过程控制期末试题库一、填空题（本题共计10分，包括3小题，10个填空，每空1分）1．一般一个简单控制系统由（检测/变送）装置、（被控对象）、（调节）器和（执行）机构组成。

2．过程控制系统常用的参数整定方法有：（经验法）、（衰减曲线法）、（稳定边界法/临界比例度法）和（响应曲线法）。

3．在PID调节器中，调节器的Kc越大，表示调节作用（越强），Ti值越大，表示积分作用（减弱），Td值越大表示微分作用（增强）。

4．常见的过程计算机控制系统分为下列几种典型形式：（操作指导控制系统）、直接数字控制系统、（监督计算机控制系统）、（集散控制系统）和现场总线控制系统。

5．在闭环控制系统中，根据设定值的不同形式，又可分为定值控制系统，随动控制系统和程序控制系统。

1）定值控制系统特点：设定值是（固定不变）；作用：保证在（扰动）作用下使被控变量始终保持在设定值上。

2）随动控制系统特点：设定值是一个（变化量）；作用：保证在各种条件下系统的输出（及时跟踪设定值变化）。

3）程序控制系统特点：设定值是一个（按一定时间程序变化的时间函数）；作用：保证在各种条件下系统的输出（按规定的程序自动变化）。

6．串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器的广义对象特性，容许（副）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。

7．定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。

二、选择题（本题共计10分，包括5小题，每题2分）1.由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来（C）:A.克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞后τc和纯滞后τ0.B.克服调节对象的纯滞后τ0.C.克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞后τc.2.定值调节是一种能对（A ）进行补偿的调节系统。

A．测量与给定之间的偏差B．被调量的变化C．干扰量的变化D. 设定值的变化3.定值调节系统是（X）环调节，前馈系统是（X）环调节( B )。

A．开，闭B．闭，开C．开，开D．闭，闭4.调节系统在纯比作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比例度（A）。

A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小5.成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（C）。

A. PIB. PDC. PID6..流量、压力调节系统的调节规律，通常选用（A ）。

A. PIB. PDC. PID7.液位调节系统的调节规律，通常选用（D ）。

A. PIB. PDC. PIDD. P8.调节系统中调节器正、反作用的确定是根据(B)：A．实现闭环回路的正反馈。

B．实现闭环回路的负反馈。

C．系统放大倍数恰到好处D．生产的安全性。

9.单纯的前馈调节是一种能对（C）进行补偿的调节系统。

A．测量与给定之间的偏差B．被调量的变化C．干扰量的变化10.定值调节是一种能对（A）进行补偿的调节系统。

A．测量与给定之间的偏差B．被调量的变化C．干扰量的变化11.下面的叙述中哪一个是最为合理的（D）A) 控制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。

B) 控制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。

C) 控制系统的时间滞后现象对控制系统的稳定性无影响。

D) 以上三种叙述都不完整。

12. DCS 的中文含意是：（B ）A) 比例、积分、微分控制。

B) 分布式控制系统。

C) 可编程序控制器。

D) 以上三个都不正确。

三、 计算题（本题共计15分，包括2小题）1．（10分）一个流量双闭环比值控制系统如题5.2图所示。

其比值用DDZ-Ⅲ型乘法器实现。

已知31max 26500/Q m h =，32max 32000/Q m h =。

求：a) 画出控制系统的结构图。

b) 当016I mA =时，比值控制系统的比值K 及比值系数'K 分别为多少。

c) 待比值系统稳定时，测得116I mA =，试计算此时的2I 为多大。

题5.2图 流量双闭环比值控制系统原理图解：1)由于 4160+⨯'=K I得()04/16(164)/160.75K I '=-=-=②所以1max 2max Q K K Q '=① 2max 1max 320000.750.926500Q K K Q '==⨯=② 2) 由仪表的比例系数定义，214'4I mA K I mA-=- ① 得：21'(4)4I K I mA mA =-+②即：20.9(104)49.4I mA =⨯-+=②2．一个比值流量控制系统用DDZ-Ⅲ型乘法器来进行比值运算，其原理图如题3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1max 3600Q =kg/h ，2max 2000Q =kg/h 。

a) 试画出比值控制系统的结构图。

b) 如果要求比值为12:2:1Q Q =，应如何设置乘法器的设定值0I 。

（乘法器的输出10(4)(4)'416I I I -⨯-=+） 题3图 单闭环乘法比值控制系统原理图解：流量的最大量程分别为1max 3600/F kg h =，2max 2000/F kg h =。

流量与检测电流的关系为，111max 164F I F =⨯+，222max 164F I F =⨯+，流量比值为21F K F =，乘法器的输出为10(4)(4)'416I I I -⨯-=+。

