2017年河北省对口升学计算机专业理论试题.doc
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1、 .1. 化工过程生产自动化包括:A 自动检测系统B信号联锁保护系统C自动操纵及自动开停车 系统 D自动控制系统 2. 自动控制系统由以下环节组成: A 被控对象 : 在自动控制系统中,工艺变量需要控制的生产设备或机器 B 自动控制装置 :a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。 b 控制(调节)器:将检测元件及变送器送来的信号与工艺上需要保持的设定值信号 进行比较,得出偏差的大小,根据偏差的大小及变化趋势,按照预先设定好的控制规律进行 运算后,将运算结果用特定的信号发送给执行器(控制阀)。c 执行器(控制阀):接受控 制器送来的信号,自动地改变阀门的开度,从
2、而相应地改变流入(或流出)被控对象的物料 流量或能量,克服扰动的影响,最终实现控制要求。 3. 什么是自动控制系统的方框图?它与工艺流程图有什么不同? 自动控制系统方块图:是用一个方块代表自动控制系统中的一个组成环节,用箭头表示两 个环节的信号联系和传递方向,用规定的字母表示方块间相互作用的信号参数。 流程图中的箭头:设备间连线表示物料流动的方向 方块图中的箭头:表示信号的流向和相互关系 4. 自动控制系统中常用术语: 被控变量 y被控对象内要求保持设定值的工艺参数。 测量值 ym 由检测元件检测到的被控变量的实际值。 设(给)定值ys 被控变量的预定值。 操纵变量 m 受控制器操纵的,用以克
3、服干扰的影响,使被控变量保持设定值的物料量或 能量。 扰动量 f 除操纵变量外,作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。 偏差信号 e= ymys被控变量的实际测量值与设定值之差。 控制信号 u控制器按输入的偏差信号按一定规律计算得到的量。 反馈把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输入端的做法。 负反馈反馈信号的作用与设定信号相反,使偏差信号减弱的反馈(e=ymys ) 正反馈使偏差信号加强的反馈,即(e = ys + ym)。 5. 控制系统的分类: A 按控制器的控制规律分:比例,比例积分,比例微分,比例积分微分(PID) B 按给定值的特点:定值控制系统,随动控制系统,
4、程序控制系统 C按系统输出信号对操纵变量影响分:a 闭环控制:控制器与被控对象之间既有顺向控制 又有反向联系的自动控制系统b开环控制:控制器与被控对象之间只有顺向控制没有反向联 系的自动控制系统。 D按系统的复杂程度划分:a 简单控制系统b复杂控制系统 E 按系统克服干扰的方法划分:反馈,前馈,前馈- 反馈 6. 阶跃干扰作用下基本形式:非周期衰减过程:它表明当系统受到扰动作用后,被控变 量在给定值的某一侧做缓慢变化,没有来回波动, 最终稳定在某一数值上。由于过渡速度慢、 时间长,一般不采用衰减振荡过程:它表明当系统受到扰动作用后,被控变量上下波动, 且幅度逐渐减小,经过一段时间最后稳定在某一
5、数值上。我们希望得到的等幅振荡过程: 它表明当系统受到扰动作用后,被控变量在给定值附近来回波动且波动幅值保持不变。即被 控变量在设定值的某一范围内来回波动,而不能稳定下来。一般不采用,如工艺上允许被控 变量在一定范围内波动,则可采用发散振荡过程:它表明当系统受到扰动作用后,被控变 量来回波动,且波动幅度逐渐增大,即被控变量偏离设定值越来越远,以至超越工艺允许范 围。应尽量避免。 7. 表示衰减振荡过程的控制指标: 最大偏差 A:指过渡过程中被控量偏离给定值的最大数值。A 一般小一些较好。 超调量 :也是表示被控变量偏离给定值的程度。(y( ) :新稳定值) 衰减比 n= B1:B2:指过渡过程
6、曲线上同方向第一个波的峰值与第二个波的峰值之比。n: 1=4:1 10:13 余差 C:指过渡过程终了时,被控变量所达到的新的稳态值与设定值之间的差值。一般 C越小越好 过渡时间 ts:指控制系统受到扰动作用后,被控变量从原稳定状态回复到新的平衡状态 ( 5% 的范围内)所经历的最短时间 振荡周期 T(或频率):指过渡过程两个同向波峰之间的间隔时间,其倒数为振荡频率。 1 影响自动控制系统控制质量的因素:A 被控对象的特性B组成的自动控制系统:检测仪表 与变送器,控制器,执行器C自动控制装置的特性D控制规律及控制器参数的设定 2 为什么要研究被控对象的特性? 在生产过程中,存在各种各样的被控对
