1、自動化專業0706 班專用復習資料，未經允許，各打印部不得翻印、備份。1不得翻印、傳播，請自重。第一章 單回路控制系統1.1 何謂控制通道？何謂干擾通道？它們的特性對控制系統質量有什么影響？控制通道是指操縱變量與被控變量之間的信號聯系；干擾通道是指干擾作用與被控變量之間的信號聯系。（1） 控制通道特性對系統控制質量的影響：（從K、T、三方面）控制通道靜態放大倍數越大，系統靈敏度越高，余差越小。但隨著靜態放大倍數的增大，系統的穩定性變差。控制通道時間常數越大，經過的容量數越多，系統的工作頻率越低，控制越不及時，過渡過程時間越長，系統的質量越低，但也不是越小越好，太小會使系統的穩定性下降，因此應該

2、適當小一些。控制通道純滯后的存在不僅使系統控制不及時，使動態偏差增大，而且還還會使系統的穩定性降低。（2） 干擾通道特性對系統控制質量的影響：（從K、T、三方面）干擾通道放大倍數越大，系統的余差也越大，即控制質量越差。干擾通道時間常數越大，階數越高，或者說干擾進入系統的位置越遠離被控變量測量點而靠近控制閥，干擾對被控變量的影響越小，系統的質量則越高。干擾通道有無純滯后對質量無影響，不同的只是干擾對被控變量的影響向后推遲一個純滯后時間0。1.2 如何選擇操縱變量？1）考慮工藝的合理性和可實現性；2）控制通道靜態放大倍數大于干擾通道靜態放大倍數；3）控制通道時間常數應適當小些為好，但不易過小，一般

3、要求小于干擾通道時間常數。干擾動通道時間常數越大越好，階數越高越好。4）控制通道純滯后越小越好。1.3 控制器的比例度變化對控制系統的控制精度有何影響？對控制系統的動態質量有何影響？比例度越小，系統靈敏度越高，余差越小。隨著減小，系統的穩定性下降。1.5 圖1-42 為一蒸汽加熱設備，利用蒸汽將物料加熱到所需溫度后排出。試問：影響物料出口溫度的主要因素有哪些？如果要設計一溫度控制系統，你認為被控變量與操縱變量應選誰？為什么？如果物料在溫度過低時會凝結，應如何選擇控制閥的開閉形式及控制器的正反作用？答：影響物料出口溫度的因素主要有蒸汽的流量和溫度、攪拌器的攪拌速度、物料的流量和入口溫度。被控變量

4、應選擇物料的出口溫度，操縱變量應選擇蒸汽流量。物料的出口溫度是工藝要求的直接質量指標，測試技術成熟、成本低，應當選作被控變量。可選作操縱變量的因數有兩個：蒸汽流量、物料流量。后者工藝不合理，因而只能選蒸汽流量作為操縱變量。控制閥應選擇氣關閥，控制器選擇正作用。1.6 圖1-43 為熱交換器出口溫度控制系統，要求確定在下面不同情況下控制閥的開閉形式及控制器的正反作用： 被加熱物料在溫度過高時會發生分解、自聚； 被加熱物料在溫度過低時會發生凝結； 如果操縱變量為冷卻水流量，該地區最低溫度在0以下，如何防止熱交換器被凍壞。答：控制閥選氣開閥，選反作用控制器。 控制閥選氣關閥，選正作用控制器。 控制閥

5、選氣關閥，選反作用控制器。1.7 單回路系統方塊圖如圖1-44 所示。試問當系統中某組成環節的參數發生變化時，系統質量會有何變化？為什么？（1）若T0 增大； （2）若0 增大； （3）若Tf 增大； （4）若f 增大。答：（1）T0 增大，控制通道時間常數增大，會使系統的工作頻率降低，控制質量變差；（2）0 增大，控制通道的純滯后時間增大，會使系統控制不及時，動態偏差增大，過渡過程時間加長。（3）Tf 增大，超調量縮小1/Tf 倍，有利于提高控制系統質量；（4）f 增大對系統質量無影響，當有純滯后時，干擾對被控變量的影響向后推遲了一個純滯后時間f 。第二章 串級控制系統21 與單回路系統相比

