第一章
1. 化工自动化:是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。意义：
（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、化工自动化的主要内容：包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
3. 自动控制系统：对生产中某些关键性参数进行自动控制，使他们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，能自动的控制而回到规定的数值范围内，为此目的而设置的系统就是自动控制系统。
4、自动控制系统主要组成：测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。测量元件与变送器：用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号、电压、电流信号等）；控制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的给定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号送住执行器。执行器：能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控对象的物料量或能量，从而克服扰动影响，实现控制要求。被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象。被控变量：被控对象内要求保持给定值的工艺参数。给定值：被控变量的预定值。操纵变量： 受控制阀操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给定值的物料量或能量。
5. 方块图：是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。
6. 图所示为一反应器温度控制系统示意图。A 、B 两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？
反应器温度控制系统
该温度控制系统的方块图
其中，被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；操纵变量：冷却水流量。可能影响被控变量的干扰因素主要有：A 、B 两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度的变化，环境温度的高低等。
7. 自动控制系统可分为：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。
8. 在自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态。
9. 阶跃干扰：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系统上，并保持在这个幅度。采用阶跃干扰的原因：阶跃干扰比较突然，比较危险，对被控变量的影响也最大。如果一个控制系统能够有效克服阶跃干扰，对其他比较缓和的干扰也一定很好地克服。阶跃干扰形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。阶跃干扰作用下的几种基本形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程。等幅振荡过程，发散振荡过程。等幅振荡过程和发散振荡过程是不稳定过程，生产上不能采用；非周期衰减过程虽是稳定过程，但该过程中被控变量达到新的稳定值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏离给定值，所以一般也不采用；衰减振荡过程能够较快地使系统达到稳定状态，并且最终的稳态值必然在两峰值之间，决不会出现太高或太低的现象，更不会远离给定值以致造成事故。
21、某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10) ℃。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题1-19图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间（被控温度进入新稳态值的±1%（即900⨯（±1%）=±9℃）的时间），并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？
题1-19图 温度控制系统过渡过程曲线
最大偏差A =950-900=50（℃）；
超调量B =950-908=42（℃）；B '=918-908=10（℃），所以，衰减比n =B :B '=42:10=4.2；
余差C =908-900=8℃；
振荡周期T =45-9=36(min)；
过渡时间t s =47min。
因为A =50℃
第二章
1. 对象特性：指对象输入量与输出量之间的关系。这种对象特性的数学描述称为数学模型。分为：静态数学模型：描述的是对象在静态时的输入量与输出量之间的关系；动态数学模型：描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况。数学模型表达形式两大类：（非）参量模型（形式）。
2. 机理建模：机理建模是根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，从而获取对象的数学模型，这类模型通常称为机理模型。
4. 建立对象的数学模型两大类方法：机理建模法、实验建模法。
5. 反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？
解：放大系数K 、时间常数T 和滞后时间τ
放大系数K 在数值上等于对象（重新）处于稳定状态时的输出变化量与（引起输出变化的）输入变化量之比，即
输出量的变化量 K =输入量的变化量
对象的放大系数K 越大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大，或被控变量对这个量的变化就越灵敏，所以，K 实质上是对象的灵敏度。
时间常数T 是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间；或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始变化速度变化，达到新的稳态值的时间。时间常数越大，被
控变量的变化也越慢，达到新的稳态值所需的时间也越大对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即而迅速地变化的现象称为滞后现象；或输出变量的变化落后于输入变量的变化的现象称为滞后现象。滞后现象用滞后时间τ表示。对象的滞后时间τ，使对象的被控变量对输入的变化响应滞后，控制不及时。
第三章
1. 测量过程:在实质上是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。一般它都是利用专门的技术工具，将被测参数经过一次或多次的信号能量形式的转换，最后获得一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。
2. 由仪表读得的被测值与被测量真值之间会存在一定的差距，这一差距称为测量误差。
表示方法有：绝对误差和相对误差。 绝对误差：Δ= x－x0 相对误差： 3.
4. 变差：变差是指在外界条件不变的情况下，用同一种仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。
5. 测压仪表按其转换原理不同分为四大类：液柱式压力计：它是将被测压力转换成液柱高度来进行测量的；弹性式压力计：它是将被测压力转换成弹性元件的位移来进行测量的（测压原理：将被测压力转换成弹簧管自由端的位移来进行测量的。主要组成：弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头。测压过程：当被测压力通入弹簧管后，由于弹簧管在压力作用下产生变形，使其自由端产生位移，经放大后就可以由指针在面板上指示出相应的压力值）；电气式压力计：它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的；活塞式压力计：它是根据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。
6. 主要的弹性元件有：弹簧管，膜片，波纹管.
