过程控制期末复习题
2-11 简述积分控制规律
答：积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。2-12 比例调2.12节器和积分调节器有何不同？
答：比例调节器的输出只取决于（输入偏差的现状），而积分调节器的输出则包含了（输入偏差量的全部历史）
2-13 简述比例积分控制规律。答：比例部分能（迅速响应控制作用），积分部分则（最终消除稳态偏差）。
2-14 微机控制的调速系统有什么特点？答：（信号离散化，信息数字化）。
2-15 旋转编码器分为哪几种？各有什么特点？答：绝对式编码器：常用语检测转角信号，若需要转速信号，应对转角微分。增量式编码器：可直接检测转速信号。
2-16 数字测速方法有哪些精度指标？答：（分辨率，测速误差率）。
2-17 采用旋转编码器的数字测速方法有（M，T，M/T）。高低全
2-18 为什么积分需限幅？答：若没有积分限幅，积分项可能很大，将产生较大的退饱和超调。
2-19 简述带电流截止负反馈环节转速反馈调速系统机械特性的特点。
答：电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻 KpKsR，导致当 Id=Idcr 时，机械特性急剧下垂；比较电压 Ucom 与给定电压 Un* 作用一致，相当于把理想空载转速提高到 n0`=(KpKs(Un*+Ucom))/(Ce(1+K))。
3-2 由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。（未验证）
答：电动机堵转则转速恒为零，在一定的给定下，偏差电压相当大，从而使 ASR 迅速达到饱和，又电动机转速由于转轴堵死无法提升，故 ACR 无法退饱和，因此系统处于 ASR 饱和状态。
3-3 双闭环直流调速系统中，给定电压 Un*不变，增加转速负反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变？（已验证）答：转速反馈系数α增加，则转速反馈电压 Un 增加，给定电压 Un*，则转速偏差电压减小，则 ASR 给定电压 Ui*减小，则控制电压 Uc 减小，则转速 n 减小；转速 n 减小，则转速反馈电压 Un 减小，直到转速偏差电压为零；故稳态时转速反馈电压 Un 不变，且实际转速 n 减小。
3-4 双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象？（未通过验证，求姐）（1）电流反馈极性接反。（2）转速极性接反。
答：（1）由于电流环的正反馈作用，电枢电流将持续上升，转速上升飞快，电动机飞车。（2）由于转速环的正反馈作用，ACR 无法退饱和，电动机转速持续恒流上升。
3-5 某双闭环调速系统， ASR、均采用 PI 调节器， ACR 调试中怎样才能做到 Uim*=6V 时， Idm=20A；如欲使 Un*=10V 时，n=1000rpm，应调什么参数？答：（1）调节电流反馈系数β=0.3；（2）调节转速反馈系数α=0.01。3-6 在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数 Kn 行不行？（= =|||）改变电力电子变换器的放大倍数 Ks 行不行？改变转速反馈系数α行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？
答：通常可以调节给定电压。改变 Kn 和 Ks 都不行，因为转速电流双闭环直流
调速系统对前向通道内的阶跃扰动均有能力克服。也可以改变α，但目的通常是为了获得更理想的机械特性。若要改变堵转电流，应调节电流反馈系数β。 3-7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少？为什么？
答：输入偏差电压皆是零。因为系统无静差。则 ASR 输出电压 Ui*=Ui=βId=βIdL；ACR 输出电压 Uc=Ud0/Ks=见 P62。
3-8 在双闭环系统中，若速度调节器改为比例调节器，或电流调节器改为比例调节器，对系统的稳态性能影响如何？
答：速度调节器对阶跃扰动的静差由 0 变为 1/（1+Kn），或电流调节器对阶跃扰动的静差由 0 变为 1/（1+Kc），而对斜坡扰动的静差变得更大。
3-9 从下述五个方面来比较转速电流双闭环直流调速系统和带电流截止负反馈环节的转速单闭环直流调速系统：（1）调速系统的静态特性。（2）动态限流性能。（3）起动的快速性。（4）抗负载扰动的性能。（5）抗电源电压波动的性能。
3-10 根据 ASR 和 ACR 的作用，（1）双闭环系统在稳定运行中，如果电流反馈信号线断开，系统仍能正常工作吗？（2）双闭环系统在额定负载下稳定运行时，若电动机突然失磁，最终电动机会飞车吗？答：（1）稳态时转速不变，电流减小。（2）不会飞车，而是停转
111 为了实现（电流的实时控制和快速跟随），希望电流调节器（不要）进入饱和状态，因此，对于静特性来说，只有（转速调节器的饱和与不饱和两种情况）。111当两个调节器都不饱和且稳态时，它们的输入偏差电压分别为（0）。
111 当 ASR 输出（达到限幅值 Uim*），转速外环呈（开环状态），转速变化对转速环（不会）产生影响，双闭环系统变成一个（电流无静差的单电流闭环调节系统）。稳态时，Id（=）Idm。
111 电流限幅值 Idm 取决于（电动机的容许过载能力和系统要求的最大加速度）。
111 简述采用两个 PI 调节器分别形成内外闭环的效果。答：双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于 Idm 时表现为转速无静差，此时转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到 Idm 时，对应于转速调节器为饱和输出 Uim*，此时电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，起到过电流的自动保护作用。
111 简述 ASR 的退饱和条件。答：当 ASR 处于饱和状态时，若实际转速大于给定转速，则反馈电压大于给定电压，使偏差电压小于零，则 ASR 反向积分，从而退饱和，返回线性调节状态。
111 简述转速电流负反馈控制电流调速系统起动过程。
111 简述双闭环直流调速系统起动过程的特点。（饱和非线性控制；转速超调；准时间最优控制）。
111双闭环直流调速系统的抗扰性能主要包括（抗负载扰动；抗电网电压扰动）。111 简述双闭环直流调速系统中转速调节器的作用。答：作为主导调节器，在转速动态过程中，使转速快速跟随给定电压变化，稳态时减小转速误差，采用 PIR 可实现无静差。对负载变化其抗扰作用。其输出限幅值决定电动机允许最大电流。
111简述双闭环直流调速系统中电流调节器的作用。答：作为内环调节器，在转
速调节过程中，使电流紧紧跟随给定电流变化。对电网电压波动起及时抗扰作用。在转速动态过程中，保证获得电动机最大允许电流，从而加快动态过程。当电动机过载或堵转时，限制电枢电流最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。
第4章
4-1 直流 PWM 可逆调速系统中当电动机停止时，电枢电压瞬时值（）零，是（正负脉宽相等的交变脉冲电压），故（电流也是交变的），称为（高频微振电流），其平均值为（），不能产生（平均转矩）。
4-2 高频微振电流对电机有何影响？答：消除电机正反向时的静摩擦死区，起动力润滑作用。同时也增大了电机的损耗。二、公式和特性
