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过程控制系统课后习题解答（不完全版注：红色为未作答题目）

1.1过程控制系统中有哪些类型的被控量？答：被控量在工业生产过程中体现的物流性质和操作条件的信息。如：温度、压力、流量、物位、液位、物性、成分。

1.2过程控制系统有哪些基本单元组成？与运动控制系统有无区别？答：被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他部件构成。 过程控制系统中的被控对象是多样的，而运动控制系统是某个对象的具体控制。

1.3简述计算机过程控制系统的特点与发展。答：特点：被控过程的多样性，控制方案的多样性，慢过程，参数控制以及定值控制是过程控制系统的主要特点。发展：二十世纪六十年代中期，直接数字控制系统（DDC），计算机监控系统（SCC）；二十世纪七十年代中期，标准信号为4~20mA的DDZⅢ型仪表、DCS、PLC；八十年代以来，DCS成为流行的过程控制系统。 1.4衰减比η和衰减率Ψ可以表征过程控制系统的什么性能？答：二者是衡量震荡过程控制系统的过程衰减程度的指标。

1.5最大动态偏差与超调量有何异同之处？答：最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量，一般表现在过渡过程开始的第一个波峰，最大动态偏差站被控量稳态值的百分比称为超调量，二者均可作为过程控制系统动态准确性的衡量指标。

2.2通常描述对象动态特性的方法有哪些？答：测定动态特性的时域方法；测定动态特性的频域方法；测定动态特性的统计相关方法。

2.4单容对象的放大系数K和时间常数T各与哪些因素有关，试从物理概念上加以说明，并解释K，T的大小对动态特性的影响？答：T反应对象响应速度的快慢，T越大，对象响应速度越慢，动态特性越差。K是系统的稳态指标，K越大，系统的灵敏度越高，动态特性越好。

2.5对象的纯滞后时间产生的原因是什么？答：由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一段距离，产生纯滞后时间。附：常见的过程动态特性类型有哪几种？各可通过什么传递函数来表示？答：（1）单容对象动态特性（有自平衡能力），用一阶惯性环节表示传递函数G(s)?K；（2）无自平衡能力

?s?1单容对象的动态特性，传递函数用一个积分换届表示G(s)?更多精品文档

11；（3）具有纯Tas学习-----好资料

延迟的单容对象特性，多了一个延迟因子e??s表示传递函数G(s)?0K??0s（4）e；

Ts?1多容对象的动态特性（具有自平衡能力），传递函数

KG(s)?其中T1,T2,T3,...Tn为n个相互独立的多容对

Ts?1Ts?1Ts?1Ts?1...Ts?1?1??2??3??4??n?象的时间常数，总放大系数为K；（5）无自平衡能力的双容对象，传递函数为一个积分环节与一个一阶惯性环节之积，G(s)?11，对于多容对象，

Ts?1Tas若有纯延迟则类似于单容对象，传递函数多一个延迟因子e??s；（6）相互作

1用的双容对象，G(s)? 20R1C1R2C2s?(R1C1?R2C2?R2C1)s?1

3.1简述流量检测的基本原理，流量的测量与哪些因素有关？答：在管道中流动的流体具有动能和位能，并在一定条件下这两种形式的能量可以互相转换，但参加转换的能量总和是不变的，利用节流元件进行流量检测是基于此原理；流量的测量与流量系数、可膨胀系数、节流装置开孔截面积，流体流经节流元件前的密度、节流元件前后压力差有关。

3.2简述流量调节中调节阀的几种理想特性。答：①当调节阀两端压差不变时，阀的可调比称为理想可调比R?Qmax，其中Qmax是调节阀可控的上限值，

QminQmin是调节阀可控的下限值，R是理想可调比，理想可调比是调节阀的一个重要特性。②理想流量特性是阀前后压差保持不变的特性，主要有直线、对数、抛物线、快开等。直线流量特性dQr?K，对数流量特性dQr?KQr，抛

dLrdLr物线流量特性dQr?KQr，快开流量特性dQr?f?Lr??K(1?Lr)。附1被控变量与

dLrdLr控制变量选择的原则有哪些？答：原则如下①选择对控制目标起重要影响的

输出变量作为被控变量②选择可直接控制目标质量的输出变量作为被控变量③在以上前提下，选择与控制（或操作）变量之间的传递函数比较简单，利用动态和静态特性较好的输出变量作为被控变量④有些系统存在控制目标不可测的情况，则可选择其他能够可靠测量，且与控制目标有一定关系的输出变量作为辅助被控变量。附2调节阀理想流量特性有哪几种，各有什么特点？

4.1P.I.D控制规律各有何特点？其中，哪些是有差调节，哪些是无差调节？为了提高系统的稳定性，消除控制系统的误差，应选用哪些调节规律？答：P控制是有差调节，作用速度快，但最终平衡，达到稳定状态；I控制是无

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差调节，超调量大，不如P控制稳定；D控制是有差调节，有余差，只与偏差变化速度有关。应选用PI调节规律或PID调节规律以清除控制系统的误差和提高系统稳定性。

4.2试总结调节器P、PI、PD动作规律对系统控制的影响。

4.3什么是积分饱和？引起积分饱和的原因是什么？如何消除？答：具有积分作用的调节器，只要被调量与设定值之间有偏差，其输出就会不停的变化，当偏差始终保持一个方向时，调节器的输出u将因积分作用的不断累加而增大，从而使执行机构达到极限位置Xmax，之后尽管u还在增大，但执行机构已不再动作，这种现象称为积分饱和，原因也在于此。消除积分饱和的常用方法有①限制PI调节器的输出在规定范围②积分分离法，即人为设定一个限值，在PI调节器的输出超过某一限值时，改用纯P控制③遇限削弱积分法，即人为设一限定，当控制输出大于该限定时，只累加负偏差，反之亦可。

4.4一个控制系统，在比例控制的基础上分别增加①适当的积分作用；②适当的微分作用。试问：（1）这两种情况对系统的稳定性、最大动态偏差、余差分别有何影响？（2）为了得到相同的系统稳定性，应如何调整调节器的比例带δ？说明理由。答：（1）情况①稳定性下降，最大动态偏差增加，余差消除；情况②稳定性加强，最大动态偏差减小，余差减小。（2）PI下：

1?1u??e???TI?edtPD?o??tde?e?T下：u?1?D??

??dt?δ增大可得到相同的系统稳定性。

4.5微分动作规律对克服被控对象的纯延迟和容积延迟的效果如何？对克服外扰的效果又如何？答：微分动作规律对克服被控对象纯延迟无效，对容积延迟效果较好，微分动作对外扰有放大作用，对于克服外扰的效果较差。 4.6增大积分时间对控制系统的控制品质有什么影响？增大微分时间对控制系统的控制品质有什么影响？

4.7某电动比例调节器的测量范围为100~200℃，其输出为0~100mA。当温度从140℃变化到160℃时，测得调节器的输出从3mA变化到7mA。试求

e/e?e出该调节器比例带。解：???maxmin??100%?(160?140)/(200?100)?100%?500%。

u/?umax?umin?(7?3)/(100?0)4.14什么是数字PID位置型控制算法和增量式控制算法？答：位置式PID

?控制算法：u(k)?KP?e(k)?TTI??e(j)?j?0k?TD?e(k)?e(k?1)?? T?增量式PID控制算法

u?k??u?k??u?k?1??KP??e?k??e?k?1????KIe?k??KD??e?k??2e?k?1??e?k?2???

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