过程控制与自动化仪表题目Word文件下载.docx
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通常把这种由于积分过量造成的控制不及时现象称为积分饱和现象。
防止积分饱和的措施有:
限幅法:
采用技术措施,将控制器的输出信号限制在工作信号范围内。
积分切除法:
当控制器处于开环状态时,自动切除其积分作用。
控制器实现PI-P控制规律:
当控制器的输出在某一范围时,它是PI作用,消除余差;
当输出超过一定数值时,它是P作用,防止积分饱和。
6、为什么说串级控制系统的主回路是定值控制,而副回路是随动控制?
串级控制系统的目的是为了更好地稳定主导变量,使其等于给定值,副回路的给定值就是主回路的输出,所以说主回路是定值控制系统。
副回路的输出是副变量,副回路的给定值是主控制器的输出,所以在串级控制系统中,副变量不是要求不变的,而是要求随主控制器的输出而变化,因此是一个随动控制系统。
7、均匀控制系统设置的目的是什么?
它有哪些特点?
均匀控制系统的目的是为了解决前后工序供求矛盾,从而使得两个变量之间能够互相兼顾并协调操作。
均匀控制系统的特点是使前后互相矛盾的两个变量都在允许的范围内缓慢地变化,而不像其他控制系统那样要求被控变量保持不变。
8、什么是生产过程的软保护措施?
与硬保护措施相比,软保护措施有何优点?
所谓生产过程软保护措施,就是当生产短期处于不正常情况时,无须像硬保护措施那样硬性使设备停车,而是经过一个特定设计的自动选择性控制系统,以适当改变控制方式来达到自动保护生产的目的。
这样就可以减少由于停车造成的巨大经济损失。
9、工业控制系统中为什么不用单纯的前馈控制,而选用前馈-反馈控制?
一般来讲,一个前馈调节的对象,只考虑主要的前馈变量。
而在实际的工业对象中,干扰往往有很多个,而且有些变量用现有的检测技术尚不能直接测量。
因此单纯的前馈控制有很大的局限性。
采用前馈-反馈控制后,选择最主要的干扰或反馈环节不能克服的干扰作前馈变量,再用反馈调节补偿其他干扰带来的影响。
这样的调节系统能确保被控变量的稳定和及时有效地克服主要干扰。
10、计算机控制系统的发展特征包括哪些方面?
随着局域网、Internet、IT技术的迅速发展,计算机控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化发展已成为一种趋势,了解当今计算机控制系统发展主要特征可以从以下三个方面来理解:
系统结构向网络化、网络向扁平化发展,系统功能向综合化方向发展,系统设备向多样化方向发展。
二、选择题
1、一般认为经过(3T)时间,动态过程就基本结束。
其中T是过程时间常数。
2、某换热器的温度控制系统(设定值是30℃)在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图6所示。
则该系统的余差、衰减比、最大偏差是(5、3;
1、45)。
3、多数情况下,人们希望自动控制系统在干扰作用下能够得到(衰减振荡)型的过渡过程。
4、(干扰通道)存在纯滞后,通常不影响控制质量。
5、某加热炉温度控制系统如下图所示,则该系统的操纵变量是(燃料量),被控变量是(原料油出口温度)
6、是反映对象(动态特性)的参数。
7、电接点压力表属于(弹性式)压力表。
8、关于用热电偶与补偿导线配接进行温度测量时,以下说法不正确的是()
A、热电偶与补偿导线应该配接B、补偿导线也有极性
C、采用了补偿导线后可以不进行冷端温度补偿
D、在一定温度范围内,热电偶与补偿导线有近似相同的热电特性
C
9、镍铬-镍硅热电偶的分度号是(K)。