6、，串級控制系統有些什么特點？(1) 串級系統由于副回路的存在, 使等效副對象時間常數減小，改善了對象的特性,使系統工作頻率提高。自動化專業0706 班專用復習資料，未經允許，各打印部不得翻印、備份。2不得翻印、傳播，請自重。(2) 串級控制系統有較強的抗干擾能力，特別是干擾作用于副環的情況下,系統的抗干擾能力會更強。(3) 串級系統具有一定的自適應能力。22 為什么說串級控制系統主控制器的正、反作用方式只取決于主對象放大倍數的符號，而與其他環節無關？主環內包括有主控制器,副回路,主對象和主變送器.而副回路可視為一放大倍數為“1”的環節,主變送器放大倍數一般為正,所以主控制器的正反作用只取決于主

7、對象放大倍數的符號。如果主對象放大倍數的符號為正,則主控制器為反作用,反之, 則主控制器為正作用。25 試說明為什么整個副環可視為一放大倍數為正的環節來看？副回路所起的作用是使副變量根據主調節器輸出進行控制，是一隨動系統。因此整個副回路可視為一放大倍數為正的環節來看。26 試說明在整個串級控制系統中主、副控制器之一的正、反作用方式選錯會造成怎樣的危害？當主、副控制器有一個正反作用方式選錯時,就會造成系統的主回路或副回路按正反饋控制,當被控變量出現偏差時,系統不僅不向著消除偏差的方向校正,反而使被控變量遠離給定值。27 圖2-20 所示的反應釜內進行的是化學放熱反應，而釜內溫度過高會發生事故，因

8、此采用夾套通冷卻水來進行冷卻，以帶走反應過程中所產生的熱量。由于工藝對該反應溫度控制精度要求很高，單回路滿足不了要求，需用串級控制。 當冷卻水壓力波動是主要干擾時，應怎樣組成串級？畫出系統結構圖。當冷卻水入口溫度波動是主要干擾時，應怎樣組成串級？畫出系統結構圖。 對以上兩種不同控制方案選擇控制閥的氣開、氣關形式及主、副控制器的正、反作用方式。(1)選冷水流量為副變量,釜內溫度為主變量組成串級系統. (2)夾套溫度為副變量,釜內溫度為主變量組成串級系統.28 (右圖)圖2-21 為一管式爐原油出口溫度與爐膛溫度串級控制系統。要求： 選擇閥的開閉形式？ 確定主、副控制器的正、反作用方式？ 在系統穩

9、定的情況下，如果燃料壓力突然升高，結合控制閥的開閉形式及控制器的正、反作用方式，分析串級系統的工作過程。答：(1) 氣開閥 燃料進入調節閥應選用氣開式（正作用），即一旦出現故障或冷物料流入中斷，調節閥完全關閉，切斷燃料的輸入，確保管式加熱爐的安全。(2)主控制器反作用,副控制器反作用。(3)如果燃料氣的P1 突然升高，副回路首先有一個“粗調”：P1F1T2u2 F1沒有完全被副回路克服的部分干擾，通過主回路“細調”：T2T1u1 F1T2T129 某干燥器采用夾套加熱和真空吸收并行的方式來干燥物料。干燥溫度過高會使物料物性發生變化，這是不允許的，因此要求對干燥溫度進行嚴格控制。夾套通入的是經列

10、管式加熱器加熱的熱水，而加熱器采用的是飽和蒸汽，流程如圖2-22（右圖）所示。要求： 如果冷卻水流量波動是主要干擾，應采用何種控制方案？為什么？ 如果蒸汽壓力波動是主要干擾，應采用何種控制方案？為什么？ 如果冷卻水流量和蒸汽壓力都經常波動，應采用何種控制方案？為什自動化專業0706 班專用復習資料，未經允許，各打印部不得翻印、備份。3不得翻印、傳播，請自重。么？(1)以熱水溫度為副變量,干燥器出口溫度為主變量，蒸汽流量為操縱變量構成溫度溫度串級系統，冷水流量單獨設計流量單回路系統理由：當被控變量為干燥器出口溫度時，不宜選冷水流量做操縱變量，故單獨設計流量單回路系統抑制冷水流量波動。以干燥器出口

