1、第一章1.什么叫生產過程自動化？生產過程自動化主要包含了哪些容答：利用自動化裝置來管理生產過程的方法稱為生產過程自動化。主要包含：自動檢測系統信號聯鎖系統自動操縱系統自動控制系統。6.在圖1-11的換熱器出口溫度控制系統中，工藝要求熱物料出口溫度保持為某一設定值。試畫出該控制系統的方框圖；方框圖中各環節的輸入信號和輸出信號是什么？整個系統的輸入信號和輸出信號又是什么？系統在遇到干擾作用（如冷物料流量突然增大）時，該系統如何實現自動控制的？答：如圖所示為該控制系統的方框圖。該控制系統與各環節的輸入、輸出信號如圖所示。整個系統的輸入信號為：給定值ys，干擾作用f，輸出為熱物料出口溫度T，當冷物料流

2、量增大，則出口溫度y減小，TT檢測后所得測量值ym減小，偏差信號e=ym-ys0，輸入調節器后產生控制信號u，使執行器或調節閥加大閥門開度，使溫度T升高，從而實現控制。7.圖1-12為貯糟液位控制系統，工藝要求液位保持為某一數值，（1）試畫出該系統的方框圖；（2）指出系統中被控對象，被控變量，操縱變量，干擾作用各是什么？答：（2）該系統中被控變量對象為貯槽；被控變量為貯槽液位；操縱變量為出水流量；干擾作用為：進水流量，大氣溫度等。8.什么是自動控制系統的過度過程？在階躍干擾作用下有哪幾種基本形式？其中哪些能滿足自動控制的要求，哪些不能，為什么？答：對于任何一個控制系統，擾動作用是不可避免的，系

3、統受到擾動作用后，其平衡狀態被破壞，被控變量就要發生波動，在自動控制作用下經過一段時間，使被控變量回復到新的穩定狀態，即系統從一個平衡狀態進入另一個平衡狀態之間的過程稱為系統的過度過程。在階躍干擾作用下，其過度過程曲線有：發散振蕩過程等幅振蕩過程衰減振蕩過程非振蕩的單調過程。其中衰減振蕩和非振蕩的單調過程屬于穩定的過渡過程，能滿足自動控制的要求，其它的不能。9.試畫出衰減比分別為n1,n時的過度過程曲線？答：如圖所示：10.表示衰減振蕩過程的控制指標有哪些？答：表示衰減振蕩過程的控制指標有： 大偏差A指過渡過程中被控變量偏離設定值的最大值，即被控變量第一個波的峰值與給定值的差。 衰減比n過渡過

4、程曲線上同方向的相鄰兩個波峰之比。 回復時間（過渡時間）ts指被控變量從過渡狀態回復到新的平衡狀態的時間間隔，即整個過渡過程所經歷的時間。 差e( )指過渡過程終了時被控變量新的穩態值與設定值之差。 振蕩周期T過渡過程的第一個波峰與相鄰的第二個同向波峰之間的時間間隔，其倒數稱為振蕩頻率。第二章1.什么是被控對象的特性？表征被控對象特性的參數有哪些？它們的物理意義是什么？答：所謂被控對象的特性，是指當被控對象的輸入變量發生變化時，其輸出變量隨時間的變化規律（包括變化的大小，速度）。描述被控對象特性的參數有放大系數K，時間常數T和滯后時間。K被控對象重新達到平衡狀態時的輸出變化量與輸入變化量之比。

5、由于放大系數K反映的是對象處于穩定狀態下的輸出和輸入之間的關系，所以放大系數是描述對象靜態特性的參數。T時間常數是指當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化，達到新的穩態值所需的時間。或當對象受到階躍輸入作用后，被控變量達到新的穩態值的63.2%所需時間。時間常數T是反映被控變量變化快慢的參數，因此是對象的動態參數。滯后時間是純滯后0時間和容量滯后c 的總和。輸入變量的變化落后于輸入變量變化的時間稱為純滯后時間，純滯后的產生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的阻力而引起的。滯后時間也是反映對象動態特性的重要參數。4.在

