第1章（P15）（1）簡述過程控制的特點。Q：1）系統由被控過程與系列化生產的自動化儀表組成；2）被控過程復雜多樣，通用控制系統難以設計；3）控制方案豐富多彩，控制要求越來越高；4）控制過程大多屬于慢變過程與參量控制；5）定值控制是過程控制的主要形式。（2）什么是過程控制系統？試用框圖表示其一般組成。Q：1）過程控制是生產過程自動化的簡稱。它泛指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業生產中連續的或按一定周期程序進行的生產過程自動控制，是自動化技術的重要組成部分。過程控制通常是對生產過程中的溫度、壓力、流量、液位、成分和物性等工藝參數進行控制，使其保持為定值或按一定規律變化，以確保產品質量和生產安全，并使生產過程按最優化目標自動進行。2）組成框圖：（3）)單元組合式儀表的統一信號是如何規定的？Q：各個單元模塊之間用統一的標準信號進行聯絡。1）模擬儀表的信號：氣動0.020.1MPa、電動型：420mADC或15V DC。2）數字式儀表的信號：無統一標準。（4）試將圖1-2加熱爐控制系統流程圖用框圖表示。Q：是串級控制系統。方塊圖：（5）過程控制系統的單項性能指標有哪些？各自是如何定義的？Q：1）最大偏差、超調量、衰減比、余差、調節時間、峰值時間、振蕩周期和頻率。2）略（8）通常過程控制系統可分為哪幾種類型？試舉例說明。Q：1）按結構不同，分為反饋控制系統、前饋控制系統、前饋-反饋復合控制系統；按設定值不同，分為定值控制系統、隨動控制系統、順序控制系統。2）略（10）只要是防爆儀表就可以用于有爆炸危險的場所嗎？為什么？Q：1）不是這樣。2）比如對安全火花型防爆儀表，還有安全等級方面的考慮等。（11）構成安全火花型防爆系統的儀表都是安全火花型的嗎？為什么？Q：1）是。2）這是構成安全火花型防爆系統的一個條件。2、綜合練習題（1）簡述圖1-11所示系統的工作原理，畫出控制系統的框圖并寫明每一框圖的輸入/輸出變量名稱和所用儀表的名稱。Q：1）圖為液位控制系統，由儲水箱（被控過程）、液位檢測器（測量變送器）、液位控制器、調節閥組成的反饋控制系統，為了達到對水箱液位進行控制的目的，對液位進行檢測，經過液位控制器來控制調節閥，從而調節q1（流量）來實現液位控制的作用。2）框圖：3）控制器輸入輸出分別為：設定值與反饋值之差e(t )、控制量u(t )；執行器輸入輸出分別為：控制量u(t )、操作變量q1 (t ) ；被控對象的輸入輸出為：操作變量q1 (t ) 、擾動量q2 (t ) ，被控量h ；所用儀表為：控制器（例如PID 控制器）、調節閥、液位測量變送器。（2）什么是儀表的信號制？通常，現場與控制室儀表之間采用直流電流信號、控制室內部儀表之間采用直流電壓信號，這是為什么？Q：1）自動化儀表的信號制是指在成套系列儀表中，各個儀表的輸入/輸出信號均采用某種統一的標準形式，使各個儀表間的任意連接成為可能。2）略（3）某化學反應過程規定操作溫度為800，最大超調量小于或等于5，要求設計的定值控制系統，在設定值作階躍干擾時的過渡過程曲線如下圖所示。要求：1）計算該系統的穩態誤差、衰減比、最大超調量和過渡過程時間。2）說明該系統是否滿足工藝要求。Q：1）由上圖可得y() = 810，設定值r=800, B1=850810=40,B2=820810=10穩態誤差e() = r y() =800-810= 10衰減比：，最大超調量：過渡過程時間ts ：大概在17min 左右2）雖然該系統最大超調滿足要求，然而在規定操作溫度為800，而最后趨于穩定的值卻為810，因此不滿足工藝要求。（4）圖1-13所示為一類簡單鍋爐汽包水位控制流程圖，試畫出該控制系統框圖，并說明其被控過程、被控參數、控制參數和干擾參數各是什么？Q：1）控制系統框圖：被控過程：加熱器+汽包被控參數：汽包水位控制參數：上水流量干擾參數：蒸汽流量變化第2章（P70）1、基本練習題（3）某臺測溫儀表測量的上下限為5001000，它的最大絕對誤差為2，試確定該儀表的精度等級。Q：儀表的引用誤差，其精度等級為0.4級。（4）某臺測溫儀表測量的上下限為1001000，工藝要求該儀表指示值的誤差不超過2，應選精度等級為多少的儀表才能滿足工藝要求？Q：工藝允許的儀表引用誤差為=應選0.2級的儀表才能滿足。（5）有一臺DDZ-型兩線制差壓變送器，已知其量程為20100kPa，當輸入信號為40kPa和80kPa時，變送器的輸出分別是多少？