过程控制工程课后习题参考答案-前三章
《过程控制》课后习题答案
第一章思考题与习题
1.1 下列系统中哪些属于开环控制,哪些属于闭环控制?
①家用电冰箱②家用空调器③家用洗衣机④抽水马桶⑤普通车床⑥电饭煲⑦多速电风扇⑧高楼水箱⑨调光台灯
开环控制:③家用洗衣机⑤普通车床⑦多速电风扇⑨调光台灯
闭环控制:①家用电冰箱②家用空调器④抽水马桶⑥电饭煲⑧高楼水箱
1.2 图1-14所示为一压力自动控制系统,试分析该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和扰动变量是什么?画出该系统的框图。
图1-14 压力自动控制系统图1-15 加热炉温度自动控制系统被控对象:容器P
被控变量:罐内压力
操纵变量:物料输入流量
扰动变量:出口流量
系统框图如下:
1.3 图1-15所示是一加热炉温度自动控制系统,试分析该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和扰动变量是什么?画出该系统的框图。
被控对象:加热炉
被控变量:炉内温度
操纵变量:燃料流量
扰动变量:进料量
系统框图如下:
1.4 按设定值的不同情况,过程控制系统分为哪几类?
过程控制系统分为三类:定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
1.5 什么是过程控制系统的过渡过程?有哪几种基本形式?
过程控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为过程控制系统的过渡过程。控制系统过渡过程有五种基本形式:发散振荡、单调发散、等幅振荡、衰减振荡和单调衰减。
1.6 某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-16所示。试分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和调整时间(设定值为200℃)。
图1-16 题1.6图
最大偏差:30℃
余差:5℃
过程控制课后习题-答案
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第1章自动控制系统基本概念
~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成?
解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。~~ 1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图
解PI-307表示就地安装的压力指示仪表,工段号为3,仪表序号为07;
TRC-303表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的温度控制仪表;工段号为3,仪表序号为03;
FRC-305表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的流量控制仪表;工段号为3,仪表序号为05。
~~~~~ 1-7 在自动控制系统中,测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?
解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号(如气压信号或电压、电流信号等)送往控制器;
控制器接受测量变送器送来的信号,与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后将此结果用特定信号(气压或电流)发送出去执行器即控制阀,它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度,从而改变操纵变量的大小。
~~~1-8.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质?
解:被控对象(对象)——自动控制系统中,工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼,如温度控制系统,压力制系统等。
给定值(或设定值或期望值)——人们希望控制系统实现的目标,即被控变量的期望值。它可以是恒定的,也可以是能按程序变化的。
过程控制技术课后作业答案详解
过程控制与自动化仪表课后作业详解
第一章 P15
2-1. (1)简述图1-6所示系统的工作原理,画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
LT
LC
1
Q 2
Q A
图1-6 控制系统流程图
答:
1)图为液位控制系统,由储水箱(被控过程)、液位检测器(测量变送器)、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统,为了达到对水箱液位进行控制的目的,对液位进行检测,经过液位控制器来控制调节阀,从而调节Q 1(流量)来实现液位控制的作用。
2)框图如图1-7所示:
控控控LC
控控控
控控控控
A
控控控控LT
_
2()
Q t ()
1Q t ()
r t ()
e t ()
u t h
图1-7 控制系统框图
3)控制器输入输出分别为:设定值与反馈值之差e (t )、控制量u (t );执行器输入输出分别为:控制量u (t )、操作变量Q 1 (t ) ;被控对象的输入输出为:操作变量Q 1 (t ) 、扰动量Q 2 (t ) ,被控量h ;所用仪表为:控制器(例如PID 控制器)、调节阀、液位测量变送器。
2-3某化学反应过程规定操作温度为800℃,最大超调量小于或等于5%,要求设计的定值控制系统,在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图所示。要求:
1)计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间; 2)说明该系统是否满足工艺要求。 答:
1)稳态误差:e(∞)=810-800=10
衰减比:n=B 1/B 2=(850-810)/(820-810)=4 最大超调量:σ=(850-810)/810=4.9%
过程控制课后习题答案解析
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第1章自动控制系统基本概念
~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成?
解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。~~ 1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图
解PI-307表示就地安装的压力指示仪表,工段号为3,仪表序号为07;
TRC-303表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的温度控制仪表;工段号为3,仪表序号为03;
FRC-305表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的流量控制仪表;工段号为3,仪表序号为05。
~~~~~ 1-7 在自动控制系统中,测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?
