化工仪表及自动化总复习 第一章自动控制系统基本概念 、基本要求 1.掌握自动控制系统的组成,了解各组成部分的作用以及相互影响和联系 2.掌握自动控制系统中常用术语,了解方块图的意义及画法 3.掌握管道及控制流程图上常用符号的意义 4.了解控制系统的分类形式,掌握系统的动态特性和静态特性的意义 5.掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下,过渡过程的形式和过渡过程的品质指标 二、常用术语 1.控制对象 2.被控变量: 3.操纵变量: 4.扰动量:除操纵变量外,作用于被控变量并使其发生变化的因素 5.设定值 6.偏差: 7.控制系统的过渡过程 8.反馈:把系统或环节的输出信号直接或(经过一些环节)间接引入到输入端的方法称为 反馈 9.负反馈:反馈信号的作用方向与设定信号相反,即偏差信号位两者之差,这种反馈称为 负反馈 10正反馈 问答题 1.控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类?简述每种形式的基本含义 开环自动控制系统:操纵变量可以改变被控变量,但被控变量对操纵变量没有影响 闭环自动控制系统:操纵变量可以改变被控变量,被控变量又对操纵变量产生影响。 定值控制系统:给定值为常数 随动控制系统:给定值为变数,要求跟随变化 程序控制调节系统:按预定时间顺序控制参数 2.自动控制系统由哪几部分组成?各部分的作用是什么? 控制对象: 控制仪表 检测仪表(检测元件及变送器) 控制仪表 执行仪表: 显示仪表: 3.在阶跃扰动作用下,控制系统的过渡过程有哪几种形式?其中哪些形式能基本满足控制 要求? 发散振荡过程: 非振荡发散过程:
化工仪表及自动化总复习 第一章 自动控制系统基本概念 一、基本要求 1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系； 2. 掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法； 3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义； 4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义； 5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。 二、常用术语 1. 控制对象： 2. 被控变量： 3. 操纵变量： 4. 扰动量：除操纵变量外，作用于被控变量并使其发生变化的因素。 5. 设定值： 6. 偏差： 7. 控制系统的过渡过程： 8. 反馈：把系统或环节的输出信号直接或（经过一些环节）间接引入到输入端的方法称为 反馈。 9. 负反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号位两者之差，这种反馈称为 负反馈。 10 正反馈： 三、问答题 1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。 开环自动控制系统：操纵变量可以改变被控变量，但被控变量对操纵变量没有影响。 闭环自动控制系统：操纵变量可以改变被控变量，被控变量又对操纵变量产生影响。 定值控制系统：给定值为常数； 随动控制系统：给定值为变数，要求跟随变化； 程序控制调节系统：按预定时间顺序控制参数。 2. 自动控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 控制对象： 控制仪表： 检测仪表（检测元件及变送器）： 控制仪表： 执行仪表： 显示仪表： 3. 在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式? 其中哪些形式能基本满足控制 要求？ 发散振荡过程： 非振荡发散过程：
等幅振荡过程 衰减振荡过程: 非振荡衰减过程: 其中,衰减振荡过程和非振荡衰减过程可以基本满足控制要求,但后者进程缓慢,只用 于系统不允许振荡时。 4.试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义 最大偏差 衰减 余差 过渡时间 振荡周期(振荡频率) 5.什么是控制系统的方块图?它与工艺管道及控制流程图有何区别? 自动控制系统的方块图是由传递方块、信号线(带有箭头的线段)、综合点、分支点构 成的表示控制系统组成和作用的图形。其中:每一个方块代表系统中的一个组成部分 6.在自动化系统中,仪表符号由哪几部分组成,各表示什么意义? 仪表位号由字母组合和回路编号组成 字母组合:首字母一一被侧变量,尾字母一一仪表功能,中字母一一修饰词 回路编号:首位数一一工序号:后续数一一顺序号 7.某化学反应器工艺操作规定温度为 (800±10℃)。为确保生产安全,控制中 Tr C 温度最高不得超过850℃。现运行的控制 系统,在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线 如图所示。 815 (1)分别求出最大偏差、余差、衰减比、805 过渡时间(温度进入士2%新稳定值即视为80 系统已稳定)和振荡周期 2025 (2)说明此温度控制系统是否满足工艺 温度控制系统过渡过程曲线 要求