Q：1）8mA；2）16mA.（6）設有某DDZ-型毫伏輸入變送器，其零點遷移值umin=6mV DC，量程為12mV DC。現已知變送器的輸出電流為12mA DC。試問：被測信號為多少毫伏？Q：12mV DC（12）某被測溫度信號在4080范圍內變化，工藝要求測量誤差不超過1%，現有兩臺測溫儀表，精度等級均為0.5級，其中一臺儀表的測量范圍為0100，另一臺儀表的測量范圍為0200，試問這兩臺儀表能否滿足上述測量要求？Q：工藝允許的最大絕對誤差=。 1）使用0100的儀表，則，0.5級精度不可以滿足； 2）使用0200的儀表，則，0.5級精度不可以滿足； （13）熱電偶測溫時為什么要進行冷端溫度補償？其補償方法常采用哪幾種？Q：1）采用補償導線可把熱電偶的冷端從溫度較高和不穩定的地方，延伸到溫度較低和比較穩定的操作室內，但冷端溫度還不是0 ，而工業上常用熱電偶的Et-t關系曲線是在冷端溫度t0=0情況下得到的，與它配套使用的儀表也是根據這一關系曲線進行刻度的。而操作室的溫度往往不是0 ，這樣測量結果就會有誤差，因此需要進行冷端溫度的校正。（解決冷端溫度不為零的問題） 2）常用的有查表法、電橋補償法。（14）熱電阻測溫電橋中的三線制接法為什么能減小環境溫度變化對測溫精度的影響？Q：因為用熱電阻測溫時，熱電阻要安裝在被測溫度的現場，而電橋中的其它電阻連同儀表一起則安裝在控制室。現場與控制室之間有一定的距離，因此連接熱電阻的導線的電阻往往不可忽略，若采用普通的二線制接法，則連接熱電阻的兩根導線都分布在電橋的一個橋臂上，因此，連接導線的電阻隨著環境溫度的變化而變化，將同熱電阻阻值的變化一起加在平衡電橋的一個橋臂上，這會使測量產生較大的誤差。采用三線制接法可以減少甚至抵消連接導線電阻對測量結果造成的誤差。2、綜合練習題（1）某一標定為100600的溫度計出廠前經校驗，各點的測量結果值如下：被校表讀數/100150200250300400500600標準表讀數/1021492042562964034956061） 試求該儀表的最大絕對誤差。2） 確定該儀表的精度等級。3） 經過一段時間后，儀表的最大絕對誤差為7，問此時儀表的精度等級為多少？Q：1）取中的最大值，計算可知最大絕對誤差等于6。2）儀表引用誤差，符合1.5級精度。3）儀表引用誤差，符合1.5級精度。（2）用分度號Pt100的熱電阻測溫，卻錯查了Cu50的分度表，得到的溫度是150。問實際溫度是多少？Q：1）查Cu50的分度表，找出與150對應的電阻值Rt=82.13；查Pt100的分度表，找出與82.13對應的溫度值，約為45。（3）若被測壓力的變化范圍為0.51.4MPa，要求測量誤差不大于壓力示值的5%。可供選用的壓力表規格：量程為01.6 MPa，02.5 MPa，04MPa，精度等級為1.0、1.5、2.5。試選擇合適量程和精度的壓力表。Q：最大工作壓力不超過儀表量程的2/3，則可選擇02.5MPa范圍。允許的最大絕對誤差：0.5*5%=0.025MPa，允許的最大引用誤差：，可選擇1.0級精度等級。（5）用差壓變送器與標準孔板配套測量管道介質流量。若差壓變送器量程為104Pa，對應輸出信號為420mADC，相應流量為0320m3/h。求差壓變送器輸出信號為8mADC時，對應的差壓值及流量值各是多少？Q：因為未加開方器。流量與差壓的平方根成正比。8mADC對應的差壓值為2500Pa，流量則為160 m3/h。3、設計題（1）用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度，在無冷端溫度補償的情況下，顯示儀表指示值為600，此時冷端溫度為50。試問：實際溫度是多少？如果熱端溫度不變，使冷端溫度為20時，此時顯示儀表指示值應為多少？Q：1）查K分度表，知600對應的熱電勢為24.902mV,由題意可知這熱電勢是由熱端溫度為t，冷端溫度為50的K熱電偶產生的，即，又查K表知，再查K表得t約為648。2），再查K表，與26.126mV熱電勢對應的溫度為628.8.（2）某容器的正常工作壓力范圍為1.01.5MPa，工藝要求就地指示壓力，并要求測量誤差小于被測壓力的5%，試選擇一個合適的壓力表（類型、量程、精度等級），并說明理由。Q：1）類型：可使用彈簧管壓力計。2）最大工作壓力不超過儀表量程的2/3，則可選擇02.5MPa范圍；又由于最小工作壓力1.0大于儀表量程的1/3，所選范圍是合適的。