1.双极式控制可逆 PWM 变换器输出电压平均值：Ud=(2ton/T-1)Us 1.调速系统四象限运行-示意图：
2.桥式可逆 PWM 变换器电路-原理图：
3.桥式可逆 PWM 调速系统主电路-原理图：
第5章
5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电机机械特性越软调速范围越大吗？
答：带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为 0 答：因为定子电压频率变化时，将导致气隙磁通变化，影响电动机工作。在整个调速范围内，若保持电压恒定，则在基频以上时，气隙磁通将减少，电动机将出力不足；而在基频以下时，气隙磁通将增加，由于磁路饱和，励磁电流将过大，电动机将遭到破坏。因此保持电压恒定不可行。在基频以下时，若保持电压不变，则气隙磁通增加，由于磁路饱和，将使励磁电流过大，破坏电动机，故应保持气隙磁通不变，即保持压频比不变，即采用恒压频比控制；而在基频以上时，受绕组绝缘耐压和磁路饱和的限制，电压不能随之升高，故保持电压恒定。 5-3 异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什么？所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定？若不是，那么恒功率和恒转矩调速究竟是指什么？ 答：在基频以下调速，采用恒压频比控制，则磁通保持恒定，又额定电流不变，故允许输出转矩恒定，因此属于恒转矩调速方式。在基频以下调速，采用恒电压控制，则在基频以上随转速的升高，磁通将减少，又额定电流不变，故允许输出转矩减小，因此允许输出功率基本保持不变，属于恒功率调速方式。恒功率或恒转矩调速方式并不是指输出功率或输出转矩恒定，而是额定电流下允许输出的功率或允许输出的转矩恒定。 5-4 基频以下调速可以是恒压频比控制，恒定子磁通φms、恒气隙磁通φm 和恒转子磁通φmr 的控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。 答：恒压频比控制最容易实现，其机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能 满足一般调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。恒定子磁通φms、恒气隙磁通φm 和恒转子磁通φmr 的控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。恒定子磁通φms 和恒气隙磁通φm 的控制方式虽然改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。恒转子磁通φmr 控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳。 5-5 常用的交流 PWM 有三种控制方式，分别为 SPWM、CFPWM 和 SVPWM，论述它们的基本特征及各自的优缺点。答：略。 5-6 分析 CFPWM 控制中，环宽 h 对电流波动与开关频率的影响。答：略。 5-7 三相异步电动机 Y 联结，能否将中性点与直流侧参考点短接？为什么？答：不宜。因为当电动机发生故障或不正常运行时其中性点可能会有不平衡电流流过。 5-8 当三相异步电动机由正弦对称电压供电，并达到稳态时，可以定义电压相量 U、电流相量 I 等，用于分析三相异步电动机的稳定工作状态，5.4.5 节定义的空间矢量 us、is 与相量有何区别？在正弦稳态时，两者有何联系？ 答：空间矢量位置固定（如空间矢量 uAO 固定在 A 相绕组轴线上），但大小随时间变化；而相量大小是不变的（如有效值相量其大小即为稳态时的有效值），但位置随相角变化。稳态时，空间矢量相当于一种相角固定的瞬时值相量。 5=9 采用 SVPWM 控制，用有效工作电压矢量合成期望的输出电压，由于期望输出电压矢量是连续可调的，因此，定子磁链矢量轨迹可以是圆，这种说法是否正确？为什么？答：不正确。尽管期望输出电压矢量是连续的，然而其作用时间是断续的，因此定子磁链矢量只能是断续的。 5-10 总结转速闭环转差频率控制系统的控制规律，若 Us=f（ω1，Is）设置不当，会产生什么影响？一般说来，正反馈系统是不稳定的，而转速闭环转差频率控制系统具有正反馈的内环，系统却能稳定，为什么？答： 5-1 简述矢量控制的基本思想。 答：将逆变器和交流电动机视为一体，以在电机内产生圆形旋转磁场为目标来控制变频器工作。 5-2 异步电动机变压变频调速系统中，基频以下调速采用（恒压频比）控制，称为（恒转矩）调速；基频以上采用（保持电压不变）控制，称为（近似的恒功率调速）。为什么？略 5-3 六拍式逆变器控制的异步电动机正六边形定子磁链的大小与（直流侧电压 Ud）成正比，而与（电源角频率）成反比。在基频以下调速时，应（保持正六边形定子磁链的最大值恒定）。若直流侧电压 Ud 恒定，则ω1 越小时，△t 越大，势必导致（|Ψs（k）|）增大。因此，要保持正六边形定子磁链不变，必须使 Ud/ω1 为常数，这意味着在变频的同时必须调节直流电压 Ud，造成了控制的复杂性。有效的方法是（插入零矢量）。 5-4 简述转差频率控制的基本思想。答：保持（气隙磁通φm 不变）的前提下，通过控制（转差频率ωs）来控制（转矩）。 5-5 转差频率控制变压变频调速系统通过（最大转差频率）间接限制（了最大的允许电流）。 5-6 与直流调速系统相似，转差频率控制变压变频调速系统起动过程分为（转矩上升）（恒转矩、升速）与（转速调节）三个阶段：在恒转矩升速阶段，（ASR）不参与调节，相当于（转速开环），在正反馈内环作用下，保持（加速度恒定）；转速超调后，ASR（退出饱和），进入（转速调节阶段），最后达到稳态。 5-7 简述转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统起动过程。答：转矩上升阶段：恒转矩升速阶段：转速调节：二、公式和特性 1.公式略 1.异步电动机等效电路图： 2.交-直-交电压源型 PWM 变频器主电路：（各个元件作用需知） 3.转速开环变压变频调速系统-系统原理图： 4.转速闭环转差频率控制变压变频调速系统-系统原理图： 1.异步电动机调压调速机械特性： 2.异步电动机转子串阻调速机械特性： 3.异步电动机变压变频调速机械特性： 4.异步电动机变压变频调速控制特性： 第6章 6-1 异步电动机的动态数学模型是一个（高阶、非线性、强耦合）的（多变量）系统。 6-2 异步电动机的动态数学模型由（磁链方程、电压方程、转矩方程、运动方程）组成。 6-3 异步电动机每个绕组的磁链是（自感磁链）和（互感磁链）之和。 6-4 绕组间的互感分为哪几类？答：定子三相彼此之间和转子三相彼此之间的互感，因其位置固定，故为常值。定子任一相与转子任一相之间的互感，因其相对位置变化，故为（角位移）的函数。 6-5 为什么说异步电动机的三相原始数学模型不是物理对象最简洁的描述？答：由异步电动机三相数学模型的约束条件（。。。）可知，对于无中性线 Y/Y 联结绕组的电动机，三相变量中只有两相是独立的。 6-6 不同坐标系中电动机模型等效的原则是：（在不同坐标下绕组所产生的合成磁动势相等） 6-7 三相绕组可以用（互相独立的两相正交对称绕组）等效代替，等效的原则是（）。 6-8 坐标变换有（3/2 变换及其反变换）和（2r/2s 变换及其反变换）。 