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总复习化工仪表及自动化
仪表及自动化总复习
第一章自动控制系统基本概念
一、基本要求
1.掌握自动控制系统的组成,了解各组成部分的作用以及相互影响和联系;
2.掌握自动控制系统中常用术语,了解方块图的意义及画法;
3.掌握管道及控制流程图上常用符号的意义;
4.了解控制系统的分类形式,掌握系统的动态特性和静态特性的意义;
5.掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下,过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。
二、常用术语
1.控制对象:
2.被控变量:
3.操纵变量:
4.扰动量:
除操纵变量外,作用于被控变量并使其发生变化的因素。
5.设定值:
6.偏差:
7.控制系统的过渡过程:
8.反馈:
把系统或环节的输出信号直接或(经过一些环节)间接引入到输入端的方法称为反馈。
9.负反馈:
反馈信号的作用方向与设定信号相反,即偏差信号位两者之差,这种反馈称为负反馈。
10正反馈:
三、问答题
1.控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类?
简述每种形式的基本含义。
开环自动控制系统:
操纵变量可以改变被控变量,但被控变量对操纵变量没有影响。
闭环自动控制系统:
操纵变量可以改变被控变量,被控变量又对操纵变量产生影响。
定值控制系统:
给定值为常数;
随动控制系统:
给定值为变数,要求跟随变化;
程序控制调节系统:
按预定时间顺序控制参数。
2.自动控制系统由哪几部分组成?
各部分的作用是什么?
控制对象:
控制仪表:
检测仪表(检测元件及变送器):
控制仪表:
执行仪表:
显示仪表:
3.在阶跃扰动作用下,控制系统的过渡过程有哪几种形式?
其中哪些形式能基本满足控制要求?
发散振荡过程:
非振荡发散过程:
等幅振荡过程:
衰减振荡过程:
非振荡衰减过程:
其中,衰减振荡过程和非振荡衰减过程可以基本满足控制要求,但后者进程缓慢,只用于系统不允许振荡时。
4.试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。
最大偏差:
衰减比:
余差:
过渡时间:
振荡周期(振荡频率):
5.什么是控制系统的方块图?
它与工艺管道及控制流程图有何区别?
自动控制系统的方块图是由传递方块、信号线(带有箭头的线段)、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。
其中:
每一个方块代表系统中的一个组成部分,
6.在自动化系统中,仪表符号由哪几部分组成,各表示什么意义?
仪表位号由字母组合和回路编号组成:
字母组合:
首字母――被侧变量,尾字母――仪表功能,中字母――修饰词
回路编号:
首位数――工序号;后续数――顺序号
温度控制系统过渡过程曲线
7.某化学反应器工艺操作规定温度为(800±10℃)。
为确保生产安全,控制中温度最高不得超过850℃。
现运行的控制系统,在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图所示。
(1)分别求出最大偏差、余差、衰减比、过渡时间(温度进入±2%新稳定值即视为系统已稳定)和振荡周期。
(2)说明此温度控制系统是否满足工艺要求。
第二章被控对象的数学模型
一、基本要求
1.了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法;
2.掌握用机理建模的方法,建立简单对象的数学模型;
3.掌握表征被控对象特性的三个参数——放大倍数K、时间常数T、滞后时间τ的物理意义及其对控制质量的影响;
4.了解被控对象特性的实验测定方法。
二、常用术语
1.被控对象特性:
2.被控对象数学模型:
3.被控对象的放大倍数:
4.被控对象的时间常数:
5.被控对象的滞后时间:
纯滞后(输出变化落后于输入变化的时间)与容积滞后(因物料或能量传递需要一定时间而引起的输出变化迟缓)之和
6.通道:
由对象的输入变量至输出变量的信号联系。
包括控制通道和干扰通道。
三、问答题
1.为什么说放大倍数K是对象的静态特性,而时间常数T和滞后时间τ是对象的动态特性?
2.简述获取对象特性(数学模型)的两种方法。
理论分析法:
通过理论分析建立输入和输出之间的关系。
例如:
一阶对象、积分对象、二阶对象
实验测取法:
在实际系统或实验系统中,通过一组输入来考察输出的跟随变化规律。
常见的有:
多点拟合法、阶跃输入法和周期脉冲法。
第3题RC充放电电路图
3.RC电路如图所示。
Vi为输入量,V0为输出量。
在时间t=0时,闭合开关K,电容开始充电。
此时,电压V0随时间的变化规律为:
(1)求当t分别为0、T和∞时,V0分别为多少?
