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过程控制系统简答题
1.闭环控制系统分为几种类型?
每种代表什么含义?
之答禄夫天创作
时间:
二O二一年七月二十九日
答:
(1)定值控制系统,就是系统被控量的给定值坚持在规定值不变或在小范围附近不变.
(2)法式控制系统,是被控量的给定值按预定的时间法式变动工作.
(3)随动控制系统,是一种被控量的给定值随时间任意变动的控制系统.
2.一个单回路控制系统主要由哪几个环节组成?
作出简单控制系统的方框图.
答:
一个单回路控制系统主要由丈量元件、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,阀开始翻开,也就是说有信号压力时阀翻开,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:
主要是考虑在分歧工艺条件下平安生产的需要.a、考虑事故状态时人身、工艺设备平安.b、考虑事故状态下减少经济损失,保证产物质量.c、考虑介质的性质.
4.根据流量特性曲线,分别写出其对应的流量特性.
答:
流量特性主要有直线、等百分比(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,即单元开度变动引起的流量变动时常数.
对数特性是指单元开度变动引起相对流量变动与该点的相对流量成正比,即调节阀的放年夜系数是变动的,它随相对流量的增年夜而增年夜.
抛物线特性是指单元相对开度的变动所引起的相对流量变动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年夜的流量,随开度的增年夜,流量很快就到达最年夜,尔后再增加开度,流量变动很小,故称快开特性.隔膜阀的流量特性接近快开特性,蝶阀的流量特性接近等百分比特性,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百分比特性.
5.什么是积分饱和现象?
防止积分饱和的办法都有哪些?
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竭累加而加年夜,从而招致u(k)到达极限位置.尔后若控制器输出继续增年夜,u(k)也不会再增年夜,即系统输出超越正常运行范围而进入了饱和区.一旦呈现反向偏差,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一样,造成控制性能恶化.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控制算法积分法
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弥补了他们的缺点因而前馈—反馈复合控制系统的到了广泛的应用
2引入前馈赔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征式都坚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赔偿条件并没有改变.
7.什么是比值控制系统?
罕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,用来坚持两种物料的流量坚持一定的比值关系.
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?
经常使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,来确定调节器的最佳参数值(包括比例度,积分时间,微分时间).以即是系统能获得好的调节质量.
经常使用的整定法有:
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,来确定控制器的最佳参数值(包括比例度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年夜类,其中经常使用的是工程整定法. 属于控制器参数工程整定法主要有临界比例度法、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.改善了过程的静态特性,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.对负荷变动的适应性较强
10.简单控制系统中,控制器的正反作用应怎样选择?
11.与反馈控制系统相比,前馈控制系统有哪些特点?
答:
(1)反馈控制的实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”举措; (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赔偿的局限性; (5)反馈控制规律通常有P、PI、PD、PID等,而前馈控制规律比力复杂.
12.串级控制系统有哪些特点?
主要使用在哪些场所?
答:
1.串级控制系统的主要特点为:
(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置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.串级控制系统主要应用于:
对象的滞后和时间常数很年夜、干扰作用强而频繁、负荷变动年夜、对控制质量要求较高的场所.
13.什么是控制通道和扰动通道?
对分歧的通道,对象的特性参数对控制有什么分歧的影响?
对一个被控对象来说,输入量是扰动量和把持变量,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.把持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,对分歧的通道,对象的特性参数(K、T、)对控制作用的影响是分歧的. 对控制通道:
放年夜系数K年夜,把持变量的变动对被控变量的影响就年夜,即控制作用对扰动的赔偿能力强,余差也小;放年夜系数K小,控制作用的影响不显著,被控变量的变动缓慢.但K太年夜,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年夜,则被控变量的变动比力缓慢,此时对象比力平稳,容易进行控制,但过度过程时间较长;若时间常数T小,则被控变量变动速度快,不容易控制.时间常数太年夜或太小,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.
滞后时间的存在,使得控制作用总是落后于被控变量的变动,造成被控变量的最年夜偏差增年夜,控制质量下降.因此,应尽量减小滞后时间.
对扰动通道:
放年夜系数K年夜对控制晦气,因为,当扰动频繁呈现且幅度较年夜时,被控变量的摆荡就会很年夜,使得最年夜偏差增年夜;而放年夜系数K小,既使扰动较年夜,对被控变量仍然不会发生多年夜影响.
时间常数T年夜,扰举措用比力平缓,被控变量变动较平稳,对象较易控制.
纯滞后的存在,相当于将扰动推迟0时间才进入系统,其实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,被控变量的变动相应也缓和些,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,其选择方法与简单控制系统中控制器正、反作用的选择方法相同,是依照使副回路成为—个负反馈系统的原则来确定的.
