【正文】 工業(yè)過(guò)程控制中，通常不單獨(dú)使用積分控制規(guī)律。 10． 比例、積分、微分、控制分別用什么量表示其控制作用的強(qiáng)弱？并分別說(shuō)明它們對(duì)控制質(zhì)量的影響。 答：①比例 —— 比例度是反映比例控制器的比例控制作用強(qiáng)弱的參數(shù)。比例度越大，表示比例控制作用越弱。減少比例度，系統(tǒng)的余差越小，最大偏差也越短，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度降低；其過(guò)渡過(guò)程逐漸以衰減振蕩走向臨界振蕩直至發(fā)散振蕩。 ②積分控制 —— 積分時(shí)間 TI表示積分控制 作用強(qiáng)弱的參數(shù)，積分時(shí)間越小，表示積分控制作用越強(qiáng)。積分時(shí)間 TI的減少，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)性能變差，但能加快消除余差的速度，提高系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)確度，最大偏差減小。 ③微分控制 —— 微分時(shí)間 TD是表示微分控制作用強(qiáng)弱的一個(gè)參數(shù)。如微分時(shí)間 TD越大，表示微分控制作用越強(qiáng)。增加微分時(shí)間 TD，能克服對(duì)象的滯后，改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但微分作用不能太大，否則有可能引起系統(tǒng)的高頻振蕩。 11． 試畫(huà)出在階躍作用下，比例、比例積分、比例積分微分調(diào)節(jié)器的輸出特征曲線。 12． 比例積分微分調(diào)節(jié)器有什么特點(diǎn)？ 答：比例積分微分調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)是：①在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行微分調(diào)節(jié)可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)行積分調(diào)節(jié)可消除余差，所以這種調(diào)節(jié)器既能快速進(jìn)行調(diào)節(jié)，又能消除余差，具有良好的調(diào)節(jié)性能。②調(diào)節(jié)作用可通過(guò)調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膮?shù)，比例度，積分時(shí)間 TI和微分時(shí)間 TD面改變。 13． 在比例積分微分調(diào)節(jié)器中可以調(diào)整的參數(shù)有哪幾個(gè) ?試說(shuō)明調(diào)下整其中一個(gè)參數(shù)時(shí) ,對(duì)調(diào)節(jié)器的控制作用有什么影響 ? e(t) A KpA KpA A A Δu(t) KpA KpA e(t) e(t) KpA t t t t t IT t 答 :在 PID調(diào)節(jié)器中 ,比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間 三個(gè)參數(shù)可以調(diào)整，從而可獲得較高的控制質(zhì)量。如比例度增大，則比例控制作用減少弱，當(dāng) 時(shí)， PID調(diào)節(jié)器成為積分微分調(diào)節(jié)器，當(dāng) TI積分時(shí)間 時(shí)， PID調(diào)節(jié)器成為比例微分控制器，當(dāng) TD 時(shí)， PID調(diào)節(jié)器成為 PI即比例積分控制。 14． 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的目的是什么？工程上常用的整定方法有哪些？ 答：當(dāng)一個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝完成后，系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)及其被控對(duì)象各通道的特征不能改變了，而唯一能改變的就是調(diào)節(jié)器的參數(shù)，即調(diào)節(jié)器的比例度 、積分時(shí)間 TI、微分時(shí)間 TD。通過(guò)改變這三個(gè)參數(shù)的大小，就可以改變整個(gè)系統(tǒng)的性能，獲得較好的過(guò) 渡過(guò)程和控制質(zhì)量。調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的目的就是按照己定的控制系統(tǒng)求取控制系質(zhì)量最好的調(diào)節(jié)器參數(shù)，工程上常用的整定方法有： ① 經(jīng)驗(yàn)試湊法 —— 根據(jù)被控變量的性質(zhì)在己知合適的參數(shù)（經(jīng)驗(yàn)參數(shù)）范圍內(nèi)選擇一組適當(dāng)?shù)闹底鰹檎{(diào)節(jié)器的參數(shù)值，然后直接在運(yùn)行的系統(tǒng)中，人為地加上階躍干擾，通過(guò)觀察記錄儀表上的過(guò)渡曲線，并以比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間對(duì)過(guò)渡曲線的影響為指導(dǎo)，按照某種順序反復(fù)試湊比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間的大小，直到獲得滿(mǎn)意的過(guò)渡過(guò)程曲線為止。 ② 臨界比例度法 —— 首先求取比例作用下的閉環(huán)系統(tǒng)為等幅振蕩過(guò)程時(shí)的比 例度 和振蕩周期 TK，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出相應(yīng)的調(diào)節(jié)器參數(shù) ③ 衰減曲線法 —— 以在純比例下獲得 4： 1衰減振蕩曲線為參數(shù)整定和依據(jù)，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(yīng)的值。 15． 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律選擇的依據(jù)是什么？ 答：關(guān)于控制規(guī)律選取可歸納為以下幾點(diǎn)： ① 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)適用于控制負(fù)荷變化較小的被控變量，如果負(fù)荷變化較大，無(wú)論選擇哪種調(diào)節(jié)規(guī)律，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)都很難得到滿(mǎn)意的控制質(zhì)量，此時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)選取用復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 ② 在一般的控制系統(tǒng)中，比例控制是必不可少的，當(dāng)廣義對(duì)控制通道時(shí)間常數(shù)較少，負(fù)荷變化較小，而工藝要求不高時(shí)，可選擇單純的比例規(guī)律，如貯罐液位，不太重要的壓力等參數(shù)控制。 ③ 當(dāng)廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較，負(fù)荷變化較小，而工藝要求無(wú)余差時(shí)，可選用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律，如管道壓力，流量等參數(shù)的控制。 ④ 當(dāng)廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容量滯后較大時(shí)，應(yīng)引入微分作用，如工藝充許消除余差，可選用比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律；如工藝要求無(wú)余差時(shí)，則選用 PID調(diào)節(jié)規(guī)律，如溫度，成分， PH 等參數(shù)控制。 ⑤ 如果被控對(duì)象傳遞參數(shù)可用 近似，則可根據(jù)對(duì)象的可控比 t/T 選擇哪個(gè)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律 。當(dāng) t/T 時(shí)，選用 P或 PI；當(dāng) 時(shí)，選PD或 PID；當(dāng) 時(shí)，采用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)往往不能滿(mǎn)足控制要求，這時(shí)應(yīng)選用復(fù)雜控制系統(tǒng)。 16． 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，必須確定和考慮哪些方面的問(wèn)題？ 答：設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，首先應(yīng)對(duì)被控對(duì)象做全面的了解。除被控對(duì)象的動(dòng)靜態(tài)特征外，對(duì)于工藝過(guò)程，設(shè)備等也需要比較深入的了解； 在此基礎(chǔ)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(cè)變送元件及檢測(cè)位置，選用恰當(dāng)?shù)膱?zhí)行行器，調(diào)節(jié)器以及調(diào)節(jié)器控制規(guī)律待，最后將調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定到最佳值。 17． 什么是串級(jí)控制系統(tǒng)？它 有什么特點(diǎn)？什么情況下采用串級(jí)控制？ 答：串級(jí)控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征面得出的。它是由主、副兩個(gè)控制器串接工作的，主控制器的輸出作為副控制器的給定值，副控制器的輸出操縱控制閥，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主變量的定值控制。 它的特點(diǎn)有：①能迅速克服進(jìn)入副回路的干擾。②能改善被控對(duì)象的特征，提高了系統(tǒng)克服干擾的能力。③主回路對(duì)副對(duì)象具有“魯棒性”，提高了系統(tǒng)的控制精度。串級(jí)控制系統(tǒng)主要就用于：對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大，干擾作用強(qiáng)面頻繁，負(fù)荷變化大，對(duì)控制質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合。 18． 串級(jí)控制系統(tǒng)中心副回路和主回路各起什么作用？為 什么？ 