11、溫度為被控量、蒸汽流量為操縱變量的控制系統中，控制通道太長，存在較大的時間常數和純滯后，故選擇換熱器出口溫度為副變量，構成串級系統，利用副回路減小等效時間常數。(2) 以熱水溫度為為副變量,干燥器的溫度為主變量串級系統。理由：將蒸汽壓力波動這一主要干擾包含在副回路中, 利用副回路的快速有效克服干擾作用抑制蒸汽壓力波動對干燥器出口的溫度的影響.（3）采用與（1）相同方案。理由同（1）。第三章 比值控制系統3.1 比值與比值系數的含義有什么不同?它們之間有什么關系？答：比值指工藝流量之比，即： ；比值系數指主、副流量變送器輸出電流信號之比，即：；二者之間的關系由下式決定：（變送器輸出與流量成線性關

12、系時） （變送器輸出與流量成開平方關系時）自動化專業0706 班專用復習資料，未經允許，各打印部不得翻印、備份。4不得翻印、傳播，請自重。3.2 用除法器進行比值運算時，對輸入信號的安排有什么要求？為什么？答：應使除法器輸出小于1。除法器輸出值即儀表比值系數，需要通過副流量調節器的內給定設置，大于1 無法設定、等于1 無法現場整定。3.3 什么是比值控制系統？它有哪幾種類型?畫出它們的結構原理圖。答：比值控制系統就是實現副流量與主流量成一定比值關系，滿足關系式： 的控制系統。比值控制系統的類型：開環比值控制系統、單閉環比值控制系統、雙閉環比值控制系統、變比值控制系統。（結構原理圖見下頁）3.4

13、 用除法器組成比值系統與用乘法器組成比值系統有何不同之處？答： 系統結構不同，實現比值控制的設備不同。 比值系數的設置方法不同，乘法方案通過在乘法器的一個輸入端，輸入一個外加電流信號I0 設置；除法方案通過副流量調節器的內給定設置。3.5 在用除法器構成的比值控制系統中，除法器的非線性對比值控制有什么影響？答：除法器環節的靜態放大倍數與負荷成反比。3.6 為什么4：1 整定方法不適用于比值控制系統的整定？答：單閉環比值控制系統、雙閉環的副流量回路、變比值回路均為隨動控制系統，希望副流量跟隨主流量變化，始終保持固定的配比關系。出現4：1 振蕩時，固定配比關系不能保證。3.7 當比值控制系統通過計

14、算求得比值系數時，能否仍用乘法器組成比值控制？為什么？能否改變一下系統結構，仍用乘法器構成比值控制？答：當比值控制系統通過計算求得比值系數大于1 時，不能用乘法器組成比值控制。因為當時，計算所得的乘法器的一個外加輸入電流信號I0 大于20mA,超出乘法器的輸入范圍。不用改變系統結構，只要調整F2max 保證 即可。3.8 一比值控制系統用DDZ-III 型乘法器來進行比值運算（乘法器輸出 ，其中I1 與I0 分別為乘法器的兩個輸入信號），流量用孔板配差壓變送器來測量，但沒有加開方器，如圖所示。已知 ，要求： 畫出該比乘法器 控制器 調節閥測量變送器流量對象自動化專業0706 班專用復習資料，未

15、經允許，各打印部不得翻印、備份。5不得翻印、傳播，請自重。值控制系統方塊圖。 如果要求，應如何設置乘法器的設置值 ？解：方框圖如下：;；3.9 某化學反應過程要求參與反應的A 、B 兩物料保持 的比例， 兩物料的最大流量。通過觀察發現A、B 兩物料流量因管線壓力波動而經常變化。根據上述情況，要求： 設計一個比較合適的比值控制系統。 計算該比值系統的比值系數 。 在該比值系統中，比值系數應設置于何處？設置值應該是多少（假定采用DDZ-III 型儀表）。 選擇該比值控制系統控制閥的開閉形式及控制器的正、反作用。解：系統設計如右圖：自動化專業0706 班專用復習資料，未經允許，各打印部不得翻印、備份

