1、第一章自動控制系統基本概念4. 自動控制系統主要由哪些環節組成？答：主要由測量與變送器、自動控制器、執行器、被控對象組成。9. 試分別說明什么是被控對象、被控變量、給定值、操縱變量？答：在自動控制系統中，將需要控制其工藝參數的生產設備或機器叫被控對象。生產過程中所要保持恒定的變量，在自動控制系統中稱為被控變量。 工藝上希望保持的被控變量即給定值。具體實現控制作用的變量叫做操縱變量。12. 什么是負反饋？負反饋在自動控制系統中有什么重要意義？答：系統的輸出變量是被控變量，但是它經過測量元件和變送器后，又返回到系統的輸入端， 能夠使原來的信號減弱的做法叫做負反饋。負反饋在自動控制系統中的重要意義是

2、當被控變量， y受到干擾的影響而升高時，只有負反饋 才能使反饋信號升高，經過比較到控制器去的偏差信號將降低，此時控制器將發出信號而使控 制閥的開度發生變化，變化的方向為負，從而使被控變量下降回到給定值，這樣就達到了控制 的目的。11.圖1-18 所示試畫方框圖，并指出該系統的被控對象、被控變量、操縱變量及可能影響被被控對象：反應器 被控變量：反應溫度 操縱變量：冷卻水流量：干擾變量 A、B的流量、溫 度。13. 結合11題，說明該溫度控制系統是一個具有負反饋的閉環系統。當被控變量反應溫度上升后，反饋信號升高，經過比較使控制器的偏差信號 e降低。此時， 控制器將發出信號而使控制閥的開度變大，加大

3、冷卻水流量，從而使被控變量下降到 S.P。所 以該溫度控制系統是一個具有反饋的閉環系統。14. 圖1-18所示的溫度控制系統中，如果由于進料溫度升高使反應器內的溫度超過給定值， 試說明此時該控制系統的工作情況，此時系統是如何通過控制作用來克服干擾作用對被控制 變量影響的？當反應器的溫度超過給定值時，溫度控制器將比較的偏差經過控制運算后， 輸出控制信號使 冷卻水閥門開度增大，從而增大冷卻水流量，使反應器內的溫度降下來。這樣便可以通過控制 作用克服干擾作用對被控變量的影響。15. 按給定值形式不同，自動控制系統可分為定值控制系統、隨動控制系統、程序控制系統。18.什么是自動控制系統的過渡過程？它有

4、哪幾種基本形式？系統由一個平衡狀態過渡到另一個平衡狀態的過程，稱為系統的過渡過程。非周期衰減過程、衰減振蕩過程、等幅振蕩過程、發散振蕩過程。20.自動控制系統衰減振蕩過渡過程的品質指標有哪些？影響這些品質指標的因素是什么？答：自動控制系統衰減振蕩過渡過程的品質指標有最大偏差、衰減比、余差、過渡時間、振 蕩周期或頻率。影響因素有被控對象的額性質，自動化裝置的選擇和調整。第二章過程特征及數學模型8. 反應對象特性的參數有哪些？ 各有什么物理意義？ 他們對自動控制系統有什么影響?描述對象特性的參數有放大系數 K時間常數T、滯后時間r物理意義：K:反應的是對象處于穩定狀態下的輸出變化量和輸入變化量之間

5、的關系。T:系統在受到階躍輸入作用后輸出達到穩定值的 63.2%所需時間系統受到輸入作用后，輸出保持初始速度變化，達到穩定值所需時間。r :是純滯后時間r o和容量滯后r c的總和純滯后一般是由于介質的輸送或熱的傳遞需要一段時間引起的。容量滯后一般是因為物料或能量的傳遞需要通過一定阻力而引起的。影響：對于控制通道。K大，操縱變量的變化對被控變量的影響就大，即控制作用對擾動的補 償能力強，余差也小；K小，控制作用的影響不顯著，被控變量變化緩慢，但K太大，會使控制作用對被控變量的影響國強，使系統穩定性下降在相同的控制作用下， 時間常數T大，則被 控變量的變化比較緩慢，但過渡過程時間較長。若 T小，