10、采用DDZ-Ⅲ差压变送器测量敞口容器的液位,若被测液位在测量下限时所对应差压为负数,则通过(负迁移)操作,可以使得仪表的输出在测量下限时仍然为4mA。
11、下列流量计中不属于速度型流量计的有()
A、电磁流量计B、椭圆齿轮流量计C、涡轮流量计D、转子流量计
B
12、(可调比)表示调节阀流通能力大小的参数
13、微分作用可用来(克服容量滞后)
14、积分作用可用来(消除余差)
15、已知某夹套反应器温度控制系统如下图所示,反应大量放热。
要求控制温度为50℃,在供气中断时保证冷却。
试问该控制系统中对象特性是(反),为了构成闭环控制系统,应该选择(正)作用的控制器
16、自动控制系统中,通常用(LC)表示液位控制器。
17、串级控制系统的副回路相当于一个(随动控制系统)
18、串级控制系统中,主控制器正反作用的选择通常与(主对象)有关
19、简单均匀控制系统中,控制规律一般采用(P)
20、分程控制中,阀A和阀B的控制信号范围分段由(阀门定位器)来完成。
21、分程控制的应用场合不包括()
A、扩大控制阀的可调范围B、用作安全生产的防护措施
C、为满足工艺要求在一个控制系统中控制两种不同的介质D、用于大滞后对象
D
22、单闭环比值控制系统中,当主流量不变而副流量由于自身受到干扰发生变化时,副流量闭环控制系统相当于一个(定值控制)系统
三、填空题
1、DDZ-Ⅱ型仪表现场传输信号为0~10mA,DDZ-Ⅲ型控制仪表现场传输信号为4~20mA
2、气动执行器的标准输入信号范围是0.02~0.1MPa。
3、控制系统方框图中对象(过程)的输出是被控变量。
4、衰减比是描述控制系统过渡过程稳定程度的指标,一般希望其数值在4:
1~10:
1之间。
5、过程特性是指被控过程的输入变量发生变化时,其输出变量随时间变化的规律。
6、有一个水箱,进水阀门开度可变,而出水阀门开度固定,在液位稳定时,若进水阀开度有一定增加,进水流量增大时。
则此过程的特性是自衡的非振荡过程。
7、一阶过程特性通常可以用K、T、参数描述。
8、工程上测定过程特性的主要方法有阶跃扰动法、矩形脉冲扰动法、周期扰动法
9、由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力导致的滞后称为容量滞后
10、一台测温仪表,其测温范围为0~300℃,已知其最大绝对误差为±
2℃,则其精度等级为1.0级。
11、有一台测压仪表,其标尺范围为0~400KPa,要求测量时最大绝对误差不超过5KPa,则应该选择精度等级为1.0级的仪表才能满足要求。
12、某化学反应器的表压为0.15MPa,则其绝对压力近似为0.25MPa
表压=绝对压力-大气压力
大气压力=0.1MPa
13、弹性式压力仪表是根据弹性元件的位移和所受压力成正比的原理工作的。
14、常用于温度检测的金属热电阻有铂电阻和铜电阻。
大家还要了解热电阻的分度号,如Pt10、Pt100,Cu50、Cu100及其含义。
15、热电偶是基于热电效应原理工作的。
16、差压式液位计和超声波液位计中,差压是接触式测量,超声波是非接触式测量。
17、超声波液位计用于液位测量时,通常要进行温度补偿,以提高测量精度。
18、体积流量的单位是m3/s,质量流量的单位是kg/s。
19、节流式流量计是实质是通过测量节流元件前后的差压而得到流量的体积流量的。
20、转子流量计是基于力平衡原理原理而工作的。
21、电磁流量计是基于电磁感应定律原理而工作的,它不受流体的密度压力温度等影响。
22、测量流体质量流量的仪表主要有科里奥利质量流量计量热式质量流量计。
23、流量计的量程比是指流量计所能测量的最大流量与最小流量比值。
24、自动电子平衡电桥在使用中若热电阻烧断时,指针会向标尺终端移动。
