《过程控制系统》习题整理
1-2 與其它自動控制相比，過程控制有哪些優點？為什么說過程控制的控制過程多屬慢過程？
過程控制的特點是與其它自動控制系統相比較而言的。
一、連續生產過程的自動控制
連續控制指連續生產過程的自動控制，其被控量需定量控制，而且應是連續可調的。若控制動作在時間上是離散的（如采用控制系統等），但是其被控量需定量控制，也歸入過程控制。
二、過程控制系統由過程檢測、控制儀表組成
過程控制是通過各種檢測儀表、控制儀表和電子計算機等自動化技術工具，對整個生產過程進行自動檢測、自動監督和自動控制。一個過程控制系統是由被控過程和檢測控制儀表兩部分組成。
三、被控過程是多種多樣的、非電量的
現代工業生產過程中，工業過程日趨復雜，工藝要求各異，產品多種多樣；動態特性具有大慣性、大滯后、非線性特性。有些過程的機理（如發酵等）復雜，很難用目前過程辨識方法建立過程的精確數學模型，因此設計能適應各種過程的控制系統并非易事。
四、過程控制的控制過程多屬慢過程，而且多半為參量控制
因為大慣性、大滯后等特性，決定了過程控制的控制過程多屬慢過程；在一些特殊工業生產過程中，采用一些物理量和化學量來表征其生產過程狀況，故需要對過程參數進行自動檢測和自動控制，所以過程控制多半為參量控制。
五、過程控制方案十分豐富
過程控制系統的設計是以被控過程的特性為依據的。
過程特性：多變量、分布參數、大慣性、大滯后和非線性等。
單變量控制系統、多變量控制系統；儀表過程控制系統、計算機集散控制系統；復雜控制系統，滿足特定要求的控制系統。
六、定值控制是過程控制的一種常用方式
過程控制的目的： 消除或減小外界干擾對被控量的影響，使被控量能穩定控制在給定值上，使工業生產能實現優質、高產和低耗能的目標。
1-3 什么是過程控制系統，其基本分類方法有哪些？
過程控制系統：工業生產過程中自動控制系統的被控量是溫度、壓力、流量、液位、成分、粘度、濕度和pH等這樣一些過程變量的系統。
1、按過程控制系統的結構特點分
1）反饋控制系統：是根據系統被控量的偏差進行工作，偏差值是控制的依據，最后達到消除或減小偏差的目的。
2）前饋控制系統：直接根據擾動量的大小進行工作，擾動是控制的依據。
3、前饋—反饋控制系統（復合控制系統）：充分結合兩者的有點，大大提高控制質量。
2、按給定值信號的特點來分類
定值控制系統：是指系統被控量的給定值保持在規定值不變，或在小范圍附近不變。
2、程序控制系統：是被控量的給定值按預定的時間程序變化工作，目的是使系統被控量按工藝要求規定的程序自動變化。加熱升溫或逐次降溫等。
3、隨動控制系統：是一種被控量的給定值隨時間任意變化的控制系統，主要作用是克服一切擾動，使控量快速跟隨給定值而變化。空氣量與燃料量的關系。
1-5 試說明圖1-2b供氧量控制系統框圖中被控“過程”包含哪些管道設備以及圖中各符號的含義。
過程：節流裝置到氧氣流量調節閥之間的管道設備。
x(t)代表設定值;e(t)表示偏差信號;u(t)表示控制器控制作用信號;q(t)表示調節閥的流量信號;f(t)表示過程受到的干擾信號;y(t)表示過程的輸出信號;z(t)表示測量信號。
1-6 在過程控制中，為什么要由系統控制流程圖畫出其框圖。
為了更清楚地表示控制系統各環節的組成、特性和相互間的信號聯系，這樣也便于其他人的理解。
2-1 何為被控過程及其數學模型，模型一般可分為哪幾類，它與過程控制有何關系？
被控過程是指正在運行中的多種多樣的被控制的生產工藝設備。
被控過程的數學模型是指過程在各輸入量作用下，其相應的輸出量變化函數關系的數學表達式。
過程數學模型的兩種描述形式：
非參量形式：即用曲線或數據表格來表示（形象、直觀，但對進行系統的設計和綜合不方便）。
參量形式：?即用數學方程來表示（方便，描述形式有：?微分方程、傳遞函數、差分方程、脈沖響應函數、狀態方程等）。
2-2 什么是過程通道？什么是過程的控制通道和擾動通道？它們的數學模型是否相同？為什么？
過程通道: 輸入量與輸出量間的信號聯系。
擾動通道: 擾動作用與被控量間的信號聯系。??
