化工自动化及仪表总复习题(兼答案版)26802.docx

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1、习题一、 填空题：1干扰是指除操作变量以外，作用于对象并引起被控变量变化的一切因素；2被控对象是是指 需要实实现控制的设设备、机器或或生产过程，称称为对象。3被控变量是是指 对象内要要求保持给定定数值的工艺艺变量称为被被控变量。4工艺变量通通常分为 直接变量 ， 间接接变量， 安全变量量 三大类；5直接变量是是指和生产过过程有着密切切关系、或者者说存在直接接关系的，它它的改变决定定着产品的质质量和数量。6间接变量是是指和生产过过程没有直接接关系，并不不直接决定着着产品的数量量和质量。；7安全变量是是指既和生产产过程没有直直接的关系，同同时也不存在在间接关系，但但它们影响着着生产的安全全性。 8

2、给定值是被被控变量的预预定值称为给给定值。它反映的是是工艺过程的的具体要求。 9操作变量是是指受到控制制装置操纵，用用以使被控变变量保持给定定值的物料量量或能量。10偏差 偏差差=实际值-给定值11闭环控制制系统通常包包括定值控制制系统， 随动控制系系统，程序控制系系统；12定值控制制系统是指 被控变量量的给定值恒恒定不变 。13随动控制制系统是指 给定值不断断变化，而且且变化是随机机的。14程序控制制系统是指给给定值不断变变化，但x=x(t)是是已知的。 15偏差产生生的原因通常常分为由于干扰导致致实际值发生生了变化：给定值发生了变变； 计量误差而而引起的偏差差。三个方面。16闭环控制制系统

3、通常是是由 检测元件和和变送器； 比较机构；调节装置； 执行器 四个部分组组成的。17检测元件件和变送器的的作用是把被被控变量y（t）转化为测测量值z（t），z（t）是统一标标准信号；比较机构的的作用是 计算偏差e（t）；调节装置的的作用是依据据偏差的大小小、正负，按按照一定的规规律给出调节节作用；执行器的作作用是 接受调节器器送来的信号号p（t）,发出相关的的信号，改变变操作变量。18自动控制制系统中流动动的是信号流流 。19LC表示示的是 液位控制制器 ；L是指指 液位 ；C是指 控制 。20自动控制制系统的静态态是指 被控变量y（t）不随时间间而变化的平平衡状态称为为系统的“静态”；动态

4、是指 被控变量y（t）随时间而而变化的平衡衡状态称为系系统的“动态”；过渡过程是是指调节系统统在受到外作作用下，从一一个平衡状态态进入到新的的平衡状态的的整个过程称称为控制系统统的过渡过程程；21干扰的理理想形式有 阶跃扰动 ，斜坡扰动 ， 正弦波波扰动 ， 脉冲扰动动 ；22过渡过程程的主要形式式有非周期衰衰减过程，又又叫单调过程程，衰减振荡过过程，等幅振荡过过程，发散振荡过过程；23定值控制制系统衰减比比通常规定在在 4：1 范围内；随随动控制系统统衰减比通常常规定在 10：1 范围内；24过渡过程程的品质指标标有衰减比 ，振荡周期或或频率 ，余差，最大偏差或或超调量 ； 过渡时间。25控

5、制通道道是指扰动变量到到被控变量之之间的信号联联系 ，干扰通道道是指 做操作变量量到被控变量量之间的信号号联系 ；26描述对象象的数学模型型通常分为 参量模型型 ，非参量模型型 。27描述对象象的反应曲线线通常分为有有自衡能力的的非周期特性性 ， 非自衡非非周期特性 ， 振荡特性性 ， 反向特性 四种类型。28描述对象象特性的三个个参数是指 放大系数K ， 时间常数数T ，滞后时间 ；29KO的含含义是被控变变量的变化量量与操作变量量的变化之比比 ；一般希望望该值 大一点 ；Kf的含义是 被控变量的的变化量和扰扰动幅度之比比 ；一般希望望该值 小一点 ；30时间常数数的含义 当时的充电时时间

6、；调节通道道To一般应 合适 ；Tf一般应 越大 。31纯滞后产产生的原因是是 由于于信息传输需需要时间而引引起的 ；容量滞后后产生的原因因是 一般是由由物料传递需需要通过一定定阻力而引起起的 ；32双容量对对象可以看成成一个 单容量对对象 和一个 纯滞后过程程 组合；33一阶对象象是指 动态方程都都是一阶常系系数微分方程程 ；34绝对误差差是指 测量值与与真实值之差差 ；相对误差y是指 某一点的的绝对误差和和标准表在该该点的指示值值之比 。35精度不仅仅和 绝对误差差有关 ，也和 仪表的测测量范围有关关 。36仪表的精精度通常用 相相对百分误差差 来表示示。37仪表等级级度值越小，表表示仪表

