四、简答题：
1、过程控制系统按其基本结构形式可分为⼏类?其中闭环系统中按设定值的不同形式⼜可分为⼏种?答：过程控制系统按其基本结构形式可分为闭环⾃动控制系统和开环⾃动控制系统。
在闭环控制系统中，按照设定值的不同形式⼜可分为： (1)定值控制系统 (2)随动控制系统 (3)程序控制系统2、试述热电阻测温原理，常⽤热电阻的种类有哪些？0R 各为多少？
答：热电阻温度计是利⽤⾦属导体的电阻值随温度变化⽽变化的特性来进⾏温度测量的，只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的⽬的。
⼯业上常⽤的热电阻有：铂电阻，铜电阻。
⽬前⼯业上使⽤的铂电阻有两种：⼀种是0R =10Ω；另外⼀种是0R =100Ω。 ⼯业上使⽤的铜电阻也有两种：⼀种是0R=50Ω；另⼀种是0R =100Ω。 3、试述过程控制系统中常⽤的控制规律及其特点。答：控制系统中常⽤的控制规律有⽐例(P)、⽐例积分(PI)、⽐例积分微分(PID)控制规律。
⽐例控制规律是控制器的输出信号与它的输⼊信号(给定值与测量值的偏差)成⽐例。它的特点是控制及时，克服⼲扰能⼒强，但在系统负荷变化后，控制结果有余差。
⽐例积分控制规律是控制器的输出信号不仅与输⼊信号成⽐例，⽽且与输⼊信号对时间的积分成⽐例。它的特点是能够消除余差，但是积分控制作⽤⽐较缓慢、控制不及时。
⽐例积分微分控制规律是在⽐例积分的基础上再加上微分作⽤，微分作⽤是控制器的输出与输⼊的变化速度成⽐例，它对克服对象的容量滞后有显著的效果。
4、何为控制阀的理想流量特性和⼯作流量特性？常⽤的调节阀理想流量特性有哪些？
答：阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量特性；在实际使⽤过程中，阀前后的压差会随阀的开度的变化⽽变化，此时的流量特性称为⼯作流量特性。
常⽤的调节阀理想流量特性有：直线流量特性、等百分⽐(对数)流量特性、快开特性。5、控制器参数整定的任务是什么?⼯程上常⽤的控制器参数整定有哪⼏种⽅法?
答：控制器参数整定的任务是：根据已定的控制⽅案，来确定控制器的最佳参数值(包括⽐例度δ积分时间1T 微分时间D T )，以便使系统能获得好的控制质量。
控制器参数的⼯程整定法主要有临界⽐例度法、衰减曲线法和经验凑试法等。 6、什么是调节器的控制规律？基本控制规律有哪⼏种？各有什么特点？
答：调节器的输出信号随着它的输⼊偏差信号变化的规律叫控制规律。
基本控制规律有：①双位控制：输出不是最⼤，就是最⼩，只有两个位置。 ②⽐例控制：控制作⽤及时，有余差。 ③积分控制：具有消除余差的作⽤。 ④微分控制：具有超前调节的作⽤。五、计算题：
1、某测量范围是0---500℃的温度计出⼚前校验结果如下表：
解：基本误差：δ=500300
306--*100﹪=1.2﹪<1.5﹪所以它的精度等级为1.5级.2、某⼀标尺为0
求：1
3）如果⼯艺允许最⼤测量误差为⼟5℃，该表是否能⽤？解：1）6℃2）δ=6/1000=0.6%，1.0级3）不能⽤
3、甲的正常流量为240kg/h，仪表量程为0-360kg/h；⼄的正常流量为120NM3/h，仪表量程为0-240NM3/h。采⽤控制⼄的单闭环⽐值控制系统，计算引⼊开⽅运算与不引⼊开⽅运算所分别设置的⽐值系数。答： F1为甲流量，F2为⼄流量1.引⼊开⽅器时：
2.不引⼊开⽅器时：
4、⽤带隔离罐的差压变送器测某储罐的液位，差压变送器的安装位置如图所⽰。请导出变送器所测差压Δp与液位H之关系。变送器零点需不需要迁移？若要迁移，是正迁移还是负迁移？解：
P+=Hρ 1g+ h1ρ2g+P0P-= h2ρ2g+P0
ΔP= P+- P-= Hρ 1g-( h2- h1)ρ2gH=0时，ΔP<0，需迁移负迁移
5、⽤差压变送器测某储罐的液位，差压变送器的安装位置如图所⽰。请导出变送器所测差压与液位之关系。讨论变送器零点在什么条件下不需要迁移？在什么条件下需要正迁移？在什么条件下需要负迁移？解：
P+=Hρ 1g+ h1ρ1g+P0
P-= h2ρ2g+P0
ΔP= P+- P-= Hρ 1g+ h1ρ1g- h2ρ2gH=0时，ΔP= h1ρ1g- h2ρ2g当h1ρ1= h2ρ2时，不需迁移当h1ρ 1 > h2ρ2时，需正迁移当h1ρ 1 < h2ρ2时，需负迁移
6、⽤差压变送器测某开⼝容器的液位，其最低液位和最⾼液位分别为h1=1m和h2=3m（如图所⽰）。若被测介m,求：（1）变送器量程是多少？（2）变送器零点是否需要迁移？正迁移还是负迁移？质的密度 =980kg/3迁移量是多少？解：