6-9 异步电动机通过坐标变换简化其数学模型时，若以静止正交坐标为变换方向，定转子绕组的变换方式有何不同？答：异步电动机定子绕组是静止的，因此只要进行（3/2 变换）即可，而转子绕组是旋转的，因此必须通过（3/2 变换）及（2r/2s 变换），才能变换到（静止两相正交坐标系）。 6-10（3/2 变换）将（按 2π/3 分布的三相绕组）等效为（互相垂直的两相绕组），消除了（定子三相绕组间）以及（转子三相绕组间）的相互耦合，减小了状态变量的维数，简化了定转子的自感矩阵。 6-11（2r/2s 变换）将（相对运动的定转子绕组）等效为（相对静止的等效绕组），消除了（定转子绕组间夹角对磁链和转矩的影响）。 6-12（2r/2s 变换）将非线性耦合矛盾从磁链方程转移到电压方程，没有改变对象的（非线性耦合程度。） 6-13（2s/2r 变换）是用（旋转绕组）代替（原来静止的定子绕组），并使等效的转子绕组与等效的定子绕组（重合），且保持（严格同步），等效后定转子绕组间（不存在）相对运动。 6-15 旋转正交坐标系的优点在于（增加了一个输入量ω1，提高了系统控制的自由度）。二、公式和特性 1.异步电动机三相动态数学模型：磁链方程+电压方程+转矩方程+运动方程+约束条件： 题库 一填空 1、一般过程控制系统是由[<被控对象>] 和[<自动装置>]两部分组成。 2、一般过程控制系统中自动装置是由[<测量变送器>]、控制器、[〈控制阀〉]三个环节组成。 3、过程控制系统按设定植的形式不同分为定植控制系统、[〈随动控制系统〉]和[〈程序控制系统〉]。 4、定植控制系统是指过程控制系统的[〈设定植〉]恒定不变，工艺生产中要求控制系统的[〈被控变量〉]保持在一个标准 值上不变。 5、过程控制系统按控制系统的结构特点分为[〈反馈控制系统〉]，前馈控制系统和[〈前馈-反馈控制系统〉]。 6、过程控制系统按控制系统的任务分为比例控制、[〈均匀控制〉]、[前馈控制〉]。 7、过程控制系统按自动化装置的不同分类分为[〈常规控制系统〉]和[〈计算机控制系统〉]。 8、过程控制系统按是否形成闭合回路分为[〈开环控制系统〉]和[〈闭环控制系统〉]。 9、过程控制系统按控制系统的功能分为比值、[〈均匀〉]、分程和[〈选择性控制系统〉]。 10、表征生产设备是否正常运行而需要加以控制的物理量是[〈被控变量〉]；受控制装置操纵，并使被控变量保持在设定植 的物理量是[〈操纵变量〉]。 11、把系统的输出信号对控制作用有直接影响的控制系统称为[〈闭环控制系统〉]；把把系统的输出信号对控制作用没有影 响的控制系统称为[〈开环控制系统〉]。 12、过程控制系统按调节器的控制规律分为比例、[〈比例积分〉]、比例微分、[〈比例积分微分〉]控制系统。 13、过程控制系统性能的好坏，不仅取决于系统[〈稳态时的控制精度〉]，还取决于[〈瞬态时的工作状况〉]。 14、对过程控制系统的基本性能要求有三点，分别为[〈稳定性〉]，准确性和[〈快速性〉]。 15、过程控制系统是由6种基本典型环节组成，它们分别为一阶环节、[〈二阶环节〉]、比例环节、积分环节、微分环节和 [〈纯滞后环节〉]。 16、被控对象的特性就是[〈被控对象〉]的输出变量与[〈输入变量〉]之间的关系。 17、过程控制系统的传递函数就是在[〈零初始条件下〉]，系统或环节[〈输出变量的拉氏变换〉]与输入变量的拉氏变换之 比。 18、一阶环节微分方程为5dy/dt+y（t）=4x（t），则其传递函数为[<4/(5s+1)>];比例环节的微分方程为y(t)=Kx,(其传递 函数为t)[ 过程控制工程复习题 （课程代码392217） 一、选择题（请从下列选项中选出正确的一项） 1、下列不属于单回路反馈控制系统的是（） 选项A）被控对象 选项B）被测对象 选项C）测量变送 选项D）控制器和控制阀 答案：B 2、在工业控制中，使用最多的控制系统是（） 选项A）单回路反馈控制系统 选项B）串级控制系统 选项C）比值控制系统 选项D）前馈控制系统 答案：A 3、下列中对干扰通道特性对控制质量影响描述错误的是（） 选项A）K f增加，余差增加，系统稳定性不变 选项B）T f增加，过渡过程时间减小 选项C）T f增加，振荡幅值减小 选项D）τf增加，余差减小 答案：D 4、下列中对控制对象特性对控制质量影响描述错误的是（） 选项A）一般希望放大倍数K0大些好，易于调节 选项A）一般希望控制通道时间常数小些好，但不能过小 选项C）控制通道时间常数越小越好，系统才灵敏 选项D）时间常数大，系统的工作频率低 答案：D 5、下列对操纵变量选择原则描述错误的是（） 选项A）操纵变量必须可控 选项A）选择通道放大倍数相对大的 选项C）选择干扰通道时间常数小一点的 选项D）选择通道的纯滞后尽量小 答案：C 6、下列中对控制通道特性对控制质量影响描述错误的是（） 选项A）K0增加，余差增加，系统稳定性不变 选项B）T0增加，过渡过程时间增加 选项C）T0增加，系统频率变慢 选项D）τ0增加，稳定程度大大降低 答案：A 6、下图的曲线中，哪一条是对数流量特性的是（） 选项A）1 选项B）2 选项C）3 选项D）4 答案：B 7、在控制系统中，能准确、快速、及时地跟踪设定值的变化的系统属于（）选项A）随动系统 选项B）定值系统 选项C）程序系统 选项D）以上都不是 答案：A 8、在过程控制系统中，系统的设定值保持不变的系统属于（） 选项A）随动系统 选项B）定值系统 选项C）程序系统 选项D）以上都不是 答案：B 9、在过程控制系统中，系统的设定值有规律变化的系统属于（） 选项A）随动系统 选项B）定值系统 选项C）程序系统 选项D）以上都不是 答案：C 10、用来表征生产设备或过程运行是否正常而需要加以控制的物理量是（）选项A）被控对象 选项B）被控变量 选项C）操纵变量 选项D）测量值 答案：B 11、受控制器的操纵，使被控变量保持在设定值的物理量是（） 选项A）被控对象 选项B）设定值 选项C）操纵变量 选项D）测量值 答案：C 12、一阶环节的传递函数是（） 选项A）K/(Ts+l) 选项B）K/Tis 一、 填空题 1、线性定常连续控制系统按其输入量的变化规律特性可分为_恒值控制_系统、随动系统和_程序控制_系统。 2、传递函数为 [12(s+10)] / {(s+2)[(s/3)+1](s+30)} 的系统的零点为_-10_， 极点为_-2__， 增益为_____2_______。 3、构成方框图的四种基本符号是： 信号线、比较点、传递环节的方框和引出点 。 4、我们将 一对靠得很近的闭环零、极点 称为偶极子。 5、自动控制系统的基本控制方式有反馈控制方式、_开环控制方式和_复合控制方式_。 6、已知一系统单位脉冲响应为t e t g 5.16)(-=，则该系统的传递函数为 。 7、自动控制系统包含_被控对象_和自动控制装置两大部分。 8、线性系统数学模型的其中五种形式是微分方程、传递函数、__差分方程_、脉冲传递函数_、__方框图和信号流图_。 9、_相角条件_是确定平面上根轨迹的充分必要条件，而用_幅值条件__确定根轨迹上各 点的根轨迹增益k*的值。当n-m ≥_2_时, 开环n 个极点之和等于闭环n 个极点之和。 10、已知一系统单位脉冲响应为 t e t g 25.13)(-=，则系统的传递函数为_ _。 11、当∞→ω时比例微分环节的相位是： A.90 A.ο 90 B.ο 90- C.ο45 D.ο 45- 12、对自动控制的性能要求可归纳为_稳定性__、_快速性_和准确性三个方面， 在阶跃 响应性能指标中，调节时间体现的是这三个方面中的_快速性___，而稳态误差体现的是_稳定性和准确性_。 