(2)绘出Vi作阶跃变化时,V0随时间变化的响应曲线形状;
(3)根据上述已知条件,确定对象的特性参数K、T和τ。
第4题蒸汽流量阶跃反应曲线
4.为了测定某物料干燥筒的对象特性,在t0时刻突然将加热蒸汽量从25m3/h增加到28m3/h,物料出口温度记录仪得到阶跃输入曲线如图所示。
写出描述物料干燥筒特性的微分方程(温度变化量作为输入量,加热蒸汽量的变化量作为输出量;温度测量仪表的测量范围0~200℃;流量测量仪表的测量范围0~40m3/h)。
第三章检测仪表与传感器
一、基本要求
1.掌握仪表精度的意义与测量误差的关系。
2.了解仪表的性能指标。
3.初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。
4.了解各种流量计的测量原理。
重点是差压式流量计及转子流量计。
5.了解各种液位测量方法。
初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。
6.掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。
熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法。
7.了解电动温度变送器的作用及原理。
二、常用术语
1.参数检测:
2.非电量的电测法:
3.准确度:
4.绝对误差:
5.实际相对误差:
6.示值相对误差:
7.引用相对误差:
8.允许误差:
9.指示变差:
10.精密度
11.仪表精度等级:
12.精确度:
13.灵敏度:
14.灵敏限:
15.分辨率:
16.线性度:
17.反应时间:
三、问答题
1.工业压力计按敏感元件通常可以分为哪几种类型?
试简述各种压力计的工作原理。
液柱式压力计:
活塞式压力计:
弹性式压力计:
弹簧管式:
薄膜式:
波纹管式:
电气式压力计:
应变式:
压电电阻式:
电感式:
电容式:
霍尔式:
2.试述压力计选型的主要内容及安装注意事项。
类型选择
量程与盘面选择
精度选择
注意:
取压位置与隔离
3.试述流量计的分类及其工作原理。
速度流量计:
压差流量计:
转子流量计:
电磁流量计:
超声波流量计:
涡轮流量计:
堰式流量计:
容积式流量计:
齿轮流量计:
活塞流量计:
质量流量计:
间接质量流量计:
直接质量流量计:
4.试述物位计的分类及其工作原理。
直读式物位计:
浮力式物位计:
压差式物位计:
电磁式物位计:
核辐射式物位计:
超声波物位计:
光电式物位计:
5.试述温度测量仪表的种类及其工作原理
接触式温度计:
膨胀式温度计:
玻璃液体温度计:
双金属温度计:
压力式温度计:
热电偶温度计:
热电阻温度计:
非接触温度计:
辐射温度计:
红外温度计:
光电温度计:
热电温度计:
6.试述电动温度计二次仪表的功能及其组成部分。
功能:
–对信号进行放大和转换;
–信号的线性化。
组成部分:
–输入电桥;
–放大器;
–反馈电路;
–电源电路。
第四章显示仪表
一、基本要求
1.了解动圈式显示仪表的基本结构及原理。
2.掌握自动电子电位差计的工作原理。
熟悉电位差计的测量桥路及各个电阻的作用。
3.掌握自动电子平衡电桥的工作原理。
4.了解DDZ-Ⅲ型显示仪表的基本结构及原理。
5.了解数字式显示仪表的原理与组成。
二、常用术语
1.模拟信号:
2.数字信号:
三、问答题
1.试述动圈式仪表的结构及其工作原理。
2.试述自动平衡电桥及其与热电阻配合进行温度检测的工作原理。
3.试述自动不平衡电桥及其与热电偶配合进行温度检测的工作原理。
4.试述DDZ系列光柱报警器的结构及其工作原理。
第五章自动控制仪表
一、基本要求
1.掌握各种基本控制规律及其特点。
2.熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响。
3.了解DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型控制器的特点和基本组成。
4.了解可编程调节器和可编程控制器的功能和特点。
二、常用术语
1.基地式控制仪表
2.单元组合式控制仪表
3.计算机控制系统
4.控制规律:
5.限位控制:
6.连续控制:
7.放大倍数KP:
8.比例度δ:
9.无干扰切换
三、问答题
1.试述控制器的作用及其分类。
2.控制系统按控制规律可以分为哪几类:
3.试述PID控制的数学模型及参数意义。
4.模拟量控制器由哪几部分组成?
