控制仪表与装置--习题集(自己做的)
一、填空题：
1．控制仪表及装置按照结构形式分__________________、__________________、__________________三类。
2．控制仪表及装置按照能源分为__________________、__________________、__________________。
3．国际电工委员会将范围为_________的电流信号和范围为________的电压信号确定为过程控制系统电模拟信号的统一标准
4．气动仪表的标准联络信号为：__________________。
5．在单元组合仪表中，调节器比例度与调节器的比例增益的关系为：_________。
6．执行器一般由_________和_________两大部分构成。
7、信号制是指------------------------------------------------------------------------------------------------。
8、PID调节器主要由、、三部分组成。
9、调节器的工作状态有-------------、-------------、----------------、----------------四种。
10、III型调节器的双向无平衡无扰动切换是指-------------------------------------------------------------。
11、D T越大，则微分作用------------；D
K越大，则微分作用-----------。
12、I T越大，则积分作用------------；I K越大，则积分作用-----------。
二、简答题：
第一章
1、控制仪表及装置的分类有那些？
1.答：分类：按能源形式分类：电动、气动、液动三类；按信号类型分类：模拟式和数字式：按结构形式分：基地式、单元组合式、组件组装式。
2、什么是信号制？
答：信号制：在成套系列仪表中，各个仪表的输入、输出信号采用何种统一的联络信号问题3、控制仪表及装置采用何种信号进行联络？电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？
答：在成套仪表系列中，仪表之间采用统一的标准信号进行联络。气动仪表20-100KPa，电动仪表：IEC将4-20mA(DC),1-5V(DC)确定为模拟信号的统一标准信号。
（一）直流信号的优点
（1）干扰小。交流信号容易产生电磁场的干扰。
（2）对负载要求简单。交流信号有频率和相位的问题，对负载的感抗或容抗敏感。
（3）便于进行数模转换。
（4）易获得基准电压。
（二）电流传输：电流传输特点
适于远距离传输；
拆除仪表要影响其他仪表的工作；
仪表的可靠性降低；
串联时需检查每台表的电路电位是否正确；
（三）电压传输：电压传输特点
不适于远距离传输；
接收仪表输入阻抗越高，误差越小；
增加或取消任何仪表不影响其他仪表工作。
对仪表输出级的耐压要求降低，提高仪表的可靠性。
4、什么叫无扰动切换？
答：是指调节器在自动和手动相互切换瞬间的输出不发生变化，对生产过程无扰动。
5、画出变送器四线制和二线制供电框图，说明各自优缺点。
①采用二线制：
优点：节省电缆和安装费，具有本质安全防爆性能，可判别信号和电源是否断线；
缺点：必须使用活零点，变送器输出信号的下限应能保证内部器件正常工作。（即对功耗有要求）
②采用四线制
优点：不必采用活零点，对功耗要求不是很严。
缺点：铺设电缆多，安装费用高，安全防暴难以做到。
6、实现二线制变送器必须具备什么条件？
答：P8
7、仪表的供电方式有几种？
答：P9
第二章
1、变送器的作用是什么？
答：作用：变送器是自动控制系统的一个重要组成部分. 其作用是分别将各种工艺参数如温度﹑压力﹑液位﹑流量﹑成分等物理量进行测量，并转换成统一的标准信号.
2、变送器和传感器的区别是什么？
答：P13
3、画出变送器的结构框图，说明各部分的作用。
答：
测量部分：把测量信号转换成能被放大器接受的信号。
放大器：将测量所得Zi及Z0,Zf的偏差进行放大，输出
反馈部分：将输出部分反馈至输入端，平衡输入信号。
4、变送器是基于什么原理构成的？如何使输入信号与输出信号之间呈线性关系？
答：反馈原理，非线性反馈环节
5、理解在热电偶中的非纯性补偿和非线性校正。
第三章
1、防爆型控制仪表可分隔爆型和本安型，他们都能通电时打开检修吗？为什么。
答:在通电的情况下，隔爆型仪表不能打开检修，本安型可以打开检修。
原因：隔爆型仪表具有隔爆外壳，其强度足够大，防爆接合面足够宽，能够承受内部爆炸并阻止其向外部传播，一旦打开，防爆作用就失去，故不能带电检修。
本安型仪表内部为本质安全电路，电路中的电压和电流被限制在一允许的范围内，有故障也不会导致周围混合物的爆炸，故可以带电检修。
2、什么是本质安全型防爆仪表，如何构成本质安全防爆系统？
答：正常工作或规定的故障状态下，电路及设备产生的火花能量和达到的温度均不能引起易爆炸性气体或蒸汽爆炸的防爆类型（本质安全型电气设备的全部电路均为本质安全电路）。
本质安全防爆系统的构成如下图所示：
3、设计本质安全电路的基本出发点是什么？
答：设计电路时，把电流、电压、以及，电容、电感和电阻
的数值限制在规定值以下，就能使电路无论在短路或断路状态下产生的火花能量都不足以引起周围易燃易爆炸混合物爆炸。
4、防爆电气设备如何分类？防爆标志ExiaⅡAT5 和ExdIIBT4是何含义？
答：防爆电气设备分为两大类。
①Ⅰ类煤矿用电气设备。
②Ⅱ类工厂用电气设备。
Ⅱ类电气设备按爆炸性气体特性，可进一步分为ⅡA、ⅡB、ⅡC三级。
工厂用设备的防爆形式共有八种：隔爆型（d）本质安全型（i）增安型（e）正压型（p）充油型（o），充砂型（q），浇封型（m）和无火花型（n）。本质安全型设备按其使用场所的安全程度又可分为ia和ib两个等级。
与爆炸性气体引燃温度的分组相对应，Ⅱ类电气设备可按最高表面温度分为T1～T6六组。
防爆标志ExiaIIAT5 表示II类（工厂用电气设备）本质安全型ia等级A级T5组，其设备适用于A级气体级别、（不适用于B、C级气体级别）引燃温度不低于T5的危险场所；
防爆标志ExdIIBT4表示II类（工厂用电气设备）隔爆型B级T4组，其设备适用于