7、精度度 高 ；标准表精度度一般为 0.05 以上。38工业生产产上，感温元元件通常有 热电阻 ， 热电偶 。39热电偶温温度计由 热电偶 ， 测量仪表 ， 连接导线 三部分组组成；40热电势eeAB和两方面面因素有关，一一是取决于 接触处的金金属性质的差差异 ，二是 温度 有关。41热电偶温温度补偿方法法通常包括校校正仪表零点点法 ， 补偿电桥桥法 ；42热电偶温温度变送器结结构通常分为为 输入电桥 ， 放大电路 ， 反馈电路 三个部分；43热电偶的的分度表是指指t0=0。热电偶的的冷端温度始始终保持在00上。将E（t，t0）和t之间的一一一对应关系作作成一个标准准的数据表格格 ；分度号是是指

8、 热电偶的的代号 ；44在高温区区通常采用 热电偶偶 作为测温温元件，在中中、低温区通通常采用 热电阻 作为测温温元件；45热电阻是是由 热电阻（感感温元件） ， 显示仪表（不不平衡电桥或或平衡电桥） ， 连接导线 三部分组成；46热电阻温温度变送器结结构通常分为为输入电桥 ，放大电路 ，反馈电路三个部分；47显示仪表表又叫 二次仪表 ；48“XCZZ”中各字母代代表的含义，X 显示仪表 ，C 动圈式磁电式 ，Z 指示仪 ；49“XCTT”中各字母代代表的含义，X显示仪表 ，C 动圈式磁电式 ，T 指示调节仪 ；50动圈式显显示仪表的外外接电阻通常常规定为155欧姆 ；外接调整整电阻的作用用是

9、 ；外接电阻阻通常由 热电偶电阻阻， 补偿导线电电阻， 连接铜导导线电阻， 外接调整电电阻四项组成成；51基本控制制规律通常包包括 位式控制制（主要指双双位控制） ，比例控制（PP） ， 积分控制（II） ， 微分控制（DD） ；52比例控制制规律是研究究 具有比例例控制规律的的控制器 ；53比例度的定义式对单单元组合仪表表，和kp之间的关系系为 54比例度越大表示比比例控制作用用越弱 ，越小表示比比例控制作用用 越强 ；55一般工业业用调节器的的比例度在52500% 范围内；56积分调节节规律最大的的优点是能够够消除 偏差 ；57输入输输出关系符合合关系式的调调节规律称为为积分规律；58积分

10、速度度kI的含义是 表示积分控控制作用强弱弱的参数 ，kI越大表示积积分作用控制制越及时 ；59微分时间间TD的含义是 表示微分控控制作用强弱弱的参数 ，TD越大表示微微分作用 微分作用越越强 ；60气动执行行器分为两部部分，分别为为执行机构 、 控制机构构 ；61当阀芯向向下运动时，流流通截面积减减小 时，叫正装装；62当阀芯向向下运动时，流流通截面积增增大 时，叫反装装；63控制阀的的理想流量特特性包括直线线流量特性 ，等百分比流流量特性 ，抛物线流量量特性 ，快开特性 ；64可调比RR的定义式为为，国产控制制阀可调比RR一般为 30 ；65执行器的的气开、气关关选择的主要要依据是 安全状

11、态态 ；66被控变量量选择的原则则有 根据工艺艺要求，确定定直接变量，直直接变量检测测和控制有困困难，则选间间接变量 、 依据相律，进进一步缩小被被控变量的数数量范围 、 根据控制要要求，考察各各个候选被控控变量的灵敏敏度 、 进一步考察察工艺变量的的工艺合理性性 ；67干扰通道道存在纯滞后后时，对被控控变量y 没有 影响；68常用的工工程整定方法法有临界比例例度法 、 衰减曲曲线法 、 经验凑试试法 ； 69经验凑试试法的原则是是看曲线 、 作分析 、调参数 、寻最佳 ；70串级控制制系统的特点点 两个检测测变送器 、 两个调节器器 、 一个控制制阀 、 两个调节器器之间是有信信号流将它们们