13、当且仅当离散特征方程的全部特征根均分布在Z 平面上的_单位圆 _内，即所有特征根的模均小于___1____,相应的线性定常离散系统才是稳定的。 14、下列系统中属于开环控制系统的是 D.普通数控加工系统 计算及问答题 1．某换热器温度控制系统（设定值为100℃），在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示。分别求出衰减比、最大偏差、余差、过渡时间和振荡周期（按±3％稳态值来确定过渡时间）。 温度℃ 解：衰减比ψ= 8 .011)105110()105130(12 =-=---B B 最大偏差A ，即超调量σ= %8.23%100%100105 105 130) () ()(=?=?-∞∞-y y t y p 余差C=│y ﹙∞﹚－y ﹙0﹚│=105－100=5 过渡时间ts=27min ，（计算稳态值的±3％，即102或108，用尺子量后估算出时间） 振荡周期，时间作衰减振荡，所以振荡周期T=20－8=12min ，（两个波峰的时间差） 2．已知某被控过程的数学模型为 1)()(+= Ts K s E s U 应用前向差分法，求关于u(k)和e(k)的差分方程。 参考计算控制课本p129 解：)() 1()(s E K Ts s U ?=+? )()()(s E K s U s U Ts ?=+? )()()(t Ke t u T dt t du =+ 设采样周期为T S ，代入S T k u k u dt t du ) ()1() (-+= )()())()1((k Ke k u k u k u S T T =+-+ )()1()(k Ke k u k u T T T T T T S S S --++= 3．一台仪表的测温范围为100～550℃，绝对误差的最大值为2℃，求这台仪表的相对误差。 解：δ= % 44.0%100100 5502=?- 第 页 4． （1）求出仪表最大绝对误差值； （2）确定仪表的允许误差及精确度等级； （3）仪表经过一段时间使用后，重新校验时，仪表最大绝对误差为±8℃，问该仪表是否还符合出厂时的精确度等级。 解：(1)最大绝对误差值为 6 。 (2)仪表精度δ= % 5.1%2.1%1000 5006≤=?- 所以允许误差为±1.5%，仪表精度等级为1.5级。 (3)使用一段时间后的精度为δ= % 5.1% 6.1%1000 5008≥=?- 所以不符合出厂时的精确度等级。 5．如下图所示液位控制系统中，被控过程物料的输入量和输出量是什么？控制系统的（1）被控变量、（2）操纵变量、（3）主要扰动、（4）输入信号、（5）输出信号各是什么？ Q 2 6．图所示液位过程的输入量为q 1，流出量为q 2、q 3，液位h 为被控参数，C 为容量系数，设R 1、R 2、R 3为线性液阻，求： （1）列出液位过程的微分方程组； （2）画出液位过程的框图； （3）求液位过程的传递函数W 0(s )=H (s )/Q 1(s ) q 2 q 3 (2) 三：简答题 32分 1.什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？ 答： PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为： （1）比例参数KC，作用是加快调节，减小稳态误差。 （2）积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度 （3）微分参数Kd，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。 2．正反方向判断气开气关,如何选择？ P84 答：所谓起开式，是指当气体的压力信号增大时，阀门开大；气关式则相反，压力增大时，阀门关小。气动调节阀气开气关形式的选择，主要从工艺生产的安全来考虑的。详见例题3-5 气开气关调节阀的选择主要是从生产安全角度和工艺要求考虑的，当信号压力中断时应避免损坏设备和伤害操作人员。如阀门处于开的位置时危害性小，则应选气关式反之选用气开式。 3.控制器正反方向判断 P133 答：所谓作用方向，就是指输入作用后，输出的变化方向。当输入增加时，输出也增加，则成该环节为“正环节”，反之，当输入增加时，输出减少，则称“反作用”。具体步骤 （1），判断被控对象的正/反作用那个方向，主要由工艺机理确定。 （2）确定执行器的正/反作用方向由安全工艺条件决定。 （3）确定广义对象的正/反作用方向 （4）确定执行器的正/反作用方向 4.串级系统方框图 P176及特点是什么？ 答：特点（1）减小了被控对象的等效时间常数；（2）提高了系统工作频率；（3）对负载变化有一定的自适应能力。 5.前馈反馈的区别有哪些？ 答：（1）控制依据：反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”，前馈控制是“基于扰动消除扰动对被控量的影响”。 （2）控制作用发生时间方面：反馈控制器的动作总是落后于扰动作用的发生，是一种“不及时”的控制；扰动发生后，前馈控制器及时动作。 《过程控制工程》期末复习题 一、（每空1分）填空题： 1、对于一个比例积分微分（PID）控制器来说，积分时间越小则积分作用越；微分时间越小，则微分作用越。 2、三种常用的均匀控制方案包括、、。 3、常规PID控制器中的P指作用、I指作用、 D指作用。 4、用于输送流体和提高流体压头的机械设备统称为流体输送设备，其中输送液体并提高其压头的机械称为，而输送气体并提高其压头的机械称为。 5、工程上常用的几种整定PID控制器参数的方法是、、、 。 6、请举出我们曾经学过的三种复杂控制系统：、、。 7、比值系统控制系统从结构上可分为四种，分别是开环比值控制系统、、 、四种。 8、调节阀的固有流量特性主要有、、、 四种。 9、比值系统控制系统从结构上可分为四种，分别是开环比值控制系统、、 、四种。 10、单回路控制系统一般由、、、四个环节组成 11、常见的传热设备有、、等。 12、要消除系统的稳态误差，通常选用控制器。 13、用来评价控制系统性能优劣的阶跃响应曲线性能指标分别是、、、振荡频率和回复时间等。 14、工程上进行PID控制器参数整定时，随动系统的控制品质要求衰减比为，定值系统中控制品质要求衰减比为。 15、常见的传热设备有、、等。 16、精馏装置一般由、、、等设备组成。精馏塔产品质量指标选择有直接产品质量指标和两类。 二、选择题（10分，每小题2分） 1、成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（）。 A. PI B. PD C. PID 2、自动控制系统中控制器正、反作用的确定是根据（）。 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。 3、单纯的前馈调节是一种能对（）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 4、分程控制系统常要加装（）来达到分程的目的。 A．调节器 B.变送器 C.阀门定位器 5、在某一分离异丁烷与正丁烷的精馏塔中，微小的压力波动也会影响温度的变化，同时压力波动引起的各板上温度变化的方向是一致的，此时应选择（）作为间接质量指标进行控制。 A．灵敏板温度 B.温差 C.双温差 6、如果甲乙两个广义调节对象的动态特性完全相同（如均为二阶对象），甲采用PI作用调节器，乙采用P作用调节器。当比例带的数值完全相同时，甲，乙两系统的振荡程度相比 A. 甲系统振荡程度比乙系统剧烈。 B. 乙系统振荡程度比甲系统剧烈。 