2012秋过程控制工程试卷A参考答案和评分标准-099611班

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南阳理工学院课程考试
参考答案与评分标准
考试课程:过程控制工程 学年学期:2012-2013-1 班级099611
试卷类型:A 考试时间:2013-01-16
一、填空:(每空1分,共 12 分)
下面是液位单回路控制的管道仪表流程图,请在上面标注出如下变量,并同时标注出这些变量的英文。

1在Qi 处标注:扰动变量(1分)
Variable) (1分)
2
在h 处标注:被控变量
(1分)Variable) (1分)
3在LC 输出标注:控制变量(1分) Control Variable (1分)
4在Qo 处标注:操纵变量(1分)MV (Manipulated Variable) (1分) 5在液位变送器处标注:测量信号(1分)Measurement (1分) 6在hsp 处标注:设定值(1分)SP (Setpoint) (1分) 二、计算题(共18分)
1
(1))()
(t d t dH A
=)(1t Q -2R (t)H -3R (t)H (3分)
(2) (3分)
(3) (4分) 经拉氏变换:
3
2323
203
21)()()(1)(1)(Q (t)R R S R AR R R S Q S H W S H R S H R S ASH ++==
⇒--
= 2 (1) 直线流量特性流量的相对变化量。

(算式正确,结果错误0.5分) 10%点:(22.7-13.0)/13.0=74.6% (1分) 50%点:(61.3-51.7)/51.7=18.6% (1分) 80%点:(90.3-80.6)/80.6=12.0% (1分) 90%点:(100-90.3)/90.3=10.7% (1分) (2) 对数流量特性流量的相对变化量。

(算式正确,结果错误0.5分) 10%点:(6.58-4.67)/4.67=40.9% (1分) 50%点:(25.6-18.3)/18.3=39.9% (1分) 80%点:(71.2-50.8)/50.8=40.2% (1分) 90%点:(100-71.2)/71.2=40.4% (1分) 三、分析题 (共20分)
1 图1 临界振荡曲线图 (2分) 图
2 P 调节曲线图(2分)
图3 PI 调节曲线图(2分) 图4 PID 调节曲线图 (2分)
(2)(写出计算公式0.5分,计算出结果1分)
(3)P 调节有余差(2分)
(P )I 调节消除了余差,调节时间约125秒,没有超调(2分) (PI )D 调节有超前作用,调节时间62.5秒,和PI 调节相比调节时间短(2分)
四、问答题 (共19分)
1 前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制及时。

前馈控制是针对干扰作用进行控制
的,当干扰一出现,前馈控制器就根据检测到的干扰,按一定规律进行控制。

(2
分)
前馈控制属于开环控制系统。

反馈控制是一个闭环控制系统,而前馈控制是一个
开环控制系统。

前馈控制器根据干扰产生控制作用对被控变量进行影响,而被控变量并不会反过来影响前馈控制器的输入信号(扰动量)。

(3分)
前馈控制采用的是由对象特性确定的“专用”控制器。

一般的反馈控制系统均采用通用的PID 控制器,而前馈控制器是专用控制器,对于不同的对象特性,前馈控制器的形式将是不同的。

(3分) 2 (1)(2分)
(2)(2分)
3(2分)
4(2分)
5
增量式具有防积分饱和的优点,因为在计算积分作用时,不用对偏差进行累积。

(1分)
增量式输出是执行机构位置的改变量,只有偏差出现时,才产生输出增量值。

(1
分)
增量式算式很容易从手动位置切换到自动位置,无需进行控制器输出的初始化。

(1
分)
五、设计题 (共31分)
1 (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。

(5分) (2)(流程图4分、方框图4分)
(3)反作用(2分)
2 (1)把温度对象确定为一阶积分加纯滞后环节,其数学模型为e s
TiS
τ-1
(1分),
故开环阶跃响应为C (S )=e
Tis
s
K
τ-(1
分),拉氏反变换为时域函数C (t )=)
(τδ-t t Ti
K
(1分),其中)(τδ-t 为脉冲函数,会使阶跃响应延迟一段时间,对响应曲线的
斜率没有影响。

K/Ti 就是实验截取的响应曲线的斜率,具体求法如下:
当加热功率为40%时,阶跃响应曲线斜率为1/60(℃/s ),K=40/100=0.4,0.4/Ti=1/60,Ti=24(s); (1分)
当加热功率为60%时,阶跃响应曲线斜率为1/42(℃/s ),K=60/100=0.6,
0.6/Ti=1/42,Ti=25.2s ; (1分)
当加热功率为80%时,阶跃响应曲线斜率为1/30(℃/s ),K=80/100=0.8,
0.8/Ti=1/30,Ti=24s ; (1分)
所以Ti 平均值为24.4s ,又延迟时间的平均值为172s 。

此次实验的数学模型为
e s
S 1724.241-(1
分)。

(2) 可控硅的开关速度比较快,所以可把PID 的控制周期设置为1秒。

(1分)
(3)需要PWM 程序配合(1分) (4) 时间比例输出(2分)
(5) 继电器接触器动作频率不能太高,所以控制周期应设为2—5秒(1分)
(6)(4分)主要画出:传感变送、调节、执行部分
11()
1d c i f T s u K e t T s T s ⎡⎤=++⎢⎥+⎢⎥⎣⎦
[]1
()()()()(1)k
s
d
c s i i s T
T u k K e k e i e k e k u T T =⎧⎫=++
--+⎨⎬⎩

∑[][]()()(1)()()2(1)(2)()()(1)
s d c i s T T u k K e k e k e k e k e k e k T T u k u k u k ⎧⎫
∆=--++--+-⎨⎬⎩⎭
=∆+-。

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