《过程控制与自动化仪表(第3版)》第8章 思考题与习题
化工仪表自动化 第8章_先进控制系统介绍!!
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8.1.3软测量模型建立
建模方法有机理建模、经验建模及两者结合等方法。
机理建模是从内在物理和化学规律出发,通过物料 平衡、能量平衡和动量平衡建立模型。可充分利用过 程知识,依据过程机理,有较大的适用范围。 经验建模是通过实测或依据积累的操作数据,采用 数学回归方法或神经网络等方法得到经验模型。 软测量模型选择时,还应考虑模型的复杂性,以及 在实际系统硬件、软件平台的可实现性。 静态线性模型实施成本较小,神经网络模型所需计 算资源较多。
2
先进过程控制(APC,Advanced Process Control)技术,是指不同于常规PID,具有 比常规PID控制更好控制效果的控制策略的 统称。
先进控制的任务,用来处理那些采用常规控 制效果不好,甚至无法控制的复杂工业过程 控制问题。
3
8.1软测量技术
过程控制中有时需对一些与产品质量相关的变量 进行实时控制和优化,这些变量往往是密度、浓度、 干度等质量变量,由于技术或经济原因,很难通过 传感器进行测量。
预测模型加反馈校正过程,使预测控制具有很强的抗 扰动和克服系统不确定性的能力。
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(3)滚动优化
预测控制是一种优化控制算法,通过某一性能指标的 最优化来确定未来的控制作用。
采用滚动式的有限时域优化策略。即优化过程不是一 次离线完成的,而是反复在线进行的,在每一采样时刻, 优化性能指标只涉及从该时刻起到未来有限时间,而到 下一个采样时刻,这一优化时段会同时向前推移。
第8章 先进控制系统介绍
3 1 2 3 4 3 5 6
软测量技术
时滞补偿控制 解耦控制
预测控制
自适应控制
模糊控制
1
第8章 先进控制系统
8.0 概述
过程控制系统和仪表课后习题集答案完整版
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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。
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?解答:被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性:。
系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
⼆者之间的关系:1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。
过程控制与自动化仪表第三版课后习题答案
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过程控制与自动化仪表第三版课后习题答案第1章思考题与习题1。
基本练习题(1)简述过程控制得特点.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.定值控制就是过程控制得一种主要控制形式5.过程控制系统由规范化得过程检测控制仪表组成(2)什么就是过程控制系统?试用方框图表示其一般组成。
答:过程控制系统:一般就是指工业生产过程中自动控制系统得变量就是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量得系统。
过程控制系统得一般性框图如图1—1所示:图1-1过程控制系统得一般性框图(3)单元组合式仪表得统一信号就是如何规定得?答:各个单元模块之间用统一得标准信号进行联络。
1)模拟仪表得信号:气动0、02~0、1MPa;电动Ⅲ型:4~20mADC或1~5V DC。
2)数字式仪表得信号:无统一标准.(4)试将图1—2加热炉控制系统流程图用方框图表示。
答:加热炉控制系统流程图得方框图如图1-3所示:图1—2加热炉过程控制系统流程图1—3加热炉过程控制系统流程方框图(5)过程控制系统得单项性能指标有哪些?各自就是如何定义答:1)单项性能指标主要有:衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间与峰值时间等。
2)各自定义为:衰减比:等于两个相邻得同向波峰值之比n;超调量:第一个波峰值与最终稳态值y()之比得百分数:最大动态偏差A:在设定值阶跃响应中,系统过渡过程得第一个峰值超出稳态值得幅度;静差,也称残余偏差C:过渡过程结束后,被控参数所达到得新稳态值y()与设定值之间得偏差C称为残余偏差,简称残差;调节时间:系统从受干扰开始到被控量进入新得稳态值得()范围内所需要得时间;振荡频率:过渡过程中相邻两同向波峰(或波谷)之间得时间间隔叫振荡周期或工作周期,其倒数称为振荡频率;上升时间:系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间;峰值时间:过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要得时间.(6)误差积分指标有什么缺点?怎样运用才较合理?答:误差积分指标存在得缺点就是不能保证控制系统具有合适得衰减率。
过程控制系统与仪表课后习题答案完整版
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第1章思考题与习题 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:.控制对象复杂、控制要求多样 控制方案丰富.控制多属慢过程参数控制.定值控制是过程控制的一种主要控制形式.过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 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 。
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( )控制、比例积分( ✋)控制,比例、积分、微分( ✋)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:.按设定值的形式不同划分:( )定值控制系统( )随动控制系统( )程序控制系统.按系统的结构特点分类:( )反馈控制系统( )前馈控制系统( )前馈 反馈复合控制系统 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。
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?解答:被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性:。
系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
