河南理工大学过程控制试卷习题练习习题.doc
河南理工大学过程控制试卷
河南理工大学过程控制系统课程试卷
2008 届毕业生补考
一、填空题：
1、简单控制系统由（控制器）、（执行机构）、（被控对象）和（检测变送仪表）四个环节组成。
2、对象数学模型是指对象的（输入输出）特性，是对象
在各输入量（控制量和检测变送量）作用下，其相应输
出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。
3、获取对象数学模型的方法参方法有：（机理法）和（测试法）。
4、气动执行器由（调节）机构和（执行）机构两部分组成，常用的辅助装置有（阀门）定位器和手轮机构。
5、流通能力Ｃ的定义是：调节阀全开，阀前后压差为（0.1Mp），流体重度为（ 1g/m3），每（小时）所通过的流体（系）数。
6、被调介质流过阀门的（相对）流量与阀门（相对）
行程之间的关系称为调节阀的流量特性；若阀前后压差
保持不变时，上述关系称为（理想流量）特性，实际使
用中，阀门前后的压差总是变化的，此时上述关系为
（工作流量）特性。
7、动态前馈控制的设计思想是通过选择适当的（前馈）
控制器，使干扰信号经过（前馈）控制器致被控量通道
的动态特性完全复制对象（干扰）通道的动态特性，并
使它们符号（相反）（正、反），从而实现对干扰信号进行完全补偿的目标。
8、自动调节系统常用参数整定方法（动态特性参数法），（稳定边界法），（衰减曲线法），（经验法）。
9、调节系统中调节器正、反作用的确定依据是：（保证控制系统成为负反馈）。
4、模糊控制器的设计（不依赖）被控对象的精确数学模型。
二、单项选择题：
1、调节系统的稳定性是对调节系统最基本的要求，稳定调节过程的衰减率ζ应是（ C.0<ζ <1）。
2、线性调节系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于（Ｃ．干扰作用的形式、强弱和系统本身的结构、参数。）
3、单纯的前馈调节是一种能对（ C．干扰量的变化）进
行补偿的调节系统。
4、均匀控制系统的任务是（ A．使前后设备在物料供求
上相互均匀、协调。）
5、定值调节系统是 bi 环调节，前馈系统是 kai 环调节。（B．闭，开）
6、在选择性调节系统中防积分饱和一般采用（B．外反馈法）方法。
7、设置分程调节系统的目的是（C．为了满足工艺的特
殊要求，扩大可调比）
8、若控制系统在纯比例作用下已整定好参数，加入积分
作用后，为保证原稳定度，应将比例度（Ａ．增大）
9、成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（Ｄ．PID）。
10、流量、压力调节系统的调节规律，通常选用（Ｂ．P Ｉ）。
11、要消除系统的稳态误差，调节系统的调节规律，
通常选用（Ｂ． PＩ）。
12、通常可以用时间常数T 和放大系数 K 来表示一阶对
象的特性。现有甲乙两个液体贮罐对象，已知甲的
截面积大于乙的截面积，假定流入和流出侧的阀门、
管道尺寸及配管均相同，那么时间常数T（A．甲大于乙）。
13、请判定图所示温度调节系统中，调节阀和调节器
的作用型式。
当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节
介质为过热蒸汽时；（）
蒸汽
TC
TT
物料
换热器
出口温度
冷凝水
Ａ．气关阀，正作用调节器；Ｂ．气开阀，反作用
调节器；
Ｃ．气开阀，正作用调节器；Ｄ．气关阀，反作
用调节器 .
14、同上题图，当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时；（）
Ａ．气关阀，正作用调节器；Ｂ．气开阀，反作用调节器；
Ｃ．气开阀，正作用调节器；Ｄ．气关阀，反作用调节器 .
