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1、_17什么是串级控制系统？它有什么特点？什么情况下采用串级控制？答：串级控制系统是由其结构上的特征面得出的。它是由主、副两个控制器串接工作的，主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出操纵控制阀，以实现对主变量的定值控制。它的特点有：能迅速克服进入副回路的干扰。能改善被控对象的特征，提高了系统克服干扰的能力。主回路对副对象具有“鲁棒性”，提高了系统的控制精度。串级控制系统主要就用于：对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强面频繁，负荷变化大，对控制质量要求较高的场合。18串级控制系统中心副回路和主回路各起什么作用？为什么？答：在系统结构上，串级控制系统是由两个串联工作的控制器构成的双闭环控
2、制系统。一个闭环系统在里面，称为副环或副回路，在控制系统中起“粗调”的作用；一个闭环在外面，称为主环或主回路，用来完成“细调”的任务，以保证被控变量满足工艺要求。由于串级控制系统由两套检测变送器、两个调节阀、两个被控对象和一个调节阀组成，其中两个调节阀器串联起来工作，前一个调节器的输出作为后一个调节器的给定值，后一个调节器的输出才送给调节阀。因此一个是粗调，一个是细调。1.串级控制系统的主要特点及其应用场合 能迅速克服进入副回路的干扰能改善被控对象的特性，提高系统克服干扰的能力主回路对副对象具有“鲁棒性”，提高了系统的控制精度“鲁棒性”又称“强壮性”，系统的控制品质对对象变化越不敏感，则称该系
3、统的“鲁棒性”越好。 凡可利用上述特点之一来提高系统的控制品质的场合，都可以采用串级控制系统，在被控对象的容量滞后大、干扰强、要求高的场合，采用串级控制可以获得明显的效果。2.简述串级控制系统的设计原则。答：（1）副回路的选择必须包括主要扰动，而且应包括尽可能多的扰动；（2）主、副对象的时间常数应匹配；（3）应考虑工艺上的合理性和实现的可能性；（4）要注意生产上的经济性。3、什么是串级控制系统? 试画出其典型方框图。答：两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量有更好的控制效果。3、与单回路控制相比，串级控制系统具有哪些特点？答：1.
4、减小了被控对象的时间常数，缩短了控制通道，使控制作用更加及时。2.提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性提高了。3.对于二次干扰有很强的客服能力，对克服一次干扰也有一定的提高。4.对负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。3、（本题9分）有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似. 请问如何区分它们? 试分析图3所示的两个系统各属于什么系统? 说明其理由.答：串级控制系统的副控制回路在主控制回路中间串联，而前馈-反馈控制系统是虽然有负反馈，但不是串进主回路的。前馈-反馈控制系统的前馈是对输入通道的扰动进行直接克服，而不是产生影响之后才进行克服。4试述比
5、例、积分、微分三种调节规律的作用各是什么? 其调整原则是什么?答案： 比例调节规律的作用是，偏差一出现就能及时调节，但调节作用同偏差量是成比例的，调节终了会产生静态偏差(简称静差)。积分调节规律的作用是，只要有偏差，就有调节作用，直到偏差为零，因此它能消除偏差。但积分作用过强，又会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡。微分调节规律的作用是，根据偏差的变化速度进行调节，因此能提前给出较大的调节作用，大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间。但微分作用过强，又会使调节作用过强，引起系统超调和振荡。这三种调节规律的调整原则是：就每一种调节规律而言，在满足生产要求的情况下，比例作用应强一些，
6、积分作用应强一些，微分作用也应强一些。当同时采用这三种调节规律时，三种调节作用都应当适当减弱，且微分时间一般取积分时间的1413.5、什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性？系统设计时应如何选择控制阀的流量特性？答：调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系，即假设阀前后压差是固定的，即P 为常数，这时得到的流量特性关系，称为理想流量特性，理想流量特性是控制阀固有的特性。当P 不等于常数时，控制阀的流量特性称为工作流量特性。流量特性的选择：根据对象特性选择控制阀的流量特性；根据 s 值选择控制阀的流量特性；从控制阀正常工作时阀们开度考虑：当控制阀经常工作在小开度