7. 应变片式压力传感器：测压元件是电阻应变片。利用金属导体的电阻应变效应制成的。压阻式压力传感器：测压元件是单晶硅片。利用半导体的压阻效应制成的。
8. 电容式压力传感器的工作原理：将弹性元件的位移转换为电容量的变化。将测压膜片作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生位移改变了两块极板之间的距离，造成电容量发生变化。特点：结构紧凑、灵敏度高、过载能力大、测量精度可达0.2级、可以测量压力和差压。
9、为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？（1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。（2）由于仪表的基本误差∆m 由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。
10. 节流现象：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为。流体经节流装置时，由于流速发生变化，使流体的动能发生变化。根据能量守恒定律，动能的变化必然引起静压能的变化，所以在流体流经节流装置时必然会产生静压差。节流原理:管道中流动的流体流量越大，在节流装置前后产生的压差也越大，我们只要测出孔板前后两侧压差的大小，即可表示流量的大小，这就是节流装置测量流量的基本原理。
11. 在液位测量中，当被测液位H=0时，如果差压变送器的输入信号Δp ＞0，则为“正迁移”；反之如果被测液位H=0时，差压变送器的输入信号Δp ＜0，则为“负迁移”。
12. 差压式流量计测量流量原理：流体流经节流装置时所产生的压差与流量之间有一定的对应关系，通过测
量压差的大小，即可得知流量的大小。影响条件：由于流量基本方程式是在一定的条件下推导出的，这些条件包括节流装置的形式、尺寸、取压方式以及流体的工艺条件（密度、温度、压力、雷诺数等），当以上这些条件改变时都会影响流量的测量。
13. 椭圆齿轮流量计属于容积式流量计，它有两个相互啮合的椭圆齿轮，当流体流过时，带动齿轮旋转。齿轮每转1周排出定量流体，只要测了椭圆齿轮的转速，便可知被测流体的流量。
14. 电磁流量计的原理：是基于电磁感应定律工作的。它是将流体的流速转换为感应电势的大小来进行测量。
15. 漩涡流量计的原理：是利用流体自然振荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计。当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的漩涡发生体时，若该物体几何尺寸适当，则在阻挡体后面，沿两条平行直线上会产生整齐排列、转向相反的漩涡列。漩涡产生的频率和流体的流速成正比。通过测出漩涡产生的频率可知流体的流量。
16. 质量流量计分为两种：直接式质量流量计和间接式质量流量计。
17. 物位测量仪表的种类及原理：（1）直读式物位仪表：利用连通器的原理工作。2）差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。（3）浮力式物位仪表：利用浮子的高度随液位变化而改变，或液体对浸沉于液体中的浮子（或沉筒）的浮力随液位高度而变化的原理来工作的。（4）电磁式物位仪表：把物位的变化转换为一些电量的变化，通过测出电量的变化测出物位。（5）核辐射式物位仪表：利用核辐射透过物体时，其强度随物质层的厚度而变化的原理来工作。目前γ射线应用最多。（6）声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离的不同，测出这些变化即可测出物位。（7）光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。
18. 差压式液位计是利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。 当测量有压容器的液位时，即容器是受压的，则需将差压变送器的负压室与容器的气相相连接，以平衡气相压力p 变化时对液位测量的影响。
19. 温度检测仪表按工作原理分为五大类:膨胀式温度计，压力式（组成温包、毛线管、弹簧管），热电偶（组成热电偶，测量仪表、连接热电偶和测量仪表的导线），热电阻（组成热电阻，显示仪表、连接导线，热电阻温度计的原理：是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性测温的，只要测出感温热电阻的阻值变化，便可得知被测温度大小），辐射高温计。
20. 热点现象及测温原理：热电现象：取两根不同材料的金属导线A 和B ，将其两端焊在一起组成一个闭合回路，当两个接点处的温度不同时，闭合回路中就有热电势产生。
21. 中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响，但必须保证引入线两端的温度相同。
22. 冷端温度补偿作用：冷端温度补偿是为了解决冷端温度不为零的问题。因为工业上常用的各种热电偶的E t -t 关系曲线是在冷端温度保持为零的情况下得到的，与他配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的，而操作室的温度往往不是0度，这样测量结果会有误差，因此需要进行冷端温度补偿。
23. 热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度的变化而变化的特性进行温度测量的。适用于测量500度以下的中低温。
24. 采用三线制接法：从热电阻引出三根导线，其中与热电阻两端相接的两根导线分别接入桥路的两个相邻桥臂上，而第三根导线与稳压电源的负极相连。采用三线制接法后，由于环境温度的变化而引起连接导线电阻的变化，可以相互抵消一部分，从而减少了连接导线电阻对测量结果造成的误差。
25. 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？（1）热电偶的热电势只有当T 0（或t 0）恒定是才是被测温度T （或t ）的单值函数。热电偶标准分度表是以T 0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T 0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。若T 0≠0℃，则应进行冷端补偿和处理。（2）冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿法等。
26、说明热电偶温度变送器、热电阻温度变送器的组成及主要异同点。
热电偶温度变送器的结构大体上可分为三大部分：输入桥路、放大电路及反馈电路。
热电阻温度变送器的结构大体上也可分为三大部分：输入桥路、放大电路及反馈电路。
热电阻温度变送器和热电偶温度变送器比较，放大电路是通用的，只是输入电路和反馈电路不同。
27. 测温元件的安装要求：
28. 软测量技术：88
29. 现代传感器技术发展的显著特征：研究新材料、开发利用新功能、使传感器多功能、微型化、集成化、数字化、智能化。
第四章
1、显示仪表：凡是将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表统称为显示仪表。
2、显示仪表按照显示的方式来分为三类：模拟式、数字式、屏幕显示。
3、数显仪表通常包括：信号变换、前置放大、非线性校正或开方运算、模/数转换、标度变换、数字显示、电压/电流转换及各种控制电路等部分。
4、信号变换电路将生产过程中的工艺变量经过检测变送后的信号，转换成相应的电压或电流信值。
5、非线性校正电路或开方运算电路是将信号处理后成线性特性，以提高仪表的测量精度。
6、模数转换是将模拟量转换成断续变化的数字量，再加以驱动，点燃数码管进行数字显示。
7、标度变换电路是将数显仪表的显示值和被测原始参数值统一起来，使仪表能以工程量得形式显示被测参数的大小。
第五章
1、自动控制仪表在自动控制系统中的作用是：将被控变量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控制仪表根据该偏差进行一定的数学运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。
2、自动控制仪表发展的三个阶段：基地是控制仪表、单元组合式仪表中的控制单元、以微处理器为单元的控制装置。
3、控制规律：是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系。P=f(e)控制器的基本控制规律有：位式控制、比例控制p 、积分控制i 、微分控制d 、及他们的组合。