ΔP= (h2 -h1)ρg =(3-1) *980*9.807=19221.7(Pa)适当考虑裕度得到量程
P+= h1ρg+P0=1*980*9.807+P0=9610.9+P0P-= P0
故迁移量P= P+－P- =9610.9 (Pa)
因为P+ >P-，所以需正迁移，迁移量为9610.9 (Pa)六、设计题
1、在蒸汽锅炉运⾏过程中，必须满⾜汽-⽔平衡关系，汽包⽔位是
⼀个⼗分重要的指标。当液位过低时，汽包中的⽔易被烧⼲引发⽣产事故，甚⾄会发⽣爆炸。（1）试设计⼀个液位的简单控制系统，在图中画出控制⽅案图。（2）确定调节阀的⽓开、⽓关形式，并说明原因。（3）确定调节器的正、反作⽤⽅式，必须有详细的分析过程。（4）画出该控制系统的⽅框图。
解:⽓关式正作⽤
2、在某⽣产过程中，通过加热炉对冷物料加热，根据⼯艺要求，需对热物料出⼝温度进⾏严格控制。对系统
分析发现，主要扰动为燃料压⼒波动。（1）试设计⼀个热物料出⼝温度的串级控制系统，在图中画出控制⽅案图。（2）画出该控制系统⽅框图。（3）为保证设备安全，炉温不能过⾼，确定调节阀的⽓开、⽓关形式。
（4）确定两台调节器的正反作⽤⽅式，必须有详细的分析过程。（5）确定两台调节器应选择什么调节规律。解：
⽓开式副调节器反作⽤主调节器反作⽤
副调节器采⽤P或PI调节规律主调节器采⽤PI或PID调节规律
3、右图为⼀个加热器控制系统，通过将进料(流体)与蒸汽进⾏换热达到对物料(流体)进⾏加热的⽬q)为最主要的⼲扰。（1）试选⽤合适的，希望出料(流体)温度恒定。其中已知进料(流料)流量(v
的的控制⽅案,说明理由,并画出控制系统框图和结构图。（2）为保证设备安全，出料温度不能过⾼，确定调节阀的⽓开、⽓关形式。确定调节器的正反作⽤以及应选择什么调节规律。解：
⽓开式 反作⽤ 前馈调节器采⽤静态前馈 反馈调节器采⽤PI 或PID 控制
4、右下图所⽰的氨冷器，⽤液氨冷却铜液，要求出⼝铜液温度恒定。为保证氨冷器内有⼀定的汽化空间，避免液氨带⼊冰机造成事故，采⽤温度――液位串级控制。 1) 此串级控制系统的主副被控变量各是什么？
2) 试设计⼀温度—－液位串级控制系统，完成该控制⽅案的结构图（即将图⽰的氨冷器控制系统⽰意图补充完整）；
3)试画出温度――液位串级控制系统控制框图； 4)确定⽓动调节阀的⽓开⽓关形式，并说明原因； 5)确定主副调节器的正反作⽤。 解：
主参数为铜液温度,副参数为液氨液位 结构图（略） ⽅框图（略） ⽓开式 副调节器反作⽤ 主调节器正作⽤ 副调节器采⽤P 调节规律 主调节器采⽤PI 或PID 调节规律
5、⼀个如图所⽰的换热器，⽤蒸汽将进⼊其中的冷⽔加热到⼀定温度，⽣产⼯艺要求热⽔温度维持恒定（Δθ≤±1℃）。试设计⼀简单温度控制系统，画出其⽅框图,并确定调节阀的⽓开、⽓关形式和调节器的正、反作⽤⽅式，指出调节器应选择什么调节规律？ 解：
⽓开式 反作⽤ PID 控制规律
6、如图所⽰为⼀管式加热炉，由于⼯艺对原油出⼝温度控制精度要求很⾼，单回路控制满⾜不了要求，需采⽤原油出⼝温度与炉膛温度串级控制系统。要求： （1）画出该串级控制系统流程图，并画出其⽅框图。 （2）选择调节阀的⽓开、⽓关形式。 （3）确定主、副调节器的正、反作⽤。 解：
⽓开式
副调节器反作⽤ 主调节器反作⽤
5-6 什么是⾃衡特性？具有⾃衡特性被控过程的系统框图有什么特点？
解答： 1）在扰动作⽤破坏其平衡⼯况后，被控过程在没有外部⼲预的情况下⾃动恢复平衡的特性，称为⾃衡特性。2）被控过程输出对扰动存在负反馈。 5-7 什么是单容过程和多容过程？
解答： 1）单容：只有⼀个储蓄容量。 2）多容：有⼀个以上储蓄容量。 5-8 什么是过程的滞后特性？滞后⼜哪⼏种？产⽣的原因是什么？
解答： 1）滞后特性：过程对于扰动的响应在时间上的滞后。 2）容量滞后：多容过程对于扰动的响应在时间上的这种延迟被称为容量滞后。 纯滞后：在⽣产过程中还经常遇到由（物料、能量、信号）传输延迟引起的纯滞后。5-9 对图5-40所⽰的液位过程，输⼊量为1Q ，流出量为2Q 、3Q ，液位h 为被控参数，⽔箱
截⾯为A ，并设2R 、3R 为线性液阻。 （1）列写液位过程的微分⽅程组； （2）画出液位过程的框图； （3）求出传递函数)()(1sQsH ，并写出放⼤倍数K 和时间常数T 的表达式。解答：3
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