7、象。这些对象的特性各不相同。有的较易操作,工 艺变量能够控制得比较平稳;有的却和很难操作,工艺变量容易产生大幅度波动,只要稍不 谨慎就回超出工艺允许的范围,轻则影响生产,重则造成事故。只有充分了解和熟悉对象特 性,才能使工艺生产在最佳状态下运行。因此,在控制系统设计时,先必须充分了解被控对 象的特性,掌握它们的内在规律,才能选择合适的被控变量、操纵变量、合适的测量元件和 控制器,选择合理的控制器参数,设计合乎工艺要求的控制系统。 3 通道 :被控对象的输入变量至输出变量之间的信号联系 干扰通道: f y 破坏作用 控制通道: m y 调节作用 4 被控对象的特性 :是指被控对象输入变量与输出变
8、量之间的关系。即被控对象的输入量发 生变化时,对象的输出量随时间的变化规律。 静态特性、动态特性 5 被控对象特性的描述方法: 机理建模:是通过对对象内部的运动机理分析,根据对象中物理或化学变化规律(如质 量守恒定律、能量守恒定律等),在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象 特性方程。通过这种方法得到的数学模型叫机理模型。机理模型常表现为微分方程式、偏微 分方程式、状态方程等)。 有自衡特性对象在受到干扰后,自身能重新恢复平衡的特性。 无自衡特性对象在受到干扰时,不能重新恢复平衡的特性。 实验测取法(黑匣子法):是在所要研究的对象上,人为施加一定的输入作用,然后、 用仪表测取并记录
9、表征对象特性的物理量随时间变化规律,即得到一系列实验数据或实验曲 线。然后对这些实验数据或曲线进行必要的数据处理,求取对象的特性参数,进而得到对象 的数学模型。 A 阶跃反应曲线法B矩形脉冲反应曲线法 6 特性参数放大系数K、时间常数 T、滞后时间 放大系数 K(静态增益):数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变化 量之比。反映的是对象处于稳定状态下输出和输入之间的关系,所以放大系数K 是描述 对象静态特性的参数。 控制通道: K大,控制作用强,控制灵敏;K小,控制作用弱。一般希望控制通道K大一 些好,但 K 不能太大,否则会使系统的稳定性下降。 干扰通道: K大对控制不利。希望干
10、扰通道K小好。 时间常数 T:当对象受到阶跃输入作用后,被控变量如果保持初始速度变化,达到新的 稳态值所需的时间。或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%所需的 时间。是反映被控对象受到输入作用后,输出变量(被控变量)达到新稳定值的快慢, 它确定整个动态过程的长短,由于它是反映被控变量变化快慢的参数,所以T 是反映对象动 态特性的参数。 控制通道: T大,被控变量的变化比较缓慢,对象比较平稳,容易进行控制,但过渡时 间长; T 小,被控变量的变化快,不易控制。T太大、太小都不利 干扰通道: T 大、扰动作用比较平缓,被控变量变化较平稳,对象容易控制。一般希望 干扰通道 T
11、大一些好 滞后时间( = 0 + C ) 传递时间 0:是输出变量的变化落后于输入变量变化的时间。一般由介质的输送或热的 传递需要一段时间引起的。 容量滞后 C:是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力引起的。 控制通道:应尽量减小;干扰通道:大对控制有利 一简单控制系统: 1 单回路控制系统:一个被控对象,一个检测元件及变送器,一个控制器,一个执行器所构 成的单闭环控制系统。 2 单回路控制系统的设计思路:A.了解被控对象B.确定控制方案: 被控变量的选择操纵 变量的选择检测变送元件及检测位置的选择执行器的选择控制器及控制规律的选择C. 对控制器的参数进行工程整定 3 被控变量选择原则:被控
12、变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态, 一 般都是工艺过程中比较重要的变量被控变量在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响 而变化,因而需要频繁加以控制的变量尽量采用直接指标作为被控变量,当无法获得直接 控制指标信号,或其测量、传送滞后很大时,可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接 控制变量被控变量应能被测量出来,并具有足够大的灵敏度被控变量应是独立可控的 应考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。 4 操纵变量的选择原则:操纵变量应是可控的,即工艺上允许调节的变量操纵变量一般 应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏在选择操纵变量时,除了从自动化角度考虑外, 还要考虑工艺的合理性与生产的