15、定值系统的传递函数反映了以给定量为输入，以被
控量为输出的动态关系，它（Ａ．与系统本身的结构参数、扰动量的形式及大小均有关。）
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 ．克服调节对象的惯性滞后（时间
常数 T））
13、调节系统中调节器正、反作用的确定是根据
（B．实现闭环回路的负反馈）
14、均匀调节系统调节器参数应为（B．比例度在 100% ～200％之间）。
15、定值系统的传递函数反映了以给定量为输入，以
被控量为输出的动态关系，它（Ａ．与系统本身的结构
参数、扰动量的形式及大小均有关。）
三、问答题：
1、被控参数的选择原则有哪些？
答：如可能，应尽量选择质量指标参数作为被控参数，
当不能选择质量指标作为被控参数时，应选择一个与产
品质量指标有单位对应关系的间接参数作为被控变量。2、分程控制有哪些用途？如何解决两个分程信号衔接处流量我的折点现象？
答：用于满足工艺的特殊要求，扩大可调比；解决： 1. 如果选择直线阀，则应使两个调节阀的流通能力相近。
2.部分分程信号重叠的方法。
3.采用两个对数法并联分程。
3、与单回路控制相比，串级控制系统具有哪些特点？答： 1.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。
4、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
主流量主控制器主控制阀主流量对象
主流量
设定值-
F M
主测量变送
KF M
K 副控制器副控制阀副流量对象
副流量-
副流量
设定值F S
副测量变送
Pic4 变比值
主控制器比值控制器执行器副流量对象主对象
- - F S
(变换炉 ) 测量变送
除法器
测量变送
F M
主、测量变送
1、构成一个自动调节对象应具备哪三个条件？答：
2、什么是分程控制系统？适用于哪些场合？
答：一台控制器的输出信号去操纵两个或者两个以上的控制阀工作，而且每个控制阀上的操作信号只是控制器输出信号的某一段。
场合：用于扩大控制阀的可调比；满目工艺操作上的特殊要求。
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。典型方框图： P106
4、APC 的含义是什么？它主要包括哪些控制系统？答：自适应控制系统。？？？
四、综合分析题
1、（本小题10 分）某水槽液位控制系统如题图所示。已
2 2
知： F=1000cm，R=0.03s/ cm, 调节阀为气关式，其静态增益 |K ν |=28cm3/S ·Ma，液位变送器静态增益K m=1mA/cm。要求：
（1）画出该系统的传递方框图；
（2）调节器为比例调节器，其比例带δ=40%，试分别求出扰动 3 以及定值扰动r=0.5mA 时，被
Q=56cm/s
d
调量 h 的残差。
（3）若δ改为 120%，其他条件不变，h 的残差又是多少？比较（ 1）、（2）的计算结果，总结δ值对系
统残差的影响。
（4）液位调节器改为 PI 调节器后，h 的残差又是多少？答：作业题原题
2、本小题（ 10 分）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、（本小题 11 分）某前馈 - 串级控制系统如图所示。已知：
G C1 (S) G C 2(S) 9; G V (S) 2; G m1(s) G
m2
3
;
(s) 1;G01(s)
2s 1
G 02 ( s) 3 ; G f ( s) 0 .5 ;
2 s 1 2 s 1
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）
D (s)
G f (s)
G d (s)
R(s)
(s)
Y (s)
G c1 G c2 (s)G p2 (s)G p1 (s)
H (s)
G c2 (s)G p 2 (s) G p1 (s)
(2) Y( s)
G ff (s)
G
c2
G d ( s)
G c 2 1 G c2 (s)G p 2 (s)
=0
D (s)
(s)G p 2 ( s)
( s)G p2 (s)
1
H ( s)G c1( s)G p1 (s) 1
H (s)G c1 (s)G p1 (s)
1 G c
2 (s)G p 2 (s) 1 G c2 (s)G p 2 ( s)
求的， Gff （s ）=？？？
（3）主为正作用，副为反作用。
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。 a 是前馈 - 反馈， b 是串级。
理由 : 因为 a 图中有直接对原料油的控制回路，可以提前消除原料油的扰动，所以是前馈。 b 图是串级控制系统。