7、时宜选用等百分比流量特性，当流过控制阀的介质中含有固体悬浮物等，宜选用直线流量特性。十一、为什么工业生产中很少采用纯积分作用调节器?答案：积分作用的特点是，只要有偏差，输出就会随时间不断增加，执行器就会不停地动作，直到消除偏差，因而积分作用能消除静差。单纯的积分作用容易造成调节动作过头而使调节过程反复振荡，甚至发散，因此工业生产中很少采用纯积分作用调节器，只有在调节对象动态特性较好的情况下，才有可能采用纯积分调节器。十九、分析为什么串级调节系统的调节品质比单回路调节系统好。答案：串级调节与单回路调节相比，多了一个副调节回路。调节系统的主要干扰都包括在副调节回路中，因此，副调节回路能及时发现并消
8、除干扰对主调节参数的影响，提高调节品质。串级调节中，主、副调节器总的放大系数(主、副调节器放大系数的乘积)可整定得比单回路调节系统大，因此提高了系统的响应速度和抗干扰能力，也就有利于改善调节品质。串级调节系统中，副回路中的调节对象特性变化对整个系统的影响不大，如许多系统利用流量(或差压)围绕调节阀门或挡板组成副回路，可以克服调节机构的滞后和非线性的影响。而当主调节参数操作条件变化或负荷变化时，主调节器又能自动改变副调节器的给定值，提高了系统的适应能力。因此，串级调节的品质要比单回路调节好。1.自动控制的组成一个自动控制系统主要由两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制系统，它包括测量仪表
9、，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置下的生产设备，即被控对象如锅炉、反应器、换热器等。被控对象 ：在自动控制系统中，工艺变量需要控制的生产设备或机器称为被控对象，简称对象。测量元件和变送器 ：测量需控制的工艺参数并将其转化为一种特定信号（电流信号或气压信号）的仪器，在自动控制系统中起着“眼睛”的作用，因此要求准确、及时、灵敏。调节器：又称控制器，它将检测元件或变送器送来的信号与其内部的工艺参数给定值进行比较，得到偏差信号；根据这个偏差的大小按一定的运算规律计算出控制信号，并将控制信号传送给执行器。 执行器： 接受调节器送来的信号，自动地改变阀门的开度，从而改变输送给被控对象的
10、能量或物料。被控变量y被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值）ys对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值ym由检测原件得到的被控变量的实际值；操纵变量（或控制变量）m受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）被控变量的实际值与给定值之差，即e=ym - ys控制信号u控制器将偏差按一定规律计算得到的量。操纵变量的选择原则是什么?答:(1)操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量；(2)操纵变量应是对被控变量影响
11、诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小；(3)操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。被控变量的选择原则是什么?答:被控变量的正确选择是关系到系统能否达到预期控制效果的重要因素，它的选择的一般原则是:(1)被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态的重要变量；(2)被控变量应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁加以控制的变量；3)被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标；(4)被控变量应是能测量的，并具有较大灵
12、敏度的变量；(5)被控变量应是独立可控的；(6)应考虑工艺的合理性与经济性。2.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、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。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表