解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号(如气压信号或电压、电流信号等)送往控制器;
控制器接受测量变送器送来的信号,与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后将此结果用特定信号(气压或电流)发送出去执行器即控制阀,它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度,从而改变操纵变量的大小。
~~~1-8.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质?
解:被控对象(对象)——自动控制系统中,工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼,如温度控制系统,压力制系统等。
给定值(或设定值或期望值)——人们希望控制系统实现的目标,即被控变量的期望值。它可以是恒定的,也可以是能按程序变化的。
大学_过程控制工程课后作业试题以及答案(邵裕森)
过程控制工程课后作业试题以及答案(邵裕森)过程控制工程课后作业试题以及答案(邵裕森版)
《过程控制工程第2版》是06月机械工业出版社出版的图书,作者是邵裕森
图书简介:编辑作/译者:邵裕森出版社:机械工业出版社出版日期:06
月 ISBN:9787111076025 [十位:7111076028]
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工程应用举例等。..本书内容丰富新颖,能适应跨世纪人才培养需要,是工业自... [显示全部]
图书目录:编辑前言.第一章绪论第一节过程控制发展概况第二节过程控制的特点第三节过程控制系统的组成及其分类第四节“过程控制工程”课程的性质和任务思考题与习题第二章过程建模和过程检测控制仪表第一节过程
建模第二节过程变量检测及变送第三节过程控制仪表第四节其它数字式过程控制装置思考题与习题第三章简单过程控制系统--单回路控制系统的工程设计第一节过程控制系统工程设计概述第二节控制方案设计第三节检测
过程控制工程第2版简介
课程内容主要包括过程动态测试和建模、控制器的参数整定、单回路控制系统、复杂控制系统、先进控制系统以及典型的工业过程控制系统。
过程控制系统及仪表课后习题答案解析[完整版]
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第1章思考题与习题
1-1 过程控制有哪些主要特点?为什么说过程控制多属慢过程参数控制?
解答:
1.控制对象复杂、控制要求多样
2. 控制方案丰富
3.控制多属慢过程参数控制
4.定值控制是过程控制的一种主要控制形式
5.过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成
1-2 什么是过程控制系统?典型过程控制系统由哪几部分组成?
解答:
过程控制系统:一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统.
组成:参照图1—1。
1-4 说明过程控制系统的分类方法,通常过程控制系统可分为哪几类?
解答:
分类方法说明:
按所控制的参数来分,有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等;按控制系统所处理的信号方式来分,有模拟控制系统与数字控制系统;按控制器类型来分,有常规仪表控制系统与计算机控制系统;按控制系统的结构和所完成的功能来分,有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等;按其动作规律来分,有比例(P)控制、比例积分(PI)控制,比例、积分、微分(PID)控制系统等;按控制系统组成回路的情况来分,有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统;按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类:
1.按设定值的形式不同划分:(1)定值控制系统
(2)随动控制系统
(3)程序控制系统
2.按系统的结构特点分类:(1)反馈控制系统
(2)前馈控制系统
(3)前馈—反馈复合控制系统
1-5 什么是定值控制系统?
解答:
在定值控制系统中设定值是恒定不变的,引起系统被控参数变化的就是扰动信号。1-6 什么是被控对象的静态特性?什么是被控对象的动态特性?二者之间有什么关系?