A、B级气体级别、（不适用于C级气体级别）引燃温度不低于T 4的危险场所。
5、什么是安全栅？说明常用安全栅的构成和特点。
答：安全栅作是本安型仪表的关联设备，它一方面传输信号，另一方面控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或混合物的点火能量以下，以确保系统的本安防爆性能。
安全栅的构成形式有多种，常用的有齐纳式安全栅和隔离式安全栅两种。
（1）齐纳式安全栅
齐纳式安全栅是基于齐纳二极管反向击穿性能而工作的。如图所示。在正常工作时，安全栅不起作用。
当现场发生事故，如形成短路时，由R限制过大电流进入危险侧，以保证现场安全。当
安全栅端电压U1高于额定电压Uo时，齐纳二极管击穿，进入危险侧的电压将被限制在Uo 值上。同时，安全侧电流急剧增大，使FU很快熔断，从而使高电压与现场隔离，也保护了齐纳二极管。
齐纳式安全栅结构简单、经济、可靠、通用性强，使用方便等特点。
（2）隔离式安全栅（了解）
隔离式安全栅是通过隔离、限压和限流等措施来保证安全防爆性能的。通常采用变压器隔离的方式，使其输入、输出之间没有直接电的联系，以切断安全侧高电压窜入危险侧的通道。同时，在危险侧还设置了电压、电流限制电路，限制流入危险场所的能量，从而实现本安防爆的要求。
变压器隔离式安全栅的一种简单电路结构如下图所示。来自变送器的直流信号，由调制器调制成交流信号，经变压器耦合，再由解调器还原为直流信号，送入安全区域。
变压器隔离式安全栅的特点是线路较复杂，但其性能稳定，抗干扰能力强，可靠性高，使用也较方便。
6、常见的安全栅依原理有哪些？（列举至少5种）（了解）
答：电阻式安全栅，齐纳式安全栅，中继放大式安全栅，光电隔离式安全栅，变压隔离式安全栅。
第四章
1、什么是调节规律？什么是正作用调节器？什么是反作用调节器？
答：正作用：偏差量ΔX >0，对应的输出△y>0 ；反作用：偏差量ΔX <0，对应的输出y>0。调节器特性或调节器规律，是指输出随输入变化的规律。
2、说明P、I、D控制规律的特点。
答：P特点：动作迅速（只要有偏差存在，调节器的输出立刻与偏差成比例变化）
不能消除余差（静差）（由于比例关系，系统稳定后，被控变量不可能回到原特点：
I：动作迟缓，调节不及时，不能单独使用特点：
输出反应偏差输入的变化速度；
D：不能消除静差（当偏差恒定时，微分输出为零）
不能单独使用
超前调节（只要出现变化趋势，就有控制作用输出）
能够消除余差
只要偏差存在，积分作用的输出随时间不断变化，只有当偏差等于零时，输出才稳定。
来数值上）
3、给出理想P，PI，PD三种调节器的传递函数及阶跃相应曲线，并写出具有饱和特性的PI、PD调节器传递函数。
答：从P49-P55找。
4、什么是比例度、积分时间、微分时间？
答：从P49-P55找。
5、什么是积分增益、微分增益？它们的大小对系统性能有什么样的影响？
答：从P49-P55找。
6、调节器的四种工作状态是什么？
答：P65。
7、基型调节器的输入电路为什么采用偏差差动输入和电平移动方式？
答：从P65-P67找。
8、解释软手动、硬手动、无平衡无扰动切换。
9、基型控制器如何保证自动软手操、软手操自动之间的无平衡、无扰动切换？
10、分析“积分饱和”现象的原因？若将调节器输出进行限幅，能否消除这一现象？为什么？应怎样解决？
积分饱和现象：构成PI(或PID)的运放积分偏差过大过长,会产生积分饱和现象；危害：造成调节器的滞后，使控制品质变坏
11、假设所有运放均为理想运放，试推导出图4-12、图4-13、图4-15、图4-16中o V与i V之间的关系式
第五章
1、数字调节器的硬件和软件分别包括什么？
答：P82-P83中找。
2、、数字调节器的两种设计方法？
答：模拟化设计方法和数字设计方法
3、根据PID调节器的微分方程表达式，推导出数字PID调节器的输出位置式和增量式算式，并说明其特点。
答：P89-P90中找。
4、PID控制的四种变形是什么？
答：P91-P93
5、什么是PID参数自整定？
答：P101
第七章
1、执行器在自动控制中的作用是什么？
2、执行器的构成包括哪两部分？并说明这两部分的作用。
3、分析电动执行机构的工作原理。
4、电-气转换器的作用是什么？
5、阀门定位器的作用是什么？
6、调节阀的理想流量特性是指什么？常见的流量特性曲线有哪几种？
答：流量特性：介质流过调节阀的相对流量与相对位移（即阀的相对开度）之间的关系即：
流量特性分为理想流量特性和实际流量特性。
理想流量特性主要有直线特性、等百分比（对数）特性、抛物线特性及快开特性等四种。
控制装置与仪表课程设计
控制装置与仪表课程设计 课程设计报告 ( 2012-- 2013年度第二学期) 名称：控制装置与仪表课程设计 题目：炉膛压力系统死区控制系统设计院系： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数：一周 成绩： 日期：2013年7 月5日
一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1.1 目的与要求 （1）认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。 （2）了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。 （3）掌握数字调节器KMM的组态方法，熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。 （4）初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。 1.2设计实验设备 KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1 1.3 主要内容 1. 按选题的控制要求，进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图表示出来。 2 . 组态设计 2．1 KMM组态设计 以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图，由组态图填写 KMM的各组态数据表。 