6、則被控變量變化速度塊，T太大或太 小，在控制上都將存在一定困難，因此需根據實際情況適中考慮。由于r的存在使控制作用總是落后于被控變量的變化，造成被控變量的最大偏差增大， 控制質量下降。因此，應盡量減小滯后時間 r。對于擾動通道，K大對控制不利，會使最大偏差增大，K小，對控制變量不會產生多大 影響。T 大擾動作用比較平緩，被控變量變化較平穩，對象較易控制純滯后不影響控制系統的品質，容量滯后的存在，使階躍擾動的影響趨于緩和，被控變量的變化相應也緩和一些。因此， 對系統有利。9. 為什么說放大系數K是對象的靜態特性？而時間常數 T和滯后時間r是對象的動態特征？在穩定狀態時，對象一定的輸入就對應著一定

7、的輸出。這種特性稱為對象的靜態特征，而K在數值上等于對象重新穩定后的輸出變化量與輸入變化量之比，所以放大系數是對象靜態特 性。時間常數T和滯后時間都描述的是達到穩態值前的過程，故是對象的動態特性。第三章檢測儀表與傳感3. 何謂儀表的相對百分誤差和允許的相對百分誤差？答：相對百分誤差是指絕對誤差中的最大值 max與儀表量程的百分比。一 max測量范圍上限值-測量范圍下限值100%允許的相對百分誤差是儀表在規定的正常情況下允許的相對誤差的最大值100%:儀表允許的最大絕對誤差值 一測量范圍上限值-測量范圍下限值4. 何謂儀表的精度等級？答：將儀表的允許相對百分誤差去掉“土”號及“”號，便可以用來確

8、定儀表的精確度等級。 目前常用的精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。11彈簧管壓力計的測壓原理是什么？答：它的測壓原理是將被測壓力通入彈簧管后，由于彈簧管的變形使其自由端發生位移，放大后就可以由指針在儀表盤上指示出相應的壓力值。14應片式壓力計與電阻式壓力計各采用什么測壓元件？答：應片式壓力計：電阻應變片電阻式壓力計：單晶硅片15電容式壓力傳感器的工作原理？有何特點？答:它的工作原理是將彈簧管的位移轉換成電容量的變化，將被測膜片作為電容器的可動極板，與固定極板組成可變電容器。當被測壓力改變時由于被測膜片的彈性變形產生位移

9、，改變兩極板之間的距離。造成電容量的變化。特點：結構緊湊，靈敏度高，過載能力大，重量輕，使用方便。26.壓力計安裝要注意什么問題？答：壓力計應安裝在易觀察和檢修的地方。 安裝地點應力求避免振動和高溫影響。 測量蒸汽壓力時，應加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸， 對于有腐蝕性介質 的壓力測量，應加裝有中性介質的隔離罐。 壓力計的連接處，應根據被測壓力的高低和介質性質，選擇適當的材料，作為密封墊片，以 防泄漏。 當被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時， 對由此高度而引起的測量誤差應按 p=± Hp g進行修正。 為安全起見，測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外，安裝時表

10、殼應向墻壁或無人通過之處， 以防發生意外。29.試述化工生產中測量流量的意義？答：在化工生產中，測量流量，以便為生產操作和控制提供依據，使產過程達到優質高產和安 全生產以及進行經濟核算所必需的一個重要參數。30試述差壓式流量計的測壓原理，影響因素？答：它的測壓原理是基于流體流動的節流原理，利用流體經過節流裝置產生的壓力差來實現流 量測量的，當流體流經節流件時，會發生流速的改變，便會產生差壓，在一定條件下，流量與 節流件前后的差壓有一定的單位對應關系。影響因素節流裝置安裝不正確；2）倒壓管安裝不正確或出現堵塞、滲漏等現象；3）差壓計安裝或使用不正確；4）板孔入口邊緣的磨損；5）被測流體工作狀態的