25、热电阻常和电子平衡电桥配接,进行温度的测量和显示。
热电偶与自动平衡电桥配接,可以实现温度的测量。
26、控制阀的流量特性是指被调介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间关系。
27、控制阀所能控制的最大流量与最小流量的比值称为控制阀的可调比。
28、对数流量特性的控制阀在小开度时控制平稳缓和,在大开度时控制灵敏有效。
29、有信号压力时阀门关,无信号压力时阀门开的是气关式阀门。
30、在PID调节中,比例作用是依据偏差的大小来动作的,在系统中取着稳定被控变量的作用;
积分作用是依据偏差是否存在来动作的,在系统中取着消除余差的作用;
微分作用是依据偏差变化速度来动作的,在系统中取着超前调节的作用;
31、调节器的比例度越大,则放大倍数,比例作用就,过渡过程曲线越,但余差也。
越小;
越弱;
平稳;
越大
32、调节器的积分时间越小,则积分速率越越大,积分特性曲线的斜率越大,积分作用就越强,消除余差越快。
微分时间越大,微分作用越越弱。
33、经验试凑法的关键是“看曲线,调参数”。
因此,必须弄清楚调节器参数变化对过渡过程的影响。
一般来说,在整定中,观察到曲线振荡很频繁,需要把比例度以减小振荡;
当曲线最大偏差大且趋于非周期过程时,应把比例度。
当曲线波动较大时,应积分时间;
而在曲线偏离设定值后,长时间回不来,则需积分时间,以加快消除余差的时间。
如果曲线振荡得厉害,则需把微分时间,或者暂时微分作用,以免更加振荡。
在曲线最大偏差大而衰减缓慢时,需微分时间。
经过反复试凑,一直调整到过渡过程振荡2个周期后基本达到稳定。
增加;
减小;
减到最小;
取消;
减小
34、选择串级控制系统的副被控变量应使主要干扰包括在副环。
]35、定值控制系统是按照测量值与给定值的偏差进行调节的,而前馈控制是按照扰动的大小进行调节的;
前者是控制,后者是控制。
采用前馈-反馈控制的优点是。
;
闭环;
开环;
利用前馈控制的及时性与反馈控制的静态准确性。
36、串级控制系统中,副对象的时间常数通常小于主对象。
37、可编程控制器(PLC)的输入和输出模块通常采用光电隔离。
38、PLC最广泛的应用是在开关逻辑运算和顺序控制领域。
39、分散控制系统(DCS)最主要的特点是集中管理,分散控制。
40、计算机控制系统中A/D的作用是将模拟量转化为数字量。
四、判断改错题
1、正作用的执行机构与正作用的调节阀组成了气开式执行器。
错误。
气关式执行器。
2、控制阀所能控制的最小流量等于该阀的泄漏量。
错误,应该是:
控制阀所能控制的最小流量不等于该阀的泄漏量。
3、控制阀气开、气关特性的选择主要是要使得闭环控制系统是负反馈。
控制阀气开、气关特性的选择主要从系统安全角度出发。
4、石油化工行业广泛使用电动执行机构。
错误,气动执行机构。
5、增加积分作用可以使得系统稳定性增强。
应该是:
增加积分作用可以更好地消除余差,但使系统稳定性降低。
比例度不变时积分时间对过渡过程影响
(a)扰动作用
(b)设定作用
微分时间TD对系统过渡过程的影响
(1:
太小;
2:
合适;
3:
太大)
6、比例调节过程的余差与调节器的比例度成正比。
答:
正确。
7、纯滞后大的对象,为了克服其影响,可以加入微分作用。
微分作用对纯滞后不取作用。
8、当调节过程不稳定时,可以增大积分时间或加大比例度,使其稳定。
正确。
9、微分作用通常不能单独使用是因为微分作用太超前。
错误,微分作用通常不能单独使用是因为当偏差的变化率为0是微分作用也为0。
10、对于流量被控对象通常不宜采用微分作用。
11、与连续PID控制算法相比,离散PID控制算法不够及时。