二者之间的关系: 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。
为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性?解答:稳态:对于定值控制,当控制系统输入(设定值和扰动)不变时,整个系统若能达 到一种平衡状态,系统中各个组成环节暂不动作,它们的输出信号都处于相对静止状态,这种状态称为稳态(或静态)。
《过程控制与自动化仪表》习题答案
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第1章(P15)1、基本练习题(1)简述过程控制的特点。
Q:1)系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成;2)被控过程复杂多样,通用控制系统难以设计;3)控制方案丰富多彩,控制要求越来越高;4)控制过程大多属于慢变过程与参量控制;5)定值控制是过程控制的主要形式。
(2)什么是过程控制系统?试用框图表示其一般组成。
Q:1)过程控制是生产过程自动化的简称。
它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制,是自动化技术的重要组成部分。
过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制,使其保持为定值或按一定规律变化,以确保产品质量和生产安全,并使生产过程按最优化目标自动进行。
2)组成框图:(3))单元组合式仪表的统一信号是如何规定的?Q:各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1)模拟仪表的信号:气动0.02~0.1MPa、电动Ⅲ型:4~20mADC或1~5V DC。
2)数字式仪表的信号:无统一标准。
(4)试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。
Q:是串级控制系统。
方块图:(5)过程控制系统的单项性能指标有哪些?各自是如何定义的?Q:1)最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。
2)略(8)通常过程控制系统可分为哪几种类型?试举例说明。
Q:1)按结构不同,分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统;按设定值不同,分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。
2)略(10)只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗?为什么?Q:1)不是这样。
2)比如对安全火花型防爆仪表,还有安全等级方面的考虑等。
(11)构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗?为什么?Q:1)是。
2)这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。
2、综合练习题(1)简述图1-11所示系统的工作原理,画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
过程控制系统及仪表课后习题答案解析[完整版]
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WORD文档可编辑第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?解答:被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性:。
系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
二者之间的关系:1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。
过程控制与自动化仪表 第三版 课后答案
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第1章思考题与习题1.基本练习题(1)简述过程控制的特点。
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(2)什么是过程控制系统?试用方框图表示其一般组成。
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。
过程控制系统的一般性框图如图1-1所示:图1-1 过程控制系统的一般性框图(3)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的?答:各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1)模拟仪表的信号:气动0.02 ~0.1MPa;电动Ⅲ型:4~20mADC或1~5V DC。
2)数字式仪表的信号:无统一标准。
(4)试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。
答:加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示:图1-2 加热炉过程控制系统流程图1-3 加热炉过程控制系统流程方框图(5)过程控制系统的单项性能指标有哪些?各自是如何定义的? 答:1)单项性能指标主要有:衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。
2)各自定义为:衰减比:等于两个相邻的同向波峰值之比n ;超调量:第一个波峰值1y 与最终稳态值y (∞)之比的百分数:1100%()y y σ=⨯∞ 最大动态偏差A :在设定值阶跃响应中,系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度;静差,也称残余偏差C : 过渡过程结束后,被控参数所达到的新稳态值y (∞)与设定值之间的偏差C 称为残余偏差,简称残差;调节时间s t :系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的5%±(2%±)范围内所需要的时间;振荡频率n ω:过渡过程中相邻两同向波峰(或波谷)之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期,其倒数称为振荡频率;上升时间p t :系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间; 峰值时间p t :过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
过程控制与自动化仪表第三课后答案
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第1章思考题与习题1.基本练习题(1)简述过程控制的特点。
