自动化仪表及过程控制
一．填空、选择题
1.被调介质流过阀门的相对流量〔Q/Qmax〕及阀门相对行程〔l/L〕之间的关系，称为
调节阀的〔流量〕特性；假设阀前后的压差保持不变时，上述关系称为〔理想〕特
性；实际使用中，阀前后的压差总是变化的，此时上述关系为〔工作〕特性。
2.根据以下情况，填空〔大，小，好，差〕：
A.关小及调节阀串联的切断阀，会使可调比变〔小〕，流量特性变〔差〕；
B.翻开及调节阀并联的旁路阀，会使可调比变〔小〕，流量特性变〔差〕；
C.对可调比来说，切断阀比旁路阀的影响要〔小〕；
D.对流量特性来说，切断阀比旁路阀的影响要〔差〕。
3.流通能力C的定义是：调节阀全开，阀前后压差为〔〕，流体重度为〔1g/cm3〕,每
〔小时〕所通过的流体〔流量/体积/质量〕数。
4.加热炉的燃料油系统应选用〔气开〕式调节阀；锅炉液位控制的冷水阀应采用〔气
关〕式调节阀。
5.控制系统引入积分作用是为了〔消除余差〕，但积分的引入会使系统〔产生振荡现
象〕，引入微分作用是为了〔克制容量滞后〕。
6.执行器按其能源型式可分为〔气动〕，〔电动〕，〔液动〕三大类。
7.气动执行器由〔执行机构〕和〔调节机构〕两个局部组成。
8.执行器常用的辅助装置有〔阀门定位器〕、〔手动操作机构〕。
9. 调节阀的流量特性有〔直线特性〕、〔对数/抛物线特性〕和〔快开特性〕，流量特
性的选择主要是及〔被控对象的过程特性〕相匹配。
10.根据以下情况，选择调节阀的流量特性：
A.调节阀经常在小开度工作时，易选用〔等百分比/对数〕特性；
B.双位调节应选用〔快开〕特性；
C.当被调介质含有固体悬浮物时，宜选〔直线〕特性；
D.程序控制应选用〔快开〕特性。
11.调节系统中调节器正、反作用确实定是根据：〔B〕
A．实现闭环回路的正反应。
B．实现闭环回路的负反应。
C．系统放大倍数恰到好处
D．生产的平安性。
12.由于微分调节规律有超前作用，因此调节器参加微分作用主要是用来：〔C〕
A.克制调节对象的惯性滞后〔时间常数T〕，容量滞后τc和纯滞后τ0.
B.克制调节对象的滞后τ0.
C.克制调节对象的惯性滞后〔时间常数T〕，容量滞后τc.
二．简答题
1.据你所知，写出十种常见的调节阀构造型式。
【参】
直通单座调节阀，直通双座调节阀，角型调节阀，高压调节阀，三通调节阀，隔膜调节阀，偏心调节阀，套筒型调节阀，蝶阀，球阀。
2.执行器的选择，主要是从哪三方面考虑？
【参】
遵循调节阀特性的选用原那么，从提高过程控制质量和系统平安角度，还应包括以下内容：
1选择适宜的调节工作区间
2选择适宜的流量特性
3选择适宜的调节阀开关形式
3.调节器的正、反作用方式的选择原那么和步骤？
【参】
调节器有正反两种作用方式，选取原那么是必须保证使整个单回路构成负反应系统。
步骤：首先根据生产工艺平安等原那么确定调节阀的开关形式，然后按被控过程特性确定其正反作用，最后根据上述组成该系统的开环传递函数各环节的静态放大系数记性相乘必须为正的原那么来确定调节器的正反作用。
4.调节阀的流量系数KV的意义是什么？是不是就是实际工艺条件下的最大流量Qmax？
【参】
所谓调节阀的流量系数，是指在调节阀全开时，单位时间内通过调节阀的流体体积或质量。它说明了调节阀根据工艺要求应具有的尺寸大小，是调节阀选择的重要参数。可以定义为：在调节阀前后压差为100kPa，流体密度为1000kg/m3的条件下，每小时通过阀门的流体数量(m3)。
不是实际工艺条件下的最大流量Qmax，存在差压。
5.电动执行机构由伺服放大器和执行单元两大局部，其典型构造原理方框图如下图，请对位置发生器工作原理作解释。
【参】
来自调节器的 | I | i | 作为伺服放大器的输入信号，及位置反应信号进展比拟，其差值经伺服 |
放大器放大后控制伺服电机的正反转，再经减速器减速后，改变输出轴即调节阀的开度〔或挡板的角位移〕，及此同时，输出轴的位移经位置发送器检测后变成电信号，作为阀位指示及反应信号If，当I?i If相等时，伺服电机停顿转动，这时调节阀的开度就定在了及调节器输出的位置上。
控制框图：
