第三章控制仪表

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0.2mA ，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 ＝＋0.2； 稳态时：y 0＝5mA ，

5min 后：

m A

edt T e P y y )7.05()52.0212.0(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

强，控制力也越强，反之亦然，比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现。

2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的，超出这个量程的比例输出是不可能的。

所以，偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程（16mA ），避免控制器处于饱和状态。

3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么？为什么常用实际为分控制规律？

解答：

1）dt

de T y D = 2）由于理想微分运算的输出信号持续时间太短，往往不能有效推动阀门。实际应用中，一般加以惯性延迟，如图3-7所示，称为实际微分。

3-9 试写出比例、积分、微分（PID ）三作用控制规律的数学表达式。

解答：

???

? ??++=

?dt de T edt T e P y D 111 3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？

解答：

1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。

2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。

3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。

3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪几部分组成？各组成部分的作用如何？

解答：P79

1）组成如图3-11所示。

2）作用参照P79。

3-12 DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别？各用在什么条件下？

解答：

1）软手动操作是指调节器的输出电流I 0与手动操作的输入信号成积分关系； 硬手动操作是指调节器的输出电流I 0与手动操作的输入信号成比例关系。

2）软手动操作：系统投运

硬手动操作：系统故障

3-13 什么叫控制器的无扰动切换？在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换，在设计PID 电路时采取了哪些措施？

解答：P84

1）调节器进行状态转换后，输出值不发生跳动，即状态转换无冲击。

2）C M 、C I 。P85中。

3-14 PID 调节器中，比例度P 、积分时间常数I T 、微分时间常数D T 分别具有什么含义？在调节器动作过程中分别产生什么影响？若将I T 取∞、D T 取0，分别代表调节器处于什么状态？

解答：

比例度P 含义：使控制器的输出变化满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应的输入测量值变化占仪表输入量程的百分比。比例作用的强弱取决于比例度的大小。

积分时间常数I T 含义：I T 越小，积分作用越强；越大积分作用越弱；若将I T 取∞，则积分作用消失。

微分时间常数D T 含义：D T 越大，微分作用越强；D T 取0，微分作用消失。

3-15 什么是调节器的正/反作用？在电路中是如何实现的？

解答：

1）正作用：偏差=测量值-给定值；

反作用：偏差=给定值-测量值。

2）运放输入端的切换开关实现的。

3-16 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式？输出电路是怎样将输出电压转换成4～20mA电流的？

解答：

1）采用差动输入方式，可以消除公共地线上的电压降带来的误差。

2）参照P83下的输出电路。

3-18 给出实用的PID数字表达式，数字仪表中常有哪些改进型PID算法？

解答：

1）P91式（3-18）

2）改进的算法：

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。

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。

自动控制原理第三章复习总结(第二版).

第三章 过程检测技术 目的：为了实现对生产过程的自动控制，首先必须对生产过程的各参数进行可靠地测量。 要点：学习和掌握过程测试及应用；正确地选择测试原理和方法；组成合适的测试系统。 第一节 测量与误差基本知识 测量基本知识 一．测量的概念 1．概念 测量是人类对自然界的客观事物取得数量概念的一种认识过程。或者说 测量就是为取得任一未知参数而做的全部工作。 4．测量的基本方程式 u X x /00 5．测量过程三要素 （1） 测量单位； （2） 测量方法； （3） 测量仪器与设备。 二．测量单位 1．概念 数值为1的某量，称为该量的测量单位或计量单位。 三．测量方法 （一）测量方法的分类 1．直接测量与间接测量 2．等精度测量和不等精度测量

3．接触测量与非接触测量 4．静态测量与动态测量 （二）直接测量法有以下几种常用方法： 1．直接比较测量法 2．微差测量法 3．零位测量法（又称补偿测量法或平衡测量法） （三）间接测量法 1．定义通过对与被测量有函数关系的其它量进行测量，才能得到被测量值的测量方法。 4．组合测量法 四．测量仪器与设备 （一）感受件（传感器） （二）中间件（变送器或变换器） （三）显示件（显示器） 误差基本知识 一.误差基础 （一）测量误差及分类 1．系统误差 2．随机误差（又称偶然误差） 3．粗大误差 （二）测量的精密度、准确度和精确度 1．精密度