2．2 组态实现 在程序写入器输入数据，将输入程序写入EPROM芯片中。 3. 控制对象模拟及过程信号的采集 根据控制对象特性，以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路，模拟控制对 象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中，以便进行观察和记录。 4. 系统调试 设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产 过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改 时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设 备故障。动态调试一般包括以下内容： 1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常； 2)检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行； 3）对控制回路进行在线整定； 4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，要重新组态下装。 二、设计（实验）正文 1设计题目：炉膛压力系统死区控制系统设计（如附图1） 附图1： 引风机 炉膛压力系统死区单回路控制系统
控制仪表及装置复习要点及习题
概论思考题与习题 0-1 控制仪表与装置采用何种信号进行联络？电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？ 0-2 说明现场仪表与控制室仪表之间的信号传输及供电方式。0～10mA的直流电流信号能否用于两线制传输方式？为什么？ 0-3 什么是本质安全型防爆仪表，如何构成本质安全防爆系统？ 0-4 安全栅有哪几种？它们是如何实现本质安全防爆的？ 第一章思考题与习题 1-1 说明P、PI、PD调节规律的特点以及这几种调节规律在控制系统中的作用。 1-2 调节器输入一阶跃信号，作用一段时间后突然消失。在上述情况下，分别画出P、PI、PD调节器的输出变化过程。如果输入一随时间线性增加的信号时，调节器的输出将作何变化？ 1-3 如何用频率特性描述调节器的调节规律？分别画出PI、PD、PID的对数幅频特性。 1-4 什么是比例度、积分时间和微分时间？如何测定这些变量？ 1-5 某P调节器的输入信号是4～20mA，输出信号为1～5Ｖ，当比例度δ=60%时，输入变化6mA所引起的输出变化量是多少？ 1-6 说明积分增益和微分增益的物理意义。它们的大小对调节器的输出有什么影响？ 1-7 什么是调节器的调节精度？实际PID调节器用于控制系统中，控制结果能否消除余差？为什么？ 1-8 某PID调节器（正作用）输入、输出信号均为4～20mA，调节器的初始值I i=I0=4mA，δ=200%，T I=T D=2min，K D=10。在t=0时输入ΔI i=2mA的阶跃信号，分别求取t=12s 时：（1）PI工况下的输出值；（2）PD工况下的输出值。 1-9 PID调节器的构成方式有哪几种？各有什么特点？ 1-10 基型调节器的输入电路为什么采用差动输入和电平移动的方式？偏差差动电平移动电路怎样消除导线电阻所引起的运算误差？ 1-11 在基型调节器的PD电路中，如何保证开关S从“断”位置切至“通”位置时输出信号保持不变？ 1-12 试分析基型调节器产生积分饱和现象的原因。若将调节器输出加以限幅，能否消除这一现象？为什么？应怎样解决？ 1-13 基型调节器的输出电路（参照图1-20）中，已知R1=R2=KR=30kΩ，R f=250Ω，试通过计算说明该电路对运算放大器共模输入电压的要求及负载电阻的范围。 1-14 基型调节器如何保证“自动”→“软手操”、“软手操”（或硬手操）→“自动”无平衡、无扰动的切换？ 1-15 积分反馈型限幅调节器和PI-P调节器是如何防止积分饱和的？ 1-16 简述前馈调节器和非线性调节器的构成原理。 1-17 偏差报警单元为什么要设置U b和U c？简述其工作原理。 1-18 输出限幅单元是如何实现限幅的？电路中的二极管起什么作用？ 第二章思考题与习题 2-1 变送器在总体结构上采用何种方法使输入信号与输出信号之间保持线性关系？ 2-2 何谓量程调整、零点调整合零点迁移，试举一例说明。 2-3 简述力平衡式差压变送器的结构和动作过程，并说明零点调整合零点迁移的方法。 2-4 力平衡式差压变送器是如何实现量程调整的？试分析矢量机构工作原理。 2-5 说明位移检测放大器的构成。该放大器如何将位移信号转换成输出电流的？ 2-6 以差压变送器为例说明“两线制”仪表的特点。
控制装置与仪表课程设计
控制装置与仪表课程设计 课程设计报告( 2012-- 2013年度第二学期) 名称：控制装置与仪表课程设计 题目：炉膛压力系统死区控制系统设计 院系： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数：一周 成绩： 日期：2013年7 月5日
一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1.1 目的与要求 （1）认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。 （2）了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。 （3）掌握数字调节器KMM的组态方法，熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。 （4）初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。 1.2设计实验设备 KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1 1.3主要内容 1. 按选题的控制要求，进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图表示出来。 2 . 组态设计 2．