1、河南理工大學(xué)河南理工大學(xué)過(guò)程控制過(guò)程控制考試試題考試試題 一、思考題： 1、過(guò)程控制系統(tǒng)的組成和各部分的作用。 1被控對(duì)象被控對(duì)象是指被控制的生產(chǎn)設(shè)備或裝置，而被控制過(guò)程既包括運(yùn) 行中的設(shè)備與生產(chǎn)的關(guān)系， 也反映其輸入輸出動(dòng)態(tài)關(guān)系。 2測(cè)量變送器測(cè)量變送器用于測(cè)量被控變量，并按一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信 號(hào)作為輸出。 3執(zhí)行器執(zhí)行器常用的是控制閥，它接受來(lái)自控制器的命令信號(hào)u,用于 自動(dòng)改變控制閥的開度。 4控制器控制器它將被控變量的測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差信 號(hào) te，并按一定的規(guī)律給出控制信號(hào) tu。 2、過(guò)程控制常用策略有哪些？各自的優(yōu)缺點(diǎn)？ 1 1反饋控制反饋控制 優(yōu)點(diǎn)：能任意

2、補(bǔ)償擾動(dòng)，且技術(shù)簡(jiǎn)單方便。 缺點(diǎn)：操作變量對(duì)被控變量的控制作用存在較大的滯后，而且外部 擾動(dòng)作用強(qiáng)度大，難以提供滿意的控制性能。 2 2前饋控制前饋控制 優(yōu)點(diǎn)：克服主要擾動(dòng)的影響作用顯著。 缺點(diǎn)：測(cè)量成本高，需要增加擾動(dòng)檢測(cè)裝置；當(dāng)對(duì)象特性發(fā)生變化 時(shí)，難確定合適的補(bǔ)償幅度。 3、簡(jiǎn)要闡述工業(yè)生產(chǎn)對(duì)過(guò)程控制的要求。 1安全性安全性指整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，確保人身和設(shè)備的安全。 2經(jīng)濟(jì)型經(jīng)濟(jì)型指生產(chǎn)同樣質(zhì)量和數(shù)量產(chǎn)品所消耗的能量和原料最少，即 生產(chǎn)成本低而效率高，生產(chǎn)效益最大化。 3穩(wěn)定性穩(wěn)定性指生產(chǎn)裝置具有抑制外部干擾，保持生產(chǎn)過(guò)程長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn) 行的能力。 4、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的主要步驟。 1確定控

3、制目標(biāo)，選擇被控變量。 2選擇測(cè)量參數(shù)與測(cè)量?jī)x表。 3操作變量的選擇與主要擾動(dòng)的分析。 4操作變量與被控變量的配對(duì)。 河南理工大學(xué)河南理工大學(xué)過(guò)程控制過(guò)程控制考試試題考試試題 5控制方案與控制算法的選擇。 6執(zhí)行器的選型。 7控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試和投運(yùn)。 5、機(jī)理建模方法的主要步驟。 1明確過(guò)程的輸入變量、輸出變量和中間變量 2根據(jù)建模對(duì)象和建模使用目的作合理假設(shè) 3根據(jù)過(guò)程的內(nèi)在機(jī)理，建立靜態(tài)和動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系方程 4消去中間變量，求取過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 5簡(jiǎn)化模型（模型降階處理；線性化） 6、測(cè)量誤差形成的原因？測(cè)量信號(hào)一般的處理方法有哪些？ 形成的原因：形成的原因： 1儀表本身的誤差儀表本身

4、的誤差 ： 儀表精度等級(jí)表明了在穩(wěn)態(tài)下儀表的最大百分 誤差，因?yàn)樗前慈砍痰淖畲蟀俜终`差定義 的，所以量程越寬，絕對(duì)誤差越大。 2安裝不當(dāng)引入的誤差安裝不當(dāng)引入的誤差 ： 測(cè)量變送的一次元件安裝在工藝設(shè)備上， 安裝必須符合規(guī)范，否則會(huì)引入很大誤差。 3測(cè)量的動(dòng)態(tài)誤差測(cè)量的動(dòng)態(tài)誤差 ： 測(cè)量變送環(huán)節(jié)的滯后， 包括 m T和 m 都會(huì)引起測(cè) 量動(dòng)態(tài)誤差。 處理方法：處理方法： 1呈周期的脈動(dòng)信號(hào)需進(jìn)行低通濾波。 2測(cè)量噪聲需進(jìn)行濾波。 3 3線性化處理。 7、控制系統(tǒng)主要性能指標(biāo)有哪些？各自的含義是什么？ 性能指標(biāo)及其含義：性能指標(biāo)及其含義： 1余差余差（e e） ： 系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)給定值與