12、控制系统中控制阀的作用方向选择主要是使得控制系统实现闭环负反馈。
错误,主要是考虑系统安全。
13、串级控制系统中副对象的时间常数通常大于主对象。
错误,副对象的时间常数通常小于主对象。
14、前馈控制属于闭环控制。
错误,前馈控制属于开环控制。
15、串级控制系统的副环可以等效为一个反作用环节。
错误,是正作用环节。
16、采用分程控制可以提高控制阀的可调比,改善控制品质。
17、选择串级控制系统主控制器的作用方向时要考虑执行器的作用方向。
错误,不需要。
18、在燃烧比值控制系统中,燃料是从动量,空气是主动量。
燃料是主动量,空气是从动量。
19、工业控制计算机采用扫描方式工作。
PLC采用扫描方式工作。
20、时间常数越小,表示对象受到干扰作用后,到达新稳态值所需的时间越长。
时间常数越小,表示对象受到干扰作用后,到达新稳态值所需的时间越短。
21、控制系统中,引起被控变量偏离设定值的主要原因是设定值的变化。
设定值的变化和干扰
22、控制系统方框图中,方框的输出可以影响输入。
错误,输出不能影响输入。
23、若扰动通道时间常数变大,则会使该过程更难控制。
错误,这种过程会比较容易控制
24、纯滞后存在于扰动通道也会对控制品质产生影响。
错误,不影响。
25、控制系统中,引起被控变量偏离设定值的主要原因是设定值的变化。
26、控制系统方框图中,方框的输出可以影响输入。
27、两只压力表的绝对误差相等,标尺范围较小的表精度高。
两只压力表的绝对误差相等,标尺范围较小的表精度低。
或改成,两只压力表的绝对误差相等,标尺范围较大的表精度高。
28、电容式物位仪表可以测量液位、料位。
正确
29、差压式液位计进行液位检测时不受介质密度的影响。
受介质密度影响。
30、在管道上安装孔板时,如果方向安装反了会造成差压计指示值变大。
在管道上安装孔板时,如果方向安装反了会造成差压计指示值变小。
31、超声波流量检测属于接触式检测方法。
超声波流量检测属于非接触式检测方法。
32、变送器若只进行量程迁移,其输入-输出特性曲线的斜率要变化。
斜率不变化。
33、热磁式仪表进行氧气含量分析时,气体温度增加,磁化率也上升。
气体温度增加,磁化率下降。
34、热导式气体分析仪(只有一个检测器)只能检测混合气体中单一的组分。
35、变送器若进行了量程迁移,则其特性曲线斜率不变。
斜率要变化。
36、热电阻与显示仪表配接测温时,需要采用三线制接法,以消除连接导线电阻变化的影响。
37、电子电位差计与电子平衡电桥的工作原理是一样的。
工作原理不一样。
38、电子电位差计中,量程起始电阻越大,则测量的下限越小。
测量的下限越高。
39、串连管路中,随S值下降,等百分比特性畸变,趋近于直线特性。
S表示阀全开时阀上压差与与系统总压差比值,小表示管路压力损失增加
五、综合题
1、用单法兰液位计测量开口容器内液位,如下图所示,其最低液位和最高液位到仪表的距离分别为。
当地重力加速度为
求差压变送器的量程和迁移量。
差压式物位检测示意图
解:
(1)
因此,可以选择量程为20KPa的差压变送器
(2)
因此,需要进行正迁移,迁移量为9604Pa
2、某电动调节器工作于反作用状态,当
时,在时刻加入幅值为1mA的阶跃信号,若调节器的工作点为6mA,试画出调节器的输出波形图。
由题意知:
控制器具有PI作用,在时刻控制器的输出为
3、下图为锅炉汽包液位控制系统示意图,要求锅炉不能烧干。
试画出该系统的方框图,判断控制阀的气开、气关型式,确定控制器的正、反作用,并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时,该控制系统是如何克服扰动的?