13、达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。4. 前馈控制和反馈控制各有什么特点？为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质？答:前馈控制的特点是:根据干扰工作;及时;精度不高,实施困难;只对某个干扰 有克服作用.反馈的特点作用依据是偏差;不及时:精度高,实施方便,对所有干扰都有克服作用.由于两种控制方式优缺点互补, 所以前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质.3.按给定值自动控制的划分定值控制系统：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。随动控制
14、系统：随统的设定值是不断变化的，随统的作用是使被控变量能够尽快地、准确无误的跟踪设定值的变化。程序控制系统：程统的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。4.试述什么叫系统的过渡过程?了解过渡过程有何意义? 过渡过程与被调参数记录曲线是否相同?答案：自动调节系统受到干扰(内扰、外扰和给定值扰动)作用后，在调节器的控制下，被调参数随时间变化的过程称为系统的过渡过程(或调节过程)。了解调节系统的过渡过程，可以知道调节器在不同参数下的调节效果，对设计、研究、整定和改进调节系统都具有重要意义。过渡过程是调节器在阶跃扰动下被调参数的变化曲线，是短期的记录曲线，也是一种典
15、型的曲线。而一般的被调参数记录曲线是一种长期记录曲线，可能没有扰动，也可能是各种形式扰动(脉冲、阶跃、周期性干扰等)作用的结果，或几种扰动叠加的结果，不具有典型性，但可以供分析、整定调节系统时参考。4、什么是闭环控制？什么是开环控制？定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统？答：闭环控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制，即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，而被控变量又通过自动控制装置去影响操纵变量，从信号传递关系上看，构成了一个闭合回路。开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通
16、过自动控制装置去影响操纵变量，从信号传递关系上看，未构成闭合回路。定值控制系统要求给定值恒定不变，控制系统的输出即被控变量应稳定在与给定值相对应的工艺指标上，或在工艺指标的上下一定范围内变化，因此需要闭环控制。另外负反馈其反馈信号的作用方向与设定信号相反，是系统稳定工作的基本条件，因此定值控制系统必须是一个闭环负反馈系统。5.什么是自动控制系统的过度过程？在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式？其中哪些能满足自动控制的要求，哪些不能，为什么？答：对于任何一个控制系统，扰动作用是不可避免的，系统受到扰动作用后，其平衡状态被破坏，被控变量就要发生波动，在自动控制作用下经过一段时间，使被控变量回复到新的稳
17、定状态，即系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过度过程。在阶跃干扰作用下，其过度过程曲线有：发散振荡过程 等幅振荡过程衰减振荡过程非振荡的单调过程。其中衰减振荡和非振荡的单调过程属于稳定的过渡过程，能满足自动控制的要求，其它的不能。6.表示衰减振荡过程的控制指标有哪些？答：表示衰减振荡过程的控制指标有：最大偏差A指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大值，即被控变量第一个波的峰值与给定值的差。衰减比n过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比。回复时间（过渡时间）ts指被控变量从过渡状态回复到新的平衡状态的时间间隔，即整个过渡过程所经历的时间。余差e( )指过渡过程终了时被控变量新