2．准确度 3．精确度 （三）不确定度 概念用测量值代表被测量真值的不肯定程度。是测量精确度的定量表示。（四）仪表的基本误差限 1．绝对误差 2．相对误差 3．引用误差 二．误差分析与处理 （一）随机误差的分析与处理 1．统计特性（随机过程） 2．算术平均值原理 (1)真值的最佳估计值（最佳信赖值）。 （2）剩余误差 3．随机误差的标准误差估计（贝塞尔公式） 4．置信概率与置信区间 （二）系统误差的分析与处理 1．系统误差的估计 （1）恒定系统误差指误差大小和符号在测量过程中不变的误差。 （2）变值系统误差它是一种按照一定规律变化的系统误差。可分为 a.累积性系统误差随着时间的增长，误差逐渐增大或减少的系统误差。 b.周期性系统误差误差大小和符号均按一定周期变化的系统误差。 2．系统误差的消除 校准法、零示法、替代法、交换法、还有对称法、微差法、比较法等。

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。

《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

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。

化工自动化及仪表电子教案过程控制仪表与装置

第三章过程控制仪表与装置 教学要求：掌握基本控制规律的数学表示形式 掌握基本控制规律对过渡过程的影响掌握气动、电动执行器的组成和特点了解DDZ-川控 制器的组成及特性掌握工作流量特性和理想流量特性掌握执行器的选型、气开气闭方式的 选择了解可编程控制器的编程方法了解可编程控制器的组成、工作过程 点：基本控制规律对过渡过程的影响 理想流量特性执行器气开、气闭方式的选择 点：基本控制规律对过渡过程的影响 直线流量特性分析 执行器气开、气闭方式的正确选择 §3.1 概述 、过程控制仪表与装置的分类和特点 控制仪表---- 控制器、执行器、运算器以及可编程控制器等。 按所用能源分类：气动、电动、液动等。电动仪表和气动仪表应用的最多。 按信号类型分类：模拟式和数字式两种。 气动控制仪表的特点。 电动控制仪表的特点。 模拟式传输信号通常为连续变化的模拟量，其线路简单，操作方便，价格较低模拟式仪表：基地式单 元组合式组件组装式仪表 数字式传输信号为断续变化的数字量。 现场级数字仪表 可编程调节器 可编程控制器 信号制及供电方式 气动控制仪表：0.02?0.1MPa的模拟气压信号，作为仪表间的标准联络信号。 电动控制仪表：0?10mA( DC)电流信号作为电动n型仪表的统一标准联络信号， 20mA ( DC)电流信号和1?5V (DC )电压信号确定为过程控制系统 ^4

中电动川型仪表统一标准的模拟信号。 电动仪表信号之间的传输方式是： 进出控制室的传输信号采用电流信号， 控制室内部各仪表间联络信号采用电压信号, 电动仪表的供 电方式有交流供电和直流集中供电两种形式。 §3.2基本控制规律及其对控制过程的影响 、基本控制规律概述 1.控制规律概述 控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号随时间变化的规律。 正作用控制器：输入 e 与输出△ y 的变化方向相同； 反作用控制器：输入 e 与输出△ y 变化方向相反。 本节中以正作用的控制器为例进行研究。 工程实际中应用最广泛的控制规律为比例（ P ）、积分（I ）、微分（D ）控制规律，简称 PID 控制规律，各种控制器的运算规律均由这些基本控制规律组合而成。 2.控制规律的表示形式 PID 控制器的一般形式为： △ y = f （e ） 几种常用控制规律的微分方程表达式可分别 表示为: 比例作用（P ） 比例积分微分作用（PID ） 二、PID 控制规律对控制过程的影响 1 .比例控制规律对控制过程的影响 当控制器只具有比例控制规律时， 关系为 △ y = K p e K P 是一个重要的系数，它决定了比例控制作用的强弱。 K p 越大，比例控制作用越强。 K P 越小，比例控制作用越弱。 K p e 比例积分作用（PI ） K p (e T i t 0edt) 比例微分作用（PD ） K p (e T D 》 K P (e — T I 1 0edt T D 些) 0 dt 称此控制器为比例控制器。 比例控制的输出与输入的

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：

第4讲自动化仪表及过程控制第四章过程控制仪表

第四章过程控制仪表 ?本章提要 1.过程控制仪表概述 2.DDZ-Ⅲ型调节器 3.执行器 4.可编程控制器 ?授课内容 第一节概述 ?过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应 用于石油、化工等各工业部门。在自动控制系统中，过程检测仪表将被控 变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外， 还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变 量达到预期的要求。 ?过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。 ?过程控制仪表的分类： ●按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。 ●按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控 制仪表、集散控制装置等。 [基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。 基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。 目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。 [单元组合式控制仪表]将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。它适用于各种企业的自动控制。 广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。 [组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。 它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。 其中国产的TF型、MZ—Ⅲ型以及SPEC200等组装仪表即属此类控制仪表。 ●按信号形式分类：模拟控制仪表和数字控制仪表两大类。其中DDZ型仪表 和QDZ型仪表都属于模拟控制仪表；SLPC可编程调节器、KMM可编程调节