答：在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)是由兩個(gè)串聯(lián)工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)在里面，稱(chēng)為副環(huán)或副回路，在控制系統(tǒng)中起“粗調(diào)”的作用；一個(gè)閉環(huán)在外面，稱(chēng)為主環(huán)或主回路，用來(lái)完成“細(xì)調(diào)”的任務(wù)，以保證被控變量滿(mǎn)足工藝要求。由于串級(jí)控制系統(tǒng)由兩套檢測(cè)變送器、兩個(gè)調(diào)節(jié)閥、兩個(gè)被控對(duì)象和一個(gè)調(diào)節(jié)閥組成，其中兩個(gè)調(diào)節(jié)閥器串聯(lián)起來(lái)工作，前一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值，后一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出才送給調(diào)節(jié)閥。因此一個(gè)是粗調(diào)，一個(gè)是細(xì)調(diào)。 19． 圖 259是聚合釜溫度與流量的串級(jí)控制系統(tǒng)。 ①說(shuō)明該系 統(tǒng)的主、副對(duì)象，主、副變量，主、副調(diào)節(jié)器各是什么？ ②試述該系統(tǒng)是如何客觀實(shí)現(xiàn)其控制作用？ 解：①該系統(tǒng)的主對(duì)象：聚合釜 副對(duì)象：冷卻水進(jìn)口管路 主變量：聚合釜溫度 副變量：冷卻水流量 主調(diào)節(jié)器：溫度調(diào)節(jié)器 副調(diào)節(jié)器：流量調(diào)節(jié)器 ②該控制系統(tǒng)的方框圖： 如圖所示：冷卻水流量若減小，首先由流量檢測(cè)變送，經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥調(diào)整冷卻水閥門(mén)開(kāi)度，開(kāi)度增加；同時(shí)由于流量減少使聚合釜由溫度 T 升高。從而使溫度穩(wěn)定在工橄要求范圍內(nèi)。 20． 什么是前饋控制系統(tǒng)？應(yīng)用在什么場(chǎng)合？ 答：前饋控制又稱(chēng)擾動(dòng)補(bǔ)償，它是測(cè)量進(jìn)入過(guò)程的干擾（包括外界干擾和設(shè)定值變化），并按其信號(hào)產(chǎn)生合適的控制作用去改變操縱變量，使被控變量維持在設(shè)定值上。前饋控制主要用于下列場(chǎng)合： ①干擾幅值大面頻繁，對(duì)被控變量影響劇烈，單純反饋達(dá)不到要求時(shí)； ② 主要干擾是可測(cè)不可控的變量； ③ 對(duì)象的控制通道滯后大，反饋控制不即時(shí)，控制質(zhì)量差時(shí)，可采用前饋 — 反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。 ？它有哪幾種類(lèi)型？ 答：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的參數(shù)符號(hào)一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)， 稱(chēng)為比值控制系統(tǒng)，它主要有定比值控制系統(tǒng)和變比值控制系統(tǒng)。其中定比值系統(tǒng)有三類(lèi)：開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。 2f 1f 給定 T 調(diào)節(jié)器 流量調(diào)節(jié)器 溫度調(diào)節(jié)器 聚合釜 檢測(cè)變送 2（流量） 檢測(cè)變送 1（溫度） 冷卻水 進(jìn)口管路 ？應(yīng)用在什么場(chǎng)合？ 答：選擇性控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是使用選擇器，可以在兩個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出端，或在幾個(gè)變送器輸出端對(duì)信號(hào)進(jìn)行選擇，以適應(yīng)不同的工況，主要應(yīng)用在對(duì)不穩(wěn)定工況的控制，可以保證生產(chǎn)工藝過(guò)程的安全操作，盡量減少開(kāi)，停車(chē)中的不穩(wěn)定工況。 ？ 答：均勻控制系統(tǒng)的目的是為了解決前后工序的供求矛盾，使兩個(gè)變量之 間能夠互相兼顧和協(xié)調(diào)操作。均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是其控制結(jié)果不像其他控制系統(tǒng)那樣，不是為了使被控變量保持不變可，而是使兩個(gè)互相聯(lián)系的變量都在允許的范圍內(nèi)緩慢地變化。 第三章 過(guò)程檢測(cè)技術(shù) ，以及測(cè)量三要素，并舉例說(shuō)明。 答：測(cè)量方程式： 為被測(cè)量， x為測(cè)量值， u為測(cè)量單位。測(cè)量過(guò)程三要素為：測(cè)量單位，測(cè)量方法，測(cè)量?jī)x器與設(shè)備。舉例：如液柱式溫度計(jì)測(cè)量溫度。 ，指出它們的異同及使用場(chǎng)合？ 答：直接測(cè)量法 — 指被測(cè)量與單位能直接比 較得出比值，或者儀表能直接顯示出被測(cè)參數(shù)值的測(cè)量方法；間接測(cè)量法 — 通過(guò)測(cè)量與被測(cè)量有一定函數(shù)關(guān)系的其他物理量，然后根據(jù)函數(shù)關(guān)系計(jì)算出被測(cè)量的數(shù)值，稱(chēng)為間接測(cè)量法。