控制通道：控制作用與被控量間的信號聯系。
不同，因為同一個系統，通道不同，輸入輸出關系不同，其數學模型亦不一樣。
2-3 從階躍響應曲線看，大多數被控過程有何特點？
絕大部分工業過程的動態特性具有自衡能力，因此其模型可以近似為以下幾類：?近似地以一階、二階、一階加滯后、二階加滯后特性之一來描述。
2-4 試述研究過程建模的主要目的及其建模方法？
1.設計過程控制系統和整定調節器參數。
2.進行仿真試驗研究。
3.指導生產工藝設備的設計。
4.培訓運行操作人員。
機理法：又稱數學分析法或者理論建模法，根據過程的內在機理，通過靜態與動態物料平衡和能量平衡等關系用數學推導的方法求取過程的數學模型。
試驗法：在實際的生產過程中，根據過程的輸入、輸出的實驗數據來獲得過程的數學模型。
2-5 什么是機理分析法建模？該方法有何特點？它一般可應用在何種場合？什么是自衡過程和非自衡過程？什么是單容過程和多容過程？
機理建模：是根據過程的內部機理(運動規律)，運用一些已知的定律、原理，如生物學定律、化學動力學原理、物料平衡方程、能量平衡方程、傳熱傳質原理等，建立過程的數學模型。
特點： ?機理分析法建模的最大特點是當生產設備還處于設計階段就能建立其數學模型。另外，對于不允許進行試驗的場合，該方法是唯一可取的。
應用場合:簡單的被控過程建模。
具有自衡平衡力的過程稱為自衡過程。反之，不存在固有反饋作用且自身無法恢復平衡的過程稱為非自衡過程。
所謂自衡單容過程，是指只有一個貯量的又具有自平衡能力的過程。在工業生產中，被控過程往往由多個容積和阻力構成，這種過程稱為多容過程。
2-6圖示液位控制過程的輸入量為q1,流出量為q2、q3 ，液位h為被控變量，C為容量系數，并設R1、R2、R3均為線性液阻。要求：
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?
3-3?請歸納一下過程控制系統設計的主要內容。
控制方案的設計：系統設計的核心，包括合理選擇被控參數和控制參數、信息的獲取和變送、調節閥的選擇、調節器控制規律及正、反作用方式的確定等。
工程設計：在方案設計的基礎上進行，包括儀表選型、控制室和儀表盤設計、儀表供電供氣系統設計、信號及聯鎖保護系統設計等。
工程安裝和儀表調校：系統正常運行的前提，安裝完畢后要對每臺儀表進行單校和對各個回路聯校等。
調節器參數工程整定：保證系統運行在最佳狀態。
3-4 通常過程控制系統設計步驟應包括哪些？結合控制原理請說明靜態、動態特性分析計算時應包含哪些主要內容？
步驟:<1>建立被控過程的數學模型;<2>選擇控制方案;<3>控制設備選型;<4>實驗（和仿真）;
靜態特性分析：擾動通道靜態放大系數Kf;控制通道靜態放大系數K0;調節參數Kc;注意K0和Kc要遠遠大于Kf。
動態特性分析：擾動通道時間常數Tf、時延Cf以及擾動作用點；控制通道的時間滯后Cf以及時間常數分配的影響。
3-5什么叫單回路系統？其方案設計包括哪些主要內容？怎樣理解方案設計是系統設計的核心？
只有一個閉環回路的簡單控制系統叫單回路控制系統；過程控制系統設計包括系統的方案設計，工程設計，工程安裝和儀表調校，調節器參數整定四個主要內容；控制方案是系統設計得核心，若控制方案不正確，則無論如何選用何種先進的過程控制儀表或計算機系統，無論其安裝如何細心，都不可能是系統在工業生產過程中發揮良好的控制作用，甚至系統不能運行。
3-6?什么是直接參數與間接參數？這兩者有何關系？選擇被控參數應遵循哪些基本原則？
直接參數:直接反應生產過程產品產量和質量，以及安全運行的參數。
間接參數: 能間接反應產品質量和產量又與直接參數有單值對應關系的、易于測量的參數作為被控參數。
直接參數與間接參數有單值對應關系。
歸納起來：
1）選擇對產品和質量、安全生產、經濟運行等具有決定性作用的、可直接測量的工藝參數
2）當不能用直接參數作為被控參數時，應該選擇一個與直接參數有單值函數關系的間接參數作為被控參數
3）被控參數必須有足夠的靈敏度
4）被控參數的選取考慮工藝過程的合理性和所用儀表的性能。
3－7 選擇控制參數時，為什么要從分析過程特性入手？為什么選過程控制通道的放大系數K0要適當大一些，時間常數T0要小一些，而擾動通道Kf要盡可能小一些，Tf要大？
問題一：在生產過程中往往有幾個參數可作為控制參數，選擇不同的控制參數，就相當于選擇不同的過程特性，而過程的動態、靜態特性直接影響著控制系統的穩態性能、動態性能和暫態性能。 ?問題二：控制通道的靜態放大系數K0越大，表示控制作用越靈敏，克服擾動的能力越強，控制效果越顯著。 ?時間常數T0的大小反映了控制作用的強弱，反映了控制器的校正作用克服擾動對被控參數影響的快慢。若控制通道時間常數T0太大，則控制作用太弱，被控參數變化緩慢，控制不能及時，系統過渡過程時間長，控制質量下降，所以希望T0要小一些。 ?擾動通道Kf越大則系統的穩態誤差也越大，這表示在相同的階躍擾動作用下，穩態下被控參數將偏離給定值越大，這樣顯著地降低控制質量，所以選擇Kf要盡可能小一些。 ?時間常數Tf的增大，擾動作用于控制回路的過渡時間加長，但是由于過渡過程乘上一個1/Tf的數值，使整個過渡過程的幅值減小Tf倍，從而使其超調量隨著Tf的增大而減小，因而Tf要大。
3-8 為什么選擇控制參數時，對于幾個一階環節組成的過程盡量設法把幾個時間常數錯開？如果不錯開又會怎樣？?
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的《过程控制系统》习题整理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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