13、经济性。 5 控制规律: 指的是控制器的输出信号 (u)与输入信号 (e=ym-ys) 之间的关系。 即:u= f(e)=f (ym-ys ) K p,比例控制作用;而,比例控制作用。【比例放大系数K p(可调节): (K p= u / e),有量纲,如输入输出信号均为标准信号,则无量纲。比例度 :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。工业中常用比例度来表示比例控 制作用的强弱。】 T1, K1,积分作用,积分速度,消除余差速度快,稳定性 TD,微分作用,稳定性。TD ,过度灵敏,会出现高频震荡。 6 各环节的正、反作用方向的规定 (1)被控对象:操纵变量m ,被控变量
14、y,为“正作用” (2)测量元件:一般都为“正作用” (3)执行器:气开阀为“正作用”,气关阀为“反作用” 气开阀:有信号时阀开、无信号时阀关的气动执行器。 气关阀:有信号时阀关、无信号时阀开的气动执行器。 (4)控制器:当偏差(e= ym - ys)增加时,输出u 也增加,称为“正作用” 7 控制器参数整定任务:根据已确定的控制方案,确定控制器的最佳参数值(、TI 、TD ), 以使控制系统获得最佳的控制质量。 8 控制器参数整定方法:A 理论计算 B 工程整定法 : 临界比例度法 , 衰减曲线法 , 经验凑试法 临界比例度法: 在闭环的控制系统中, 先将控制器变为纯比例作用,即将 T1 放
15、大“” 位置上, TD放在“0”位置上,在干扰作用下,从大到小地逐渐改变控制器的比例度,直至 系统产生等幅度振荡,记下此时的、K、TK 特点:简单、易于掌握和判断,适合一般的控制系统;不适合工艺不允许产生等幅振荡 的系统。 衰减曲线法: 是在纯比例运行下,通过使系统产生4:1 或 10: 1的衰减振荡,得到衰 减比例度S 和衰减周期Ts(或上升时间T 升),然后根据经验总结出来的关系求出控制器 各参数。 采用衰减曲线法注意点:a 加的干扰幅度值不能太大,要根据生产操作要求来定,一般 为额定值的 5% 左右,也有例外的情况b 必须在工艺参数稳定情况下才能施加干扰,否则得不 到正确的s 、Ts 或
16、 s和 T升值 c 对于反应快的系统,如流量,管道压力和小容量的液位 控制等,要在记录曲线上严格得到4:1 衰减曲线比较困难。一般以被控变量来回波动两次 达到稳定,就可以近似地认为达到4:1 衰减过程了。 特点:比较简单,整定质量高,应用广泛;但对于干扰频繁、记录曲线不规则、不断有 小摆动的系统不适应。 经验凑试法: 是根据经验先将控制参数置于一定数值上,然后通过不断观察过渡过程曲 线,逐渐凑试,直到获得满意的控制器参数值为止。 两种步骤:先用纯比例作用进行凑试,待过渡过程已基本稳定并符合要求后,再加积 分作用消除余差,最后加入微分作用是为了提高控制质量先按表中给出的范围把TI 定下 来,如要
17、引入微分作用,可取TD=(1/31/4)TI,然后对进行凑试,凑试步骤与前一种方法 相同。 特点:方法简单,应用非常广泛。特别适用于干扰频繁、记录曲线不规则、不断有小摆 动的控制系统。但参数整定费时,控制质量因人而异。 二复杂控制系统: 1 串级控制: 是由两个被控对象、两套检测元件及变送器、两个控制器和一个执行器所构成 的两回路控制系统。其中主、副两个控制器是串级工作的,主控制器的输出作为副控制器的 给定值,副控制器的输出去操纵控制阀,以实现对主变量的定值控制。 串级控制系统主负控制器正、反作用方向的确定:A 副控制器:按简单(单回路)控制系 统各环节的正、反作用方向的确定原则确定,以构成负
18、反馈闭环控制回路。B 主控制器:主、 副变量同方向变化时, 都要求操纵变量同方向变化(即:同时要求操纵变量都增大或都减小), 此时主控制器方向规定为“反”作用方向。主、副变量同方向变化时,要求操纵变量的变化 方向是相反的(即:主变量要求操纵变量都增大(或减小),而副变量要求操纵变量都减小 (或增大),此时主控制器为“正”作用方向。 特点 :A在系统结构上,它是由两个串级工作的控制器构成的双闭环控制系统B系统的目 的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量,副回路起快速的“粗调”作用,主回路 则起“细调”作用C由于副回路的存在,对进入副回路的干扰有超前控制作用,因而减少了 干扰对主变量的影响,
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- 2017 河北省 对口 升学 计算机专业 理论 试题