锅炉汽包液位控制系统
根据系统分析知,被控变量为汽包液位,操纵变量为进水流量。
各个环节作用方向选择如下:
(1)根据工艺和安全要求,锅炉不能烧干,则当气源故障时进水阀门应该全开,因此控制阀应该选气关式。
(2)选用差压变送器测量汽包液位,该环节为正作用。
(3)进水流量增加时,汽包液位升高,因此对象是正作用。
因此,为了构成闭环控制系统,应该选择正作用控制器。
该控制系统方框图如下图所示,每个方框的作用方向在图上也标出。
当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时,汽包液位下降,导致测量值也减小,偏差增大,控制器输出减小,控制阀开度增加,进水量增加,汽包液位升高,克服了干扰影响。
4、如图所示是某储槽液位控制系统,试画出该控制系统的方框图。
若储槽不能溢出,试确定控制器的作用方向。
从安全性考虑,为了防止储槽溢出,应该选择气开阀。
控制系统各环节的作用方向如上图,为了构成闭环负反馈控制系统,控制器应选反作用。
5、如图所示为某反应器温度控制系统。
(1)画出控制系统方框图;
(2)如果反应器温度不能过高,试确定控制阀的气开气关型式;
(3)确定主控制器和副控制器的正反作用。
(4)若冷却水压力突然升高,试简述该控制系统的调节过程。
(1)本系统是串级控制系统,其方框图如图所示。
(2)因为反应器温度不能过高,控制阀在气源中断时应该是全开的,因此选用气关阀。
(3)先确定副控制器。
因为副对象是正作用,控制阀是反作用,为了保证副环是负反馈,副控制器选用正作用。
最后确定主控制器,把整个副环看作是一个正作用环节,主对象为反作用,为了保证主环为负反馈,主控制器采用正作用。
(4)从副环来看,当冷却水压力升高时,冷却水的流量增加,由于副控制器是正作用,其输出增加;
又由于控制阀是气关阀,故其开度减小,因此冷却水流量减小,从而及时克服由于压力升高引起的流量增加,使冷却水压力的波动几乎不影响到反应器温度。
从主环来看,若副环对冷却水压力的波动不能完全克服,而使反应器温度有微小降低。
这时,由于主控制器是正作用控制器,其输出减小,即副控制器的设定值减小,相当于副控制器的测量值增加,所以其输出增加,控制阀开度减小,冷却水流量减小,使反应器温度升高,这样,主环和副环同时作用,很及时地克服了压力波动的影响。
6、实验测得标准信号为4—20mA电动调节器的阶跃响应曲线,如图所示。
问:
①该控制器的控制规律?
②控制器的比例度、积分时间、微分时间?
7、某化学反应器工艺规定操作温度为(900±
10)℃。
考虑安全因素,控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。
现设计的温度定值控制系统,在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示。
求该系统的过渡过程品质指标:
最大偏差、超调量、衰减比和振荡周期,并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求?
)
解
最大偏差A=950-900=50(℃);
超调量B=950-908=42(℃);
由于B¢
=918-908=10(℃),所以,衰减比n=B:
B¢
=42:
10=4.2;
余差C=908-900=8℃;
振荡周期T=45-9=36(min);
过渡时间ts=47min。
因为A=50℃<
80℃,C=8℃<
10℃,所以,该控制系统能满足题中所给的工艺要求。
8、某化学反应过程规定操作温度为800℃,最大超调量小于等于5﹪,要求设计的定值控制系统,在设定值作阶跃干扰时的过渡过程曲线如下图所示。
要求:
1)计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间。
2)说明该系统是否满足工艺要求。
过渡过程时间ts:
大概在17min左右
2)虽然该系统最大超调满足要求,然而在规定操作温度为800℃,而最后趋于稳定的
值却为810℃,因此不满足工艺要求。
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