过程控制系统课后习题教学内容.docx
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过程控制系统课后习题教学内容
过程控制系统课后习
题
第二章
1什么是对象特性？
为什么要研究对象特性？
答：
研究对象特性是设计控制系统的基础；为了能使控制系统能安全投运并进
行必要的调试；优化操作。
2什么是对象的数学模型？
静态数学模型与动态数学模型有什么区别？
答：
对对象特性的数学描述就叫数学模型。
静态：
在输入变量和输出变量达到平稳状态下的情况。
动态：
输出变量和状态变量在输入变量影响下的变化情况。
3建立对象的数学模型有什么意义？
答：
1,控制系统的方案设计；
2控制系统的调试和调节器参数的确定；
3制定工业过程操作优化方案；
4新型控制方案及控制策略的确定；
5计算机仿真与过程培训系统；
6设计工业过程的故障检测与诊断系统。
4建立对象的数学模型有哪两种方法？
答：
机理建模和实验建模。
机理建模：
由一般到特殊的推理演绎方法，对已知结构、参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，根据对象或生产过程的内部机理，经过合理的分析简化而建立起描述系统各物理量动静态性能的数学模型。
实验建模步骤：
1确定输入变量与输出变量信号；2测试；3对数据进行回归分析。
5反应对象特性的参数有哪些？
各有什么物理意义？
他们对自动控制系统有什
么影响？
答：
K—放大系数。
对象从新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。
T—时间参数。
时间参数表示对象受到输入作用后，被控变量的变化快慢。
桃一停滞时间。
输入发生变化到输出发生变化之间的时间间隔。
6评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？
各自的定义是什么？
单项性能指标主要有：
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：
等于两个相邻的同向波峰值之比n；
过渡过程的最大动态偏差：
对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值
的最大值A；
超调量：
第一个波峰值y与最终稳态值y之比的百分数；
残余偏差C：
过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态丫与设定值之间的偏差。
调节时间：
从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；
振荡频率：
过渡过程中相邻两同向波峰之间的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个波峰所需要的时间。
第三章
12选择调节器控制规律的依据是什么？
若已知过程的数学模型，怎样来选择pid控制规律?
1根据桃0/T0比值来选择。
若比值小于0.2,选PI，若在0.2与1.0之间,选用PI或者PID，若大于1.0,就需要用到串级控制。
2根据过程特性来选择控制器的控制规律。
P:
过渡时间短，克服干扰能
力大。
常用于负荷变化小，自平衡能力强，对象控制通道中的滞后时间与时间常数之比小，允许余差存在，控制质量要求不高的场合。
PI：
适合用于调节通道滞后小，负荷变化小，不允许有余差的场合。
PD：
积分消除余差，微分提高系统稳定性。
适合用于调节通道滞后大的场合。
PID:
对象控制通道中的滞后时间与时间常数之比大，通道滞后大控制要求较咼。
13一个自动控制系统，在比例控制的基础上分别增加：
1适当的积分作用；2
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，余差分别有什么影响？
（2）为了得到相同的系统稳定性，应如何调整系统调节器的比例度，说明理由
（1）P，减小余差，稳定性不变，最大动态偏差不变
D,增强系统稳定性，最大动态偏差减小，余差不变
（2）1将控制器的积分时间放在最大值，微分时间放在最小值，比例度放在最大值后，让系统投入运行。
2逐渐减小比例度，且每改变一次，都通过改变设定值给系统施加一个阶跃干扰，同事观察系统输出，直到过渡过程出现等幅振荡为止。
此时为临界比例度和临界振荡周期。
3根据临界比例度和临界周期，
根据相应公式求出控制器的个整定参数。
4将控制器的比例度换成正定的值，
然后依次按积分时间和微分时间设置为整定值，加入干扰后，还可以适当调整。
15
第四章1•什么叫串级控制系统？
绘制其结构方框图。
串级控制系统是由两个控制器的串接组成，一个控制器的输出做为另一个控制器的设定值，两个控制器有各自独立的测量输入，有一个控制器的给定由外部设定。
2•与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？
多了一个副回路，形成双闭环。
特点：
主控制器输出改变副控制器的设定值，故副回路构成的是随动系统，设定值是变化的。
在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。
副调节器具有粗调”的作用，主调节器具有细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。
3•为什么说串级控制系统由于存在一个副回路而具有较强的抑制扰动的能力？
1副回路的快速作用，对于进入副回路的干扰快速地克服，减小了干扰对主变量的影响；
2引入副回路，改善了副对象的特性（减小副对象的相位滞后），提高了主回路的响应速度，提高了干扰的抑制能力；
3副回路可以按照主回路的要求对副变量进行精确控制；
4串级系统提高了控制系统的鲁棒性。
4•串级控制系统在副参数的选择和副回路的设计中应遵循哪些主要原则?