1 KMM组态设计 以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图，由组态图填写 KMM的各组态数据表。 2．2 组态实现 在程序写入器输入数据，将输入程序写入EPROM芯片中。 3. 控制对象模拟及过程信号的采集 根据控制对象特性，以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路，模拟控制对 象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中，以便进行观察和记录。 4. 系统调试 设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产 过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改 时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设 备故障。动态调试一般包括以下内容： 1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常； 2)检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行； 3）对控制回路进行在线整定； 4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，要重新组态下装。 二、设计（实验）正文 1设计题目：炉膛压力系统死区控制系统设计（如附图1） 附图1： 引风机 炉膛压力系统死区单回路控制系统
控制装置及仪表练习及答案
现场与控制室仪表之间采用直流电流信号 优点： a.直流比交流干扰少 b.直流信号对负载的要求简单 c.电流比电压更利于远传信息 要求：接收仪表输入电阻小。 缺点：多个仪表接收同一电流信息，它们必须串联 △任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两 个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号 △仪表无公共接地点，须浮空工作 优点△任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行。 △各个仪表具有公共接地点，可以共用一个直流电源。 要求：接收仪表的输入阻抗要足够高 3141、试述是电动执行器的校验步骤。 答：（1）当执行器校验接线无误后，接通电源，将伺服电机端盖上的：“手动——自动”开关拨向“手动”位置，摇动手柄，当输出轴转到零位时，位置发送器的输出电流应为4MA，（2）摇动手柄，使执行机构的输出轴旋转90度，此时位置发送器的电流应等于20MA，否则应调整位置发送器内的调幅值电位器。输出轴的转角与位置发送器的输出电流成正比例关系，其误差应符合要求；（3）用双极开关改变输入信号的极性，使执行器向正、反两个方向旋转，输出轴应动作灵活，位置发送器的输出电流应随输出轴向转动而正确变化。 3142、试述电动执行器和气动执行机构的就地如何手动操作？ 答：（1）电动执行器就地手动操作时，可将电动机上的把手拨到“手动”位置，拉出手轮，摇转即可；（2）气动执行机构就地手动操作时，可将控制箱上的平衡阀板到“手动”位置，将上、下缸气路连通。不带手轮的气动执行机构，在其支架转轴端部带有六万头，可使用专用扳手进行手动操作。 3144、角行程执行器的机械调整主要指的是什么？若调节机构“全关”至“全开”，而执行器转臂旋转已超过90度或不到90度时，应怎样调整？ 答：（1）机械调整主要指调整调节机构转臂的长度，能使电动执行器转臂逆时针旋转90度，或气动执行机构活塞杆由最低位置运动到最高位置时，调节机构从“全关”至“全开”，走完全行程；（2）或调节机构“全关”至“全开”，而执行器转臂旋转已超过90度时，应将调节机构转臂销轴孔向里移，即缩短转臂长度。若执行器转臂旋转不到90度时，则应将调节机构转臂销轴孔向外移，即增长转臂长度。 3145、角行程电动执行器的安装位置应如何选择？ 答：（1）执行器一般安装在被调节机构的附近，并便于操作维护和检修不影响通行；（2）拉杆不宜太长；（3）执行器与调节机构的转臂在同一平面内动作，否则应另装换向器；（4）安装完毕后，应使执行器手轮顺时针旋转，调节机构关小，反之开大，否则应在手轮旁标明开关方向；（5）执行器安装应保证在调节机构随主设备受热位移时 答案: 比例作用是依据偏差的大小来动作的，积分作用是依据偏差是否存在来动作的。微分作用依据是偏差变化速度来动作的。 题: 在PID调节中P、I、D作用在系统中各起什么作用？ 答案: 在系统中起着稳定被调参数的作用。在系统中起着消除余差的作用。在系统中起着超前调节的作用。 题: DDZ--Ⅲ型仪表与DDZ--Ⅱ型仪表相比有哪些主要特点。 答案:五个主要特点
控制仪表及装置——考试复习题
简答题5X8=40分 第1章概论 1. 一个简单的闭环调节系统中至少应包含哪几个环节？P1 输入环节；输出环节；反馈环节等 2. 过程控制仪表与装置的分类有哪几种形式？ P2 按能源形式分类:可分为电动、气动、液动和机械式等。工业上普遍使用电动和气动控制仪表；按信号类型分类:分为模拟式和数字式两大类；按结构形式分类:单元组合式控制仪表,基地式控制仪表,集散型计算机控制系统,现场总线控制系统。 3. 过程控制仪表与装置按能源形式分类可分为哪几种？目前工业上普遍使用的是哪两 种？ P2 过程控制仪表与装置按能源形式分类可分为电动、气动、液动和机械式等。工业上普遍使用电动和气动控制仪表。 4.数字式控制仪表的特征有哪些？ 其传输信号为断续变化的数字量，可以进行各种数字运算和逻辑判断，功能完善性，能优越，能解决模拟式控制仪表难以解决的问题。 5. 变送单元的作用是什么？ 它能将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等变换成相应的标准统一信号传送到接收仪表，以供指示、记录或控制。 6. 控制单元的作用是什么？ 将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较，按照偏差给出控制信号，去控制执行器的动作。 