等幅振荡过程： 衰减振荡过程： 非振荡衰减过程： 其中，衰减振荡过程和非振荡衰减过程可以基本满足控制要求，但后者进程缓慢，只用 于系统不允许振荡时。 4. 试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。 最大偏差： 衰减比： 余差： 过渡时间： 振荡周期（振荡频率）： 5. 什么是控制系统的方块图？它与工艺管道及控制流程图有何区别？ 自动控制系统的方块图是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构 成的表示控制系统组成和作用的图形。其中：每一个方块代表系统中的一个组成部分， 6. 在自动化系统中，仪表符号由哪几部分组成，各表示什么意义？ 仪表位号由字母组合和回路编号组成： 字母组合：首字母――被侧变量，尾字母――仪表功能，中字母――修饰词 回路编号：首位数――工序号；后续数――顺序号 7. 某化学反应器工艺操作规定温度为 （800±10℃）。为确保生产安全，控制中 温度最高不得超过 850℃。现运行的控制 系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线 如图所示。 （1）分别求出最大偏差、余差、衰减比、 过渡时间（温度进入±2%新稳定值即视为 系统已稳定）和振荡周期。 （2） 说明此温度控制系统是否满足工艺 要求。 845 815 805 800 7 20 25 T/°C t/min 温度控制系统过渡过程曲线
第二章被控对象的数学模型 、基本要求 1.了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法; 2.掌握用机理建模的方法,建立简单对象的数学模型 3.掌握表征被控对象特性的三个参数一一放大倍数K、时间常数T、滞后时间τ的物理意 义及其对控制质量的影响 4.了解被控对象特性的实验测定方法。 二、常用术语 1.被控对象特性: 2.被控对象数学模型: 3.被控对象的放大倍数: 4.被控对象的时间常数: 5.被控对象的滞后时间:纯滞后(输出变化落后于输入变化的时间)与容积滞后(因物料 或能量传递需要一定时间而引起的输出变化迟缓)之和 6.通道:由对象的输入变量至输出变量的信号联系。包括控制通道和干扰通道。 、问答题 1.为什么说放大倍数K是对象的静态特性,而时间常数T和滞后时间τ是对象的动态特 性? 2.简述获取对象特性(数学模型)的两种方法。 理论分析法:通过理论分析建立输入和输出之间的关系。例如:一阶对象、积分对象、 二阶对象 实验测取法:在实际系统或实验系统中,通过一组输入来考察输出的跟随变化规律 见的有:多点拟合法、阶跃输入法和周期脉冲法 3.RC电路如图所示。V为输入量,V0为输出量 在时间t=0时,闭合开关K,电容开始充电 R 此时,电压V0随时间的变化规律为: Vo=V(1-e-) (1)求当t分别为0、T和∞时,Vo分别 为多少? 第3题RC充放电电路图 (2)绘出V作阶跃变化时,Vo随时间变 化的响应曲线形状 (3)根据上述已知条件,确定对象的特性参数K、T和τ 4.为了测定某物料干燥筒的对象特性,在to时 温度/℃ 刻突然将加热蒸汽量从25m/h增加到28m3/h, 物料出口温度记录仪得到阶跃输入曲线如图所150 示。写出描述物料干燥筒特性的微分方程(温度 变化量作为输入量,加热蒸汽量的变化量作为输 出量:温度测量仪表的测量范围0~200℃:流 量测量仪表的测量范围0~40m3/h) t/min 第4题蒸汽流量阶跃反应曲线
第二章 被控对象的数学模型 一、基本要求 1. 了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法； 2. 掌握用机理建模的方法，建立简单对象的数学模型； 3. 掌握表征被控对象特性的三个参数——放大倍数 K、时间常数 T、滞后时间τ的物理意 义及其对控制质量的影响； 4. 了解被控对象特性的实验测定方法。 二、常用术语 1. 被控对象特性： 2. 被控对象数学模型： 3. 被控对象的放大倍数： 4. 被控对象的时间常数： 5. 被控对象的滞后时间：纯滞后（输出变化落后于输入变化的时间）与容积滞后（因物料 或能量传递需要一定时间而引起的输出变化迟缓）之和 6. 通道：由对象的输入变量至输出变量的信号联系。包括控制通道和干扰通道。 三、问答题 1. 为什么说放大倍数 K 是对象的静态特性，而时间常数 T 和滞后时间τ是对象的动态特 性？ 2. 简述获取对象特性（数学模型）的两种方法。 理论分析法：通过理论分析建立输入和输出之间的关系。例如：一阶对象、积分对象、 二阶对象 实验测取法：在实际系统或实验系统中，通过一组输入来考察输出的跟随变化规律。常 见的有：多点拟合法、阶跃输入法和周期脉冲法。 3. RC 电路如图所示。Vi 为输入量，V0 为输出量。 在时间 t＝0 时，闭合开关 K，电容开始充电。 