12、串接在一起起，其中一个个调节器的输输出为另一个个调节器的输输 ；71对串级控控制系统，副副控制器作用用方向的选择择和 简单控制系系统作用方向向 一样，主主控制器作用用方向的选择择和调节阀的的气开、气关关型式 无关；72前馈控制制系统的特点点 这是个开环环控制系统（根根据信号流走走向，信号流流在被控对象象处断开） 、 一个检测器器只能测出一一个干扰，所所以前馈控制制只能克服一一种干扰 、 前馈控制是是基于不变性性原理而工作作的，控制及及时、有效 、 前馈控制规规律不是PIID，而是采采用由“不变性原理理”决定的“专用”控制规律 ；73前馈控制制系统是基于于 不变性原理理 工作的；74离心泵的的控

13、制方案一一般包括 改变调节阀阀的开启度 、 改变泵的的转速 、改变回流量量 ；75精馏塔的的控制方案中中，通常选择择塔顶温度 、 塔底温度度 、灵敏板温度度 、 中间温度 、 温差控制制 作为间接被被控变量；二、问答题：1 过渡过程的基本本形式有哪几几种（用图表表示）？简要要阐述其特点点；工业生产产一般需要什什么类型的过过渡过程？解：非周期衰减减过程，又叫叫单调过程：特征：被控控变量没有来来会（沿t轴）的波动动，沿着一侧侧作缓慢的变变化，最后稳稳定下来；衰减振荡过程：特征：被控控变量上下波波动，但振幅幅逐渐减小，最最后稳定在某某一个值上面面；等幅振荡过程：特征：振幅幅不变；发散振荡过程：特征：

14、振幅幅不断增大，被被控变量最终终远离给定值值；工业生产一般需需要衰减振荡荡过程2 试阐述下图所示示的温度控制制系统为开环环的原因？3 闭环控制系统分分为哪三类？简要阐述各各类的特点。解：1、定值控控制系统：特特点：被控变变量的给定值值恒定不变 ； 2、随随动控制系统统：特点：给给定值不断变变化，而且变变化是随机的的；3、程序控制系系统：特点：给定值不断断变化，但xx=x(t)是已知的。4 画出简单控制系系统的方块图图，并简要阐阐述各环节的的作用。解：a检测元件和和变送器：把把被控变量yy（t）转化为测测量值z（t），z（t）是统一标标准信号。b“O”比较较机构：作用用是计算偏差差e（t）。c调

15、节装置：依据偏差的的大小、正负负，按照一定定的规律给出出调节作用。d执行器：接接受调节器送送来的信号pp（t）,发出相关的的信号，改变变操作变量。5 对下列液位控制制对象，试绘图说明被控控变量的变化化情况。 解：变化情况如右图图所示：自身身有能力达到到新的平衡状状态随q增大， hh增高，随h增高的增高高，Q也随之之变大，最终终达到新的平平衡6 当输入流量qii作阶跃变化化，试绘图说说明被控变量量h1、h2的变化情况况。解：变化图线如如下：随着h1的增高高，q1会随之而而增大，则hh2也会随之之而升高，但但是h2开始变化化比较缓慢，因因为这时h1增加不多多；h1增加越高高，q1也增加越越高，h2

16、的速度会会逐渐加快；而h2的升高，也也必然导致qq0的加大，即即最后阶段hh2的变化呈呈现平缓趋势势 7 热电偶冷端温度度为什么必须须要进行补偿偿？试简要说说明补偿步骤和原原理。解：原因：一是是冷端和热端端很靠近，所所以热端温度度必然影响到到冷端温度；二是热电偶偶在使用过程程中，冷端总总是暴露在空空气中，冷端端温度必然受受到周围环境境的影响。所所以要进行补补偿。第一：补偿导线线的使用（解解决冷端温度度恒定）；第第二：冷端温温度修正法，原原理：热电偶偶产生的热电电势为：第三：校正仪表表零点法8 试简要说明补偿偿电桥法的工工作原理。解：假设在某一一时刻，冷端端温度为t00=0，显示仪表表指针指向8

17、800，这是实际际温度。此时时电桥平衡，aa点的电位UUa=Ub（bb点电位）。如如果另外一个个时刻，冷端端温度上升，t0 t0（0）。 电桥中的电阻RR1、R2、R3是由锰铜铜丝绕制而成成的，电阻值值稳定。Rtt由铜丝绕制制成的，电阻阻值随温度的的变化而变化化。通常将RRt和热电偶偶的冷端连在在一起。介质质温度升高，电电阻值升高；温度下降，电电阻值也下降降。9 什么是“三线制制”？引入“三线制”的作用是什什么？解：“三线制”：从热电阻阻引出三根导导线，其中与与热电阻相连连的两根导线线分别接入桥桥路的两个相相邻桥臂上，第第三根导线与与稳压电源的的负极相连。作作用：当环境境温度变化时时，两根导线