7. 执行单元的作用是什么？ 它按照调节器输出的控制信号或手动操作信号，操作执行元件，改变控制变量的大小。 8. 现场总线控制系统的特征？ P3 其特征为：现场控制和双向数字通讯，即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。 9. 信号制是指什么？P3-4 信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。 10. 制定信号制的目的是什么？P3-4 达到通用性和相互兼容性的要求，以便不同系列或不同厂家生产的仪表能够共同使用在同一控制系统中，实现系统的功能。 11. 气动仪表的信号标准？P3-4 现场与控制室仪表之间宜采用直流电流信号。 14. 直流电流信号有哪些优缺点？P4-5 优点：a、直流比交流干扰少b、直流信号对负载的要求简单c、电流比电压更利于远传信息缺点：
过程控制系统与仪表 习题答案 王再英
过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编著 习题与思考题解答 机械工业出版社
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统?
解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
过程控制仪表和装置考试试卷
一、填空题（每题2分，共20分） （1）控制仪表防爆措施主要有隔爆型和本质安全性。 （2）智能仪表的能源信号是24V ，标准传输信号是4~20mA 。电Ⅲ仪表的能源信号是24V ，标准传输信号是4~20mA （3）电气转换器是将4~20MA 信号转换为0.02~0.1MP 信号的设备。 （4）在PID控制器中，比例度越大系统越稳定；积分时间越短，积分作用越强；微分时间越长，微分作用越强。 （5）手动操作是由手动操作电路实现的，手动操作电路是在比例积分电路的基础上附加软手动操作电路和硬手动操作电路来实现的。 （6）DDZ-Ⅲ型控制器有自动（A）、软手动（M）、硬手动(H) 三种工作状态。 （7）执行器按所驱动的能源来分，有电动执行器、气动执行器、液动执行器三大类。 （8）常用的安全栅有：齐纳式安全栅和变压器隔离式安全栅。 （9）气动阀门定位器是按力矩平衡原理工作的，具有精确定位的功能的作用。 （10）电气阀门定位器是按力矩平衡原理工作的，即具有电器转换器的作用，又具有精确定位的功能的作用。 二、名词解释(每题4分，共20分) （1）流量系数C 流量系数C：流量系数C的定义为:在控制阀全开, 阀两端压差为100kPa, 流体密度为1g/cm3时，流经控制阀的流体流量(以m3/h 表示)。 （2）“虚短” “虚短”；差模输入电压为零，即Ud＝0； （3）“虚断” “虚断”；输入端输入电流为零，即ii＝0。 （4）控制规律： 控制规律，就是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律 （5）反作用执行机构 反作用执行机构:当来自控制器或阀门定位器的信号压力增大时，阀杆向下动作的叫正作用执行机构(ZMA 型)；当信号压力增大时，阀杆向上动作的叫反作用执行机构(ZMB 型)。 三、简答题(每题8分，共40分) 1、试述热电偶温度变送器的工作原理。 热电偶温度变送器与热电偶配合使用，可以把温度信号转换为4～20mA、1～5V的标准信号。它由量程单元和放大单元两部分组成，如图2.30所示。 热电偶温度变送器的放大单元包括放大器和直流/交流/直流变换器两部分，放大器由集成运算放大器，功率放大器、隔离输出和隔离反馈电路组成，后者有变换器和整流、滤波、稳压电路组成。放大单元的作用是将量程单元送来的毫伏信号进行电压放大和功率放大，输出统一的直流电流信号Io（4～20mA）和直流电压信号VO（1～5V）。同时，输出电流又经隔离反馈转换成反馈电压信号Vf，送至量程单元。热电偶温度变送器的量程单元原理电路如图2.34所示，它由信号输入回路①，零点调整及冷端补偿回路②，以及非线性反馈回路③等部分组成。
过程控制系统与仪表习题答案汇总
第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动 态特性？ 解： 稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到 一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在 各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；1 100%() y y σ= ?∞ 残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；
《过程控制仪表与装置》实验指导书
《过程控制仪表与装置》实验指导书 指导书 姓名 学号 班级 成绩 日期
目录 1.《过程控制实训装置》使用说明及注意事项 3 2.《过程控制实训装置》系统原理与工艺说明 4 3.供水流量及压力控制回路实验 8 4.上水箱液位控制回路实验 10 5. 中间水箱温度回路实验 12
一．《过程控制实训装置》使用说明及注意事项 1、安全注意事项 1）上机实训前必须认真仔细阅读实验指导书。 2）严禁散落长发、衣冠不整操作设备。 3）安装设备时注意不要损坏各种阀件及气动元件。 4）请勿使用损坏的插座或电缆，以免发生触电及火灾。 5）安装时请在清洁平坦的位置，以防发生意外事故。 6）请使用额定电压，以防发生意外事故。 7）必须使用带有接地端子的多功能插座,确认主要插座的接地端子有没有漏电，导电。 8）为了防止机械的差错或故障，请不要在控制器和电磁阀附近放置磁性物品。 9）设备的安装或移动时，请切断电源。 2、使用注意事项 1）长时间不使用设备时请切断电源。 2）在光线直射, 灰尘, 震动, 冲击严重的场所请勿使用。 3）在湿度较大或容易溅到水的场所, 以及导电器械, 易燃性物品附近请勿使用。 4）请勿用湿手触摸电源插头.防止触电或火灾。 5）用户在任意分解, 修理, 改造下无法享有正常的保修权利。 6）注意切勿将手以及衣物夹进电机或气缸操作部位。