第三章仪表检测与传感器

习题3 3-1 什么叫测量过程？ 解 测量过程就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程 3-5 某一标尺为0~1000℃的温度仪表出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分别为： (2)确定该温度仪表的精度等级； (3)如果工艺上允许的最大绝对误差为±8℃，问该温度仪表是否符合要求？ 解 (1) 校验数据处理： 由以上数据处理表知，最大绝对误差：+6℃； (2)仪表误差：%6.0%1001000 6 max ±=?± =δ， 仪表的精度等级应定为1.0级； (3)仪表的基本误差：?m =1000?(±1.0%)=±10℃, 该温度仪表不符合工艺上的误差要求。 (1)求出该压力表的变差； (2)问该压力表是否符合1.0级精度？ 解 （1）校验数据处理： 由以上数据处理表知，该压力表的变差：1.2%； （2）仪表误差：%5.0%10010 005 .0max ±=?± =δ； 但是，由于仪表变差为1.2%>1.0%，所以该压力表不符合1.0级精度。 3-7．什么叫压力？表压力、绝对压力、负压力(真空度)之间有何关系？ 解 （1）工程上的压力是物理上的压强，即P=F/S （压强）。 （2）绝对压力是指物体所受的实际压力； 表压力=绝对压力-大气压力；

负压力（真空度）=大气压力-绝对压力 3-10．作为感受压力的弹性元件有哪几种？ 解 弹簧管式弹性元件、薄膜式弹性元件（有分膜片式和膜盒式两种）、波纹管式弹性元件。 3-11．弹簧管压力计的测压原理是什么？试述弹簧管压力计的主要组成及测压过程。 解：（1）弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生变形，使其自由端产生相应的位移，只要测出了弹簧管自由端的位移大小，就能反映被测压力p 的大小。 （2）弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管（测量元件），放大机构，游丝，指针，表盘。 （3）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力时，压力使弹簧管产生很小的位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从而带动指针在表盘上指示出当前的压力值。 3-14 电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点？ 解 见教材第3章3.2.5节。当差动电容传感器的中间弹性膜片两边压力不等时，膜片变形，膜片两边电容器的电容量变化（不等），利用变压器电桥将电容量的变化转换为电桥输出电压的变化，从而反映膜片两边压力的差异（即压差）。 其特点：输出信号与压差成正比；应用范围广，可用于表压、差压、流量、液位等的测量。 3-15 某压力表的测量范围为0～1MPa ，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0.5MPa 时，标准压力计上读数为0.508MPa ，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？ 解 压力表允许的最大绝对误差为 ?max =1.0MPa ?1.0%=0.01MPa 在校验点0.5MPa 处，绝对误差为 ?=0.5-0.508=-0.008(MPa) 该校验点的测量误差为 %57.1%100508 .0008 .0-=?-= δ 故该校验点不符合1.0级精度。 3-16．为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？ 解 （1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。 （2）由于仪表的基本误差?m 由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。 3-17 如果某反应器最大压力为0.8MPa ，允许最大绝对误差为0.01MPa 。现用一台测量范围为0~1.6MPa ，精度为l.0级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0~1.0MPa ，精度为1.0级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。 解 用0~1.6MPa 、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差 ?1max =1.6MPa ?1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允许值) 该表不符合工艺上的误差要求。 用0~1.0MPa 、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差 ?2max =1.0MPa ?1.0%=0.01MPa>0.01MPa(允许值) 该表符合工艺上的误差要求。

过程控制仪表与装置

过程控制仪表与装置 教学要求：掌握基本控制规律的数学表示形式 掌握基本控制规律对过渡过程的影响 掌握气动、电动执行器的组成和特点 了解 DDZ-Ⅲ控制器的组成及特性 掌握工作流量特性和理想流量特性 掌握执行器的选型、气开气闭方式的选择 了解可编程控制器的编程方法 了解可编程控制器的组成、工作过程 重点：基本控制规律对过渡过程的影响 理想流量特性 执行器气开、气闭方式的选择 难点：基本控制规律对过渡过程的影响 直线流量特性分析 执行器气开、气闭方式的正确选择 §３.1 概述 一、过程控制仪表与装置的分类和特点 控制仪表------控制器、执行器、运算器以及可编程控制器等。 按所用能源分类：气动、电动、液动等。电动仪表和气动仪表应用的最多。 按信号类型分类：模拟式和数字式两种。 气动控制仪表的特点。 电动控制仪表的特点。 模拟式传输信号通常为连续变化的模拟量，其线路简单，操作方便，价格较低模拟式仪表：基地式 单元组合式 组件组装式仪表 数字式传输信号为断续变化的数字量。 现场级数字仪表 可编程调节器 可编程控制器 二、信号制及供电方式 气动控制仪表：0.02～0.1MPa的模拟气压信号，作为仪表间的标准联络信号。 电动控制仪表：0～10mA（DC）电流信号作为电动Ⅱ型仪表的统一标准联络信号，4～20mA（DC）电流信号和1～5V（DC）电压信号确定为过程控制系统