18、的稳态值与设定值之差。振荡周期T过渡过程的第一个波峰与相邻的第二个同向波峰之间的时间间隔，其倒数称为振荡频率。7、 何为单容液位对象的自衡作用，并简要分析产生自衡作用的原因。单容液位对象的自衡作用是指当输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时，在没有人为干预的情况下，被控对象的自身能重新恢复平衡的特性。产生的原因主要是出口阀的流量特性，即在流出变化量很小的情况下，流出量与液位成正比关系，即：自衡特性：由于qV1 突然增加而流出量还没有变化,因此液位H上升速度很快;随着液位的上升,水槽出口处的静压增大, 因而 qV2 随之增加, qV1与qV2 的差值就越来越小,液位H的上升速度
19、就越来越慢，当t 时K 和qV1都是常数。所以液位又重新回到平衡状态。此时, qV1 = qV2 这就是被控对象的自衡特性，即当输入变化量发生了变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时，在没有人为干预的情况下，被控对象自身能重新恢复平衡的特性。自衡特性有利于控制。无自衡特性：在 t0时刻之前，被控对象处于平衡状态, qV1 = qV2 。假定在 t0 时刻，水槽的流入量突然有一个阶跃变化qV1 ,它的特性曲线如图 24 所示。从它的特性曲线可以看出，由于水槽的流出量不变，液位 H 将随时间 t 的推移恒速上升，不会稳定下来直至从水槽顶部溢出。这就是无自衡特性。无自衡特性的被控对象在受到扰动
20、作用后不能重新恢复平衡，因此控制要求较高。对这类被控对象除必须施加控制外，还常常设有自动报警系统。 双容液位系统 8.什么是被控对象的特性？表征被控对象特性的参数有哪些？它们的物理意义是什么？答：所谓被控对象的特性，是指当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小，速度），描述被控对象特性的参数有放大系数K，时间常数T和滞后时间 。K被控对象重新达到平衡状态时的输出变化量与输入变化量之比。由于放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。T时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新
21、的稳态值所需的时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间。时间常数T是反映被控变量变化快慢的参数，因此是对象的动态参数。滞后时间 是纯滞后0时间 和容量滞后c 的总和。输入变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间，纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。滞后时间 也是反映对象动态特性的重要参数。对象特性的实验测定：机理建模法、实验测定法：时域分析法，频域分析法，统计分析法9.在控制系统中，对象的放大系数，时间常数，滞后时间对控制有什么影响？答：对于不同的通道，对象的特性
22、参数（K，T ， ）对控制作用的影响是不同的。对于控制通道：放大系数K大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对扰动的补偿能力强，余差也小；放大系数K小，控制作用的影响不显著，被控变量的变化缓慢。但K太大，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大，则被控变量的变化比较缓慢，此时对象比较平稳，容易进行控制，但过渡过程时间较大；若时间常数T小，则被控变量变化速度快，不易控制。时间常数太大或太小，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化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下
23、降。因此，应尽量减小滞后时间 。对于扰动通道：放大系数K大对控制不利，因为当扰动频繁出现且幅度较大时，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；而放大系数k小，即使扰动较大，对被控变量仍然不会产生多大影响。时间常数T大，扰动作用比较平缓，被控变量变化较平稳，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，并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，被控变量的变化相应也缓和些，因此，对系统是有利的。10.试述自动控制系统中常用的调节规律及其特点和应用场合答：比例调节规律是控制器的输出信号与它的输入信号成比例，它的特点是控制及时，克服干扰能力强，但在系统负