6、控制系統中，對象的放大系數，時間常數，滯后時間對控制有什么影響？答：對于不同的通道，對象的特性參數（K，T ，）對控制作用的影響是不同的。對于控制通道：放大系數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；放大系數K小，控制作用的影響不顯著，被控變量的變化緩慢。但K太大，會使控制作用對被控變量的影響過強，使系統的穩定性下降。在一樣的控制作用下，時間常數T大，則被控變量的變化比較緩慢，此時對象比較平穩，容易進行控制，但過渡過程時間較大；若時間常數T小，則被控變量變化速度快，不易控制。時間常數太大或太小，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。滯

7、后時間的存在，使得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。對于擾動通道：放大系數K大對控制不利，因為當擾動頻繁出現且幅度較大時，被控變量的波動就會很大，使得最大偏差增大；而放大系數k小，即使擾動較大，對被控變量仍然不會產生多大影響。時間常數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。純滯后的存在，相當于將擾動推遲0時間才進入系統，并不影響控制系統的品質；而容量滯后的存在，則將使階躍擾動的影響趨于緩和，被控變量的變化相應也緩和些，因此，對系統是有利的。5.試從圖2-58某對象的反應曲線中，表示出該對象的放大系數，時間常數

8、和滯后時間12比例積分微分調節器有什么特點？答：比例積分微分調節器的特點是：在比例調節的基礎上進行微分調節可提高系統的穩定性，進行積分調節可消除余差，所以這種調節器既能快速進行調節，又能消除余差，具有良好的調節性能。調節作用可通過調節適當的參數，比例度，積分時間TI和微分時間TD面改變。13在比例積分微分調節器中可以調整的參數有哪幾個?試說明調下整其中一個參數時,對調節器的控制作用有什么影響? 答:在PID調節器中,比例度、積分時間、微分時間三個參數可以調整，從而可獲得較高的控制質量。如比例度增大，則比例控制作用減少弱，當時，PID調節器成為積分微分調節器，當TI積分時間時，PID調節器成為比

9、例微分控制器，當TD 時，PID調節器成為PI即比例積分控制。14調節器參數整定的目的是什么？工程上常用的整定方法有哪些？答：當一個控制系統設計安裝完成后，系統各個環節與其被控對象各通道的特征不能改變了，而唯一能改變的就是調節器的參數，即調節器的比例度、積分時間TI、微分時間TD。通過改變這三個參數的大小，就可以改變整個系統的性能，獲得較好的過渡過程和控制質量。調節器參數整定的目的就是按照己定的控制系統求取控制系質量最好的調節器參數，工程上常用的整定方法有：經驗試湊法根據被控變量的性質在己知合適的參數（經驗參數）圍選擇一組適當的值做為調節器的參數值，然后直接在運行的系統中，人為地加上階躍干擾，

10、通過觀察記錄儀表上的過渡曲線，并以比例度、積分時間、微分時間對過渡曲線的影響為指導，按照某種順序反復試湊比例度、積分時間、微分時間的大小，直到獲得滿意的過渡過程曲線為止。臨界比例度法首先求取比例作用下的閉環系統為等幅振蕩過程時的比例度和振蕩周期TK，然后根據經驗公式計算出相應的調節器參數衰減曲線法以在純比例下獲得4：1衰減振蕩曲線為參數整定和依據，方法同臨界比例度法，獲得4：1衰減曲線的TS、，然后求解相應的值。15調節器控制規律選擇的依據是什么？答：關于控制規律選取可歸納為以下幾點： 簡單控制系統適用于控制負荷變化較小的被控變量，如果負荷變化較大，無論選擇哪種調節規律，簡單控制系統都很難得到

11、滿意的控制質量，此時，應設計選取用復雜的控制系統。 在一般的控制系統中，比例控制是必不可少的，當廣義對控制通道時間常數較少，負荷變化較小，而工藝要求不高時，可選擇單純的比例規律，如貯罐液位，不太重要的壓力等參數控制。 當廣義對象控制通道時間常數較，負荷變化較小，而工藝要求無余差時，可選用比例積分調節規律，如管道壓力，流量等參數的控制。 當廣義對象控制通道時間常數較大或容量滯后較大時，應引入微分作用，如工藝充許消除余差，可選用比例微分調節規律；如工藝要求無余差時，則選用PID調節規律，如溫度，成分，PH等參數控制。 如果被控對象傳遞參數可用近似，則可根據對象的可控比t/T選擇哪個調節器的調節規律