5、被控參數(shù)穩(wěn)定值之差。 2最大偏差（最大偏差（A A） ： 被控參數(shù)第一個(gè)波的峰值與給定值的差。 3衰減比（衰減比（n n）：振蕩過(guò)程的第一個(gè)波的振幅與第二個(gè)波的振幅之 比。 4衰減率（衰減率（）： 經(jīng)過(guò)一個(gè)周期后，波動(dòng)幅度衰減的百分比。 5調(diào)節(jié)時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間（ s t） ： 系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線進(jìn)入新的穩(wěn)定值的 5%或 2% 范圍內(nèi)所需的時(shí)間。 6峰值時(shí)間峰值時(shí)間 （ p t） ： 系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線到達(dá)第一個(gè)峰值所需的時(shí)間。 8、三種常規(guī)反饋控制模式分別是什么？說(shuō)明各自的原理、作用以及 河南理工大學(xué)河南理工大學(xué)過(guò)程控制過(guò)程控制考試試題考試試題 對(duì)系統(tǒng)性能的影響。 三種常規(guī)控制模式：三種常規(guī)控制模式

6、： 1比例控制（P） 2比例積分控制（PI） 3比例積分微分控制（PID） 比例控制（比例控制（P P） 原理： 0 uteKtu c 作用： 反應(yīng)快、控制及時(shí)，但有一定的余差。 對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 增大比例增益 c K，會(huì)使系統(tǒng)振蕩加劇，穩(wěn)定性變差， 但可以減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 比例積分控制（比例積分控制（PIPI） 原理： 0 0 1 ude T K eKtu t C c 作用： 消除了余差，但降低了響應(yīng)速度。 對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 積分作用增強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性減弱，過(guò)渡過(guò)程比較 緩慢。 比例積分微分控制（比例積分微分控制（PIDPID） 原理： 0 0 1 u dt t

7、de TKde T KteKtu dc t I Cc 作用： 消除了余差，并提高了響應(yīng)速度。 對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抑制過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)偏差， 減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 9、前饋控制的基本原理？理論基礎(chǔ)是什么？ 基本原理：基本原理： 測(cè)量進(jìn)入過(guò)程的干擾量（包括外界干擾和設(shè)定值變化），并根據(jù) 干擾的測(cè)量值產(chǎn)生合適的控制作用來(lái)改變控制量，使被控制量維持 在設(shè)定值上。 理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)： 不變性原理 ： 通過(guò)前饋控制器的校正作用，消除擾動(dòng)對(duì)被控變 量的影響。 10、說(shuō)明前饋控制的特點(diǎn)，與反饋控制比較優(yōu)缺點(diǎn)體現(xiàn)在哪里。 河南理工大學(xué)河南理工大學(xué)過(guò)程控制過(guò)程控制考試試題

8、考試試題 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1前饋控制對(duì)于干擾的克服要比反饋控制及時(shí)。 2前饋控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。 3前饋控制采用由對(duì)象特性確定的專用控制器。 與反饋控制比較優(yōu)缺點(diǎn)體現(xiàn)：與反饋控制比較優(yōu)缺點(diǎn)體現(xiàn)： 前饋控制反饋控制 相關(guān)干擾可測(cè)量CV 可測(cè)量 基于干擾操作 MV基于 CV 控制誤差操作 MV 開環(huán)，無(wú)穩(wěn)定性問(wèn)題閉環(huán)，穩(wěn)定性至關(guān)重要 只有部分干擾可檢測(cè)全部干擾均通過(guò) CV 可感受 控制通道與相關(guān)干擾通道的精確數(shù)學(xué) 模型均需要獲得 不需要對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 不適合于非線性、時(shí)變系統(tǒng)可適合于非線性、時(shí)變系統(tǒng) 11、前饋控制的幾種主要形式和各自的作用。 4 4 種形式：種形式： 1靜態(tài)前饋 2動(dòng)態(tài)前饋 3前

9、饋反饋控制 4多變量前饋控制 作用：作用： 1靜態(tài)前饋：只需要在穩(wěn)態(tài)條件下對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。 2動(dòng)態(tài)前饋：在任何時(shí)刻時(shí)都需要對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。 3前饋反饋控制：前饋控制及時(shí)，反饋控制能克服多個(gè)擾動(dòng)且可 以對(duì)被控變量進(jìn)行檢驗(yàn)。 4多變量前饋控制：可以對(duì)多個(gè)擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。 12、串級(jí)控制的原理、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則。 原理：原理： 兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，以主控制器為主導(dǎo)，保證主變量穩(wěn)定為目 的，兩個(gè)控制器協(xié)調(diào)一致，互相配合，尤其是對(duì)于二次干擾，副控 制器首先進(jìn)行“粗調(diào)”，主控制器再進(jìn)一步“細(xì)調(diào)”。因此控制質(zhì) 量必然高于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路、兩個(gè)控制器和 兩個(gè)

10、測(cè)量變送器。其中主回路是個(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路 是個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。 河南理工大學(xué)河南理工大學(xué)過(guò)程控制過(guò)程控制考試試題考試試題 2在串級(jí)控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)變量：主變量和副變量。主變量是 反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行情況的主要工藝變量。 3副回路具有快速調(diào)節(jié)作用，能有效地克服發(fā)生于副回路的擾動(dòng) 影響。 4串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)副對(duì)象和控制閥特性的變化具有較好的魯棒 性。 設(shè)計(jì)原則：設(shè)計(jì)原則： 1在單回路控制不能滿足要求的情況下可以采用串級(jí)控制。 2具有能夠檢測(cè)的副變量，且主要干擾包括在副回路中。 3副對(duì)象的滯后不能太大，以保持副回路的快速響應(yīng)性能。 4將對(duì)象中具有顯著非線性或時(shí)變特性的部分歸于副對(duì)象。 1