24、荷变化大时，控制结果有余差，这种调节规律适用于对象控制通道滞后较小，负荷变化不大，对控制要求不高的场合。比例积分调节规律是控制器的输出信号不仅与输入信号成比例，而且与输入信号对时间测积分成比例，它的特点是能够消除余差，但是积分调节作用比较缓慢，控制不及时，这种调节作用适用于对象滞后较小，符合变化不大，控制结果不允许有余差存在的系统。比例积分微分调节规律是在比例积分的基础上在加上微分作用，微分作用是控制器的输出与输入的变化速度成比例，它对克服对象的容量滞后有显著的效果，这种调节规律适用于对象滞后较大，负荷变化大，控制质量要求较高的系统。11.什么是双位控制，比例控制，积分控制，微分控制，它们各有
25、什么特点？答：位式控制器的输出只有几个特定的数值，或它的执行机构只有几个特定的位置。最常见的是双位控制。，它们输出只有两个数值（最大或最小），其执行机构只有两个特定的位置（开或关）。位式控制器结构简单，成本较低，易于实现，应用较普遍。但它的控制作用不是连续变化的，由它所构成的位式控制系统其被控变量的变化将是一个等幅振荡过程，不能使被控变量稳定在某一数值上。积分控制（P）是指调节器的输出信号变化量 与输入信号变化量e(t)成比例关系： ， -比例放大系数，比例控制的伏点是反应快，控制及时，其缺点是当系统的负荷改变时，控制结果有余差存在，即比例控制不能消除余差，因此只在对被控变量要求不高的场合，才
26、单独使用比例控制。积分控制（I）：调节器输出信号的变化量与输入偏差的积分成正比，即： 式中 -积分速度， -积分时间。积分规律的特点是控制缓慢，但能消除余差。由于输出变化量总要滞后于偏差的变化，因此不能及时有效地克服扰动的影响，加剧了被控变量的波动，使系统难以稳定下来，故不单独使用积分控制规律。微分控制（D）-指调节器输出信号的变化量与输入偏差的变化速度成正比。即 。 -微分时间。微分控制规律的特点是有一定的超前控制作用，能抑制系统振荡，增加稳定性；由于其输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的存在无关，因此，不能克服确定不变的偏差。故也不单独使用。12什么是余差？为什么单纯的比例控制不能消除余
27、差积分控制消除余差。答：余差是指过渡过程终了时，被控变量新的稳态值与测定值之差。比例调节器的输出变化量与输入偏差具有一一对应的比例差系，要使调节器有输出，就必须要有偏差存在，因此，比例调节控制不能消除余差。积分控制其输出信号的大小不仅与输入偏差信号的大小有关，还取决于偏差存在时间长短。只要有偏差，调节器的输出就不断变化，偏差存在的时间越长，输出信号的变化量就越大，只有存在偏差身先等于的情况下，积分调节器的输出信号才能相对稳定，因此积分控制作用是力图消涂余差。13为什么积分控制规律一般不单独使用？答：积分控制其输出变化总是滞后于偏差，不能及时有效地克服扰动的影响，加剧了被控变量的波动，使系统难以
28、稳定下来，因此工业过程控制中，通常不单独使用积分控制规律。14比例、积分、微分、控制分别用什么量表示其控制作用的强弱？并分别说明它们对控制质量的影响。答：比例比例度是反映比例控制器的比例控制作用强弱的参数。比例度越大，表示比例控制作用越弱。减少比例度，系统的余差越小，最大偏差也越短，系统的稳定程度降低；其过渡过程逐渐以衰减振荡走向临界振荡直至发散振荡。积分控制积分时间TI表示积分控制作用强弱的参数，积分时间越小，表示积分控制作用越强。积分时间TI的减少，会使系统的稳定性下降，动态性能变差，但能加快消除余差的速度，提高系统的静态准确度，最大偏差减小。（定义为：在阶跃偏差输入作用下，调节器的输出达
29、到比例输出两倍时所经历的时间）微分控制微分时间TD是表示微分控制作用强弱的一个参数。如微分时间TD越大，表示微分控制作用越强。增加微分时间TD，能克服对象的滞后，改善系统的控制质量，提高系统的稳定性，但微分作用不能太大，否则有可能引起系统的高频振荡。15比例积分微分调节器有什么特点？答：比例积分微分调节器的特点是：在比例调节的基础上进行微分调节可提高系统的稳定性，进行积分调节可消除余差，所以这种调节器既能快速进行调节，又能消除余差，具有良好的调节性能。调节作用可通过调节适当的参数，比例度，积分时间TI和微分时间TD面改变。16在比例积分微分调节器中可以调整的参数有哪几个?试说明调下整其中一个参
