号从4mA变化到18mA时，被控对象输出信号从0℃变2500℃。K0， y

P K 0 y y2500030000184204

min

Pmax

Pmin3000

0.95A，B、C点，如以下图。图中的读数约为：t 3min，tB C

。所以，

20317min ，0，

3min。由表中查得0PI001.1K0100%1.10.953100%18.48%0T 170K 1/1/0.184819.11c积分常数为：T3.3I

3.339.9min掌握系统方框图见以下图PIPI掌握器广义被控对象19.11(119.9s)0.95e3s17s1已被控对象的传递函数为W(s)

Kes00 (Ts1)(Ts1)1 2在阶跃扰动r(t)变化〔从r(t)12mAr(t)16mA〕的作用下，其响应曲线如以下图所示。使用阶跃响应曲线确定被控对象的传递函数中的各参数， K，，0T和T1 2

。二阶被控对象响应曲线上各特征值关系曲线图见附图。答：BP，过拐点作切线交于CD。在阶跃响应特性曲线上确定出y()108.5，y(0)100，y

101，yT

107，T11， 50WeiWei4)对于有自衡力量的二阶被控对象的传递函数为：KW(s) 00 (Ts1)(Ts1)1 2其单位阶跃响应曲线如以下图。用图解法确定此二阶被控对象传递函数的参数 K，0和1T T。其中BE 与m的相互关系表见附表。和12。答：由于输入为单位阶跃输入，被控对象的放大系数为K 13.5。0和1 T T和1 过响应曲线的拐点A作切线；分别交B、C、D和ECD和BE值；B5.5，C5，D9.5，E4.5CD9.554.5，BE5.54.512从附表中求得与BE值对应的m2由CDT T由2 1

mT，1，

/T解得55〕对于一个热交换系统设计一套前馈-反响复合掌握装置，系统的管道仪表流程图如下图。被控对象和执行装置的传递函数近似为

(s) Ka

es〔其a Ts1 aa中，Ka

3，Ta

5min，a

2.5min，反响通道检测变送装置的传递函数为W(s)K

〔其中K

0.5，扰动通道的传递函数近似为

(s)

es〔其Km m mK

d Ts1 dd中，Kd

0.5，Td

3min，d

3min〕前馈通道检测变送装置的传递函数为W(s)KQ Q

〔KQ

0