12、。當t/T 時，選用P或PI；當時，選PD或PID；當時，采用簡單控制系統往往不能滿足控制要求，這時應選用復雜控制系統。16設計控制系統時，必須確定和考慮哪些方面的問題？答：設計一個控制系統，首先應對被控對象做全面的了解。除被控對象的動靜態特征外，對于工藝過程，設備等也需要比較深入的了解；在此基礎上，確定正確的控制方案，包括合理地選擇被控變量與操縱變量，選擇合適的檢測變送元件與檢測位置，選用恰當的執行行器，調節器以與調節器控制規律待，最后將調節器的參數整定到最佳值。19圖2-59是聚合釜溫度與流量的串級控制系統。說明該系統的主、副對象，主、副變量，主、副調節器各是什么？試述該系統是如何客觀實現

13、其控制作用？解：該系統的主對象：聚合釜副對象：冷卻水進口管路主變量：聚合釜溫度副變量：冷卻水流量主調節器：溫度調節器副調節器：流量調節器第三章2、測量儀表的主要性能指標有哪些？傳感器的主要特性有哪些？答：測量儀表的主要性能指標有技術，經濟與使用三方面的指標，其術方面的有：誤差，精度等級，靈敏度，變差，量程，響應時間，漂移等；經濟方面的有：使用壽命，功耗，價格等；使用方面的有：操作維修是否方便，運行是否可靠安全，以與抗干擾與防護能的強弱，重量體積的大小，自動化程度的高低等。傳感器的主要特性有：準確性，穩定性，靈敏性。6.檢定一只量程為5A的電流表，結果如下：輸入量/A12345示量/A1.101

14、.983.014.085.02（1）試求儀表各示值的絕對誤差，實際相對誤差，示值相對誤差和引用誤差。（2）確定儀表的精度等級。答：所以數值計算列表如下：9.現有精度等級為1.5A級，2.0B級和2.5C級的三塊儀表，測量圍分別為0100，-50550和-100500，現需測量500 左右的溫度，要求測量的相對誤差不超過2.5%，選用哪塊表合適？綜上所述選用B表即2.0級，量程的儀表。20已知被測壓力在圍0.71MPa波動，要求測量的絕對誤差不得超過0.02MPa，試選定彈簧管壓力的量程和精度等級。可供選用的壓力計量程系列為：00.6MPa; 02.5MPa.答：28差壓式液位計如何測量液位?

15、當差壓變送器高于或低于最低液位時，應如何處理？答：差壓式液位計是采用壓差計測量氣、液兩相的壓差，壓差大小通過氣動或電動差壓變送器傳送，并轉化位電信號，最終顯示處液位的大小與其變化。當差壓變送器高于或低于最低液位時，可對差壓變送器進行零點遷移，由正遷移和負遷移（低于最低液位時，采用正遷移，高于最低液位時，采用負遷移。）23試比較節流裝置與轉子流量計在工作原理與使用特點上的異同點。答：工作原理使用特點節流裝置利用節流元件前后的差壓與流速之間的關系，獲得被測流量的大小使用已標準化、系列化，使用圍：管徑為501000mm，測量圍1.5100000m3/h，但使用產生的壓力損失大，精度12%轉子流量計基

16、于力平衡原理，利用錐形管的轉子把流體的流速轉換成轉子的位移，進而獲得被測流量的大小。一樣點：都是測流速然后得流量。使用已系列化，測量時若介質變化，應修正，可測小流量，結構簡單，維修方便，壓力損失小。缺點：機械傳逆信號，儀表性能和準確度難以提高，轉子易卡死，測量管徑圍4150mm,測量圍0.0013000m3/h, 精度12.5%22標準節流裝置有哪幾部分組成，對各部分有哪些要求？答：標準節流裝置有：節流元件，取壓裝置和前、后管道三部分組成。標準節流裝置的設計、加工、安裝和使用都有規定的技術要求，規定和數據，可參見GB/T 262415.用分度號為Cu50的熱電阻測得某介質的溫度為84，但經檢定

17、，該電阻R0=50.4,電阻溫度系數=4.2810-3/.試求介質的實際溫度。解：在-50150的圍，銅電阻與溫度是線性關系：20已知被測壓力在圍0.71MPa波動，要求測量的絕對誤差不得超過0.02MPa，試選定彈簧管壓力的量程和精度等級。可供選用的壓力計量程系列為：00.6MPa; 02.5MPa答：14.用分度號為S的熱電偶與動圈儀表構成的測溫系統,冷端補償器的平衡點溫度在20 .圖3-80中,t=1300, t1=80 ,t2=25,t0=30；動圈儀表的機械零位為0,試求： (1)儀表的示值溫度是多少; (2)如何處理可使示值與實際溫度相符; (3)把補償導線改為銅線時,示值變為多少