30、数时,对调节器的控制作用有什么影响?答:在PID调节器中,比例度、积分时间、微分时间三个参数可以调整，从而可获得较高的控制质量。如比例度增大，则比例控制作用减少弱，当 时，PID调节器成为积分微分调节器，当TI积分时间 时，PID调节器成为比例微分控制器，当TD 时，PID调节器成为PI即比例积分控制。14调节器参数整定的目的是什么？工程上常用的整定方法有哪些？答：当一个控制系统设计安装完成后，系统各个环节及其被控对象各通道的特征不能改变了，而唯一能改变的就是调节器的参数，即调节器的比例度 、积分时间TI、微分时间TD。通过改变这三个参数的大小，就可以改变整个系统的性能，获得较好的过渡过程和控
31、制质量。调节器参数整定的目的就是按照己定的控制系统求取控制系质量最好的调节器参数，工程上常用的整定方法有： 临界比例度法首先求取比例作用下的闭环系统为等幅振荡过程时的比例度 和振荡周期TK，然后根据经验公式计算出相应的调节器参数 衰减曲线法以在纯比例下获得4：1衰减振荡曲线为参数整定和依据，方法同临界比例度法，获得4：1衰减曲线的TS、 ，然后求解相应的值。具体步骤：首先将调节器的积分作用和微分作用全部除去，在纯比例的情况下，按比例度 从大到小的变化规律，对应于某一 值做小幅度的设定值阶跃干扰，直到获得4:1衰减振荡过渡过程曲线即可。记下此时的比例度 ，并在4:1曲线上求得振荡周期 。然后根据
32、表23给出的经验公式，求出相应的比例度、积分时间和微分时间。（1）经验试凑法 经验试凑法就是根据被控变量的性质，在已知合适的参数（经验参数）范围内选择一组适当的值作为调节器当前的参数值，然后直接在运行的系统中，人为地加上阶跃干扰，通过观察记录仪表上的过渡过程曲线，并以比例度、积分时间、微分时间对过渡过程的影响为指导，按照某种顺序反复试凑。直到获得满意的过渡过程曲线为止。 温度系统 其对象容量滞后较大，被控变量受干扰作用后变化迟缓，一般选用较小的比例度，较大的积分时间，同时要加入微分作用，微分时间是积分时间的四分之一。 流量系统 是典型的快速系统，对象容量滞后较小，被控变量有波动。对于这种过程，
33、不用微分作用，宜用 PI 调节规律，且比例度要大，积分时间可小。 压力系统 通常为快速系统，对象的容量滞后一般较小，其参数的整定原则与流量系统的整定原则相同。但在某些情况下，压力系统也会成为慢速系统，这时系统的参数整定原则应参照典型的温度系统。 液位系统 其对象时间常数范围较大，对只需要实现平均液位控制的地方，宜用纯比例控制，比例度要大，一般不用微分作用，要求较高时应加入积分作用。15比例度：所谓比例度是指调节器输入变化量与相应输出的相对变化量之比的百分数。调节器的比例度可以理解为：要使输出信号作全范围的变化，输入信号必须改变全量程的百分之几，即输入与输出的比例范围。比例度对过渡过程的影响 a
34、）比例度对余差的影响: 比例度越大,放大倍数越小,由于C=Kpe（t）,要获得同样大小的C的变化量所需的偏差就越大，因此在相同的干扰作用下，系统再次平衡时的余差就越大。反之，比例度减小，系统的余差也随之减小。（b）比例度对最大偏差、振荡周期的影响：在相同大小的干扰下，调节器的比例度越小，则比例作用越强，调节器的输出越大，使被控变量偏离给定值越小，被控变量被拉回到给定值所需的时间越短。所以，比例度越小，最大偏差越小，振荡周期也越短，工作频率提高。 （c）比例度对系统稳定性的影响： 比例度越大，则调节器的输出变化越小，被控变量变化越缓慢，过渡过程越平稳。随着比例度的减小，系统的稳定程度降低，其过渡
35、过程逐渐从衰减振荡走向临界振荡直至发散振荡。16.热电偶温度仪表工作原理 热电偶的测温原理是以热电效应为基础，如图3-22所示。两种不同材料的导体A、B组成一个闭合回路，当回路两端接点 的温度不相同时，回路中就会产生一定大小的电势，形成电流，这个电流的大小与导体材料的性质和接点温度有关，这种原理称为热点效应。把两种不同材料的组合体称为热电偶，它感受被测温度信号，输出与温度相对应的直流电势信号。 16. 为什么要进行冷端补偿 使用补偿导线是由于只有在热电偶冷端温度保持不变时，热电势与被测温度才是单值函数关系。实际应用中，热电偶冷端暴露于空间里，且热电极长度有限，其冷端不仅受到环境温度的影响，还受
36、到被测温度变化的影响。为了保持冷端温度的稳定，把热电偶的冷端延伸到原理被测对象且温度比较稳定的地方，而热电偶材料价格昂贵，使用补偿导线可以实现这一要求。 温度补偿方法：冷端温度保持为0的方法，冷端温度修正法，校正仪表零点法，补偿电桥法，补偿热电偶法17、变送器量程调整的目的其目的是使变送器的输出信号的上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。变送器中进行零点迁移，同时调整仪表量程，可提高仪表的测量精度和灵敏度。18、阻塞流：阻塞流是指当阀入口压力P1保持恒定，并逐步降低出口压力P2时，流过阀的流量会增加到一个最大值，此时若继续降低出口压力，流量不再增加，此极限流量称为阻塞流。意义：在阻塞