输入 | 放大器 | 控制器 | 执行机构 | 被控对象 | 输出 |
出、 |
入
检测变送
6.阐述调节器在自动控制系统中的作用。
【参】
对被控量和设定值产生的偏差信号，按照某一控制规律进展运算，并将产生的控制信号作用于执行机构，使执行机构根据接收到的控制信号，对被控对象进展控制，以到达所需的工艺要求。
调节器实现的功能有：
输入、运算、输出处理的功能；自动平衡的功能；自诊断的功能以及通信功能。
7.什么是比例度？
【参】
比例度又称比例带，是调节器放大倍数KP的倒数，是调节器的一个重要参数。实质上是表示调节阀开度的百分比及被调量偏差变化的百分比的比值。加大比例度能提高系统稳定性，但静态偏差要增加;反之，能提高系统的精度，但调节过程的振荡程度要增加。
8.用变送器的输出直接控制调节阀，能否起调节作用？
【参】
不能。工业上的控制过程一般都是基于偏差的过程控制。如果把变送器的输出直接控制
调节阀，而不跟设定值作比拟，就不会产生偏差信号，控制器失去了对整个系统的控制作用。
三．分析题
1. 有一液位控制系统如图1所示，根据工艺要求调节阀选用气开式，调节器的正反作用应
该如何？
图2中的液面调节回路，工艺要求故障情况下送出的气体中不允许带有液体。试选取调
节阀气开、气关型式和调节器的正、反作用，再简单说明这一调节回路的工作过程。
气
H
H
气开
液
图1 液位控制系统
【参】
图2液位控制系统
图1 先做两条规定：
〔1〕气开调节阀为+A，气关调节阀为－A；
〔2〕调节阀开大，被调参数上升为+B，下降为－B。
那么 A×B=“+〞调节器选反作用；
A×B=“－〞调节器选正作用。
在图中，阀为气开+A，阀开大，液位下降－B，那么有： 〔+A〕×〔－B〕=“－〞 调节器选正作用。
图2 因工艺要求故障情况下送出的气体不允许带液，故当气源压力为零时，阀门应翻开，所以调节阀是气关式。当液位上升时，要求调节阀开度增大，由于所选取的是气关调节阀，故要求调节器输出减少，调节器是反作用。
其工作过程如下：液体↑→液位变送器输出↑→调节器输出↓→调节阀开度↑→液体输出↑→液位↓。
2．图3所示为加热炉温度控制系统。根据工艺要求，出现故障时炉子应当熄火。试说明调节阀的气开、气关型式，调节器的正反作用方式，并简述控制系统的动作过程。
TC
冷介质
加热炉 | 热介质 |
燃料
图3加热炉温度控制系统
【参】
因工艺要求故障情况下炉膛熄火，从平安角度分析，调节阀要选取气开式。
根据： | ? | K | c | K | v | K | p | K | m | ? | 0 | ， | K | pK | m | ? | 0 | ，由于调节阀为气开式，知 | K | v | ? | 0 | ，那么 | K | c | ? | 0 | ， |
所以调节器为正作用。
动作过程：
当检测到炉膛温度正常时，阀门开度不变，燃料流量恒定，当故障时，如果炉膛温度过高，阀门开度减小，燃料流量减小，使炉膛温度降低。
3.一台PID调节器，为什么当测量等于给定时，输出能稳在任意值上？
【参】
根据PID调节器数学表达式：
?y | ? | 1 | ?? | ?x | ? | 1 | | ?xdt | ? | T | d | ?x | ? | |
| | P | ?? | | | T i | ? | | | d | dx | | ? | 〔1〕 |
式中：P—比例度，Ti—积分时间，Td—微分时间，Δy—输出信号，Δx—输入偏差 当外界有一干扰，使测量值偏离给定值，那么Δx≠0，由于积分作用，使输出Δy不断变化。
输出的变化引起调节作用的改变，当某一时刻测量重新回到给定值时，那么Δx=0，代入〔1〕式得：
?y | ? | 1 | ?? | 0 | ? | 1 | | 0 | dt | ? | T | d | ?? | ?? | ? | 1 | ? | 1 | ? | C | |
| | P | ?? | | | T i | ? | | | | d | dx | ?? | | P | | T i | | | 〔2〕 | |
〔2〕式中C为任意常数，所以，输出信号Δy稳定在任意值上。