11、3、串級(jí)控制中主副控制器控制規(guī)律如何選擇？正反作用如何選 擇？ 控制規(guī)律的選擇：控制規(guī)律的選擇： 1 1主控制器：主控制器： 采用 PIDPID 控制規(guī)律控制規(guī)律（液位串級(jí)控制除外） 原因：原因： 主回路的任務(wù)是滿足主參數(shù)的定值控制要求。因而對(duì)于 主參數(shù)為溫度的串級(jí)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器必須加入較強(qiáng)的積 分作用（除主參數(shù)為液位的串級(jí)均勻控制系統(tǒng)以外）。 當(dāng)主對(duì)象的調(diào)節(jié)滯后較大，而主參數(shù)變化較平緩時(shí)，可 加入通常大小的微分作用。 2 2副控制器：副控制器： 采用 PIPI 控制規(guī)律控制規(guī)律 原因：原因： 需要對(duì)內(nèi)回路干擾具有快速調(diào)節(jié)能力。 正反作用的選擇：正反作用的選擇： 1主副控制器正反作用的選擇原則

12、是使系統(tǒng)成為負(fù)反饋系統(tǒng)。 2一般情況下，先選擇副控制器，再選擇主控制器。 3若被控變量的測(cè)量值很大時(shí)，為了使控制器的輸出值增大，則選擇 正作用的控制器。 4若被控變量的測(cè)量值很大時(shí)，為了使控制器的輸出值減小，則選擇 反作用的控制器 14、什么是均勻控制？與純液位控制的區(qū)別？ 均勻控制：均勻控制： 為了解決前后工序供求矛盾，達(dá)到前后兼顧協(xié)調(diào)操作，使液 位和流量均勻變化，組成的系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng) 與純液位控制的區(qū)別：與純液位控制的區(qū)別： 1純液位控制僅要求液位平穩(wěn)。 2均勻控制要求操縱變量平穩(wěn)，且被控變量的液位可以在允許范圍內(nèi) 波動(dòng)。 15、什么是選擇性控制？其實(shí)現(xiàn)方法是什么？ 河南理工大學(xué)河南

13、理工大學(xué)過(guò)程控制過(guò)程控制考試試題考試試題 選擇性控制：選擇性控制： 在控制系統(tǒng)中，加入一個(gè)選擇器，僅有一個(gè)操縱變量，兩個(gè)及其以上的 被控變量，其中一個(gè)被控變量是定值變量，其他的變量是約束變量，正常情 況下無(wú)需控制，一旦超出允許的范圍時(shí)，就要及時(shí)調(diào)節(jié)，以防止發(fā)生事故。 實(shí)現(xiàn)方法：實(shí)現(xiàn)方法： 選擇性控制，是在正常控制回路的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)用于檢測(cè)安全狀態(tài) 的回路。當(dāng)系統(tǒng)超出預(yù)設(shè)的安全界限時(shí)，自動(dòng)切換到安全回路。（說(shuō)明原理 即可） 16、什么是分程控制？其目的主要有哪幾方面？ 分程控制：分程控制： 將控制器輸出信號(hào)按范圍劃分成幾段， 其中每一段只調(diào)節(jié)一個(gè)控 制閥的開度，另一控制閥的開度保持不變。 目

14、的：目的： 1擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，改善控制系統(tǒng)的品質(zhì)。 2滿足工藝操作的特殊要求。 3用于生產(chǎn)安全的防護(hù)措施。 17、計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)的構(gòu)成？簡(jiǎn)單說(shuō)明各個(gè)部分的作用。 1被控對(duì)象被控對(duì)象：同同 1 1 2測(cè)量變送裝置測(cè)量變送裝置：同同 1 1 3計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) ：同同 1 1 4執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置 ： 同同 1 1 18、列出幾種常用的先進(jìn)控制方式，并說(shuō)明其特點(diǎn)。 1 1自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制 ：了解系統(tǒng)的有關(guān)信息和對(duì)象的特性變化，通過(guò)合適的算 法自動(dòng)的來(lái)調(diào)整被控變量的參數(shù)，使系統(tǒng)運(yùn)行在正常的 狀態(tài)下。 2 2預(yù)測(cè)控制預(yù)測(cè)控制： 具有對(duì)數(shù)學(xué)模型要求不高、能直接處理具有純滯后的過(guò)程、 具有良好的跟蹤性能和較強(qiáng)的抗干擾能力、對(duì)模型偏差具有 較強(qiáng)的魯棒性等優(yōu)良性質(zhì)。 3 3智能控制：智能控制： 學(xué)習(xí)功能；適應(yīng)功能；