18、?查表12.653mv時對應的溫度為t=1258.5, 即示值變為1258.5。第四章8本質安全防爆型系統是由哪些要素構成的？需要采取哪些措施才能保證整個系統達到防爆要求？答：本質安全防爆型系統是由安裝載危險場所中的本質安全電路與安裝載非危險場所中的非本質安全電路和防爆安全柵組成。采取措施以達到防爆要求的方法有：本質安全防爆儀表采用低的工作電壓和小的工作電流。用防爆安全柵將危險場所和非危險場所的電路隔開。在現場儀表導控制室儀表之間的連接導線不得形成過大的分布電感和電容。11PID調節器是由哪些基本部分組成的？試分析各部分所完成的功能。答：PID調節器的基本組成有輸入電路，運算電路和輸出電路組成

19、。輸入電路是檢測偏差信號，信號經濾波電路后輸出導PID運算電路。（輸入電路包括偏差檢測電路，給定穩壓電源電路，外給定切換開關，正反作用開關與濾波電路等）。PID運算電路：根據整定好的參數用以對偏差信號進行比例，微分和積分的運算，是調節器實現PID控制規律的關鍵環節。輸出電路：將運算電路的輸出信號做最后一次放大，或者作為運算電路之回路中放大器的組后一級，提供調節器的輸出信號。14試分析DTZ2100型氣刻度指示調節器的工作原理。它試由哪些部分組成的？各部分的主要功能試什么？答：DT82100型氣刻度指示調節器的工作原理是：輸入信號經測量指示回路進行連續指示，并輸入輸入回路與經給定指示電路指示的給

20、定值進行比較得出偏差信號，偏差信號經比例微分，比例積分回路運算后，送入輸出回路將15V DC電壓信號轉換成420mA DC信號，作為調節器的輸出信號。組成：由指示單元和控制單元兩部分組成，其中指示單元由測量指示電路和給定指示，分別實現對測量信號和給定信號進行連鎖指示。控制單元由輸入電路作用是將輸入信號與給定信號進行比較，取出偏差信號，并進行電平移位；比例微分回路功能為：回路的輸出值大小不僅與輸入信號的大小、極性有關，而且與輸入信號變化的速度有關，因此對輸入信號進行PD運算，對于容量大、慣性大，具有滯后的調節對象有益。比例積分回路作用是為調節器引入積分功能，從而使調節器的輸出值與偏差對時間的積分

21、成正比例。輸出回路作用使將PI回路輸出的15V DC電壓信號轉換成以電流負端為基準的420mA DC信號，作為調節器的輸出信號。手動操作回路在控制回路中實現手動操作。15DDZIII型調節器的輸入電路為什么要進行電平移動？答：DDZIII型調節器采用標準信號制，接受來自變送器的或轉換器輸出的15V DC測量信號，輸出420mA DC信號。其輸入電路將丙丁以0伏為基準的輸入信號轉換成以電平10伏為基準的偏差輸出，由于電氣受點不是從0開始的，故容易識別斷電、斷線故障，傳輸信號標準化。16有一電動比例調節器，器輸入電流圍為420mA，輸出電壓圍是15V。試計算當比例度規定在40時，輸入電流變化4mA

22、所引起的輸出電壓變化量為多少?18在DDZIII型調節器中，什么是軟手操狀態？什么是硬手操狀態？如何實現調節器無擾動切換？答：軟手操狀態軟手操回路直接改變調節器的輸出信號實現手動操作。在進行軟手時，輸出電流以某種速度進行變化。一停止手操，輸出就停止變化。硬手操狀態硬手操回路也可以直接改變調節器的輸出信號實現手動操作。在進行硬手操回路時輸出值大小與硬手操作桿的位置有對應關系。由于在“自動”與“手動”之間增加了一種過渡狀態保持狀態，從而實現無擾動切換。19.氣動執行器主要由哪些部分組成的？各部分的作用是什么？答：氣動執行器由氣動執行機構和調節機構兩部分組成。執行機構是執行器的推動裝置，它按調節器輸