18、线电阻同时变变化，便可抵抵消对仪表读读数的影响。10.结合下图图，简要说明明电子电位差差计的工作过过程。11.结合下图图简要阐述双双位控制的过过渡过程的特特征。12.为什么说说比例控制作作用一定产生生余差？说明明理由。13.基本控制制规律有哪些些？简要说明明、TI、TD对过渡过程程的影响。解：基本控制规规律通常包括括1）位式控控制（主要指指双位控制） ，2）比例例控制（P）， 3）积积分控制（II） ，4）微微分控制（DD） ；：比例控制最最大优点：反反映非常迅速速，能很快地地克服扰动，使使系统稳定下下TI短，积分作作用增强，系系统振荡加剧剧，稳定性下下降，导致系系统的不稳定定。Td太大，微分

19、分作用强，导导致系统振荡荡；而Td太小或为为零，表示微微分作用弱或或没有，对系系统无影响。14.为什么说说等百分比特特性又叫对数数特性？与线线性特性相比比它具有什么么优点？15.控制通道道、干扰通道道存在纯滞后后时，试分别别分析它对被被控变量的影影响。解：如果0=0，操作变变量对y(tt)的影响如如图中A所示示；当纯滞后后为0时，曲线线A平移到BB位置，曲线线A和C之间间的合成就是是曲线D，曲曲线B和C之之间的合成为为曲线E。很很显然，E和和D相比恶化化多了。控制制通道的纯滞滞后应尽量减减少。 当干扰通道存在在纯滞后时，结结论是没有影影响。如下图图，曲线C表表示没有滞后后存在，干扰扰变量对被控

20、控变量的影响响，当滞后为为f时，C平平移到C位置。但在在f时间内，由由于y(t)没有变化，操操作变量对yy(t)也没没有影响，所所以控制结果果也一样，仅仅仅延迟了滞滞后时间f16.试分析双双闭环比值控控制系统和两两个简单控制制系统相比有有哪些优越性性？解：1)a、扰扰动作用于副副对象和简单控制系统统相比较，当当扰动严重时时，由于z22、p1同时变动动，使得控制制作用非常迅迅速；而当扰扰动较小时，由由于副对象调调节通道的滞滞后时间比整整个对象的滞滞后时间要短短得多，所以以控制也同样样非常及时。结论：干扰作用用于副对象时时，串级控制制系统明显优优越于简单控控制系统b、扰动作用于于主对象串级控制系统

21、优优越于简单控控制系统。c、扰动同时作作用于主、副副对象2)特征： 1、对进入副回回路的扰动具具有较迅速、较较强的克服能能力； 2、可以改善对对象特性； 3、可以消除调调节阀的非线线性的影响； 4、可兼顾两个个变量。17.如图1所所示换热器，由由工艺分析得得知：冷物料料流量Q1的变化为主主要干扰，冷冷物料出口温温度2为被控变量量，蒸汽流量量Q2为操作变量量，设所有参参数不随时间间而变化，试试基于不变性性原理设计相相应的控制方方案，并写出出过程及各环环节的作用。18对精密精精馏，为克服服压力的微小小波动对产品品质量的影响响，可以采取取温差控制，试试说明理由。解：选取双温差差的理由是由由压降而引起

22、起的温差，不不仅出现在顶顶部，也出现现在底部，这这种因负荷引引起的温差，在在作相减后就就相互抵消。双双温差控制的的实质是一种种控制精馏塔塔进料板附近近的组成分布布，使得产品品质量合格的的办法。它可可以保证工艺艺上最好的温温度分布曲线线，来代替单单纯的控制塔塔的一端温度度（或温差）。三、判断题1图4所示是是原料油加热热炉温度控制制系统，试问问：这是个什么类类型的控制系系统？画出它它的方块图；解：串级控制系系统；为安全起见，加加热炉不允许许空烧，试确确定控制阀的的气开、气关关型式（应说说明过程）；解：为安全起见见，在自动控控制系统出现现故障时，即即没有控制信信号，控制阀阀应处于关闭闭状态，也就就是