二．《过程控制实训装置》系统原理与工艺说明 1、系统方案综述及特点 本系统主要有控制柜（内含GE-FANUC标准PAC-3i系统、电源系统、控制面板）、控制对象（过程控制实训装置）两大部分组成。真正模拟了工业现场环境。它实现了温度、流量、液位、压力4个基本模拟量的单独或配合实验，和触摸屏可选择性监控等功能。同时也用到数字量方面的基本知识。这样，学生在这里不仅能学到新的知识，如ifix组态软件、触摸屏的运用等，还能得到前面所学知识的复习和巩固，它是一套综合性的实训设备。 2、系统构成示意图 为了方便学生实验和实训，并根据学校反馈信息，我们将各个部分的安装位置布置如下图： 我们针对系统构成示意图做个简单的说明： 前面说到：成套过程控制系统分成控制对象和控制柜两大部分。控制柜内含GE-FANUC标准PAC-3i系统、电源系统、控制面板等，它就相当于实际工业现场的配电室；控制对象内有模拟现场的水塔，还有工业级仪表、各种阀类等显示和执行部件，我们可以把它看成是真正的现场，各个终端实时数据都能在这里采集，方便学生观察于操作。另外，通过上位机组态，我们可以监控现场
控制仪表与装置实验报告
实验报告 实验名称：电容式压力变送器校验实验院系：自动化系 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 实验日期：
一．实验目的 1.熟悉 1151 电容式差压变送器的结构原理和技术指标； 2.掌握此型号变送器的调试、检验和操作方法。 二．实验设备 1.XY1151DP3E电容式变送器（最小量程 0~1.3kpa,最大量程 0~7.5kpa, 输出信号 4-20mA ） 1台 2.数字式压力计 CPC20001台 3.手操压力泵（-25~25kpa）1台 4.毫安表1块 三．实验步骤 1.实验接线 按图 3-1 接线，数字压力计即可测压力，又能提供24V 直流电源。 电源 - 信号端子位于电气壳体内的接线侧，接线时，可将铭牌上标有“接线侧”那边盖子拧开，上部端子是电源信号端子，下部端子为测试端子，注意不要把电源 - 信号线接到测试端，否则会烧坏二极管。24VDC是通过信号线送的变送器的。 2.零点及满量程调整： 零点和满量程调整螺钉位于电气壳体内的铭牌后面，移开铭牌即可进行调校， 顺时针转动调整螺钉使变送器的输出表大。 （ 1）零点调整： 由手操压力泵向电容式变送器高压腔轻轻加压，低压腔通大气，注意所加压力不应超过变送器的最大量程（此型号变送器量程是0—7.5KPa），向变送器压力室输入零点所对应的差压1KPa，看变送器的输出是否是4mA，若不是，调整零点螺钉使输出为 4mA。 （2）满量程调整： 由手操压力泵轻轻加压，向变送器压力室输入满量程所对应的差压5KPa，看 变送器的输出，是否是20mA，若不是调整量程螺钉使输出为20mA。
注意，零点调整不影响量程，但量程调整会影响零点，调整量程影响零点的量，为量程调整量的 1/5 。所以量程和零点须反复调整，直到符合要求为止。 3. 线性度校验： 下限差压为 ，上限差压为 ，测量量程为 将相当于量程的 0%，25%，50%，75%，100%的压力依次送入变送器，从输出电流 表看变送器的输出电流，其误差应在精度范围之内（变送器的精度等级是 0.2 级）。上下行程分别校验，数据表格如下所示： 表 3-1 输入压力（ KPa ） 输出电流（ mA ） 上行程 理论值 示值 绝对误差 1.01 4.00 4.00 0.00 2.04 8.00 8.02 0.02 3.01 1 12.01 0.01 12.00 4.02 16.00 15.99 0.01 5.00 20.00 20.00 0.00 表 3-2 输入压力（ KPa ） 输出电流（ mA ） 下行程 理论值 示值 绝对误差 4.99 20.00 20.01 0.01 4.00 16.00 16.02 0.02 3.01 12.00 12.01 0.01 2.00 8.00 8.00 0.00 1.00 4.00 3.98 0.02 四．数据分析 1. 误差分析：由于此变送器的精度等级是 0.2 级，量程范围是 4`20mA ，所以绝对误差应小于等于 0.032mA ，由表 3-1 、3-2 可知，本次实验所用变送 器经零点及满量程调节所得输出电流数据绝对误差均 <0.03mA ，误差符合要求。 2. 线性度分析：理论线性度满足下图， 输出电流 /mA 16 4 输入压力 /KPa O 1 5 上行程的最大绝对误差为 0.02 ≤0.032 ，下行程的最大绝对误差为 0.02 ≤ 0.032 ，在平均分配的不同点上均未超出误差限制，所以可认为该变送器线性度良好。 3. 实验误差原因分析：
控制仪表及装置教案
青岛科技大学教师授课教案 课程名称控制仪表及装置 课程性质专业课（必修） 授课教师单宝明 教师职称讲师 授课对象自动化031-5 授课时数40学时（34+6） 教学日期2006年2月 所用教材《控制仪表及装置》 吴勤勤化学工业出版社 2002年第二版 授课方式课堂教学
控制仪表及装置教案2006 青岛科技大学授课教案应该覆盖如下内容： 本单元或章节的教学目的与要求 授课主要内容 重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）主要外语词汇 辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示数等）复习思考题 参考教材（资料）