稳态时有2'I I =，即：102(4)(4)416I I I -⨯-=+，201(4)164(4)I I I -=⨯+-，016'4I K =+。

不加开方器情况，要进行非线性处理： 乘法器的设置值：①②③④⑤四、 应用题（15）1. 为了获得被控对象的动态特性，常用的实验方法之一是给被控对象施加一个阶跃扰动信号，观察其响应，从而有观察到的信息分析其特性。

但由于某些生产过程的被控对象不允许长时间施加这样的干扰信号，所以人们采用矩形脉冲信号取代阶跃扰动，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 0，高度为A ）施加到被控对象上的响应曲线y 。

用所学过的控制理论知识，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，相当于施加两个阶跃信号，一个在t =0处，另一个在t =t 0处。

⑤设阶跃响应为y 1，将所测绘的响应曲线按时间间隔t 0等分。

在第一区间，y 1(t 0)= y 1(t 0)。

在第二区间y 1(2t 0)= y (2t 0)+ y 1(t 0)。

第三区间，y 1(3t 0)= y (3t 0)+ y 1(2t 0)。

以此类推，将前一区间的阶跃响应曲线叠加到本区间的脉冲响应曲线上，即可得到本区间的阶跃响应曲线。

⑤其响应曲线见下图。

阶跃响应曲线⑤2. 为了获得被控对象的动态特性，常用的实验方法之一是给被控对象施加一个阶跃扰动信号，观察其响应，从而有观察到的信息分析其特性。

但由于某些生产过程的被控对象不允许长时间施加这样的干扰信号，所以人们采用矩形脉冲信号取代阶跃扰动，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 0，高度为A ）施加到被控对象上的响应曲线y 。

用所学过的控制理论知识，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。

3. 在某一蒸汽加热器的控制系统中，用响应曲线法进行参数调整。

当电动单元组合控制器的输出从6mA 改变到7mA 时，温度记录仪的指针从85℃升到87.8℃，从原来的稳定状态达到新的稳定状态。

仪表的刻度为50~100℃，并测出纯滞后时间τ0=1.2min, 时间常数T 0=2.5min 。

如采用PI 和PID 控制规律，试确定出整定参数（响应曲线法控制器参数整定经验公式见附表）。

解： 输入增量为：761X ∆=-=mA输出增量为：87.885.0 2.8Y ∆=-=℃输入量程差为：max min 10010X X -=-=mA输出量程差为：max min 1005050Y Y -=-=℃ 所以，max min 0max min /() 2.8/500.56/()1/10Y Y Y K X X X ∆-===∆- 由查表得：在选用PI 控制器时，03.3 3.3 1.2 3.96I T τ==⨯=min 在选择PID 控制器时，022 1.2 2.4I T τ==⨯=min00.50.5 1.20.6D T τ==⨯=min 4. 用分度号为K 的镍铬-镍硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，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：如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在20℃，此时显示仪表的指示值应为多少？***************************解：显示仪表指示值为500时，查表可得此时显示仪表的实际输入电势为20.64mV ，由于这个电势是由热电偶产生的，即同样，查表可得：由23.076mV 查表可得：t =557℃。

即实际温度为557℃。

当热端为557℃，冷端为20℃时，由于E （20，0）=0.798mV ,故有：由此电势，查表可得显示仪表指示值应为538.4℃。

5. （12）某生产过程需要甲乙两种液体，甲液体的正常流量为1250m 3/h ，仪表量程为0-1350m 3/h ；乙的正常流量为150m 3/h ，仪表量程为0-240m 3/h 。

如果选甲为主变量，乙为副变量，设计一个控制乙的单闭环比值控制系统，画出流程图并计算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：采用乘法器的单闭环比值控制流程框图如图所示。

（其中Q 1为甲流量，Q 2为乙流量）31max 1350/Q m h =: Q 1的量程上限，32max 150/Q m h =: Q 2的量程上限，31min 0/Q m h =: Q 1的量程下限，32min 0/Q m h =: Q 2的量程下限。

1 引入开方器时，比值系数为：2 不引入开方器时：6. 对于有自衡能力的二阶被控对象的传递函数为：其单位阶跃响应曲线如下图。

用图解法确定此二阶被控对象传递函数的参数0K ， 1T 和2T 。

其中BE 与m 的相互关系表见附表。

答：由于输入为单位阶跃输入，被控对象的放大系数为013.5K =。

1T 和2T 的确定步骤如下：1）过响应曲线的拐点A 作切线；2）分别交B 、C 、D 和E 点，并求得CD 和BE 值；5.5B =，5C =，9.5D =， 4.5E =9.55 4.5CD =-=， 5.5 4.51BE =-=3）从附表中求得与BE 值对应的m 值。