中电动Ⅲ型仪表统一标准的模拟信号。 电动仪表信号之间的传输方式是：进出控制室的传输信号采用电流信号， 控制室内部各仪表间联络信号采用电压信号， 电动仪表的供电方式有交流供电和直流集中供电两种形式。 。 §3.2基本控制规律及其对控制过程的影响 一、基本控制规律概述 1. 控制规律概述 控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号随时间变化的规律。 正作用控制器：输入e 与输出Δy 的变化方向相同； 反作用控制器：输入e 与输出Δy 变化方向相反。 本节中以正作用的控制器为例进行研究。 工程实际中应用最广泛的控制规律为比例（P ）、积分（I ）、微分（D ）控制规律，简称PID 控制规律，各种控制器的运算规律均由这些基本控制规律组合而成。 ２.控制规律的表示形式 PID 控制器的一般形式为： △y ＝f(e) 几种常用控制规律的微分方程表达式可分别表示为： 比例作用（P ） 比例积分作用（PI ） 比例微分作用（PD ） )(dt de T e K y D P +=? 比例积分微分作用（PID ） )1(0dt de T edt T e K y D t I P ++=?? 二、PID 控制规律对控制过程的影响 １.比例控制规律对控制过程的影响 当控制器只具有比例控制规律时，称此控制器为比例控制器。比例控制的输出与输入的关系为 △ y ＝K P e K P 是一个重要的系数，它决定了比例控制作用的强弱。 K P 越大，比例控制作用越强。 K P 越小，比例控制作用越弱。 比例作用最大的特点：及时、迅速（控制器的输出与输入成正比，只要有偏差存在，控 制器输出就会马上与偏差成比例地变化） ２．比例积分控制规律对系统控制质量的影响

过程控制仪表及装置课程设计题目

指导教师张娓娓 一、设计题目 1.单容水箱液位定制控制系统 二、设计目的 1）了解系统的工作原理。 2）通过课程设计培养学生自学能力和分析问题、解决问题的能力。 3）通过设计使学生具有一定的计算能力、制图能力以及查阅手册、使用国家技术标准的能力和一定的文字表达能力。 三、设计内容 1）熟悉控制系统的工艺流程； 2）控制系统各环节仪表的配置、选型及参数的确定，包括检测元件、变送器、调节器、执行器、显示仪表等部分； 3）给出设计方案，画出仪表间的配接图。 4）设计总结及改进意见； 5）要参考资料； 6）编写说明书，内容不少于4000字。

指导教师张娓娓 一、设计题目 2.锅炉温度串级控制系统 二、设计目的 1）了解系统的工作原理。 2）通过课程设计培养学生自学能力和分析问题、解决问题的能力。 3）通过设计使学生具有一定的计算能力、制图能力以及查阅手册、使用国家技术标准的能力和一定的文字表达能力。 三、设计内容 1）熟悉控制系统的工艺流程； 2）控制系统各环节仪表的配置、选型及参数的确定，包括检测元件、变送器、调节器、执行器、显示仪表等部分； 3）给出设计方案，画出仪表间的配接图。 4）设计总结及改进意见； 5）要参考资料； 6）编写说明书，内容不少于4000字。

指导教师张娓娓 一、设计题目 3.反应器的温度串级控制系统 二、设计目的 1）了解系统的工作原理。 2）掌握交流调压的工作原理和应用。 3）通过课程设计培养学生自学能力和分析问题、解决问题的能力。 4）通过设计使学生具有一定的计算能力、制图能力以及查阅手册、使用国家技术标准的能力和一定的文字表达能力。 二、设计目的 1）了解系统的工作原理。 2）通过课程设计培养学生自学能力和分析问题、解决问题的能力。 3）通过设计使学生具有一定的计算能力、制图能力以及查阅手册、使用国家技术标准的能力和一定的文字表达能力。 三、设计内容 1）熟悉控制系统的工艺流程； 2）控制系统各环节仪表的配置、选型及参数的确定，包括检测元件、变送器、调节器、执行器、显示仪表等部分； 3）给出设计方案，画出仪表间的配接图。 4）设计总结及改进意见； 5）要参考资料； 6）编写说明书，内容不少于4000字。