C. 甲、乙两系统的振荡程度相同。 7、定值控制系统是（）环调节，单纯的前馈控制系统是（）环调节。 A．开，闭 B．闭，开 C．开，开 D．闭，闭 一：填空题 28分 1．过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程、测量变送等环节组成。 2．过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3．过程控制仪表的测量变送环节由传感器和变送器两部分组成。 4．过程检测仪表的接线方式有两种：电流二线制四线制、电阻三线制 5．工程中，常用引用误差作为判断进度等级的尺度。 6．压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测 7．调节阀按能源不同分为三类：气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀 8．电动执行机构本质上是一个位置伺服系统。 9．气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 10. 理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。 11. 过程数学模型的求取方法有三种，分别是机理建模、试验建模、混合建模。 12．PID调节器分为模拟式和数字式两种。 13．造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。 14．自动控制系统稳定运行的必要条件是：闭环回路形成负反馈。 15． DCS的基本组成结构形式是“三点一线”。 二：名词解释 20分 1.过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2．积分饱和: 在积分控制范围内，积分控制输出与偏差的时间积分成正比，当控制输出达到一定限制后就不在继续上升或下降，这就是积分饱和现象。 3.串级控制系统：值采用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，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 4.比例控制系统：凡是两个或多个参数自动维持一定比例关系的过程控制系统，称为比例控制系统。 5均匀控制系统：控制量和被控量在一定范围内都缓慢而均匀的变化的系统，称为均匀控制系统。 6.超驰控制系统：指在一个控制系统中，设有两个控制器，通过高低值选择器选出能适应安全生产状态的控制信号，实现对生产过程的自动化控制。 7.分程控制系统：一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上调节阀动作的系统称为分程控制系统。 8.阀位控制系统：是综合考虑快速性、有效性、经济性和合理性的一种控制系统。 9.集散控制系统：是把控制技术、计算机技术、图像显示技术及通信技术结合起来，实现对生产过程的监视控制和管理的系统。 10.现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。 三：简答题 32分 1.什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？ 答： PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为： （1）比例参数KC，作用是加快调节，减小稳态误差。 （2）积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度 （3）微分参数Kd，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。2．正反方向判断气开气关,如何选择？ P84 答：所谓起开式，是指当气体的压力信号增大时，阀门开大；气关式则相反，压力增大时，阀门关小。气动调节阀气开气关形式的选择，主要从工艺生产的安全来考虑的。详见例题3-5 气开气关调节阀的选择主要是从生产安全角度和工艺要求考虑的，当信号压力中断时应避免损坏设备和伤害操作人员。如阀门处于开的位置时危害性小，则应选气关式反之选用气开式。 3.控制器正反方向判断 P133 过程控制系统考试试题 汇总 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988） 过程控制系统考试试题汇总（预测） 编辑：郭长龙河南工业大学 一：填空题 28分 1．过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程、测量变送等环节组成。 2．过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3．过程控制仪表的测量变送环节由传感器和变送器两部分组成。 4．过程检测仪表的接线方式有两种：电流二线制四线制、电阻三线制5．工程中，常用引用误差作为判断进度等级的尺度。 6．压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测 7．调节阀按能源不同分为三类：气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀8．电动执行机构本质上是一个位置伺服系统。 9．气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 10. 理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。 11. 过程数学模型的求取方法有三种，分别是机理建模、试验建模、混合建模。 12．PID调节器分为模拟式和数字式两种。 13．造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。 14．自动控制系统稳定运行的必要条件是：闭环回路形成负反馈。15． DCS的基本组成结构形式是“三点一线”。 二：名词解释 20分 1.过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2．积分饱和: 在积分控制范围内，积分控制输出与偏差的时间积分成正比，当控制输出达到一定限制后就不在继续上升或下降，这就是积分饱和现象。 3.串级控制系统：值采用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，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 4.比例控制系统：凡是两个或多个参数自动维持一定比例关系的过程控制系统，称为比例控制系统。 5均匀控制系统：控制量和被控量在一定范围内都缓慢而均匀的变化的系统，称为均匀控制系统。 6.超驰控制系统：指在一个控制系统中，设有两个控制器，通过高低值选择器选出能适应安全生产状态的控制信号，实现对生产过程的自动化控制。 7.分程控制系统：一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上调节阀动作的系统称为分程控制系统。 8.阀位控制系统：是综合考虑快速性、有效性、经济性和合理性的一种控制系统。 概念题 一、填空题 1、把输出量直接或间接地反馈到输入端，形成闭环参与控制的系统，称作 。 2、传递函数反映系统本身的瞬态特性，与本身参数和结构 ，与输入和初始条件 。 