37、流条件下，流经阀的流量不随阀后压力的降低而增加，因此在计算流量系数时，首先要确定调节阀是否处于阻塞流状态。等百分比流量特性：单位相对开度变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即调节阀的放大系数随相对流量的增加而增加。可调比：调节阀能够控制的最大流量qvmax与最小流量qvmin之比，在调节阀前后压差保持不变时的可调比称为理想可调比。流量系数：在给定行程下、阀两端的压差为0.1MPa,流体密度为1000kg/m3时每小时流经调节阀的流量数（m3/h），阀全开时，流量系数为C100。不可压缩流体：19离心压缩机防喘振控制系统的设计 要防止离心式压缩机发生喘振，只需要工作转速下的吸入流
38、量大于喘振点的流量Qp。因此，当所需的流量小于喘振点的流量时，例如生产负荷下降时，需要将出口的流量旁路返回到入口，或将部分出口气体放空，以增加入口流量，满足大于喘振点流量的控制要求。1固定极限线流量防喘振控制该控制方案的控制策略是假设在最大转速下，离心压缩机的喘振点流量qvp为，如果能够使压缩机入口流量总是大于该临界流量qvp，则能保证离心压缩机不发生喘振。压缩机正常工作时，测量值大于设定值qvp时，则旁路阀完全关闭，当入口流量小于该临界流量qvp时，打开旁路控制阀，使出口的部分气体返回到入口，使入口流量大于qvp为止，这样压缩机向外供气量减少了，但可以防止喘振。固定极限防喘振控制系统应于一般
39、控制中采用的旁路控制法区别开来，主要差别在于检测点位置不一样，防喘振控制回路测量的是进压缩机流量，而一般流量控制回路测量的是从管网送来或是通往管网的流量。固定极限流量防喘振控制方案简单，系统可靠性高，投资少，适用于固定转速场合，在变转速时，如果转速低到n2,n3时，流量的裕量过大，能量浪费很大。2.可变极限控制系统是随动控制系统。为了减少压缩机能量消耗，在压缩机负荷有可能经常波动的场合，采用可变、测量值是入口节流装置测得的差压值dp，设定值是根据喘振模型计算得到的当测量值大于设定值时，表示入口流量大于极限流量，因此，旁路阀关闭；当测量值小于设定值时，则打开旁路阀，保证压缩机入口流量大于极限流量
40、，从而防止压缩机喘振的发生。20.管式加热炉出口温度串级控制系统。1）指出该系统中主、副对象、主、副变量、操纵变量、主、副扰动变量、主、副调节器各是什么？2）画出该控制系统的方块图，并确定各个环节的正反作用方向；3）当燃料油负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。主对象:加热炉内加热管的管壁； 副对象:加热炉的炉膛 主变量:原料的出口温度 T1； 副变量;炉膛内的温度 T2；操纵变量：燃料的流量；主扰动量 f1：被加热原料的进口的温度、压力、流量器的配风、炉膛的漏风以及环境温度等。副扰动量f2：燃料油的压力、温度；雾化燃料油用的过热蒸汽的压力、流量；燃烧3）当燃料油负荷突然增加，试分析
41、该系统是如何实现自动控制的。在稳定工况下，原料油出口温度和炉膛温度处于相对稳定状态，控制燃料油的阀门保持在一定的开度当燃料油负荷突然增加，这个干扰会使炉膛的温度 T2 升高，原料油出口温度 T1 也会。随之提高，此时温度检测变送器 TT1 将信号送给主控制器 TC1， e1 增大，主控制器输出 u1 减小，即副控制器的给定值减小，副控制器的输入偏差 e2 增大，副控制器的输出信号 u2 减小，控制阀开度减小，即操纵变量燃料油 m 减小，炉膛温度 T2 下降，从而炉管内原料油出口温度 T1 也会随之下降。20某单容热力过程如图所示，加热装置采用电能加热，给容器输入热流量Fi，容器的热容为C，容器
42、中液体的比热容为cp。流量为qV的液体以Ti的入口温度流入，以Tc的出口温度流出（Tc同时也是容器中液体的温度）。设容器所在的环境温度为To。试求Tc、Fi、Ti以及To之间的数学关系。解：输入热量有：电能加热；流入容器液体携带热量。输出热量有：流出容器液体带走热量；向外界散发的热量（设散发热量与散热面积A、保温材料传热系数Kr以及容器内外温差成正比）能量动态平衡关系：把上式写成增量形式，并考虑到在稳态时进人容器的热量与流出的热量相等，容器中温度Tc应保持不变，则 化简得21.图7-6为一液体贮槽，需要对液位加以自动控制。为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两种情况下，分别确定控制阀的