11、變動。35轉子流量計的工作原理？答:它的工作原理是流體流過環系的時候，節流作用使浮子上下表面產生壓力差形成上升力， 它與浮力合力使浮子向上運動，當上升力與浮子本體重量相等的時候，浮子平衡在一個位置， 浮子平衡高度與流體流量的對應關系，這個高度代表流量的大小。40 橢圓齒輪流量計的特點是什么？答：橢圓齒輪流量計的特點是：測量精度高、對流體黏度變化不敏感，特別適用于測量高黏 度 的流體流量，但要求被測介質干凈，不含固體顆粒，一般不宜在高溫或低溫下使用。44質量流量計有那兩大類？答：一種是直接式質量流量計，即直接測量流體的質量流量；另一種是間接式或推倒式質量流量計，這類質量流量計是利用體積流量計和密

12、度計組合來 測量質量流量的。59常用的熱電偶有哪幾種？所配用的補償導線是啥？說明使用補償導線注意那幾點？為啥使 用補償導線？答：鉑銠30-鉑銠6熱電偶、鉑銠10-鉑熱電偶、鎳鉻-鎳硅熱電偶、鎳鉻-考銅熱電偶、銅-康 銅熱電偶；所配用的補償導線是銅-鎳銅；注意：1 ）補償導線與熱電偶型號匹配；2）正負極 對應，不能接反；3）新冷端溫度恒定，原冷端和新冷端溫度在 0-100攝氏度范圍內。 原因：由熱電偶測溫原理知道，只有熱電偶冷端溫度恒定時熱電勢才是被測溫度的單值函數， 但由于熱電偶的工作端和冷端離的很近，而且冷端暴露在空間，容易受到周圍環境溫度的影響， 所以很難保持冷端溫度恒定，當然可以做的熱電

13、偶很長，但消耗過多金屬材料，太浪費，解決 這個問題的方法是使用一種專用導線稱“補償導線”。60.用熱電偶測溫時，為啥進行冷端補償？補償方法有哪幾種？答：采用補償導線后，把冷端從高溫或不穩定的地方延伸到低溫關系穩定的操作室中，由于操作室的溫度一般高于0攝氏度，故冷端溫度還是不能保持0攝氏度恒定，由于工業上常用的熱 電偶冷端溫度均為0度，同時所用儀表也是按照這種關系配套的，因此計算結果還是有很大誤 差的，因此必須對其修正，保證冷端溫度 0度恒定。即冷端溫度補償。方法：1）冷端溫度保持0度恒定的方法；2）冷端溫度修正方法；3）校正儀表零點法；4）補 償電橋法；5）補償熱電偶法。62.用熱電偶測溫時，

14、為什么要進行冷端補償？其冷端補償的方法有哪幾種？答:采用補償導線后，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°C。而工業上常用的各種熱電偶的溫度-熱電勢關系曲線是冷端溫度保持為 0C的情況下得到的，與它配套的使用的儀表也是根據這一曲線進行刻度 的，由于操作室的溫度變化而變化，這樣測量結果就會產生誤差。因此，要進行冷端補償。補償方法：（1）冷端溫度保持為0C的方法（2）冷端溫度修正方法（3）校正儀表零點法（4） 補償電橋法（5）補償熱電偶法65試述熱電阻測溫原理？常用熱電阻種類？R0各為多少？答：利用金屬材料的電阻隨溫度的改變而改變

15、的特性測溫的。常用的熱電阻有鉑電阻和銅電阻Pt50 Pt100 Cu50 Cu100 （R0=50、100）第四章自動控制儀表1.什么是控制器的控制規律？控制器有哪些基本控制規律？答：所謂控制器的控制規律是指控制器的輸出信號P與輸入偏差信號 e之間的關系，即p=f（e）=f（z-x） 式中，Z為測量值信號；x為給定值信號；f為某種函數關系。常用的控制規律有位式控制，比例控制（P），積分控制（I）,微分控制（D）,以及它們的組合 控制規律，例PI,PD,PID等。3. 比例控制規律是怎樣的？答：控制器的控制規律是指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關系，即p=Kp*e,式中，Kp為比例放大系數。4