相同之處在于都是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中一些物理量的測(cè)量，都包含測(cè)量三要素。不同之處在于直接測(cè)量測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單方便，應(yīng)用廣泛；間接測(cè)量過(guò)程較復(fù)雜，只有在誤差較大或缺乏直接測(cè)量?jī)x表時(shí)才采用。 ？傳感器的主要特性有哪些？ 答：測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)有技術(shù)，經(jīng)濟(jì)及使用三方面的指標(biāo)，其中技術(shù)方面的有：誤差，精度等級(jí)，靈敏度，變差，量程，響 應(yīng)時(shí)間，漂移等；經(jīng)濟(jì)方面的有：使用壽命，功耗， 價(jià)格等 ；使用方面的有：操作維修是否方便，運(yùn)行是否可靠安全，以及抗干擾與防護(hù)能的強(qiáng)弱，重量體積的大小，自動(dòng)化程度的高低等。 傳感器的主要特性有：準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性，靈敏性。 ，隨機(jī)誤差和粗大誤差的含義及減小誤差的方法。 答：系統(tǒng)誤差是由于測(cè)量工具本身的不準(zhǔn)確或安裝調(diào)整得不正確，測(cè)試人員的分辨能力或固有的讀數(shù)習(xí)慣，測(cè)量方法的理論根據(jù)有缺陷或采用了近似公式等原因產(chǎn)生的測(cè)量值與真值的偏差。系統(tǒng)誤差的絕對(duì)值和符號(hào)或者保持不變，或者在條件變化時(shí)按某一規(guī)律變化 。如儀表零位未調(diào)整好會(huì)引起恒值系統(tǒng)誤差。隨即誤差是由于測(cè)量過(guò)程中大量彼此獨(dú)立的微小因素對(duì)被測(cè)值的綜合影響而產(chǎn)生的測(cè)量值與真值的偏差，其絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)料的方式變化。如氣溫的變化。粗大誤差 — 是由于測(cè)量操作者的粗心，不正確地操作，實(shí)驗(yàn)條件的突變或?qū)嶒?yàn)狀況未達(dá)到預(yù)想的要求而匆忙實(shí)驗(yàn)等原因造成的明顯地歪曲測(cè)量結(jié)果的誤差。減小誤差的方法： ① 系統(tǒng)誤差：應(yīng)盡量減少或消除系統(tǒng)誤差的來(lái)源。首先檢查儀表本身的性能是否符號(hào)要求；其次仔細(xì)檢查儀器是否處于正常工作條件，如環(huán)境條件及安裝位置等是否符合技術(shù)要求，零位是否正確；此外還 應(yīng)檢查測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法本身是否正確。 ② 隨即誤差：由于摩擦，間隙，噪聲等都會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)誤差，因此首先從結(jié)構(gòu)，原理上盡量避免采用存在摩擦的可動(dòng)部分；采用減小噪聲的裝置，并采用抗干擾能力強(qiáng)的測(cè)量?jī)x器。 ③ 對(duì)于粗大誤差應(yīng)端正科學(xué)研究態(tài)度，并認(rèn)真分析數(shù)據(jù)，剔除壞值。 ，相對(duì)誤差及引用誤差的定義，舉例說(shuō)明各自的用途。 答：絕對(duì)誤差 — 儀表指示值與被測(cè)變量的真值之間的代數(shù)差，即x x A? ? ? ，可表示儀表基本誤差限： a??? 。 相對(duì)誤差 — 測(cè)量的絕對(duì)誤差與被測(cè)變量的約定真值（實(shí)際值）之比，即用 10 0% 6%x? ?? ? ? ? ? ，可表示儀表的基本誤差限與絕對(duì)誤差相比較，相對(duì)誤差更能說(shuō)明測(cè)量結(jié)果的精確程度，如溫度升測(cè)量顯示值為 57℃ ，時(shí)間溫度為 60℃ ，則 ： ? =5760=3, 3 100% %60? ? ? ? ? ?， 若 實(shí)際 為 30℃ ，測(cè)量顯示值為 27℃ ，則 ： ? =3℃， 3 1 0 0 % 1 0 .0 %30? ? ? ? ? ?， 顯然此時(shí)的相對(duì)誤差比前者大。 引用誤差 — 絕對(duì)誤差與儀表的量程之比，用引用誤差表示的儀表基本誤差限為： 100% %qds?? ? ? ? ?， 如溫度計(jì)的量程為 100℃ ，則其引用誤差 3 100% 3%100q ? ? ? ? ?， 根據(jù)允許引用誤差值的大小可劃分儀表的精度等級(jí)。 5A 的電流表，結(jié)果如下： 輸入量 /A 1 2 3 4 5 示量 /A （ 1） 試求儀表各示值 的絕對(duì)誤差，實(shí)際相對(duì)誤差，示值相對(duì)誤差和引用誤差。 （ 2） 確定儀表的精度等級(jí) 。 解： 絕對(duì)誤差： 0x x A? ? ? ；相對(duì)誤差：0xA? ?? ， 示值相對(duì)誤差： 39。 xx? ?? ，引用誤差 ： xq S?? 所以數(shù)值計(jì)算列表如下： 0A 1 2 3 4 5 X 0x x A? ? ? 0xA? ?? 39。 xx? ?? xq S?? 儀表的精度等級(jí) max 2%q ? ， 故該儀表的精度等級(jí)為 2。 20 次測(cè)量，得到如下數(shù)據(jù)：