第一章概述 第1章概论 学习目的和要求：掌握控制仪表的基本特点和分类，信号制和传输方法，仪表的分析方法。 重点、难点：信号制和信号传输，仪表电路分析方法 外语词汇：process control（过程控制）, process industries(过程工业)controlling instrument,direct digital control(DDC,直接数字控制)，supervisory system(监控系统)，distributed control system(DCS，集散控制系统或分布式控制系统)，fieldbus(现场总线)，CIMS—computer integrated manufacturing systems(计算机集成制造系统)， CIPS-- computer integrated process systems 参考资料：周泽魁主编《控制仪表与计算机控制装置》化学工业出版社 2002 何离庆主编《过程控制系统与装置》重庆大学出版社 2003 张永德《过程控制装置》，北京化学工业出版社，2000 李新光等编著《过程检测技术》机械工业出版社，2004 侯志林《过程控制与自动化仪表》，机械工业出版社，2002年1月 授课内容： ?过程控制系统概述 ?过程控制仪表与装置总体概述 ?自动控制系统和过程控制仪表 ?过程控制仪表与装置的分类及特点 ?信号制 ?仪表防爆的基本知识 ?仪表的分析方法 ? 1.1过程控制系统概述 1.1.1过程控制系统及其特点 过程控制的定义? 过程控制的参数? 过程控制的特点? 1.1.2过程控制系统发展概况 生产过程自动化的发展大体划分为几个阶段。
(完整版)过程控制系统与仪表习题答案第二章
第2章 思考题与习题 2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃ 201 402 604 806 1001 2）该表精度； 3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？ 2-2 一台压力表量程为0～10MPa ，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa 正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 2）基本误差； 3）该表是否符合1.0级精度？ 2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，精度等级为1.0级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa ，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？ 解答： 1）基本误差δ= 100%? 最大绝对误差?max ＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010 5 08.5=?-=δ 0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。
2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？ 解答： 1） 2） 2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为 1) 1.0级，0～250mA 2）2.5级，0～75mA 现要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答： 分析它们的最大误差： 1）?max ＝250×1％＝2.5mA ；%5%10050 5 .2±=?± =δ 2）?max ＝75×2.5％＝1.875mA ；%75.3%10050 875 .1±=?±=δ 选择2.5级，0～75mA 的表。 2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃，输出为4～20mA 。当变送器输出电流为10mA 时，对应的被测温度是多少？ 解答： 10 4202001000T =--； T=500C ?。 2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为1.2±0.05MPa ，可选用的弹簧管压力计精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五个等级，可选用的量程规格有0～1.6MPa 、0～2.5MPa 和0～4MPa 。请说明选用何种精度和量程（见附录E ）的弹簧管压力计最合适？ 解答： 1）工作原理： 2）根据题意：压力范围为1.2＋0.5 MPa ，即允许的最大绝对误差?max ＝0.05
自动控制仪表及装置 - 第一章
Q 控制规律的表达式可能考计算P13 1.参数含义：△y变化量KP控制器比例增益TI控制器积分时间TD控制 器微分时间ε偏差 2.偏差的正负：ε=Xi-Xs 测量值-给定值 3.控制器的正作用反作用选择依据（分析题）给你对象能分析出是正作用还 是反作用：若KP前有负号则为反作用 4.①选阀：怎么安全怎么来，P1的例子温度控制系统，选气开或电开；② 假设温度过高，则偏差（温度）=测量值-设定值大于零，目标是△y（燃料）变化值小于零，所以选择反作用。 P PI PD 规律的特点阶跃响应要会分析P13-18 P PI PD PID 阶跃响应曲线特点PI PD 规律的阶跃响应综合题里考记住实际的时域公式 1.P控制特性：输入输出成比例关系，只要有偏差存在，控制器的输出就会 立刻与偏差成比例地变化，控制作用及时迅速。系统会出现余差，被控变量受干扰影响偏离给定值后，无法回到原先数值；若偏差为零，则输出不会变化，系统无法保持平衡。增大KP可以减小余差，但系统稳定性变差，容易产生震荡。P用于干扰较小，允许有余差的系统中。 比例度δ、比例增益KP互为倒数，成反比，比例度越小，比例增益越大，比例作用越强。 2.PI控制特性：I能消除余差，只要偏差存在，积分作用的输出就会随时间 不断变化，知道偏差消除，控制器的输出才会稳定下来；积分作用输出快慢与输入偏差ε的大小成正比，与积分时间成反比，积分时间越短，积分
速度越快，积分作用越强；积分输出控制动作缓慢，会造成控制不及时，系统稳定裕度下降，因此积分作用与比例作用组合起来使用。 控制点偏差：控制器输出稳定在某一值时，测量值和给定值之间存在偏差。 控制精度：控制点最大偏差的相对变化值，表征控制器消除余差的能力，KI越大，控制精度越高，消除余差能力越强。 3.PD控制特性：当积分时间TI趋于无穷大，控制器成PD控制特性；微分 时间越长，微分作用越强；微分作用比单纯比例作用快，微分作用比单纯比例作用提前一段时间，这段时间就是TD；微分根据偏差变化速度进行控制，只要偏差出现变化趋势，就有控制作用输出，超前控制；偏差恒定不变，微分作用为零，所以不能单独使用。 微分增益KD＜1，控制作用减弱，反微分，目的是滤波，KD =1相当于比例作用。 4.PID控制特性：both 5.微分先行目的：设定值放在微分之后，不对设定值做微分，效果是不因为 设定值的变化，引起输出值较大的变化。 6.如果PI阶跃曲线，KP增加或者TI减小的情况下，曲线如何变化，会分 析，做实验做的：KP增加比例作用增强，TI减小积分作用增强，积分增益变大，曲线变陡。 Q 基型控制器的电路方框图P20会画根据框图知道具备哪些功能 指示手操参数设定输入输出 用单片机设计基型控制器画框图各种东西都要含有有输入（键盘）参数指示显示输入输出