16、. 何謂比例控制器的比例度？所謂比例度就是指控制器輸入的變化相對值與相應的輸出變化相對值之比的百分數。6. 比例控制器的比例度對控制過程有什么影響？選擇比例度時要注意什么問題？比例度S和放大倍數Kp都能表示比例控制器控制作用的強弱。 只不過Kp越大，表示控制作用 越強，而S越大，表示控制作用越弱。7. 試寫出積分控制規律的數學表達式。為什么積分控制能消除余差？答：表達式為KI / edt P 為輸出變化量，e為輸入偏差，KI為積分速度。因為有偏差存在時，輸出信號將隨時間增長（或減小）。當偏差為零時，輸出才停止變化而穩 定在某一值上，所以積分控制能消除余差。8. 什么是積分時間Ti ?試述積分時

17、間對控制過程的影響。積分時間是積分速度的倒數Ti=1/Ki積分時間Ti越短，Ki越大，積分作用越強，過渡時間越短，因而易于消除余差；反之亦然。10. 理想微分控制規律的數學表達式是什么？為什么微分控制規律不能單獨使用？P=Td (de/dt )微分控制規律的輸出不能反映偏差的大小， 假如偏差固定，即使數值很大，微分作用也沒 有輸出，因而控制結果不能消除偏差，所以不能單獨使用這種控制器。11. 試寫出比例積分微分(PID)三作用控制規律的數學表達式。p=Kp (e+( 1/Ti) / edt+ Td (de/dt )12. 試分析比例、幾份、微分控制規律各自的特點。比例控制規律：反應快，控制及時

18、；當系統的負荷改變時，控制結果有余差； 積分控制規律：控制緩慢，但能消除余差；微分控制規律：有一定的超前控制作用，能抑制系統的振蕩，增強穩定性。 第五章執行器I. 氣動執行器主要由哪些部分組成？各起什么作用？答：氣動執行器主要由執行機構和控制結構兩部分組成。執行機構的作用：是執行器的推動裝置，它根據控制信號(由控制器發出)壓力的大小產生相 應的推力，推動控制結構動作，所以它是將信號壓力的大小轉換為閥桿位移的裝置 控制機構：是指控制閥，它是執行器的控制部分，它直接與被控介質接觸，控制流體的流量所 以它是將閥桿的位移轉換為流過閥的流量的裝置。4.常用的控制閥理想流量特性有哪些？1)直線流量特性2)

19、等百分比(對數)流量特性 3)拋物線流量特性4)快開特性II. 什么叫氣動執行器的起開式與氣關式？其選擇原則是什么？隨著送往執行器的氣壓信號的增加，閥逐漸打開的稱為氣開式，反之稱為氣關式。氣開、氣關式的選擇主要由工藝生產上安全條件決定的，一般來講，閥全開時，生產過程或設 備比較危險的選擇氣開式；閥全關時，生產過程或設備比較危險的選擇氣關式。13. 什么是控制閥的流量系數 Kv?控制閥的流量系數Kv的定義為：當閥的兩端壓差為100kPa,流體密度為1g/立方厘米，閥全 開時，流經控制閥的流體流量(以立方米/h表示)。第六章簡單控制系統4. 什么叫直接控制指標和間接控制指標？ 各用在什么場合？ 答

20、：直接控制指標：被控變量本身是需要控制的工藝指標。間接控制指標：工藝中本應作為被控變量的量缺乏獲取信號的檢測手段，或雖然能測，但信號微弱或滯后很大，這時選取與指標有對應關系的另一變量。盡量采用直接控制指標，只有被控變量無法直測才考慮間接指標。5. 被控變量選擇原則是什么？答：(1)被控變量應代表一定化工工藝操作指示。(2) 是工藝生產過程中經常變化，要因而頻繁控制的變量(3) 考慮和理性，常選擇溫度作為被控變量。(4) 被控變量應可測量，具有較大靈敏度(5) 被控變量是單獨控制的(6) 應考慮工藝的合理性與經濟性7. 操縱變量的選擇原則是什么？操縱變量的選擇原則(1) 操縱變量應是可控的，即工