4、双位控制：当测量值大于给定值时，控制器的输出为最大，而当测量值小于给定值时，控制器的输出为最小，即控制器只有两个输出值，相应的控制机构只有开关两个极限位置，因此又称开关控制。优缺点比例控制、比例积分控制、比例积分微分控制的表达式、特点、适用场合。
比例控制：适用于对象容量大、负荷变化不大、控制通道纯滞后小、允许在余差的场合。
比例积分控制：适用于对象滞后较大、负荷变化较大但变化缓慢，不允许有余差的场合。
比例积分微分控制：适用于对象滞后大、负荷变化较大但不太频繁，控制质量较高的场合。
比例控制：在控制系统中，阀门开度的该变量与被控变量的偏差值成比例，这就是比例控制规律。
5、控制器的基本原理及部件：119
6、基本控制规律有双位控制、比例控制、积分控制和微分控制。
7、比例控制、积分控制和微分控制的输入输出表达式：
比例积分微分控制：P =K p (e +
积分控制：P =K I edt ；微分控制：P =T D 1de edt +T ) ；比例控制：p =K p e D ⎰T I dt de de ) ；比例微分：P =K p (e +T D dt dt ⎰
8、比例控制、积分控制和微分控制的特点：（1）比例控制：抗干扰能力强，反应快，控制及时，但是有余差；（2) 积分控制:控制缓慢，但能消除余差，不单独使用；（3）微分控制：超前控制，不能消除余差，不单独使用。
3. 比例控制是按偏差大小进行控制的，控制器的输出信号p 与其输入信号e 成正比。当比例控制系统的控制过程结束之后，其被控变量新的稳定值与给定值之间仍存在一定的偏差，即比例控制的余差。余差的产生
是由比例控制本身的特性所决定的。因为比例控制作用是与偏差成比例的，只有偏差存在，才能产生控制作用。当系统受到一定的扰动后，为了克服扰动，必定要有一定的控制作用，才能使系统达到新的平衡，所以必定存在与该控制作用相对应的偏差，即余差。
9、
10、比例度的定义：指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。115
6. 比例度对控制过程的影响：比例度越大，比例控制越弱，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大；比例度越小，比例控制越强，过渡过程曲线越振荡，系统的稳定性和动态性能变差，但余差也越小，提高了系统的静态准确度；比例度过小，可能会出现发散振荡。
选择比例度要注意：若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大系数较小，可选择小比例度来提高系统的灵敏度，使过渡过程曲线形状较好；反之，为保证系统的稳定性，应选择大的比例度。
7. 积分控制能消除余差的原因：因为积分控制作用的输出与输入偏差的积分成正比，只要有偏差存在，积分控制作用将随时间不断变化，直至偏差完全消除，系统才能稳定下来，所以„„
8. TI就用来表示积分控制强弱的一个参数。TI 越小，积分控制作用越强；TI 越大，积分控制作用越弱。 TI 越小，余差消除越快，可提高系统的静态准确度，但会使系统稳定性下降，动态性能变差； TI越大，余差消除越慢； TI→∞时，成为纯比例控制。
10. 因为微分控制作用的输出与输入偏差的变化速度成正比，一旦偏差不变化，即使偏差非常大，微分控制也无能为力了，所以微分控制规律不能单独使用。
11、比例度、积分时间和微分时间对过渡过程的影响：
（1）比例度越小，比例控制作用越强。减小比例度会使系统的稳定性和动态性变差，但可以相应的减小余差，使系统的静态准确度提高。
（2）积分时间越小，积分控制作用越强。减小积分时间，会使系统的稳定性下降，动态性变差，但能加快消除余差的速度，提高系统的静态准确度。
（3）微分时间越大，微分控制作用越强。增加微分时间，能克服对象的滞后，改善系统的控制质量，提高系统的稳定性。但微分时间不能太大，否则引起系统的高频振荡。
12、余差定义：工业PID 控制系统中，比例调节器的输入、输出量之间存在着对应的比例关系，变化量经比例调节达到平衡时，不能加复到给定值时的偏差称为余差。
13、无扰动切换：控制器一般都具有手动与自动两种功能。在进行自动与手动两种功能互换时，在切换的瞬间，应当保持控制器的输出不变，这样才能使执行器的位置在切换过程中不至于突变，不会对生产过程引起附加的扰动，这即是无扰动切换。
实现方法：先令控制器的设定值与测量值相等，则e=0,然后进行手动/自动切换。
13. 数字式控制器的特点基本组成及功能：123
14.PLC 特点、分类、组成127
第六章
1. 执行器的作用：接受控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。分类：气动、电动、液动。
1、气动执行器两部分组成及作用：气动执行器由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。执行机构（分为薄膜式和活塞式）是执行器的推动装置，它根据控制信号（由控制器来）压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。
2、控制阀的结构形式主要有哪些？各使用在什么场合？图142
直通单座控制阀 应用于小口径、低压差的场合。
直通双座控制阀
角型控制阀 适用于现场管道要求直角连接，介质为高黏度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒的场合。
三通控制阀 配比控制或旁路控制
隔膜控制阀 适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。 蝶阀 大口径、大流量、低压差，含少量纤维或悬浮颗粒状介质
球阀 适用于高黏度和污秽介质的控制
凸轮挠曲阀 用于高黏度灬带有悬浮物的介质流量控制
笼式阀 压差大，要求噪声小的场合。对高温、高黏度及含固体颗粒的介质不适用
1、控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系。在不考虑阀门前后压差变化时得到的流量特性称为控制阀的理想流量特性。它取决于阀芯的形状。
直线流量特性：指控制阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是常数。 特点：在流量小时，流量变化相对值答；在流量大时，流量的变化的相对值小。即当阀门在小开度时控制作用太强，而在大开度时控制作用太弱。
等百分比（对数）流量特性：指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即控制阀的放大系数随相对流量的增大而增大。
特点：在同样的行程变化值下，流量小时，流量变化小，控制平稳缓和；流量大时，流量变化大，控制灵敏有效。
实际使用中，控制阀前后的压差会随阀的开度变化而变化，这时的流量特性称为控制阀的工作流量特性。
2. 试分别说明什么叫控制阀的流量特性143和理想流量特性？ 常用的控制阀理想流量特性有哪些？ 解 控制阀的流量特性是指操纵介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系：
Q ⎛l ⎫=f ⎪ Q max ⎝L ⎭
式中，相对流量Q/Qmax 是控制阀某一开度时流量Q 与全开时流量Q max 之比；相对开度l /L是控制阀某一开度行程l 与全开行程L 之比。
在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。主要有：
直线流量特性 Q =1⎡1+(R -1) l ⎤；
Q max R ⎢L ⎥⎣⎦
-1⎪等百分比（对数）流量特性 Q =R ⎝L ⎭；
Q max ⎛l ⎫
⎛Q ⎫d (Q Q max )抛物线流量特性 ； =K Q ⎪⎪d l L ⎝max ⎭
快开流量特性 Q =1⎡1+(R -1) l ⎤等四种。 Q max R ⎢L ⎥⎣⎦
3. 控制阀的选择：（1）结构的选择：根据工艺条件；（2）气开式与气关式的选择：根据工艺安全要求；（3）口径的选择：由控制阀流量系数值决定；（4）流量特性的选择：先选工作时希望的流量特性，由根据配管情况推出理想流量特性。
11、什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？
答 随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的。一般来讲，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险的应选择气关式。
12.