过程控制工程课后作业答案
第一章 纸质作业答案
一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量和阀杆行程之间的关系。 调节阀的流量特性有线性型,等百分比型,快开型,抛物线型
调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑,利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性,从而使整个广义对象的特性近似为线性。
二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统,也成为单回路控制系统。
简单控制系统的典型方块图为
三.按照已定的控制方案,确定使控制质量最好的控制器参数值。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解:
(1) 选择流出量o Q 为操纵变量,控制阀安装在流出管线上, 贮槽液位控制系统的控制流程图为
(2) 被控对象:液体贮槽
控制器
执行器
被控对象
测量元件及变送器
+
-
控制信号
操纵变量
被控变量
测量值
偏差
扰动变量
给定值
被控变量:贮槽液位
操纵变量:贮槽出口流量
主要扰动变量:贮槽进口流量
五、解:
Q为操纵变量,控制阀安装在流入管线上,
(1) 选择流入量
i
贮槽液位控制系统的控制流程图为
为了防止液体溢出,在控制阀气源突然中断时,控制阀应处于关闭状态,所以应选用气开形式控制阀,为“+”作为方向。
Q增加时,被控变量液位是上升的,故对象为“+”作用方向。由于操纵变量即流入量
i
控制阀和被控对象都是“+”作用方向,为使控制系统具有负反馈作用,控制器应选择反作用。
Q为操纵变量,控制阀安装在流出管线上,
(2) 选择流出量
o
贮槽液位控制系统的控制流程图为
为了防止液体溢出,在控制阀气源突然中断时,控制阀应处于全开状态,所以应选用气关形式控制阀,为“-”作为方向。
过程控制习题与答案
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第1章绪论思考题与习题
1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制解答:
1.控制对象复杂、控制要求多样
2. 控制方案丰富
3.控制多属慢过程参数控制
4.定值控制是过程控制的一种主要控制形式
5.过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成
1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成
解答:
过程控制系统:一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
组成:控制器,被控对象,执行机构,检测变送装置。
1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动(干扰)量、设定(给定)值和偏差的含义
解答:
被控对象自动控制系统中,工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。
被控变量被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。
操纵变量受控制器操纵的,用以克服扰动的影响,使被控变量保持设定值的物料量或能量。
扰动量除操纵变量外,作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。
设定值被控变量的预定值。
偏差被控变量的设定值与实际值之差。
1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪几类
解答:
按照设定值的不同形式又可分为:
1.定值控制系统定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统.定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响,使被控变量最终回到设定值或其附近.以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言.
2.随动控制系统随动控制系统的设定值是不断变化的.随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地,准确无误地跟踪设定值的变化而变化
过程控制课后习题答案及解析
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第1章自动控制系统基本概念
~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成?
解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。~~ 1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图
解PI-307表示就地安装的压力指示仪表,工段号为3,仪表序号为07;
TRC-303表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的温度控制仪表;工段号为3,仪表序号为03;
FRC-305表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的流量控制仪表;工段号为3,仪表序号为05。
~~~~~ 1-7 在自动控制系统中,测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?
解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号(如气压信号或电压、电流信号等)送往控制器;
控制器接受测量变送器送来的信号,与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后将此结果用特定信号(气压或电流)发送出去执行器即控制阀,它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度,从而改变操纵变量的大小。
~~~1-8.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质?
解:被控对象(对象)——自动控制系统中,工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼,如温度控制系统,压力制系统等。
给定值(或设定值或期望值)——人们希望控制系统实现的目标,即被控变量的期望值。它可以是恒定的,也可以是能按程序变化的。
过程控制课后习题答案
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第1章自动控制系统基本概念
~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成?
解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。~~ 1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图
解PI-307表示就地安装的压力指示仪表,工段号为3,仪表序号为07;
TRC-303表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的温度控制仪表;工段号为3,仪表序号为03;
FRC-305表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的流量控制仪表;工段号为3,仪表序号为05。
~~~~~ 1-7 在自动控制系统中,测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?
解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号(如气压信号或电压、电流信号等)送往控制器;
控制器接受测量变送器送来的信号,与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后将此结果用特定信号(气压或电流)发送出去执行器即控制阀,它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度,从而改变操纵变量的大小。
~~~1-8.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质?
解:被控对象(对象)——自动控制系统中,工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼,如温度控制系统,压力制系统等。
给定值(或设定值或期望值)——人们希望控制系统实现的目标,即被控变量的期望值。它可以是恒定的,也可以是能按程序变化的。
过程控制复习要点和习题答案(3,4)
1.掌握P、PI、PD,PID调节的特点,各调节规律定义公式,其阶跃响应。积分时间的大小相应的积分作用怎样?微分时间的大小其作用怎样?比例度如何求取?
2.无扰动切换是指什么?
3.了解微分先行的PID算法主要用于解决什么问题?对什么有微分作用?
4.了解比例先行的PID算法有什么特点?
5.掌握PID微分方程及差分方程?
解:ā=1/Kc=100%=〉Kc=1
△U(t)=Kc(e(t)+1/Ti∫e(t)dt)
=e(t)+1/Ti∫e(t)dt
=1+0。5∫1dt
=1+0。5×4=3mA
则4min后调节器的输出为9mA
(5)什么叫无平衡无扰动切换?全刻度指示调节器是这样保证由自动到软手动,由软手动到硬手动,再由硬手动到软手动,由软手动到自动之间的无扰动切换的?