3）允許的最大絕對誤差：1.0*5%=0.05MPa，允許的最大引用誤差：，可選擇1.5級精度等級。（4）某控制系統中有一個量程為20100kPa、精度等級為0.5級的差壓變送器，在校驗時發現，該儀表在整個量程范圍內的絕對誤差變化范圍為0.5+0.4 kPa，試問：該變送器能否直接被原控制系統繼續使用？為什么？Q：不能。因為其最大絕對誤差為0.5，其引用誤差，超出了原先設計的精度要求0.5級的范圍。第3章（P108）1、基本練習題（1）在過程控制中，哪些儀表是屬于過程控制儀表？在過程控制系統中，大多數調節器是電動的，而執行器多數是氣動的，這是為什么？氣動單元組合儀表與電動單元組合儀表各單元之間的標準統一信號又是如何規定的？Q：1）在過程控制中，過程控制儀表：調節器、電/氣轉換器、執行器、安全柵等。2）調節器選電動的因為電源的問題容易解決，作用距離長，一般情況下不受限制；調節精度高，還可以實現微機化。執行器多數是氣動的，因為執行器直接與控制介質接觸，常常在高溫、高壓、深冷、高粘度、易結晶、閃蒸、汽蝕、易爆等惡劣條件下工作，選氣動的執行器就沒有電壓電流信號，不會產生火花，這樣可以保證安全生產和避免嚴重事故的發生。3）氣動儀表的輸入輸出模擬信號統一使用0.020.1MPa 的模擬氣壓信號。電動儀表的輸入輸出模擬信號有直流電流、直流電壓、交流電流和交流電壓四種。各國都以直流電流和直流電壓作為統一標準信號。過程控制系統的模擬直流電流信號為420mA DC，負載250 ；模擬直流電壓信號為15V DC。（2）某比例積分調節器的輸入、輸出范圍均為420mA DC，若設=100%、TI=2min，穩態時其輸出為6mA；若在某一時刻輸入階躍增加1mA，試求經過4min后調節器的輸出。Q：由式，可得。在比例積分作用下，輸出u可由下式計算：，即調節器的輸出u=u+u(0)=3+6=9mA。（6）調節器的正、反作用是如何規定的？Q：當調節器的輸出隨偏差的增大而增大時，稱為正作用調節器，反之為反作用調節器。（7）數字式控制器有哪些主要特點？簡述其硬件的基本構成。Q：1）數字式控制器的主要特點：1、采用了模擬儀表與計算機一體的設計方法，使數字式控制器的外形結構、面板布置、操作方式等保留了模擬調節器的特征。2、與模擬調節器相比具有更豐富的運算控制功能。3、具有數據通信功能，便于系統擴展。4、可靠性高具有自診斷功能，維護方便。2）數字式控制器的硬件電路由主機電路，過程輸入通道、過程輸出通道、人/機聯系部件、通信部件等。（18）過程控制系統的所有儀表與裝置是否都應考慮安全防爆？為什么？Q：不是。現場的所有儀表應考慮安全防爆。非危險場所的儀表則不一定要防爆，現場儀表與非危險場所（包括控制室）之間必須經過安全柵。（19）安全柵在安全防爆系統中的主要作用是什么？簡單齊納式安全柵有何缺點？它是如何改進的？Q：1）參教材P104 ； 2) 參教材P105； 3）參教材P1052、綜合練習題（2）已知某比例微分調節器的傳遞函數為，試求單位階躍輸入作用下的輸出響應表達式，畫出響應曲線。Q：單位階躍輸入的拉氏變換，在階躍輸入作用下的輸出拉氏變換為：，對其取拉氏反變換，可得。第4章（P139）1、基本練習題（1）什么是被控過程的特性？什么是被控過程的數學模型？為什么要研究過程的數學模型？目前研究過程數學模型的主要方法有哪幾種？Q：1）被控過程的特性：被控過程輸入量與輸出量之間的關系。2）被控過程的數學模型：被控過程的特性的數學描述，即過程輸入量與輸出量之間定量關系的數學描述。3）研究過程的數學模型的意義：是控制系統設計的基礎；是控制器參數確定的重要依據；是仿真或研究、開發新型控制策略的必要條件；是設計與操作生產工藝及設備時的指導；是工業過程故障檢測與診斷系統的設計指導。4）主要方法：機理演繹法、試驗辨識法、混合法。（2）響應曲線法辨識過程數學模型時，一般應注意哪些問題？Q：試驗測試前，被控過程應處于相對穩定的工作狀態；相同條件下應重復多做幾次試驗；分別作正、反方向的階躍輸入信號進行試驗；每完成一次試驗后，應將被控過程恢復到原來的工況并穩定一段時間再做第二次試驗；輸入的階躍幅度不能過大也不能過小。（4）圖4-30所示液位過程的輸入量為q1，流出量為q2、q3，液位h為被控參數，C為容量系數，并設R1、R2、R3均為線性液阻。要求：1）列寫該過程的微分方程組。2）畫出該過程框圖。3）求該過程的傳遞函數G0(s)=