21、藝上允許調節的變量。(2) 操縱變量能克服其他干擾來平衡被控變量。(3) 操縱變量一般應比其他干擾對被控變量的影響更加靈敏，為此應通過合理選擇操縱變量，使控制通道的放大系統適當大，時間常數適當小(不宜過小，否則引起振蕩)。純滯后時間盡 量小，為使其他干擾對被控變量的影響減小， 并使干擾通道的放大系數盡可能小， 時間常數盡 可能大。（4）在選擇操縱變量時，除了從自動化角度考慮外，還要考慮工藝的合理性和經濟性。9. 比例控制器，比例積分控制器，比例微分控制器的特點分別是什么？各適用于什么場合？ 答：比例控制器特點：輸出信號與輸入信號成比例。適用于對象控制通道滯后較小，負荷變壓 不大，對控制器要求不

22、高的場合。比例積分控制特點：輸出信號與輸入信號成比例，并與輸入信號對時間積分成比例。適用于對 象滯后較小，負荷變化不大，控制結果不允許有余差存在的系統。比例積分微分控制器：在比例積分基礎上加上微分作用。 適用于對象容量滯后較大，負荷變化 大，控制質量要求較高系統。11.被控對象、執行器、控制器的正反作用各是怎樣規定？答：被控對象的正反作用隨具體對象的不同而各不相同。當操縱變量增加時，被控變量也增加的對象屬于“正作用“的。反之，被控變量隨操縱變量的增加而降低的對象屬于”反作用“的。執行器的作用方向取決于是氣開閥還是氣關閥。 當控制器輸出信號增加時，氣開閥的開度增加， 因而流過閥的流體流量也增加，

23、故氣開閥的開度“正”方向。反之，由于當氣關閥接受的信號 增加時，流過閥的流體流量反而減少，所以是“反”方向。控制器的作用方向是這樣規定的：當給定值不變，被控變量測定值增加時，控制器的輸出 也增加，稱為“正作用”。或者當測量值不變，給定值減少時，控制器的輸出增加的稱為“正 作用”方向。反之，如果測量值增加（或給定值減小）時，控制器的輸出減少的稱為“反作用” 015 控制器參數整定的任務是什么？工程上常用的控制器參數整定有哪幾種方法？控制器參數整定的任務是：根據已定的控制方案來確定控制器的最佳參數（包括比例度3、 積分時間Ti、微分時間Td）以便使系統能獲得好的控制質量。常用方法有：臨界比例度法、

24、衰減曲線法和經驗湊試法。21.經驗湊試法整定控制器參數的關鍵是什么？經驗湊試法的關鍵是“看曲線、調參數”此要采用這種方法整定控制器參數必須先弄清 控制器參數變化對過渡過程曲線的影響關系。第七章復雜控制系統1.什么叫串級控制？畫出一般串級控制系統的典型方塊圖。串級控制系統是由其結構上的特征而得名的，它是由主、副兩個控制器串聯工作的。主控制器的輸出作為副控制器的給定值，副控制器的輸出去操縱控制閥，以實現對主變量的定制控制。2串級控制系統有哪些特點？主要使用在什么場合？（1）在系統結構上，它是由兩個串接工作的控制器構成的雙閉環控制系統（2）系統的目的在于通過設置副變量來提高對主變量的控制質量。（3）

25、由于回路的存在，對進入副回路的干擾有超前控制的作用，因而減少了干擾對主變量的 影響。（4）系統對負荷改變時有一定的自適應能力串級控制系統主要應用于：對象的滯后和時間常數很大，干擾作用強而頻繁，負荷變化大，對 控制質量要求較高的場合。3. 串級控制系統中的主、副變量應如何選擇？ 主變量的選擇原則與簡單控制系統中被控變量的選擇原則是一樣的。副變量的選擇原則是：（1）主副變量間應有一定的內在聯系，副變量的變化應在很大程度上能影響主變量的變化。（2）通過對副變量的選擇，使所構成的副回路能包含系統的主要干擾。（3）在可能的情況下，應使副回路中包含更多的干擾，但副變量又不能離主變量太近。（4）副變量的選擇應考慮到主副