52。6
65。2
75。8
84.5
91。3
96。13
99。03
100
调节阀的相对开度(l/L)(%)和相对流量(Q/Qmax)(%)(R=30)
解:
直线流量特性:
相对开度在10%,50%,80%各变化10%的相对流量变化量为74.6%,18.6%,12%
对数流量特性:
相对开度在10%,50%,80%各变化10%的相对流量变化量为41%,40%,40%
过程控制系统和仪表课后习题集答案完整版
第1章思考题与习题
1-1 过程控制有哪些主要特点?为什么说过程控制多属慢过程参数控制?
解答:
1.控制对象复杂、控制要求多样
2. 控制方案丰富
3.控制多属慢过程参数控制
4.定值控制是过程控制的一种主要控制形式
5.过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成
1-2 什么是过程控制系统?典型过程控制系统由哪几部分组成?
解答:
过程控制系统:一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
组成:参照图1-1。
1-4 说明过程控制系统的分类方法,通常过程控制系统可分为哪几类?
解答:
分类方法说明:
按所控制的参数来分,有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等;按控制系统所处理的信号方式来分,有模拟控制系统与数字控制系统;按控制器类型来分,有常规仪表控制系统与计算机控制系统;按控制系统的结构和所完成的功能来分,有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等;按其动作规律来分,有比例(P)控制、比例积分(PI)控制,比例、积分、微分(PID)控制系统等;按控制系统组成回路的情况来分,有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统;按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类:
1.按设定值的形式不同划分:(1)定值控制系统
(2)随动控制系统
(3)程序控制系统
2.按系统的结构特点分类:(1)反馈控制系统
(2)前馈控制系统
(3)前馈—反馈复合控制系统
1-5 什么是定值控制系统?
解答:
在定值控制系统中设定值是恒定不变的,引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
过程控制课后习题答案与解析
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第1 章自动控制系统基本概念
~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成?
解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
~~ 1-5 题1-5 图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307 、TRC-303 、
FRC-305 所代表的意义。
题1-5 图加热器控制流程图
解PI-307 表示就地安装的压力指示仪表,工段号为3,仪表序号为07;
TRC-303 表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的温度控制仪表;工段号为3,仪表序号为03;
FRC-305 表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的流量控制仪表;工段号为3,仪表序号为05。
~~~~~ 1-7 在自动控制系统中,测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?
解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信
号(如气压信号或电压、电流信号等)送往控制器;
控制器接受测量变送器送来的信号,与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得
出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后将此结果用特定信号(气压或电流)发送出去执行器即控制阀,它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度,从而改
变操纵变量的大小。
~~~1-8 .试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质?
解:被控对象(对象)——自动控制系统中,工艺参数需要控制的生产过程、生产设
备或机器。
被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来
称呼,如温度控制系统,压力制系统等。
过程控制工程课后习题参考答案-前三章
过程控制工程
第一章单回路控制系统
1.1 何谓控制通道?何谓干扰通道?它们的特性对控制系统质量有什么影响?
控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系;
干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。
(1)控制通道特性对系统控制质量的影响:(从K、T、τ三方面)
控制通道静态放大倍数越大,系统灵敏度越高,余差越小。但随着静态放大倍数的增大,系统的稳定性变差。
控制通道时间常数越大,经过的容量数越多,系统的工作频率越低,控制越不及时,过渡过程时间越长,系统的质量越低,但也不是越小越好,太小会使系统的稳定性下降,因此应该适当小一些。
控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时,使动态偏差增大,而且还还会使系统的稳定性降低。
(2)干扰通道特性对系统控制质量的影响:(从K、T、τ三方面)
干扰通道放大倍数越大,系统的余差也越大,即控制质量越差。
干扰通道时间常数越大,阶数越高,或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀,干扰对被控变量的影响越小,系统的质量则越高。
干扰通道有无纯滞后对质量无影响,不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个纯滞后时间τ0。
1.2 如何选择操纵变量?
1)考虑工艺的合理性和可实现性;
2)控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数;
3)控制通道时间常数应适当小一些为好,但不易过小,一般要求小于干扰通道时间常数。干扰动通道时间常数越大越好,阶数越高越好。
4)控制通道纯滞后越小越好。
1.3 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响?对控制系统的动态质量有何影响?