16、。6不得翻印、傳播，請自重。 ， 所以要將 調大。所以取 ,比值系數K通過設置，選擇A 閥為氣開閥，主對象為正環節，測量變送為正環節，則主調節器為反作用。選取B 閥為氣開閥，副對象為正環節，測量變送為正環節，則副調節器為反作用。3.10 在硝酸生產過程中有一氧化工序，其任務是將氨氧化成一氧化氮。為了提高氧化率，要求維持氨與氧的比例為2：1。該比值控制系統采用如圖所示的結構形式。已知 。試求比值系數=？如果上述比值控制用DDZ-II 型儀表來實現，比值系數的設置 應該是多少？解：調整副流量的測量上限，使K1,取 ，則 即可。對于DDZ-II， .3.11 有一個比值控制系統如右圖所示。圖中k 為

17、一系數。若已知k=2， ，試求 K=?解：自動化專業0706 班專用復習資料，未經允許，各打印部不得翻印、備份。7不得翻印、傳播，請自重。K=2.363.12 一雙閉環比值控制系統如右圖所示。其比值用DDZ-III 型乘法器來實現。已知 。要求： 畫出該系統方塊圖。 若已知 求該比值系統的比值K=？比值系數 待該比值系統穩定時，測 ，試計算此時 =？解： , ,自動化專業0706 班專用復習資料，未經允許，各打印部不得翻印、備份。8不得翻印、傳播，請自重。 第五章前饋控制系統51 前饋控制與反饋控制各有什么特點？答：反饋控制的特點 ：優點：能夠克服各種干擾。只要干擾對被控變量造成影響，就有控制

18、校正作用。缺點：反饋控制不及時，是一個有差控制系統。反饋控制系統只有被控變量在干擾作用下出現偏差時，才有校正作用，干擾總存在，偏差總存在。前饋控制的特點：（1）前饋控制根據干擾進行，控制及時。如果前饋控制規律恰當，理論上可完全消除干擾的影響（2）前饋控制是一種開環控制，被控變量并不經測量反饋到輸入端。不能保證控制效果。（3）前饋控制需要對干擾進行測量 ，才能進行控制。通常只測量一種干擾，因而只能克服一種干擾。（4）前饋控制器的控制規律是經過對干擾通道與控制通道的特性計算而得是一種專用的控制器，在工程上，精確的通道特性難以獲取，精確的前饋控制規律難以實現。52 純前饋控制在生產過程中為什么很少采

19、用？答：單純的前饋由于存在以下兩三方面問題，其控制效果往往并不理想，因此在生產中很少使用。這主要表現在：（1）單純前饋是一種開環控制，不能保證控制效果。不存在被控變量的反饋，即對于補償的效果沒有檢驗的手段。這樣，在前饋作用的控制結果并沒有最后消除被控變量偏差時，系統無法得到這一信息而作進一步的校正。（2）單純前饋通常只能克服一種干擾。 由于實際工業對象存在著多個干擾，為了補償它們對被控變量的影響，勢必要設計多個前饋通道，因此單純前饋就不能很好控制。（3） 準確的的前饋控制規律工程上難以實現。53 前饋-反饋控制具有哪些優點？答：前饋-反饋系統的優點：前饋控制系統與反饋控制系統優勢互補，主要表現

20、在：（1）過渡過程時間、超調量大大降低。 由于引入了前饋控制，當主要干擾一出現時，同步施加了一個前饋校正作用，消除或大大降低了對被控變量的影響，因而使反饋控制的超調量、過渡過程時間大大降低。前饋補償了反饋的缺點。（2）反饋回路的存在，為前饋控制的工程實現創造了條件。 前饋不能補償的部分可由反饋校正，降低了前饋控制模型的精度要求，便于工程實現。（3）具有一定的自適應性：負荷或工況變化時，模型特性也要變化，可由反饋控制加以補償。54 為什么前饋控制器不能采用常規的控制器？答：前饋控制器的控制規律為對象干擾通道特性與控制通道的特性之比，是一種專用控制器。常規的控制器的控制規律是對偏差進行P、I、D 運算，實現的控制規律完全不同。56 如何用對象特性實驗數據構成前饋控制器數學模型？答：工程上通常按下式實現前饋控制規律，通過對象特性實驗數據獲取控制通道時間常數T1、K1、1，與干擾通道時間常數T2、K2、 2 代入下式后， 便構成前饋控制器數學模型。511 某前饋串級控制系統。已知：Gc1(s)=Gc2(s)=9 G01(s)=3/(2s+1)自動化專業0706 班專用復習資料，未經允許，各打印部不得翻印、備份。9不得翻印、傳播，請自重。Gv(