此时，电压 V0 随时间的变化规律为： (1 ) / 0 t RC i V V e − = − （1）求当 t 分别为 0、T 和∞时，V0 分别 为多少？ （2）绘出 Vi 作阶跃变化时，V0 随时间变 化的响应曲线形状； （3）根据上述已知条件，确定对象的特性参数 K、T 和τ。 4. 为了测定某物料干燥筒的对象特性，在 t0 时 刻突然将加热蒸汽量从 25m3 /h 增加到 28m3 /h， 物料出口温度记录仪得到阶跃输入曲线如图所 示。写出描述物料干燥筒特性的微分方程（温度 变化量作为输入量，加热蒸汽量的变化量作为输 出量；温度测量仪表的测量范围 0～200℃；流 量测量仪表的测量范围 0～40m3 /h）。 温度/℃ 第 4 题 蒸汽流量阶跃反应曲线 R Ui C Uo 第 3 题 RC 充放电电路图
第三章检测仪表与传感器 一、基本要求 1.掌握仪表精度的意义与测量误差的关系。 2.了解仪表的性能指标。 3.初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。 4.了解各种流量计的测量原理。重点是差压式流量计及转子流量计。 5.了解各种液位测量方法。初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。 6.掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中的冷端温度 补偿的作用及方法 7.了解电动温度变送器的作用及原理 、常用术语 1.参数检测: 2.非电量的电测法 3.准确度 4.绝对误差 5.实际相对误差: 6.示值相对误差: 引用相对误差 8允许误差: 9.指示变差 10.精密度 11.仪表精度等级: 12.精确度: 13.灵敏度: 14.灵敏限: 分辨率 16.线性度: 17.反应时间: 三、问答题 1.工业压力计按敏感元件通常可以分为哪几种类型?试简述各种压力计的工作原理。 液柱式压力计: 活塞式压力计 弹性式压力计: 弹簧管式 薄膜式 波纹管式 电气式压力计 应变式: 压电电阻式 电感式 电容式: 霍尔式
第三章 检测仪表与传感器 一、基本要求 1．掌握仪表精度的意义与测量误差的关系。 2．了解仪表的性能指标。 3．初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。 4．了解各种流量计的测量原理。重点是差压式流量计及转子流量计。 5．了解各种液位测量方法。初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。 6．掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中的冷端温度 补偿的作用及方法。 7．了解电动温度变送器的作用及原理。 二、常用术语 1. 参数检测： 2. 非电量的电测法： 3. 准确度： 4. 绝对误差： 5. 实际相对误差： 6. 示值相对误差： 7. 引用相对误差： 8. 允许误差： 9. 指示变差： 10. 精密度 11. 仪表精度等级： 12. 精确度： 13. 灵敏度： 14. 灵敏限： 15. 分辨率： 16. 线性度： 17. 反应时间： 三、问答题 1. 工业压力计按敏感元件通常可以分为哪几种类型？试简述各种压力计的工作原理。 液柱式压力计： 活塞式压力计： 弹性式压力计： 弹簧管式： 薄膜式： 波纹管式： 电气式压力计： 应变式： 压电电阻式： 电感式： 电容式： 霍尔式：
2.试述压力计选型的主要内容及安装注意事项 类型选择 量程与盘面选择 精度选择 注意:取压位置与隔离 3.试述流量计的分类及其工作原理 速度流量计: 压差流量计: 转子流量计 电磁流量计: 超声波流量计 涡轮流量计: 堰式流量计: 容积式流量计 齿轮流量计: 活塞流量计 质量流量计: 间接质量流量计: 直接质量流量计: 4.试述物位计的分类及其工作原理。 直读式物位计 浮力式物位计: 压差式物位计: 电磁式物位计 核辐射式物位计 超声波物位计: 光电式物位计: 5.试述温度测量仪表的种类及其工作原理 接触式温度计 膨胀式温度计: 玻璃液体温度计: 双金属温度计: 压力式温度计: 热电偶温度计: 热电阻温度计: 非接触温度计 辐射温度计: 红外温度计: 光电温度计: 热电温度计:
2. 试述压力计选型的主要内容及安装注意事项。 类型选择 量程与盘面选择 精度选择 注意：取压位置与隔离 3. 试述流量计的分类及其工作原理。 速度流量计： 压差流量计： 转子流量计： 电磁流量计： 超声波流量计： 涡轮流量计： 堰式流量计： 容积式流量计： 齿轮流量计： 活塞流量计： 质量流量计： 间接质量流量计： 直接质量流量计： 4. 试述物位计的分类及其工作原理。 直读式物位计： 浮力式物位计： 压差式物位计： 电磁式物位计： 核辐射式物位计： 超声波物位计： 光电式物位计： 5. 试述温度测量仪表的种类及其工作原理 接触式温度计： 膨胀式温度计： 玻璃液体温度计： 双金属温度计： 压力式温度计： 热电偶温度计： 热电阻温度计： 非接触温度计： 辐射温度计： 红外温度计： 光电温度计： 热电温度计：