过程控制过程课后习题答案
过程控制过程课后习题答案
过程控制过程课后习题答案
在学习过程控制过程时,课后习题是巩固知识和提高理解能力的重要方式。然而,有时候我们可能会遇到一些难题,无法得到准确的答案。下面,我将为大家提供一些关于过程控制过程课后习题的答案,希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是过程控制过程?
过程控制过程是指通过监控和调整生产过程中的参数和变量,以实现产品质量和生产效率的控制。它包括了传感器、控制器和执行器等设备,以及相应的控制算法和策略。
2. 过程控制过程的主要目标是什么?
过程控制过程的主要目标是实现稳定的生产过程,以确保产品质量的一致性和生产效率的提高。它可以通过监测关键参数和变量,并根据实时的反馈信息进行调整来实现这一目标。
3. 过程控制过程中常用的传感器有哪些?
常用的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器等。它们可以将物理量转换为电信号,并传输给控制器进行处理。
4. 过程控制过程中常用的控制器有哪些?
常用的控制器包括比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器等。它们根据传感器反馈的信号和设定的控制策略,对执行器进行控制,以实现对过程的调节。
5. 什么是反馈控制?
反馈控制是指根据系统的实际输出与期望输出之间的差异,通过调整控制器的
输出信号来实现对过程的控制。它可以实时地对过程进行修正,以达到期望的控制效果。
6. 什么是前馈控制?
前馈控制是指根据预先设定的输入信号,通过控制器直接对执行器进行调节,以实现对过程的控制。它可以提前预测系统的响应,并进行相应的调整,以减小系统的误差。
过程控制技术课后作业答案详解
过程控制与自动化仪表课后作业详解
第一章P15
2-1. (1)简述图1・6所示系统的工作原理,画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
答:
1)图为液位控制系统,由储水箱(被控过程人液位检测器(测量变送器).液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统,为了达到对水箱液位进行控制的目的,对液位进行检测,经过液位控制器来控制调节阀,从而调节Q (流量)来实现液位控制的作用。
2)框图如图所示:
图1-7控制系统框图
3)控制器输入输出分别为:设定值与反馈值之差e(t).控制量u(t);执行器输入输出分别为:控制量屮)、操作变MQi(t);被控对象的输入输出为:操作变*Qi(t).扰动量Q2 (t ),被控量b :所用仪表为:控制器(例如PID控制器)、调节阀.液位测量变送器。
2・3某化学反应过程规定操作温度为800-C,最大超调量小于或等于5%,要求设计的定值控制系统,在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图所示。要求:
1)计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间;
2)说明该系统是否满足工艺要求。
答:
1)稳态误差:e( oo)=810-800=10
衰减比:n=Bi/B2=(850-810)/(820-810)=4
最大超调量:。=(850-810)/810=4.9%
假设以系统输出稳定值的2%为标准,则810*2%=16.2,则
过渡过程时间:ts=17min
2)由于规定操作温度为800 °C,而系统稳态值为810 P所以不满足工艺要求。
第二章P71
1-3某台测温仪表测量的上下限为500*C~1000r,它的最大绝对误差为±2'C,试确定该仪表的精度等级;
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过程控制工程
第一章单回路控制系统
何谓控制通道何谓干扰通道它们的特性对控制系统质量有什么影响
控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系;
干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。
(1)控制通道特性对系统控制质量的影响:(从K、T、τ三方面)
控制通道静态放大倍数越大,系统灵敏度越高,余差越小。但随着静态放大倍数的增大,系统的稳定性变差。
控制通道时间常数越大,经过的容量数越多,系统的工作频率越低,控制越不及时,过渡过程时间越长,系统的质量越低,但也不是越小越好,太小会使系统的稳定性下降,因此应该适当小一些。
控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时,使动态偏差增大,而且还还会使系统的稳定性降低。
(2)干扰通道特性对系统控制质量的影响:(从K、T、τ三方面)
干扰通道放大倍数越大,系统的余差也越大,即控制质量越差。
干扰通道时间常数越大,阶数越高,或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀,干扰对被控变量的影响越小,系统的质量则越高。