P控制：抗干扰能力强、反应快、控制及时，但有余差；
I控制：控制缓慢，但能消除余差，不单独使用；
D控制：超前控制，不能消除余差，不单独使用。
16试述电-气阀门定位器的用途。
答 电一气阀门定位器除了能将电信号转换为气信号外，还能够使阀杆位移与送来的信号大小保持线性关系，即实现控制器来的输人信号与阀门位置之间关系的准确定位，故取名为定位器。定位器可以使用在阀的不平衡力较大或阀杆移动摩擦力较大等场合，同时还可以利用定位器来改变阀的流量特性，改变执行器2
的正、反作用。在分程控制中，利用定位器可以使阀在不同的信号段范围内作全行程移动。
2、串联管道中的阻力比表示控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比；串联管道使阀的实际可调范围降低，使理想的流量特性发生畸变；串联管道的控制方案是不好的。
3、并联管道中的分流比表示控制阀全开时流过控制阀的流量与总管的总流量之比；并联管道使阀的实际可调范围降低，使理想的流量特性发生畸变；并联管道的控制方案是不好的。
4、电气转换器是按力矩平衡原理工作的。作用是把电动变送器来的电信号变为气信号，送到气动控制器或气动显示仪表；也可把电动控制器的输出信号变为气信号去驱动气动控制阀。
5、电气阀门定位器是按力矩平衡原理工作的。作用个方面是把电动控制器输出的电信号去操纵气动执行机构；另一方面使阀门位置按控制器送来的信号准确定位，即使输入信号与阀门位置呈一一对应关系。
第七章
1、简单控制系统的设计：（1）被控变量的选择；（2）操纵变量的选择；（3）控制器控制规律的选择；正反作用的确定；参数的工程整定。
2、干扰变量由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给定值；
操纵变量由控制通道施加到对象上，起着校正作用，使被控变量回复到给定值。
3、选择操纵变量时，对于控制通道：放大系数适当大、时间常数适当小、纯滞后时间尽量小；对于干扰通道：放大系数尽可能小、时间常数尽可能小、纯滞后时间无所谓。图7-15；图7-16.
4、控制器参数调整的任务:根据已确定的控制方案，来确定控制器的最佳参数值（包括比例度、积分时间和微分时间），以便使系统能获得良好的控制质量。
5、控制器参数整定的方法有理论计算和工程整定两大类，其中最常用的是工程整定法。工程上常用的控制器参数整定的方法有：临界比例度法、衰减曲线法和经验凑试法。
1. 简单控制系统：所谓简单控制系统，通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统，因此也称为单回路控制系统。简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。
检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。
控制器的作用是接受检测装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置。及方块图
2. 被控变量：154
7、操纵变量的选择应遵循哪些原则？
（1）操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量；
（2）操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小；
（3）操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性 和生产的经济性。
2、和12题7-2图是一反应器温度控制系统示意图。试画出这一系统的方块图，并说明各方块的含义，指出它们具体代表什么？假定该反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定温度，以利反应进行，但温度不允许过高，否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式和控制器的正、反作用。
题7-2图 反应器温度控制系统
解 该反应器温度控制系统方块图如下图所示。
题解7-2图 反应器温度控制系统方块图
其中：被控对象是反应器；被控变量是反应器内温度；操纵变量是蒸汽流量；控制器是温度控制器TC 。 根据工艺要求，执行器应为气开型式；蒸汽流量增加时，反应器内温度升高，被控对象是“正”作用；所以，控制器应为“反”作用。
13、试确定题7-13图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。
（1）题7-13(a) 图为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，否则容易分解；
（2）题7-13(b) 图为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，否则容易结晶。
题7-13图 温度控制系统
解 （1）根据工艺要求，题7-13(a) 图所示加热器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；加热剂流量增加时，加热器内温度升高，被控对象是“正”作用，所以，控制器应为“反”作用。
（2）根据工艺要求，题7-13(b) 图所示冷却器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；冷剂流量增加时，冷却器内温度降低，被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“正”作用。
3、试简述家用电冰箱的工作过程，画出其控制系统的方框图。
14、题7-14图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两种情况下，分别确定执行器的气开、气关型式及控制器的正、反作用。
（1）选择流入量Q i 为操纵变量；（2）选择流出量Q o 为操纵变量。
题7-14图 液位控制
解 （1）当选择流入量Q i 为操纵变量时，为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气开阀；由于被控对象是“正”作用，所以，控制器应为“反”作用。
（2）当选择流入量Q o 为操纵变量时，为满足贮 槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气关阀；此时被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“反”作用。
第八章
5、题8-7图所示为聚合釜温度控制系统。试问：
（1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图；
（2）如果聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关型式；
（3）确定主、副控制器的正、反作用；
（4）简述当冷却水压力变化时的控制过程；
（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？
（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反作用。
题8-5图 聚合釜温度控制系统
解 （1）这是一个温度-流量串级控制系统，其方块图如下：
题解8-5图1 温度-流量串级控制系统的方块图
其中：主对象是聚合釜，主变量是聚合釜内的温度，主控制器是温度控制器TC ；副对象是冷却水管道，副变量是冷却水流量，副控制器是流量控制器FC ；操纵变量是冷却水流量。
（2）如果聚合釜的温度不允许过高，控制阀应为气关型式（“反”作用）。
（3）由于副变量就是操纵变量（冷却水流量）本身，所以副对象是“正”作用，因此副控制器FC 为“正”作用。
当主变量（聚合釜内的温度）增加时，要使主变量减小，要求控制阀关小；副变量（冷却水流量）增加时，要使副变量减小，要求控制阀关大。因此主控制器TC 应为“正”作用。
（4）当冷却水压力变化（如压力增大）时，在控制阀开度不变时，其流量增大，聚合釜温度会降低。首先，流量增大，副控制器FC 输出信号增大（“正”作用），使气关阀门开度减小，减小冷却水流量；其次，聚合釜温度降低，主控制器TC 输出减小（“正”作用），FC 给定值减小，FC 输出增大，进一步关小控制阀，减小冷却水流量。这样可以有效地控制因冷却水压力增大，导致其流量增大所造成的聚合釜内温度降低的影响。
（5）如果冷却水温度经常波动，则应选择冷却水温度作为副变量，构成温度-温度串级控制系统。如题解8-5图2所示。
题解8-5图2 聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统
（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，其原理图如题解8-5图3所示。方块图如前所示，但其中的副对象是聚合釜夹套，副变量是夹套内的水温，副控制器是温度控制器T 2C 。副控制器
T 2C 为“反”作用，主控制器T 1C 也为“反”作用。
题8-9图 串级均匀控制系统
