2010-2011过程控制试卷A答案和评分标准

第1页共4页南阳理工学院电子与电气工程系2010—2011学年第一学期期末考试卷课程名称过程控制工程试卷编号A考试方式闭卷满分分值100分题号一二三四五总分得分一、填空题（共20分，每空1分）。1、“过程变量”的英文全称是ProcessVariable,PV2、“测量值”的英文全称是Measurement3、“设定值”的英文全称是SetpointValue,SV4、“操作变量”的英文全称是ManipulatedVariable,MV5、“扰动变量”的英文全称是DisturbanceVariables,DVs6、“直接数字控制”的英文全称是DirectDigitalControl,DDC7、“分布式控制系统”的英文全称是DistributedControlSystem,DCS8、“前馈控制”的英文全称是FeedforwardControl9、“反馈控制”的英文全称是FeedbackControl10、“定值控制”的英文全称是RegulatoryControl11、S7-300PLC中FB41的“FB”的英文全称是FunctionBlockFC105中“FC”的英文全称是FunctionCall在本次过程控制课程设计中：12、你所在的设计组的S7-300PLC配置的模拟量输入模块的型号是SM331（SM334），它的分辨率是12(8)位。采用电流输入时，输入电阻是50欧姆。13、温度信号变送输出是4-20(0-20)mA。14、输入模拟量通道的地址是PIW288。15、A/D转换对应的转换结果范围是0-27648(约5530-27648)，转换数字量的数据最高位是符号位，采用左对齐格式。二、问答题（共25分，第16、17、18题5分，第19题10分）16、自动控制系统主要由哪些环节组成？各环节各起什么作用？答：1,被控对象（也称被控过程）指在控制系统中被控制的生产设备或装置。2、测量变送器用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号作为输出。3、执行器常用的是控制阀，它接受来自控制器的命令信号u，用于自动改变控制阀的开度。4、控制器（也称调节器）它将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号e（t），并按一定的规律给出控制信号u（t）。17、在本次过程控制课程设计中，S7-300PLC中调用FC105进行标度变换时，转换数据上下限应如何设置？转换结果的上下限应如何设置？答：转换数据上下限0-27648（0-20mA信号）或约5530-27648（4-20mA信号)转换结果的上下限：0.0—100.018、画出本次过程控制课程设计中，你所在的设计组的控制系统的管道仪表流程图。得分评卷人得分评卷人系专业班姓名学号…………………………装…………………………订……………………………线……………………系专业班姓名学号…………………………装…………………………订……………………………线……………………第2页共4页19、在S7-300PLC程序中PID运算模块FB41放在什么地方？控制周期设为多少？控制周期选择的依据是什么？FB43中PER-TM如何设置？PER-TM定时是如何实现的？答：PID运算放在OB35定时中断服务程序中。控制周期设为1s(或2s,3s,5s等)，控制周期应该按比滞后时间、对象的时间常数小1-2个数量级来考虑。对于我们的控制过程来说，可以将对象全功率加热10分钟，然后计算温度每升高0.1度需要的时间作为控制周期设置的依据。PER-TM应该和FB41的cycle设置一样。定时的实现是靠对时基信号的循环计数实现的。设置计数器cnt1，为了实现PER-TM=5s=5000ms的定时，须设计数器的初值为5000/100=50。每个OB35周期，cnt1减一计数，直至为0，本PER-TM=5s周期结束，重装计数初值，开始下一个周期计数。三、计算题（共25分，第20题15分，第21题10分）20、如下图所示，液位过程的输入量为1Q，流出量为2Q，3Q。液位H为被控变量，A为截面积，并设1R，2R，3R均为线性液阻。（1）列写过程的微分方程组；（2）画出过程的方框图；（3）求过程的传递函数1()()()oHsWsQs。(1))()(tdtdHA=)(1tQ-2R(t)H-3R(t)H(2)（3）经拉氏变换：3232320321)()()(1)(1)(Q(t)RRSRARRRSQSHWSHRSHRSASH21、某水槽的阶跃响应实验数据如下，其中阶跃扰动量0020u。（1）画出水位的阶跃响应曲线；（2）若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。解：（1）水位的阶跃响应曲线如右图(2)增益K=sTmmmmuy98;2375.1%20400)099()y-(yminmax时间常数得分评卷人系专业班姓名学号…………………………装…………………………订……………………………线……………………第3页共4页四、控制系统设计题（共20分，第22题5分，第23题15分）22、冷凝器温度前馈-反馈控制系统方框图如下图所示。已知扰动通道特性61.05()411spdeGss，控制通道特性80.94()551spceGss，温度调节器使用PI规律。试求该前馈-反控制系统中前馈控制器的数学模型()ffGs。解：由右图所示的前馈-反馈控制系统的传递函数为)()(1)()()()(1)(F(S)(S)sGSGSGSGsGSGSGYpccpcffpccpd将不变性条件0)(SF时，要求Y（S）=0。ssspcpdffpcffpdeSSeSSeSGSGSGSGSGSGY2861411551.194.0155*14105.1)()()(.0)()()(0F(S)(S)23、下图中的4个串级储罐，水的出口温度4为被控变量，加热量Q是操纵变量，1F和12为干扰。（1）在设计串级控制时，最合适的副变量应选择在何处？试与选择向前和向后一个罐的情况相比较。（2）在工艺图上表示该串级系统，并画出相应的方块图。（3）确定控制器的正反作用。解：（1）应选择在储罐2出口处温度即Q2，向前一个罐则副回路不能包含干扰F1，Q12;向后一个罐则副回路对象的滞后太大影响副回路的快速调节能力。（2）（3）反作用得分评卷人系专业班姓名学号…………………………装…………………………订……………………………线……………………第4页共4页五、控制系统分析（共10分，每题5分）24、有时前馈-反馈控制系统从其结构上看与串级控制系统十分相似。试问如何来区分它们？试分析判断下图所示的控制系统属于什么系统？说明其理由。答：前馈反馈控制系统对主变量的扰动检测并进行补偿控制，而串级控制没有对主变量的扰动提前检测和补偿，上图为前馈反馈控制系统，因为原油变量扰动是直接影响主变量的扰动，将其检测后由燃料油的燃料油的流量补偿实现前馈控制，所以为前馈-反馈控制系统。25、画出史密斯预估补偿控制方框图。得分评卷人()cGs()psppkgse()1psppkgse()Rs()Us()Ds()Ys'()Ys+++++-系专业班姓名学号…………………………装…………………………订……………………………线……………………