干扰通道有无纯滞后对质量无影响,不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个纯滞后时间τ0。
如何选择操纵变量
1)考虑工艺的合理性和可实现性;
2)控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数;
3)控制通道时间常数应适当小一些为好,但不易过小,一般要求小于干扰通道时间常数。干扰动通道时间常数越大越好,阶数越高越好。
4)控制通道纯滞后越小越好。
控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响对控制系统的动态质量有何影响
比例度δ越小,系统灵敏度越高,余差越小。随着δ减小,系统的稳定性下降。
图1-42为一蒸汽加热设备,利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。试问:影响物料出口温度的主要因素有哪些
如果要设计一温度控制系统,你认为被控变量与操纵变量应选谁为什么
如果物料在温度过低时会凝结,应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的正反作用
答:
影响物料出口温度的因素主要有蒸汽的流量和温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和入口温度。
被控变量应选择物料的出口温度,操纵变量应选择蒸汽流量。
物料的出口温度是工艺要求的直接质量指标,测试技术成熟、成本低,应当选作被控变量。
可选作操纵变量的因数有两个:蒸汽流量、物料流量。后者工艺不合理,因而只能选蒸
汽流量作为操纵变量。
控制阀应选择气关阀,控制器选择正作用。
图1-43为热交换器出口温度控制系统,要求确定在下面不同情况下控制阀的开闭形式及控制器的正反作用:
被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚;
被加热物料在温度过低时会发生凝结;
如果操纵变量为冷却水流量,该地区最低温度在0℃以下,如何防止热交换器被冻坏。
答:
TC
冷却水
物料被冷却物料
控制阀选气关阀,选反作用控制器。
控制阀选气开阀,选正作用控制器。
控制阀选气关阀,选反作用控制器。
单回路系统方块图如图1-44所示。试问当系统中某组成环节的参数发生变
化时,系统质量会有何变化为什么
(1)若T0增大;(2)若τ0增大;(3)若T f增大;(4)若τf增大。
答:
(1)T0 增大,控制通道时间常数增大,会使系统的工作频率降低,控制质量变差;
(2)τ0 增大,控制通道的纯滞后时间增大,会使系统控制不及时,动态偏差增大,
过渡过程时间加长。
(3)Tf 增大,超调量缩小1/Tf倍,有利于提高控制系统质量;
(4)τf 增大对系统质量无影响,当有纯滞后时,干扰对被控变量的影响向后推迟了
一个纯滞后时间τf 。
第二章串级控制系统
2.1 与单回路系统相比,串级控制系统有些什么特点
(1) 串级系统由于副回路的存在, 使等效副对象时间常数减小,改善了对象的特性,使系统工作频率
提高。
(2) 串级控制系统有较强的抗干扰能力,特别是干扰作用于副环的情况下,系统的抗干扰能力会更
强。
(3) 串级系统具有一定的自适应能力。
2.2 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用方式只取决于主对象放大倍数的符号,而与其他环
节无关
主环内包括有主控制器,副回路,主对象和主变送器.而副回路可视为一放大倍数为“1”的环节,主变送器放大倍数一般为正,所以主控制器的正反作用只取决于主对象放大倍数的符号。如果主对象放大倍数的符号为正,则主控制器为反作用,反之, 则主控制器为正作用。
2.5 试说明为什么整个副环可视为一放大倍数为正的环节来看
副回路所起的作用是使副变量根据主调节器输出进行控制,是一随动系统。因此整个副回路可视为一放大倍数为正的环节来看。
2.6 试说明在整个串级控制系统中主、副控制器之一的正、反作用方式选错会造成怎样的危害当主、副控制器有一个正反作用方式选错时,就会造成系统的主回路或副回路按正反馈控制,当被控变量出现偏差时,系统不仅不向着消除偏差的方向校正,反而使被控变量远离给定值。
2.7 图2-20所示的反应釜内进行的是化学放热反应,,而釜内温度过高会发生事故,因此采用夹套通冷却水来进行冷却,以带走反应过程中所产生的热量。由于工艺对该反应温度控制精度要求很高,单回路满足不了要求,需用串级控制。
⑴当冷却水压力波动是主要干扰时,应怎样组成串级画出系统结构图。
⑵当冷却水入口温度波动是主要干扰时,应怎样组成串级画出系统结构图。
⑶对以上两种不同控制方案选择控制阀的气开、气关形式及主、副控制器的正、反作用方式。
(1)选冷水流量为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.
(2)夹套温度为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.