3、最大超调量只决定于阻尼比ξ，ξ越小，最大超调量越 。 4、已知系统频率特性为151 +ωj ，当输入为t t x 2sin )(=时，系统的稳态输出为 。 5、校正装置的传递函数为Ts aTs s G c ++= 11)(，系数a 大于1，则该校正装置为 校正装置。 6、如果max ω为)(t f 函数有效频谱的最高频率，那么采样频率s ω满足条件 时，采样函数)(*t f 能无失真地恢复到原来的连续函数)(t f 。 二、单选题 1、闭环控制系统的控制方式为 。 A. 按输入信号控制 B. 按扰动信号控制 C. 按反馈信号控制 D. 按偏差信号控制 2、2、下面说法正确的是 。 A. 传递函数反映了系统的物理特性 B. 传递函数取决于系统的结构和参数 C. 传递函数与输入信号有关 D. 传递函数与初始条件有关 3、某一系统在单位速度输入时稳态误差为零，则该系统的开环传递函数可能是 。 A. 1+Ts K B. ))((b s a s s d s +++ C. )(a s s K + D. ) (2a s s K + 4、已知单位反馈系统的开环奈氏图如图所示，其开环右半S 平面极点数P=0，系统型号1v =，则系统 。 A.稳定 B.不稳定 C.临界稳定 D. 稳定性不能确定 5、串联滞后校正是利用 ，使得系统截止频率下降，从而获得足够的相角裕度。 A ． 校正装置本身的超前相角 B ．校正装置本身的高频幅值衰减特性 C ．校正装置本身的超前相角和高频幅值衰减 D ．校正装置富裕的稳态性能 过程控制系统试卷C卷 一、填空题（每空1.5分）（本题33分） 1、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环组成。 2、过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3、压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测。 4、气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。 7、积分作用的优点是可消除稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统稳定性下降。 8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭 环比值控制和变比值控制三种。 9、造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长 期存在偏差。 二、名词解释题（每小题5分）（本题15分） 1、过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2、串级控制系统：值采用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，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 3、现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。 三、简答题（每小题8分）（本题32分） 1、什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？ 答：PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为：（1）比例参数KC，作用是加快调节，减小稳态误差。（2）积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度（3）微分参数Kd，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。 2、前馈与反馈的区别有哪些？ 答：（1）控制依据：反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”，前馈控制是“基于扰动消除扰动对被控量的影响”。 1、什么是比值控制系统它有哪几种类型画出它们的结构原理图。 答：比值控制系统：用来实现两个或者两个以上物料保持一定比例关系的控制系统。四种类型：开环比值控制，单闭环比值，双闭环比值，变比值。 画图 Pic1开环比值控制 Pic2单闭环比值 Pic3双闭环比值 主流量 设定值 主流量 副流量 主测量变送 副测量变送 副控制器副控制阀副流量对象 F M KF M F S K - 主流量对象 主控制阀 主控制器 - 副流量 设定值 Pic4变比值 F M 测量变送 比值控制器 执行器副流量对象 - 主对象 (变换炉) 测量变送 除法器 主控制器 - 主、测量变送 F S 2、如图所示的反应釜进行的是放热反应，而釜内温度过高会发生事故，因此采用夹套通冷却水来进行冷却，以带走反应过程中所产生的热量。由于工艺对该反应过程温度控制精度要求很高，单回路控制满足不了要求，需用串级控制。 （1）当冷却水压力波动是主要干扰时，应怎样组成串级画出系统结构图。 （2）当冷却水入口温度波动是主要干扰时，应怎样组成串级画出系统结构图。 （3）对上述两种不同控制方案选择控制阀的气开、闭形式及主、副控制器的正、反作用。 答：（1） （2） （3 ）选择气闭，上述两种情况均为主控制器反作用，副控制器正作用。 3、某前馈-串级控制系统如图所示。已知： ;1 23)(;1)()(;2)(;9)()(012121+= =====s s G s G s G S G S G S G m m V C C ;1 25 .0)(;123)(02+=+= s s G s s G f 要求：（1）绘出该系统方框图。（2）计算前馈控制器的数学模型。3）假定控制阀为气开式，试确定各控 制器的正/反作用。 答：（1） ) (s G f ) (1s G c ) (s H ) (s R ) (2s G p ) (2s G c ) (s G d ) (1s G p ) (s Y ) (s D (2) )()()() ()(1)()(1)() ()(112222s G s G s H s G s G s G s G s G s D s Y p c p c p c d ++= )()()()()(1)()(1) ()()(1) ()() (11222212 222s G s G s H s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G p c p c p c p p c p c ff ++ ++=0 求的，Gff （s ）= （3）主为正作用，副为反作用。 3、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. . 2017 年自动控制原理期末考试卷与答案 一、填空题（每空1分，共20分） 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和准确性。 2、控制系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值称为传递函数。 3、在经典控制理论中，可采用劳斯判据(或：时域分析法)、根轨迹法或奈奎斯特判据( 或：频域分析法 ) 等方法判断线性控制系统稳定性。 4、控制系统的数学模型，取决于系统结构和参数 , 与外作用及初始条件无关。 