9、10、题8-9图是串级均匀控制系统示意图，试画出该系统的方块图，并分析这个方案与普通串级控制系统的异同点。如果控制阀选择为气开式，试确定LC 和FC 控制器的正、反作用。
解 控制系统的方块图（略）。该控制系统的主对象是贮液罐，主变量是贮液罐内的液位，主控制器是液位控制器LC ；副对象是排液管管道，副变量是排出液流量，副控制器是流量控制器FC ；操纵变量是排出液流量。
该串级控制系统的副变量就是其操纵变量本身。
当控制阀选择为气开式时，LC 应为“正”作用，FC 应为“反”作用。
11
第一章
1. 化工自动化:是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。意义：
（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、化工自动化的主要内容：包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
3. 自动控制系统：对生产中某些关键性参数进行自动控制，使他们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，能自动的控制而回到规定的数值范围内，为此目的而设置的系统就是自动控制系统。
4、自动控制系统主要组成：测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。测量元件与变送器：用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号、电压、电流信号等）；控制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的给定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号送住执行器。执行器：能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控对象的物料量或能量，从而克服扰动影响，实现控制要求。被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象。被控变量：被控对象内要求保持给定值的工艺参数。给定值：被控变量的预定值。操纵变量： 受控制阀操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给定值的物料量或能量。
5. 方块图：是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。
6. 图所示为一反应器温度控制系统示意图。A 、B 两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？
反应器温度控制系统
该温度控制系统的方块图
其中，被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；操纵变量：冷却水流量。可能影响被控变量的干扰因素主要有：A 、B 两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度的变化，环境温度的高低等。
7. 自动控制系统可分为：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。
8. 在自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态。
9. 阶跃干扰：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系统上，并保持在这个幅度。采用阶跃干扰的原因：阶跃干扰比较突然，比较危险，对被控变量的影响也最大。如果一个控制系统能够有效克服阶跃干扰，对其他比较缓和的干扰也一定很好地克服。阶跃干扰形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。阶跃干扰作用下的几种基本形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程。等幅振荡过程，发散振荡过程。等幅振荡过程和发散振荡过程是不稳定过程，生产上不能采用；非周期衰减过程虽是稳定过程，但该过程中被控变量达到新的稳定值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏离给定值，所以一般也不采用；衰减振荡过程能够较快地使系统达到稳定状态，并且最终的稳态值必然在两峰值之间，决不会出现太高或太低的现象，更不会远离给定值以致造成事故。
21、某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10) ℃。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题1-19图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间（被控温度进入新稳态值的±1%（即900⨯（±1%）=±9℃）的时间），并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？
题1-19图 温度控制系统过渡过程曲线
最大偏差A =950-900=50（℃）；
超调量B =950-908=42（℃）；B '=918-908=10（℃），所以，衰减比n =B :B '=42:10=4.2；
余差C =908-900=8℃；
振荡周期T =45-9=36(min)；
过渡时间t s =47min。
因为A =50℃
第二章
1. 对象特性：指对象输入量与输出量之间的关系。这种对象特性的数学描述称为数学模型。分为：静态数学模型：描述的是对象在静态时的输入量与输出量之间的关系；动态数学模型：描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况。数学模型表达形式两大类：（非）参量模型（形式）。
2. 机理建模：机理建模是根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，从而获取对象的数学模型，这类模型通常称为机理模型。
4. 建立对象的数学模型两大类方法：机理建模法、实验建模法。
5. 反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？
解：放大系数K 、时间常数T 和滞后时间τ
放大系数K 在数值上等于对象（重新）处于稳定状态时的输出变化量与（引起输出变化的）输入变化量之比，即
输出量的变化量 K =输入量的变化量
对象的放大系数K 越大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大，或被控变量对这个量的变化就越灵敏，所以，K 实质上是对象的灵敏度。
时间常数T 是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间；或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始变化速度变化，达到新的稳态值的时间。时间常数越大，被
控变量的变化也越慢，达到新的稳态值所需的时间也越大对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即而迅速地变化的现象称为滞后现象；或输出变量的变化落后于输入变量的变化的现象称为滞后现象。滞后现象用滞后时间τ表示。对象的滞后时间τ，使对象的被控变量对输入的变化响应滞后，控制不及时。
第三章
1. 测量过程:在实质上是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。一般它都是利用专门的技术工具，将被测参数经过一次或多次的信号能量形式的转换，最后获得一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。
2. 由仪表读得的被测值与被测量真值之间会存在一定的差距，这一差距称为测量误差。
表示方法有：绝对误差和相对误差。 绝对误差：Δ= x－x0 相对误差： 3.
4. 变差：变差是指在外界条件不变的情况下，用同一种仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。
5. 测压仪表按其转换原理不同分为四大类：液柱式压力计：它是将被测压力转换成液柱高度来进行测量的；弹性式压力计：它是将被测压力转换成弹性元件的位移来进行测量的（测压原理：将被测压力转换成弹簧管自由端的位移来进行测量的。主要组成：弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头。测压过程：当被测压力通入弹簧管后，由于弹簧管在压力作用下产生变形，使其自由端产生位移，经放大后就可以由指针在面板上指示出相应的压力值）；电气式压力计：它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的；活塞式压力计：它是根据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。
6. 主要的弹性元件有：弹簧管，膜片，波纹管.