43、气开、气关型式及控制器的正、反作用。(1)选择流入量QI为操纵变量；(2)选择流出量Q0为操纵变量。答:分两种情况：(1)当选择流入量QI为操纵变量时，控制阀安装在流入管线上，这时，为了防止液体溢出，在控制阀膜头上气源突然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以应选用气开型式控制阀，为“+”作用方向。这时，操纵变量即流入量QI增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“+”作用方向。由于控制阀与对象都是“+”作用方向，为使整个系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用方向。(2)当选择流出量Qo为操纵变量时，控制阀安装在流出管线上，这时，为防止液体溢出，在控制阀膜头上气源突然中断时，控制阀应处于全开状态，所
44、以应选用气关型式控制阀。为“-”作用方向。这时，操纵变量即流出量Q。增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“-”作用方向。以上这两种情况说明，对同一对象，其控制阀气开、气关型式的选择及对象的作用方向都与操纵变量的选择是有关的。由于选择流出量Qo为操纵变量时、对象与控制阀都是“-”作用方向，为使整个系统具有负反馈作用，应选择反作用方向的控制器。（当信号压力中断时，应保证工艺设备和生产的安全，阀门在信号中断后处于打开位置，流体不中断最安全选用气关阀，气关阀为-）22.为什么要考虑控制器的正、反作用?如何选择?答:在控制系统中、要正确选择控制器的作用方向，即“正”、“反”作用。选择控制器的正、反作用
45、的目的是使系统中控制器、执行器、对象三个环节组合起来，能在系统中起负反馈的作用。选择控制器正、反作用的一股步骤是首先由操纵变量对被控变量的影响方向来确定对象的作用方向，然后由工艺安全条件来确定执行器的气开、气关型式，最后由对象、执行器、控制器三个环节作用方向组合后为“负”来选择执行器的正、反作用.23.被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向各是怎样规定的?答:被控对象的正、反作用方向规定为：当操纵变量增加时，被控变量也增加的对象属于“正作用”的；反之，被控变量随操纵变量的增加而降低的对象属于“反作用”的。执行器的作用方向由它的气开、气关型式来确定。气开阀为“正”方向；气关阀为“反”方向。如果
46、将控制器的输入偏差信号定义为测量值减去给定值，那么当偏差增加时，其输出也增加的控制器称为“正作用”控制器，反之，控制器的输出信号随偏差的增加而减小的称为“反作用”控制器。24对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？对控制过程有什么影响？答：对象的纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。在控制通道如果存在纯滞后，会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，控制质量下降，稳定性降低。在扰动通道，如果存在纯滞后，相当于将扰动推迟一段时间才进入系统，并不影响控制系统的控制品质。对象的容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。容量滞后增加，会使对象的时间常数T增
47、加。在控制通道，T大，会使控制作用对被控变量的影响来得慢，系统稳定性降低。T小，会使控制作用对被控变量的影响来得快，系统的控制质量有所提高，但时间常数不能太大或太小，且各环节的时间常数要适当匹配，否则都会影响控制质量。在扰动通道，如果容量滞后增加，扰动作用对被控变量的影响比较平稳，一般是有利于控制的。25.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含：自动检测系统信号联锁系统自动操纵系统自动控制系统。26热点偶有那些特点？用普通导线和补偿导线作热电偶的延长线，效果有何不同？试证明补偿导线的补偿作用。答：热电偶的特点有：测量精度教高，性能稳定；结构简单，易于制造，产品互换性好；将温度信号转换成电信号，便于信号 远传和象现多点切换测；测量范围广，可达2002000，形式多样，适用于各种测量条件。选用补偿导线要求其在一定温度范围内与所连接的热电偶具有相同的热电特性，型号相配，极性连接正确。补偿导线的作用证明：如图所示：回路中电势