过程控制系统与仪表习题答案
一、某化学反应器，工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃。现设计运行的温度定值调节系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示，试求：该系统的过渡过程品质指标（最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间），并问该调节系统是否满足工艺要求。 参考答案： 最大偏差 A = 230-200 = 30℃ 余差C= 205-200 = 5℃ 衰减比n = y1: y3 = 25:5 = 5:1 振荡周期T = 20 – 5 = 15 （min） 设被控变量进入稳态值的土2％，就认为过渡过程结束，则误差区域=205 ×（±2％）＝±4.1℃ 在新稳态值（205℃）两侧以宽度为±4.1℃画一区域（阴影线）。曲线进入时间点Ts = 22min 工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃，而该调节系统A=30℃，不满足工艺要求。
最大偏差 A = 230-200 = 30℃ 余差C= 205-200 = 5℃ 衰减比n = y1: y3 = 25:5 = 5:1 二、如图所示，用差压变送器检测液位。已知ρ1＝1200kg／m3，ρ2＝950kg ／m3，h1＝1.0m，h2＝5.0m，液位变化的范围为0～3.0m，如果当地重力加速度g＝9.8m／s，求差压变送器的量程和迁移量。 当液位在0～3.0m变化时，差压的变化量为 ρ1gHmax＝1200×9.8×3.0＝35280 Pa 根据差压变送器的量程系列，可选差变的量程为40kPa 当H＝0时，有 Δp＝－ρ2g（h2－h1）＝－950×9.8×（5.0－1.0）＝－37240 Pa 所以，差压变送器需要进行负迁移，负迁移量为37.24kPa 迁移后该差变的测量范围为－37.24～2.76kPa 若选用DDZ-Ⅲ型仪表，则当变送器输出I＝4mA时，表示H＝0；当I＝20mA时，H＝40×3.0／35.28＝3.4m，即实际可测液位范围为0～3.4m。
过程控制系统与仪表习题答案 第三章
第3章 习题与思考题 3-1 什么是控制器的控制规律控制器有哪些基本控制规律 解答： 1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。 3-2 双位控制规律是怎样的有何优缺点 解答： 1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。 2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。 3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差 解答： 产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系： e K y p = 为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差 解答： 1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：?=edt T y 1 1
2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间试述积分时间对控制过程的影响。 解答： 1）? =edt T y 11 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。 2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱，在数值上，T i =1／K i 。显然，T i 越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。 3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA ，若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ，某时刻，输入阶跃增加，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化为多少 解答： 由比例积分公式：??? ? ??+=?edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==p K p ，即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋； 稳态时：y 0＝5mA ， 5min 后：mA edt T e P y y )7.05()52.02 12.0(151110±=??±±?+=???? ??++ =? 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响调整比例度时要注意什么问题 解答：P74 1）控制器的比例度P 越小，它的放大倍数p K 就越大，它将偏差放大的能力越
过程控制仪表及系统-习题与思考题-解答
过程控制系统与仪表习题与思考题 解答
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统
1-5 什么是定值控制系统? 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。