7. 应变片式压力传感器：测压元件是电阻应变片。利用金属导体的电阻应变效应制成的。压阻式压力传感器：测压元件是单晶硅片。利用半导体的压阻效应制成的。
8. 电容式压力传感器的工作原理：将弹性元件的位移转换为电容量的变化。将测压膜片作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生位移改变了两块极板之间的距离，造成电容量发生变化。特点：结构紧凑、灵敏度高、过载能力大、测量精度可达0.2级、可以测量压力和差压。
9、为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？（1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。（2）由于仪表的基本误差∆m 由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。
10. 节流现象：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为。流体经节流装置时，由于流速发生变化，使流体的动能发生变化。根据能量守恒定律，动能的变化必然引起静压能的变化，所以在流体流经节流装置时必然会产生静压差。节流原理:管道中流动的流体流量越大，在节流装置前后产生的压差也越大，我们只要测出孔板前后两侧压差的大小，即可表示流量的大小，这就是节流装置测量流量的基本原理。
11. 在液位测量中，当被测液位H=0时，如果差压变送器的输入信号Δp ＞0，则为“正迁移”；反之如果被测液位H=0时，差压变送器的输入信号Δp ＜0，则为“负迁移”。
12. 差压式流量计测量流量原理：流体流经节流装置时所产生的压差与流量之间有一定的对应关系，通过测
量压差的大小，即可得知流量的大小。影响条件：由于流量基本方程式是在一定的条件下推导出的，这些条件包括节流装置的形式、尺寸、取压方式以及流体的工艺条件（密度、温度、压力、雷诺数等），当以上这些条件改变时都会影响流量的测量。
13. 椭圆齿轮流量计属于容积式流量计，它有两个相互啮合的椭圆齿轮，当流体流过时，带动齿轮旋转。齿轮每转1周排出定量流体，只要测了椭圆齿轮的转速，便可知被测流体的流量。
14. 电磁流量计的原理：是基于电磁感应定律工作的。它是将流体的流速转换为感应电势的大小来进行测量。
15. 漩涡流量计的原理：是利用流体自然振荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计。当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的漩涡发生体时，若该物体几何尺寸适当，则在阻挡体后面，沿两条平行直线上会产生整齐排列、转向相反的漩涡列。漩涡产生的频率和流体的流速成正比。通过测出漩涡产生的频率可知流体的流量。
16. 质量流量计分为两种：直接式质量流量计和间接式质量流量计。
17. 物位测量仪表的种类及原理：（1）直读式物位仪表：利用连通器的原理工作。2）差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。（3）浮力式物位仪表：利用浮子的高度随液位变化而改变，或液体对浸沉于液体中的浮子（或沉筒）的浮力随液位高度而变化的原理来工作的。（4）电磁式物位仪表：把物位的变化转换为一些电量的变化，通过测出电量的变化测出物位。（5）核辐射式物位仪表：利用核辐射透过物体时，其强度随物质层的厚度而变化的原理来工作。目前γ射线应用最多。（6）声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离的不同，测出这些变化即可测出物位。（7）光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。
18. 差压式液位计是利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。 当测量有压容器的液位时，即容器是受压的，则需将差压变送器的负压室与容器的气相相连接，以平衡气相压力p 变化时对液位测量的影响。
19. 温度检测仪表按工作原理分为五大类:膨胀式温度计，压力式（组成温包、毛线管、弹簧管），热电偶（组成热电偶，测量仪表、连接热电偶和测量仪表的导线），热电阻（组成热电阻，显示仪表、连接导线，热电阻温度计的原理：是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性测温的，只要测出感温热电阻的阻值变化，便可得知被测温度大小），辐射高温计。
20. 热点现象及测温原理：热电现象：取两根不同材料的金属导线A 和B ，将其两端焊在一起组成一个闭合回路，当两个接点处的温度不同时，闭合回路中就有热电势产生。
21. 中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响，但必须保证引入线两端的温度相同。
22. 冷端温度补偿作用：冷端温度补偿是为了解决冷端温度不为零的问题。因为工业上常用的各种热电偶的E t -t 关系曲线是在冷端温度保持为零的情况下得到的，与他配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的，而操作室的温度往往不是0度，这样测量结果会有误差，因此需要进行冷端温度补偿。
23. 热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度的变化而变化的特性进行温度测量的。适用于测量500度以下的中低温。
24. 采用三线制接法：从热电阻引出三根导线，其中与热电阻两端相接的两根导线分别接入桥路的两个相邻桥臂上，而第三根导线与稳压电源的负极相连。采用三线制接法后，由于环境温度的变化而引起连接导线电阻的变化，可以相互抵消一部分，从而减少了连接导线电阻对测量结果造成的误差。
25. 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？（1）热电偶的热电势只有当T 0（或t 0）恒定是才是被测温度T （或t ）的单值函数。热电偶标准分度表是以T 0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T 0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。若T 0≠0℃，则应进行冷端补偿和处理。（2）冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿法等。
26、说明热电偶温度变送器、热电阻温度变送器的组成及主要异同点。
热电偶温度变送器的结构大体上可分为三大部分：输入桥路、放大电路及反馈电路。
热电阻温度变送器的结构大体上也可分为三大部分：输入桥路、放大电路及反馈电路。
热电阻温度变送器和热电偶温度变送器比较，放大电路是通用的，只是输入电路和反馈电路不同。
27. 测温元件的安装要求：
28. 软测量技术：88
29. 现代传感器技术发展的显著特征：研究新材料、开发利用新功能、使传感器多功能、微型化、集成化、数字化、智能化。
第四章
1、显示仪表：凡是将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表统称为显示仪表。
2、显示仪表按照显示的方式来分为三类：模拟式、数字式、屏幕显示。
3、数显仪表通常包括：信号变换、前置放大、非线性校正或开方运算、模/数转换、标度变换、数字显示、电压/电流转换及各种控制电路等部分。
4、信号变换电路将生产过程中的工艺变量经过检测变送后的信号，转换成相应的电压或电流信值。
5、非线性校正电路或开方运算电路是将信号处理后成线性特性，以提高仪表的测量精度。
6、模数转换是将模拟量转换成断续变化的数字量，再加以驱动，点燃数码管进行数字显示。
7、标度变换电路是将数显仪表的显示值和被测原始参数值统一起来，使仪表能以工程量得形式显示被测参数的大小。
第五章
1、自动控制仪表在自动控制系统中的作用是：将被控变量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控制仪表根据该偏差进行一定的数学运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。
2、自动控制仪表发展的三个阶段：基地是控制仪表、单元组合式仪表中的控制单元、以微处理器为单元的控制装置。
3、控制规律：是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系。P=f(e)控制器的基本控制规律有：位式控制、比例控制p 、积分控制i 、微分控制d 、及他们的组合。