画出其框图并说明各部分的作用。
5.试述DDZ-Ⅲ仪表的特点。
6.试述DDZ-Ⅲ电动控制器的基本功能,并画出其结构框图。
第六章执行器
一、基本要求
1.掌握控制阀的流量特性的意义,了解串联管道中阻力比s和并联管道中分流比x对流量特性的影响。
2.了解气动薄膜控制阀的基本结构、主要类型及使用场合。
3.理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则。
4.了解电气转换器及电-气阀门定位器的用途及工作原理。
5.了解电动执行器的基本原理。
二、常用术语
1.控制阀的理论流量特性
2.控制阀的实际流量特性
三、问答题
1.试述执行器的分类及其作用。
2.执行器由哪两部分组成,各起什么作用?
3.气动执行机构有哪几种结构形式?
各有什么特点?
4.试述电动执行机构的分类及其用途。
5.试述电动执行机构的结构及其工作原理。
6.试述电-液执行器的结构及其工作原理。
7.什么是气开式控制阀和气关式控制阀?
如何选择?
第七章简单控制系统
一、基本要求
1.了解简单控制系统的结构、组成及作用。
2.掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则。
3.了解各种基本控制规律的特点及应用场合。
4.掌握控制器正、反作用确定的方法。
5.掌握控制器参数工程整定的方法。
二、常用术语
1.简单控制系统:
2.控制器的工程整定:
三、问答题
1.如何选择被控变量?
2.如何选择操纵变量?
3.造成控制系统滞后的原因有哪些?
对象滞后、检测滞后、信号传送滞后
4.控制系统按信号来源(系统结构)可以分为哪几类?
试分别画出结构框图。
5.控制器整定的任务是什么?
常用整定方法有哪几种?
理论计算
工程整定
临界比例度法
衰减曲线法
经验凑试法
第八章复杂控制系统
一、基本要求
1.掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合;掌握串级控制系统中副变量的确定及主、副控制器正、反作用的选择;了解串级控制系统中主、副控制器参数的工程整定方法。
2.熟悉设置均匀控制系统的目的及控制方案。
3.了解比值控制系统的各种类型;熟悉单闭环比值控制方案的结构及特点。
4.熟悉前馈控制系统的结构、特点及应用场合。
5.理解连续型选择性控制系统的结构特点及控制方案;了解开关型选择性控制系统;了解积分饱和现象的产生及防止方法。
6.理解分程控制系统的结构及应用场合。
7.了解多冲量控制系统的意义;理解三冲量控制系统的结构特点。
二、常用术语
1.复合控制系统:
2.软保护:
3.硬保护:
三、问答题
1.试述串级控制系统的特点及其使用条件。
2.串级控制系统中主、副变量应如何选择?
3.简述均匀控制的目的及控制方案。
4.以合成氨为例,简述比例控制的目的及控制方案。
5.选择性控制系统按处理方法不同可以分为哪几类?
开关型选择性控制系统:
连续型选择性控制系统:
混合型选择性控制系统:
6.试述分程控制的目的及其适用范围。
分程控制系统:
由一个控制器同时控制两个执行机构并使之次第执行的控制系统。
使用范围:
–扩大调节范围,提高调节精度;
–可用于两种不同的介质,以满足工艺要求;
–用作生产安全的防护措施
7.什么是多冲量控制系统?
第九章计算机控制系统
一、基本要求
1.基本掌握直接数字控制(DDC)的PID算法。
2.了解DDC系统的基本组成与作用。
3.初步掌握全开放集散控制系统(DCS)的特点及基本组成。
4.了解DCS现场控制站的硬件与软件。
二、常用术语
1.DDC控制:
2.DCS控制:
三、问答题
1.试述工业控制计算机的特点。
2.在计算机控制系统中,I/O组件的功能是什么?
3.在计算机控制系统中,为什么要对信号进行隔离?
常用隔离方法有哪些?
4.试述DCS控制系统的组成及各部分的作用。
5.试述DCS控制系统的特点。
6.简述计算机控制系统中组态软件的作用。
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