23、出氣壓信號（20100KPa）的大小產生相應的推力，使執行機構推桿產生位移，推動調節機構動作。調節機構是執行器的調節部分，其腔直接與被調介質接觸，調節流體的流量。20試分析說明調節閥的流量特性理想流量特性與工作流量特性。答：調節閥的流量特性是指被調介質流過閥的相對流量與閥門的相對開度之間的關系，即：=。調節閥的理想流量特性是指在調節閥前后壓差一定情況下的流量特性，在實際使用調節閥時，由于調節閥串聯在管路中或與旁路閥并聯，因此，閥前后的壓差總在變化，這時的流量特性稱為調節閥的工作流量特性。23試分析電氣轉換器的工作原理。答：電氣轉換器按力矩平衡原理工作，當010mA:直流電流信號輸入置于恒定磁場

24、量的測量線圈重視，所產生的磁通與磁鋼在空氣隙中的磁通相互作用而產生一個向上的電磁力（即測量力）。由于線圈固定在杠桿上，使杠桿繞十字簧片偏轉，于是裝在杠桿另一端的擋拆靠近噴嘴，使其背壓升高，經過放大器功率放大后，一方面輸出，一方面反饋到正負兩個波紋管，建立起與測量力矩相平衡的反饋力矩。因而輸出氣壓信號（0.02:0.1MPa）就與線圈電流信號成一一對應關系。26氣動調節閥的執行機構的正，反作用形式是如何定義的？在結構上有何不同？答：氣動調節閥的執行機構的正作用是指：當閥芯向下位移時，閥芯與閥座之間的流通截面積減少，稱為正作用，或正裝；反之，則稱為反作用。只要改變閥桿與閥芯的連接位置就可改作反裝。

25、第五章1.計算機控制系統是由哪幾部分組成的？各部分有什么作用？答：計算機控制系統是由工業對象和工業控制計算機兩大部分組成。工業控制計算機主要由硬件和軟件兩部分組成。其中硬件部分主要包括計算機主機，外部設備，外圍設備，工業自動化儀表和操作控制臺，軟件是指計算機系統的程序系統，各部分作用參見課本P234-235。2.計算機控制系統與常規的模擬控制系統相比，有哪些一樣與不同點？答：一樣點：控制系統的基本結構一樣，有關調節原理和調節過程一樣，即都是基于“檢測偏差，糾正偏差”的控制原理。在系統的對象，執行元件，檢測元件等環節部的運動規律與模擬控制系統是一樣的。不同之處：在計算機控制系統中，控制里對控制對

26、象的參數，狀態信息的檢測和控制結果的輸出在時間上是斷續的，對檢測信號的分析計算是數字化的，而在模擬控制系統中則是連續的，并使用數字控制控制里代替了模擬控制里，并增加了模數轉換元件和數模轉換元件，給定值也從數字量形式輸入計算機。5.試自擬一個對象，畫出計算機數據采集處理系統的方框圖，并說明各部件的名稱解：工業對象多道開關A/D計算機顯示/打印/報警6 某被控對象有5個模擬量控制回路和3個模擬量檢測監視回路，試為該對象設計一個監督計算機控制系統方框圖。11已知模擬調節器的傳遞各數G（S）=（1+0.17S）/0.085S，現在要用數字PID算法來實現，試分別寫出相應的位置式和增量式PID算法表達式

27、，設采樣周期為To=0.2S.12計算機控制系統的設計有哪些基本原則？其設計步驟是怎樣的答：計算機控制系統設計的基本原則：系統操作性能好使用方便和維修方便。可靠性高。通用性好，便于擴充。實時性強表現在時間驅動和時間驅動能力上。設計周期短，價格便宜。設計步驟：確定系統整體控制方案：確定系統整體控制方案；確定系統的構成方式；現場設備選擇;.確定控制算法;.系統硬軟件的設計:.系統調試。13如何提高計算機控制系統的可靠性？有哪些方法途徑？答：為了提高計算機控制系統的可靠性和可維護性，常采用提高元器件的可靠性，設計系統的冗余技術，采取抗干擾措施，采用故障診斷和系統恢復技術以與軟件可靠性技術等。常用的冗余系統并聯系統，備用系統，表決系統。抗干擾措施電磁干擾的屏蔽；隔離技術；共模輸