主控制器作用方向的选择可按下述方法进行:
当主、副变量在增加(或减小时),如果要求控制阀的举措方向是一致的,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确定,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:
如果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动而变动,不论副回路中副对象的特性及执行器的特性如何,当主控制器输出增加时,副变量总是增加的,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、主丈量变送这两个环节的特性始终为“正”,所以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(即副变量增加时,主变量亦增加)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:
比例控制规律适用于控制通道滞后较小,时间常数不太年夜,扰动幅度较小,负荷变动不年夜,控制质量要求不高,允许有余差的场所.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.适用于控制通道滞后小,负荷变动不太年夜,工艺上不允许有余差的场所,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加,最年夜偏差和余差减小,加快了控制过程,改善了控制质量.适用于过程容量滞后较年夜的场所.对滞后很小和扰举措用频繁的系统,应尽可能防止使用微分作用.
比例积分微分控制规律可以使系统获得较高的控制质量,它适用于容量滞后年夜、负荷变动年夜、控制质量要求较高的场所,如反应器、聚合釜的温度控制.
17.在过程控制系统中,丈量变送装置、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力,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,直接用于改变把持量,以克服干扰,到达控制的目的.
18.分析在什么场所下选用比例,比例积分,比例积分微分调节规律?
(1)比例调节规律适用于负荷变动较小,纯滞后不太年夜而工艺要求不高又允许有余差的调节系统.
(2)比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小、系统负荷变动较年夜(需要消除干扰引起的余差)、纯滞后不年夜(时间常数不是太年夜)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适用于容量滞后较年夜,纯滞后不太年夜,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纳的比例度要年夜于临界比例度?
改变控制器的比例度会改变系统的过度过程形式,当控制系统在阶跃输入作用时,能使系统发生 等幅震荡过度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纳的比例度要年夜于临界比例度.
21.依照设定值的分歧形式,过程控制系统可分为哪几类?
依照设定值的分歧形式又可分为:
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.
随动控制系统的设定值是不竭变动的.随动控制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动而变动
法式控制系统的设定值也是变动的,但它是一个已知的时间函数,即设定值按一定的时间法式变动.
22.何为控制阀的理想流量特性和工作流量特性?
经常使用的调节阀理想流量特性有哪些?
假定阀前后压差保证不变时,调节阀的流量特性称为理想流量特性,它只取决于阀芯形状,实际使用中,阀前后压差总是变动的,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
经常使用的是直线、等百分比、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要求非常严格,即前馈控制系统中的人必需具有开发的意识;而反馈控制可以利用信息流的闭合,调整控制强度,因而对控制器的要求相对较低.
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单控制系统中被控变量的选择原则是一样的. 副变量的选择原则是:
(1)主、副变量间应有一定的内在联系,副变量的变动应在很年夜水平上能影响主变量的变动;
(2)通过对副变量的选择,使所构成的副回路能包括系统的主要干扰; (3)在可能的情况下,应使副回路包括更多的主要干扰,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,使两个变量之间能够互相兼顾和协调把持的控制系统.
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坚持不变,而是使两个互相联系的变量都在允许的范围内缓慢地变动.均匀控制系统中的调节器一般都采纳纯比例作用,且比例度很年夜,需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?
谜底:
对象的时间常数T,是暗示扰动后被丈量完成其变动过程所需时间的一个重要参数,即暗示对象惯性的一个参数.T越年夜,标明对象的惯性越年夜.
27.比例控制作用有何特点?
答:
比例作用的优点是举措快.它的输出无迟延地反映输入的变动,是最基本的控制作用.缺点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,试写出最年夜偏差、衰减比、余差、振荡周期,如果工艺上要求控制温度为(40±2 0C),哪么该控制系统能否满足要求?
解答:
最年夜偏差:
emax= 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 ℃,符合要求.
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)把持变量、(3)主要扰动、(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)把持变量是流量Q2;(开关在这里,控制排水量,而不是入水量) (3)主要扰动是流量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所示是一反应器温度控制系统示意图.A、B两种物料进入反应器进行反应,通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度坚持不变.图中TC暗示温度控制器.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、把持变量及可能影响被控变量变动的扰动各是什么?
其中,被控对象:
反应器;被控变量:
反应器内的温度;把持变量:
冷却水流量.
可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量,冷却水的压力、温度,环境温度的高高等.
若当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时,其丈量值与给定值比力,获得偏差信号,经温度控制器运算处置后,输出控制信号去驱动控制阀,使其开度增年夜,冷却水流量增年夜,这样使反应器内的温度降下来.所以该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环控制系统.
时间:
二O二一年七月二十九日
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