1将主要干扰包括在副回路；
2副回路尽量包含多的干扰；
3为保证副回路的快速响应，副对象的滞后不能太长；
4为提高系统的鲁棒性，将具有非线性时变部分包含于副对象中；
5需要对流量实现精确的跟踪时，将流量选为副对象。
5•串级控制系统通常可用在哪些场合？
*应用于容量滞后较大的过程
*应用于纯时延较大的过程
*应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程
应用于参数互相关联的过程
应用于非线性过程
6
•前馈控制与反馈控制各有什么特点？
绘制前馈控制系统结构方框图前馈：
基于扰动来消除扰动对被控量的影响;
动作及时”；
只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定；
具有指定性补偿的局限性；
控制规律取决于被控对象的特性。
反馈：
基于偏差来消除偏差；
不及时”的控制；
存在稳定性问题；
对各种扰动均有校正作用；
控制规律通常是P、PI、PD或PID等典型规律。
7•在什么条件下前馈控制效果最好？
为什么一般不单独使用前馈控制方案？
准确地掌握过程扰动通道的特点wf（s）及控制通道的特性wo（s）
准确求出前馈控制wm（s）;克服可测不可控的扰动
前馈控制室基于扰动的控制，扰动不止一个，难于把握
属于开环控制，易受其他扰动干扰而无法控制
其克服可测不可控的扰动，对于系统中其他扰动无抑制作用
8•试述前馈控制系统的整定方法。
⑴前馈控制器的选择
1用模拟表实施通过特定的前馈控制器，或采用运算单元自行构造；
2用软件实现
⑵参数整定
1单纯的前馈控制，可视工艺要求进行参数整定；先调整Kd，然后调整T1、
T2
2前馈一反馈相结合，先整定反馈系统，再重复步骤①。
9•什么是比值控制系统？
常用的比值控制方案有哪些？
并比较其优缺点，绘制各比值控制方案结构方框图
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统，变比值控制
牢制阀
仙虽变送
拎制阀
10•比值与比值系数有何不同？
设计比值控制系统时需解决哪些主要问题?
比值k=Q1/Q2,,是两个体积流量或重量之比，而比值参数是把比值k折算成比值
器上，K'=k（Q1max/Q2max）
主从动量确定；控制方案的选择；调节器控制规律的确定；正确选用流量计与
变送器；比值控制系统的实施；比值参数的计算；比值控制系统参数的整定
11.什么是均匀控制？
常用的均匀控制方案有哪些？
均匀控制是在连续生产过程中，各种设备前后紧密联系的情况提出来的一种特
殊的控制
①采用液位控制②采用液位和流量的串级控制③取液位和流量两个信号之差为
被控变量
双冲量均匀控制
12.什么是分程控制？
怎样实现分程控制？
在分程控制中需注意哪些主要问题，在工业生产过程中，有时会遇到一个控制器去操纵几只阀门，若按输出信号的不同区间操作不同的阀门，这样的控制系统叫做分程控制系统。
尽量选用对数调节阀；采用分程信号重叠法；调节阀的泄漏量的大小
13.什么是选择性控制？
试述常用选择性控制方案的基本原理。
凡是在控制回路中引入选择器的系统称为选择性控制系统。
选择器位于调节器的输出端，对调节器输出信号进行选择的系统：
两个调节器
共用一个调节阀
选择器位于调节器之前，对变送器的输出信号进行选择的系统：
几个变送器合用一个调节器
14.什么是积分饱和现象？
如何消除选择性控制中的积分饱和现象？
当选择器在控制器和控制阀之间，系统出现超限时，控制器应立即切换。
为保证及时切换，在偏差为零时，两个调节器应该有相同的输出。
当其中一个控制器或两个控制器采用PI作用时，一个调节器被另一个控制器切换后，偏差仍存在，且存在的时间较长，将产生积分饱和现象，使下一次不能及时切换。
由于偏差长时间存在，偏差为零时控制器输出仍要超出规定上、下限一段时间。
为了保持同步，常采用积分外反馈的办法。
采用选择器的输出，即控制调节阀的信号做为积分外反馈。
15.一般地说从结构上看，分程控制是由一只控制器控制两只控制阀，而选择性控制是由两只控制器控制一只控制阀，试绘制各自系统结构方框图。
16.什么是推断控制？
两类“计算指标控制”是什么？
推断控制：
利用系统的数学模型，由可测信息将不测输出推算出来实现反馈控制；或将不可测扰动推算出来实现前馈控制。
由辅助输出推算控制指标，作为被控变量的测量值；
以某辅助输出变量为被控变量，其设定值由控制指标算式推算出来。
17.试述复杂控制系统有哪些？
它们都是为什么目的而开发的？
1串级控制系统：
改善控制质量
2前馈控制系统：
扰动出现时就能够进行控制
3比值控制系统：
根据某一流量的变化调节另一流量
4均匀控制系统：
使前后设备在物料供求上相互兼顾均匀协调
5分程控制系统：
扩大控制阀的可调范围，使得在小流量时可实现更精确的控制
用于满足工艺上操作的特殊要求6选择性控制系统:
7推断控制系统：
被控对象的输出和扰动都不可测，无法设计一般的反馈和前馈控制。
22
第七章
1什么是集散控制系统？
集散控制系统的特点有哪些？
集散控制系统是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管
理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统
特点：
1系统构成灵活2操作管理便捷3控制功能丰富
4信息资源共享5安装调试方便6安全可靠性高
2与仪表控制系统相比较，集散控制系统有哪些相同处？
有哪些不同处？
仪表控制系统指由模拟式仪表组成的闭环控制系统，控制的作用是保证被控对象的一个最基本的运行单元能够按照预定的参数正常运行。
控制器的输入有两个：
设定值和测量值；控制器的输出是对被控过程的控制。
特点：
各部分的仪表分布于工业现场，系统按预先设定的控制规律进行工作，控制比较单一。
3与计算机直接控制相比较，集散控制系统的相同点和不同点？
4集散控制系统中，现场控制站的任务是什么？
依靠什么设备去完成这些任
务？
1主要任务是进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制，顺序控制和批量控制，用户可以根据不同的应用需要，选择不同的现场控制单元构成现场控制站。
2现场控制站包括：
机柜，电源，机箱，I/O卡件，通信卡件，端子板，现场控制站需要满足这些设备才能去完成它的任务。
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