4、双位控制：当测量值大于给定值时，控制器的输出为最大，而当测量值小于给定值时，控制器的输出为最小，即控制器只有两个输出值，相应的控制机构只有开关两个极限位置，因此又称开关控制。优缺点比例控制、比例积分控制、比例积分微分控制的表达式、特点、适用场合。
比例控制：适用于对象容量大、负荷变化不大、控制通道纯滞后小、允许在余差的场合。
比例积分控制：适用于对象滞后较大、负荷变化较大但变化缓慢，不允许有余差的场合。
比例积分微分控制：适用于对象滞后大、负荷变化较大但不太频繁，控制质量较高的场合。
比例控制：在控制系统中，阀门开度的该变量与被控变量的偏差值成比例，这就是比例控制规律。
5、控制器的基本原理及部件：119
6、基本控制规律有双位控制、比例控制、积分控制和微分控制。
7、比例控制、积分控制和微分控制的输入输出表达式：
比例积分微分控制：P =K p (e +
积分控制：P =K I edt ；微分控制：P =T D 1de edt +T ) ；比例控制：p =K p e D ⎰T I dt de de ) ；比例微分：P =K p (e +T D dt dt ⎰
8、比例控制、积分控制和微分控制的特点：（1）比例控制：抗干扰能力强，反应快，控制及时，但是有余差；（2) 积分控制:控制缓慢，但能消除余差，不单独使用；（3）微分控制：超前控制，不能消除余差，不单独使用。
3. 比例控制是按偏差大小进行控制的，控制器的输出信号p 与其输入信号e 成正比。当比例控制系统的控制过程结束之后，其被控变量新的稳定值与给定值之间仍存在一定的偏差，即比例控制的余差。余差的产生
是由比例控制本身的特性所决定的。因为比例控制作用是与偏差成比例的，只有偏差存在，才能产生控制作用。当系统受到一定的扰动后，为了克服扰动，必定要有一定的控制作用，才能使系统达到新的平衡，所以必定存在与该控制作用相对应的偏差，即余差。
9、
10、比例度的定义：指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。115
6. 比例度对控制过程的影响：比例度越大，比例控制越弱，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大；比例度越小，比例控制越强，过渡过程曲线越振荡，系统的稳定性和动态性能变差，但余差也越小，提高了系统的静态准确度；比例度过小，可能会出现发散振荡。
选择比例度要注意：若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大系数较小，可选择小比例度来提高系统的灵敏度，使过渡过程曲线形状较好；反之，为保证系统的稳定性，应选择大的比例度。
7. 积分控制能消除余差的原因：因为积分控制作用的输出与输入偏差的积分成正比，只要有偏差存在，积分控制作用将随时间不断变化，直至偏差完全消除，系统才能稳定下来，所以„„
8. TI就用来表示积分控制强弱的一个参数。TI 越小，积分控制作用越强；TI 越大，积分控制作用越弱。 TI 越小，余差消除越快，可提高系统的静态准确度，但会使系统稳定性下降，动态性能变差； TI越大，余差消除越慢； TI→∞时，成为纯比例控制。
10. 因为微分控制作用的输出与输入偏差的变化速度成正比，一旦偏差不变化，即使偏差非常大，微分控制也无能为力了，所以微分控制规律不能单独使用。
11、比例度、积分时间和微分时间对过渡过程的影响：
（1）比例度越小，比例控制作用越强。减小比例度会使系统的稳定性和动态性变差，但可以相应的减小余差，使系统的静态准确度提高。
（2）积分时间越小，积分控制作用越强。减小积分时间，会使系统的稳定性下降，动态性变差，但能加快消除余差的速度，提高系统的静态准确度。
（3）微分时间越大，微分控制作用越强。增加微分时间，能克服对象的滞后，改善系统的控制质量，提高系统的稳定性。但微分时间不能太大，否则引起系统的高频振荡。
12、余差定义：工业PID 控制系统中，比例调节器的输入、输出量之间存在着对应的比例关系，变化量经比例调节达到平衡时，不能加复到给定值时的偏差称为余差。
13、无扰动切换：控制器一般都具有手动与自动两种功能。在进行自动与手动两种功能互换时，在切换的瞬间，应当保持控制器的输出不变，这样才能使执行器的位置在切换过程中不至于突变，不会对生产过程引起附加的扰动，这即是无扰动切换。
实现方法：先令控制器的设定值与测量值相等，则e=0,然后进行手动/自动切换。
13. 数字式控制器的特点基本组成及功能：123
14.PLC 特点、分类、组成127
第六章
1. 执行器的作用：接受控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。分类：气动、电动、液动。
1、气动执行器两部分组成及作用：气动执行器由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。执行机构（分为薄膜式和活塞式）是执行器的推动装置，它根据控制信号（由控制器来）压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。
2、控制阀的结构形式主要有哪些？各使用在什么场合？图142
直通单座控制阀 应用于小口径、低压差的场合。
直通双座控制阀
角型控制阀 适用于现场管道要求直角连接，介质为高黏度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒的场合。
三通控制阀 配比控制或旁路控制
隔膜控制阀 适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。 蝶阀 大口径、大流量、低压差，含少量纤维或悬浮颗粒状介质
球阀 适用于高黏度和污秽介质的控制
凸轮挠曲阀 用于高黏度灬带有悬浮物的介质流量控制
笼式阀 压差大，要求噪声小的场合。对高温、高黏度及含固体颗粒的介质不适用
1、控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系。在不考虑阀门前后压差变化时得到的流量特性称为控制阀的理想流量特性。它取决于阀芯的形状。
直线流量特性：指控制阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是常数。 特点：在流量小时，流量变化相对值答；在流量大时，流量的变化的相对值小。即当阀门在小开度时控制作用太强，而在大开度时控制作用太弱。
等百分比（对数）流量特性：指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即控制阀的放大系数随相对流量的增大而增大。
特点：在同样的行程变化值下，流量小时，流量变化小，控制平稳缓和；流量大时，流量变化大，控制灵敏有效。
实际使用中，控制阀前后的压差会随阀的开度变化而变化，这时的流量特性称为控制阀的工作流量特性。
2. 试分别说明什么叫控制阀的流量特性143和理想流量特性？ 常用的控制阀理想流量特性有哪些？ 解 控制阀的流量特性是指操纵介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系：
Q ⎛l ⎫=f ⎪ Q max ⎝L ⎭
式中，相对流量Q/Qmax 是控制阀某一开度时流量Q 与全开时流量Q max 之比；相对开度l /L是控制阀某一开度行程l 与全开行程L 之比。
在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。主要有：
直线流量特性 Q =1⎡1+(R -1) l ⎤；
Q max R ⎢L ⎥⎣⎦
-1⎪等百分比（对数）流量特性 Q =R ⎝L ⎭；
Q max ⎛l ⎫
⎛Q ⎫d (Q Q max )抛物线流量特性 ； =K Q ⎪⎪d l L ⎝max ⎭
快开流量特性 Q =1⎡1+(R -1) l ⎤等四种。 Q max R ⎢L ⎥⎣⎦
3. 控制阀的选择：（1）结构的选择：根据工艺条件；（2）气开式与气关式的选择：根据工艺安全要求；（3）口径的选择：由控制阀流量系数值决定；（4）流量特性的选择：先选工作时希望的流量特性，由根据配管情况推出理想流量特性。
11、什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？
答 随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的。一般来讲，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险的应选择气关式。
12.