23、有气就开开，没气就关关，所以应当当选气开。确定主、副控控制器的正、反反作用（应说说明过程）；解：副回路中执执行器操作方方式的选择由由生产的安全全性决定，副副控制器的作作用方向将按按照整个副回回路必须构成成负反馈系统统的原则进行行选择，根据据副回路负反反馈的要求，被被控对象为正正作用方向，所所以副调节器器应选反作用用方向。如果燃料的压压力是经常波波动的，上述述系统应如何何改进(绘出实物图图)？试画出它它的方块图，并并确定主、副副控制器的正正、反作用（应应说明过程）。2图5所示是是简单贮槽液液位控制系统统，为安全起起见，贮槽内内液体严格禁禁止抽空，试试在下面两种种情况下，分分别确定执行行器的气开、

24、气气关型式及控控制器的正、反反作用。以Qi为操纵纵变量；以Qo为操纵纵变量。解：（1）为安安全起见，在在自动控制系系统出现故障障时，即没有有控制信号，控控制阀应处于于关闭状态，也也就是有气就就开，没气就就关，所以应应当选气开。(2) 为安全全起见，在自自动控制系统统出现故障时时，即没有控控制信号，控控制阀应处于于打开状态，也也就是没气就就开，有气就就关，所以应应当选气关。3.假定在如图图所示的反应应器温度控制制系统中，反反应器内需维维持一定温度度，以利反应应进行，但温温度不允许过过高，否则有有爆炸危险。试试确定执行器器的气开、气气关型式和控控制器的正、反反作用。4.试确定下图图所示两个系系统中

25、执行器器的正、反作作用及控制器器的正、反作作用。（a）为一加热热器出口物料料温度控制系系统，要求物物料温度不能能过高，否则则容易分解；（b）为一冷却却器出口物料料温度控制系系统，要求物物料温度不能能太低，否则则容易结晶。四、计算题1. 图2所示是一反反应器温度控控制系统示意意图，工艺要要求反应器温温度需要控制制，通过冷却却水流量的变变化可以达到到温度控制的的目的。试画画出该系统的的方块图，并并指出被控对对象、被控变变量、操纵变变量和可能的的干扰？现因因生产因素的的变化，要求求反应温度从从开始的1220提高到1222，当给定值值作阶跃变化化后，被控变变量的变化曲曲线如图所示示，试求该系系统的过渡

26、过过程的品质指指标：最大偏偏差、衰减比比和余差。解：被控对象：反应应器；被控变量：反应应器温度；操作变量：冷却却水流量；可能干扰：冷却却水温度变化化和物料流量量变化；最大偏差 余差差 衰减减比 第一个波波峰 第第二个波峰 2. 为测量某反应器器的对象特性性，在某瞬间间突然将参加加反应的反应应物的流量从从1t/h增加到到1.5t/h，这时反反应器出口温温度的阶跃变变化曲线如图图3所示。假假设该对象为为二阶对象（可可以看成由一一个一阶对象象和纯滞后对对象组成），试试写出描述该该对象的微分分方程（反应应物的流量为为输入量，反反应器出口温温度为输出量量），并解出出反应物的流流量作单位阶阶跃变化时反反应

27、器出口温温度变化量的的函数表达式式。3现用一支镍镍铬铜镍热电偶偶测某换热器器内的温度，其其冷端温度为为30，显示仪表表的机械零点点在0时，这时指指示值为4000，则认为换换热器内的温温度为4300对不对？为为什么？正确确值为多少度度？解：不对，因为此时冷端温温度为30，而仪表的的指示值(4400)是在仪表表的机械零位位在0时的值，所所以此时仪表表指示值不是是换热器的实实际温度。查表可得：。此此时电势即为为即查表得4用K热电偶偶温度计测某某设备温度，测测得的热电势势为20mVV，冷端（室室温）为255，求设备的的温度？如果果改为E热电电偶来测温，在在相同的条件件下，E热电电偶测得的热热电势为多少少？解：当热电势为为时，此时冷冷端温度为225，即查表可得： 因为： 由此电势，查表表可得，及设设备温度为5509。若改用E热电偶偶来测温，此此时冷端温度度仍为25。查表可得得：设备温度为5009，查表可得得：因为 即E热电偶测得得的热点是为为36.2mmV。5、测温系统如如图所示，已已知热电偶为为K，但错用用与E配套的的显示仪表，当当仪表指示为为160时，请计算算实际温度ttx为多少度？（室温为255）解：对E热电偶偶，查表可得得：对K热电偶，查查表可得：故 查表可得：23