5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为20lg A( ) ( 或： L( ) ) ，横坐标为 lg 。 6、奈奎斯特稳定判据中， Z = P - R，其中 P 是指开环传函中具有正实部的极点的个数，Z是指闭环传函中具有正实部的极点的个数， R 指奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。 7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，t s定义为调整时间。%是超调量。 A()K K22 8、设系统的开环传递函数为，则其开环幅频特性为(T1 )1(T2 )1，相 s(T1s 1)(T2 s 1) 频特性为()900tg 1(T1 ) tg 1(T2 ) 。 9、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 10、若某系统的单位脉冲响应为g (t) 10e 0.2 t5e 0.5t，则该系统的传递函数G(s) 为105。 s0.2 s s 0.5s 11、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称 为开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。 12、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 13、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断 昆明理工大学过程控制系 统期末复习题 Modified by JEEP on December 26th, 2020. 一、填空（每空1分，共20分） 1、自动控制系统按给定值不同分类,可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统三种类型。 2、比例控制规律的优点是控制及时、积分控制规律的优点是消除余差、微分控制规律的特点是超 前控制。 3、自动控制系统中LT表示液位变送器，LRC表示。 5、控制器的工作状态有气开式和气关式。 7、自动控制系统是由控制对象、测量变送器、控制器、控制阀四部分组成。 8、气动控制阀开关形式有气开式和气关式。 1、、串级控制系统中副控制器的正反作用方式由和 决定的。 2、控制阀的选择主要从结构类型、流量特性、口径和作用方式四个方面考虑。 3、简单控制系统是由一个测量元件、一个变送器、一个控制器、一个控制阀和 一个被控对象组成的闭环负反馈系统。 4、比值控制系统的类型有开环比值、单闭环比值、双闭环比值和变比值控制系统。 5、DDZ-Ш仪表输出信号为4--20m A DC或1--10 VDC。 6、控制器的工作状态有气开式和气关式。 7、控制器的作用方式有正作用和反作用。 二、分析说明（共35分） 1、举一个串级控制系统的例子，并说明使用串级控制系统的场合（10分） 2、举一个前馈-反馈控制系统的例子，并说明前馈使用的场合（10分） 2题图左划横线是 1.是，系统中存在频繁且幅值大的干扰可测但是不可控，对被控变量影响较大，采用反馈控制难以克服，但工艺上被控变量的要求又比较严格，可以考虑引入前馈回路来改善系统的品质 2.当采用串级控制系统仍不能把主要干扰包含在副回路中时，采用前馈——反馈控制系统， 可获得更好的控制效果。 3.当对象的控制通道滞后大时，反馈控制不及时，控制质量差，可采用前馈——反馈控制统， 以提高控制的质量。 3、下图为取暖锅炉液位的控制方案，分析控制阀的开关形式（说明依据），判断控制器的正反作用（写明判断过程）。说明什么是被控变量、操纵变量、干扰分析控制过程（15分） 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．热电偶温度计的基本组成部分部分是（热电偶）、（测量仪表）、（连接热电偶）和（测量仪表的导线）。 7．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。 8．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 2-11简述积分控制规律 答：积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。2-12比例调节器和积分调节器有何不同 答：比例调节器的输出只取决于（输入偏差的现状），而积分调节器的输出则包含了（输入偏差量的全部历史） 2-13简述比例积分控制规律。答：比例部分能（迅速响应控制作用），积分部分则（最终消除稳态偏差）。 2-14微机控制的调速系统有什么特点答：（信号离散化，信息数字化）。 2-15旋转编码器分为哪几种各有什么特点答：绝对式编码器：常用语检测转角信号，若需要转速信号，应对转角微分。增量式编码器：可直接检测转速信号。2-16数字测速方法有哪些精度指标答：（分辨率，测速误差率）。 2-17采用旋转编码器的数字测速方法有（M，T，M/T）。高低全 2-18为什么积分需限幅答：若没有积分限幅，积分项可能很大，将产生较大的退饱和超调。 2-19简述带电流截止负反馈环节转速反馈调速系统机械特性的特点。 答：电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻KpKsR，导致当Id=Idcr 时，机械特性急剧下垂；比较电压Ucom与给定电压Un*作用一致，相当于把理想空载转速提高到n0`=(KpKs(Un*+Ucom))/(Ce(1+K))。 3-2由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。（未验证） 答：电动机堵转则转速恒为零，在一定的给定下，偏差电压相当大，从而使ASR 迅速达到饱和，又电动机转速由于转轴堵死无法提升，故ACR无法退饱和，因此系统处于ASR饱和状态。 3-3双闭环直流调速系统中，给定电压Un*不变，增加转速负反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un和实际转速n是增加、减小还是不变（已验证）答：转速反馈系数α增加，则转速反馈电压Un增加，给定电压Un*，则转速偏差电压减小，则ASR给定电压Ui*减小，则控制电压Uc减小，则转速n减小；转速n 减小，则转速反馈电压Un减小，直到转速偏差电压为零；故稳态时转速反馈电压Un不变，且实际转速n减小。 3-4双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象（未通过验证，求姐）（1）电流反馈极性接反。（2）转速极性接反。 答：（1）由于电流环的正反馈作用，电枢电流将持续上升，转速上升飞快，电动机飞车。（2）由于转速环的正反馈作用，ACR无法退饱和，电动机转速持续恒流上升。 3-5某双闭环调速系统，ASR、均采用PI调节器，ACR调试中怎样才能做到Uim*=6V 时，Idm=20A；如欲使Un*=10V时，n=1000rpm，应调什么参数答：（1）调节电流反馈系数β=；（2）调节转速反馈系数α=。 3-6在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数改变转速调节器的放大倍数Kn行不行（==|||）改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不行改变转速反馈系数α行不行若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数 答：通常可以调节给定电压。