P控制：抗干扰能力强、反应快、控制及时，但有余差；
I控制：控制缓慢，但能消除余差，不单独使用；
D控制：超前控制，不能消除余差，不单独使用。
16试述电-气阀门定位器的用途。
答 电一气阀门定位器除了能将电信号转换为气信号外，还能够使阀杆位移与送来的信号大小保持线性关系，即实现控制器来的输人信号与阀门位置之间关系的准确定位，故取名为定位器。定位器可以使用在阀的不平衡力较大或阀杆移动摩擦力较大等场合，同时还可以利用定位器来改变阀的流量特性，改变执行器2
的正、反作用。在分程控制中，利用定位器可以使阀在不同的信号段范围内作全行程移动。
2、串联管道中的阻力比表示控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比；串联管道使阀的实际可调范围降低，使理想的流量特性发生畸变；串联管道的控制方案是不好的。
3、并联管道中的分流比表示控制阀全开时流过控制阀的流量与总管的总流量之比；并联管道使阀的实际可调范围降低，使理想的流量特性发生畸变；并联管道的控制方案是不好的。
4、电气转换器是按力矩平衡原理工作的。作用是把电动变送器来的电信号变为气信号，送到气动控制器或气动显示仪表；也可把电动控制器的输出信号变为气信号去驱动气动控制阀。
5、电气阀门定位器是按力矩平衡原理工作的。作用个方面是把电动控制器输出的电信号去操纵气动执行机构；另一方面使阀门位置按控制器送来的信号准确定位，即使输入信号与阀门位置呈一一对应关系。
第七章
1、简单控制系统的设计：（1）被控变量的选择；（2）操纵变量的选择；（3）控制器控制规律的选择；正反作用的确定；参数的工程整定。
2、干扰变量由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给定值；
操纵变量由控制通道施加到对象上，起着校正作用，使被控变量回复到给定值。
3、选择操纵变量时，对于控制通道：放大系数适当大、时间常数适当小、纯滞后时间尽量小；对于干扰通道：放大系数尽可能小、时间常数尽可能小、纯滞后时间无所谓。图7-15；图7-16.
4、控制器参数调整的任务:根据已确定的控制方案，来确定控制器的最佳参数值（包括比例度、积分时间和微分时间），以便使系统能获得良好的控制质量。
5、控制器参数整定的方法有理论计算和工程整定两大类，其中最常用的是工程整定法。工程上常用的控制器参数整定的方法有：临界比例度法、衰减曲线法和经验凑试法。
1. 简单控制系统：所谓简单控制系统，通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统，因此也称为单回路控制系统。简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。
检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。
控制器的作用是接受检测装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置。及方块图
2. 被控变量：154
7、操纵变量的选择应遵循哪些原则？
（1）操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量；
（2）操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小；
（3）操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性 和生产的经济性。
2、和12题7-2图是一反应器温度控制系统示意图。试画出这一系统的方块图，并说明各方块的含义，指出它们具体代表什么？假定该反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定温度，以利反应进行，但温度不允许过高，否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式和控制器的正、反作用。
题7-2图 反应器温度控制系统
解 该反应器温度控制系统方块图如下图所示。
题解7-2图 反应器温度控制系统方块图
其中：被控对象是反应器；被控变量是反应器内温度；操纵变量是蒸汽流量；控制器是温度控制器TC 。 根据工艺要求，执行器应为气开型式；蒸汽流量增加时，反应器内温度升高，被控对象是“正”作用；所以，控制器应为“反”作用。
13、试确定题7-13图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。
（1）题7-13(a) 图为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，否则容易分解；
（2）题7-13(b) 图为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，否则容易结晶。
题7-13图 温度控制系统
解 （1）根据工艺要求，题7-13(a) 图所示加热器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；加热剂流量增加时，加热器内温度升高，被控对象是“正”作用，所以，控制器应为“反”作用。
（2）根据工艺要求，题7-13(b) 图所示冷却器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；冷剂流量增加时，冷却器内温度降低，被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“正”作用。
3、试简述家用电冰箱的工作过程，画出其控制系统的方框图。
14、题7-14图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两种情况下，分别确定执行器的气开、气关型式及控制器的正、反作用。
（1）选择流入量Q i 为操纵变量；（2）选择流出量Q o 为操纵变量。
题7-14图 液位控制
解 （1）当选择流入量Q i 为操纵变量时，为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气开阀；由于被控对象是“正”作用，所以，控制器应为“反”作用。
（2）当选择流入量Q o 为操纵变量时，为满足贮 槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气关阀；此时被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“反”作用。
第八章
5、题8-7图所示为聚合釜温度控制系统。试问：
（1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图；
（2）如果聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关型式；
（3）确定主、副控制器的正、反作用；
（4）简述当冷却水压力变化时的控制过程；
（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？
（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反作用。
题8-5图 聚合釜温度控制系统
解 （1）这是一个温度-流量串级控制系统，其方块图如下：
题解8-5图1 温度-流量串级控制系统的方块图
其中：主对象是聚合釜，主变量是聚合釜内的温度，主控制器是温度控制器TC ；副对象是冷却水管道，副变量是冷却水流量，副控制器是流量控制器FC ；操纵变量是冷却水流量。
（2）如果聚合釜的温度不允许过高，控制阀应为气关型式（“反”作用）。
（3）由于副变量就是操纵变量（冷却水流量）本身，所以副对象是“正”作用，因此副控制器FC 为“正”作用。
当主变量（聚合釜内的温度）增加时，要使主变量减小，要求控制阀关小；副变量（冷却水流量）增加时，要使副变量减小，要求控制阀关大。因此主控制器TC 应为“正”作用。
（4）当冷却水压力变化（如压力增大）时，在控制阀开度不变时，其流量增大，聚合釜温度会降低。首先，流量增大，副控制器FC 输出信号增大（“正”作用），使气关阀门开度减小，减小冷却水流量；其次，聚合釜温度降低，主控制器TC 输出减小（“正”作用），FC 给定值减小，FC 输出增大，进一步关小控制阀，减小冷却水流量。这样可以有效地控制因冷却水压力增大，导致其流量增大所造成的聚合釜内温度降低的影响。
（5）如果冷却水温度经常波动，则应选择冷却水温度作为副变量，构成温度-温度串级控制系统。如题解8-5图2所示。
题解8-5图2 聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统
（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，其原理图如题解8-5图3所示。方块图如前所示，但其中的副对象是聚合釜夹套，副变量是夹套内的水温，副控制器是温度控制器T 2C 。副控制器
T 2C 为“反”作用，主控制器T 1C 也为“反”作用。
题8-9图 串级均匀控制系统
9、10、题8-9图是串级均匀控制系统示意图，试画出该系统的方块图，并分析这个方案与普通串级控制系统的异同点。如果控制阀选择为气开式，试确定LC 和FC 控制器的正、反作用。
解 控制系统的方块图（略）。该控制系统的主对象是贮液罐，主变量是贮液罐内的液位，主控制器是液位控制器LC ；副对象是排液管管道，副变量是排出液流量，副控制器是流量控制器FC ；操纵变量是排出液流量。
该串级控制系统的副变量就是其操纵变量本身。
当控制阀选择为气开式时，LC 应为“正”作用，FC 应为“反”作用。
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