改变Kn和Ks都不行，因为转速电流双闭环直流调速系统对前向通道内的阶跃扰动均有能力克服。也可以改变α，但目的通常是为了获得更理想的机械特性。若要改变堵转电流，应调节电流反馈系数β。 《 自动控制原理B 》 试题A 卷答案 一、单项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分） 1．若某负反馈控制系统的开环传递函数为 5 (1) s s +，则该系统的闭环特征方程为 ( D )。 A ．(1)0s s += B. (1)50s s ++= C.(1)10s s ++= D.与是否为单位反馈系统有关 2．梅逊公式主要用来（ C ）。 A.判断稳定性 B.计算输入误差 C.求系统的传递函数 D.求系统的根轨迹 3．关于传递函数，错误的说法是 ( B )。 A.传递函数只适用于线性定常系统； B.传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C.传递函数一般是为复变量s 的真分式； D.闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。 4．一阶系统的阶跃响应（ C ）。 A ．当时间常数较大时有超调 B ．有超调 C ．无超调 D ．当时间常数较小时有超调 5. 如果输入信号为单位斜坡函数时，系统的稳态误差为无穷大，则此系统为（ A ） A ． 0型系统 B. I 型系统 C. II 型系统 D. III 型系统 二、填空题（本大题共7小题，每空1分，共10分） 1．一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：___稳定性、快速性、__准确性___。 2.对控制系统建模而言，同一个控制系统可以用不同的 数学模型 来描述。 3. 控制系统的基本控制方式为 开环控制 和 闭环控制 。 4. 某负反馈控制系统前向通路的传递函数为()G s ，反馈通路的传递函数为()H s ，则系统 的开环传递函数为()()G s H s ，系统的闭环传递函数为 () 1()() G s G s H s + 。 5 开环传递函数为2(2)(1) ()()(4)(22) K s s G s H s s s s s ++= +++，其根轨迹的起点为0,4,1j --±。 6. 当欠阻尼二阶系统的阻尼比减小时，在单位阶跃输入信号作用下，最大超调量将 增大 。 7.串联方框图的等效传递函数等于各串联传递函数之 积 。 三、简答题（本题10分） 图1为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方框图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？ 《过程控制工程》期末复习题答案 一、（每空1分） 1、强，弱 2、简单均匀控制，串级均匀控制，双冲量均匀控制 3、比例，积分，微分 4、泵，风机和压缩机 5、经验法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 6、串级，前馈，比值，均匀，分程，选择性任选三个 7、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统 8、线性型、等百分比（或对数）型、抛物线型、快开型 9、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统 10、控制器、控制阀、受控对象、测量变送器 11、换热器、加热炉、锅炉（再沸器、冷凝器、加热器等） 12、比例积分（PI）控制 13、衰减比、超调量与最大动态偏差、余差 14、10：1，4：1 15、换热器、加热炉、锅炉、再沸器、冷凝器、加热器中任选三种 16、精馏塔塔身、冷凝器、再沸器、回流罐、间接产品质量指标 二、（10分）选择题 1、C 2、B 3、C 4、C 5、B 6、A 7、B 8、B 9、A 10、B 三、（每题5分） 1、 （1）副控制器的正反作用改变，而主控制器的正反作用不改变。 （2）调节阀口径由30变为20，则调节阀的静态增益Kv减小，为保证副回路的控制品质不变，则应该减小副控制器的比例度，积分时间不需要改变。由于主控制器对副回路中副对象、副回路控制阀具有鲁棒性，所以主控制器的比例度和积分时间不需要改变。 2、保证整个闭环构成一个负反馈。 3、分程控制是指用一个控制器来控制两个或两个以上的控制阀，每个控制阀工作在控制器的某个信号区间。 主要应用场合： （1）用于扩大调节阀的可调范围 （2）用于控制两种不同的工艺介质，以满足工艺生产的要求 （3）用于生产安全的防护措施 4、固定极限流量法和可变极限流量法。 固定极限流量法：可靠性高，投资少，适用于固定流量的场合 可变极限流量法：适用于压缩机负荷经常波动的场合。 5、所谓三冲量控制是指锅炉汽包液位控制系统中，分别引入汽包液位、蒸汽流量和给水流量三个信号，经过一定运算后，共同控制一只控制阀。 引入三冲量控制是因为汽包液位是系统的受控变量，是保证锅炉正常运行的必要指标。而锅炉的汽包液位存在严重的虚假液位情况，单纯根据汽包水位进行控制会导致汽包液位波动严重，控制效果差，甚至会影响事故。而这个虚假液位现象与锅炉的给水流量和蒸汽流量密切相关，引入蒸汽流量信号可以及时克服蒸汽流量波动对汽包水位的影响，并有效克服虚假液位引起的控制系统的误动作。引入给水流量信号可以及时克服给水压力变化对汽包液位的影响。 6、控制器的参数整定是指根据已定的控制方案，通过参数调整来确定控制器的最佳参数值，以使系统获得好的控制质量。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 7、一般水位特性，蒸气流量提高，导致水位下降。但汽包水位特殊，蒸气流量提高，饱和水迅速汽化，水容积增大，水位上升。与一般水位动态特性叠加，表现为水位先升后降，称为“虚假液位”。这种反相变化特性给控制带来困难，可以采用双冲量和三冲量控制。 8、对于具有积分作用的控制器，只要被调量与设定值之间存在偏差，其输出会不停地变化，如果由于某种原因导致偏差无法消除，则经过一段时间调节器的输出将进入深度饱和状态，是为积分饱和现象。 产生的条件（1）控制器有积分作用。（2）控制器输入偏差长期存在。 9、当压缩机的负荷降低到一定程度，气体的排出量会出现强烈的振荡，因而机身也发生剧烈振动，这种现象称为喘振。 10、前馈控制系统基于干扰调节，更及时，但对受控变量是开环控制，而且一种前馈控制系统只能克服一种干扰；反馈控制系统基于偏差调节，对受控变量是闭环控制，能够克服各种干扰。 11、凡是在控制系统中引入选择器的就称为选择性控制系统。 设计选择性控制系统时要考虑：正常控制的参数、极限保护参数、操作变量；调节阀的气开、气关形式；控制器的正反作用；选择器的类型等。 12、均匀控制的目的是实现前后设备在供求关系上达到相互协调，统筹兼顾（3分） 均匀控制的特点是（1）反映前后供求矛盾的两个变量都是变化的，且变化是缓慢的 （2）两个变量的变化均应保持在允许的范围内（2分） 13、一般水位特性，蒸气流量提高，导致水位下降。但汽包水位特殊，蒸气流量提高，意味着汽包 水位下降，饱和水迅速汽化，水容积增大，水位上升。与一般水位动态特性叠加，表现为水位过程控制题库
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