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(2)什么是过程控制系统?试用方框图表示其一般组成。
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。
过程控制系统的一般性框图如图1-1所示:控制器r(t)执行器被控过程检测变送装置y(t)_f(t)e(t)u(t)q(t)z(t)图1-1 过程控制系统的一般性框图(3)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的?答:各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1)模拟仪表的信号:气动0.02 ~0.1MPa ;电动Ⅲ型:4~20mADC 或1~5V DC 。
2)数字式仪表的信号:无统一标准。
(4)试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。
答:加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示:ACAT燃油PTPCTCTT引风机烟气热油入口热油出口火嘴图1-2 加热炉过程控制系统流程TCPC给定值阀管道加热炉热油出口温度PT燃油压力_TT_干扰2干扰1图1-3 加热炉过程控制系统流程方框图(5)过程控制系统的单项性能指标有哪些?各自是如何定义的?答:1)单项性能指标主要有:衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。
2)各自定义为:衰减比:等于两个相邻的同向波峰值之比n ;超调量:第一个波峰值1y 与最终稳态值y ()之比的百分数:1100%()y y 最大动态偏差A :在设定值阶跃响应中,系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度;静差,也称残余偏差C :过渡过程结束后,被控参数所达到的新稳态值y ()与设定值之间的偏差C 称为残余偏差,简称残差;调节时间s t :系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的5%(2%)范围内所需要的时间;振荡频率:过渡过程中相邻两同向波峰(或波谷)之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期,其倒n数称为振荡频率;t:系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间;上升时间pt:过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
过程控制系统与仪表_课后答案
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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: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?解答:被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性:。
系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
二者之间的关系:1-10 某被控过程工艺设定温度为900℃,要求控制过程中温度偏离设定值最大不得超过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图1-4所示。
试求该系统过渡过程的单项性能指标:最大动态偏差、衰减比、振荡周期,该系统能否满足工艺要求?解答:最大动态偏差A:衰减比n:振荡周期T:A<80, 且n>1 (衰减振荡),所以系统满足工艺要求。
2-5 有两块直流电流表,它们的精度和量程分别为1) 1.0级,0~250mA2)2.5级,0~75mA现要测量50mA的直流电流,从准确性、经济性考虑哪块表更合适?解答:分析它们的最大误差:1)∆max=250×1%=2.5mA;2)∆max=75×2.5%=1.875mA;选择2.5级,0~75mA的表。
过程控制系统与仪表_课后答案
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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: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?解答:被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性:。
系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
二者之间的关系:1-10 某被控过程工艺设定温度为900℃,要求控制过程中温度偏离设定值最大不得超过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图1-4所示。
试求该系统过渡过程的单项性能指标:最大动态偏差、衰减比、振荡周期,该系统能否满足工艺要求?解答:○1最大动态偏差A :C C C A ︒=︒-︒=50900950 ○2衰减比n :1:5900910900950=--=n ○3振荡周期T :(min)36945=-=T A<80C ︒, 且n>1 (衰减振荡),所以系统满足工艺要求。
2-5 有两块直流电流表,它们的精度和量程分别为1) 1.0级,0~250mA2)2.5级,0~75mA现要测量50mA 的直流电流,从准确性、经济性考虑哪块表更合适?解答:分析它们的最大误差:1)∆max =250×1%=2.5mA ;%5%100505.2±=⨯±=δ 2)∆max =75×2.5%=1.875mA ;%75.3%10050875.1±=⨯±=δ 选择2.5级,0~75mA 的表。
《自动化仪表及过程控制习题及思考题》
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《⾃动化仪表及过程控制习题及思考题》《⾃动化仪表与过程控制》习题及思考题习题⼀1、设有⼀温度测量仪表,量程为0o c~1100 o c ,精度为0.5级,试求该仪表允许的最⼤绝对误差、分格值的下限值和灵敏限的上限值?max0max 100% 5.51100C δ?=→∴?=± ,故分格值的下限值为:05.5C ; 灵敏度的上限值为:02.75C2、为什么热电偶测温时要进⾏冷端温度补偿?如何进⾏补偿?(1)使⽤热电偶时需要进⾏冷端温度补偿的原因是:保证热电势E 仅为⼯作端温度T的单值函数;(2)常⽤的⽅法是:查表修正法、冰浴法和⾃动补偿法。
3、⽤热电偶测温时,为什么要⽤补偿导线?补偿导线能起冷端温度补偿的作⽤吗?(1)补偿导线起迁移冷端的作⽤,即把冷端移动到便于进⾏冷端温度补偿的地⽅;同时由于电极材料太贵,应⽤补偿导线可以降低成本;(2)补偿导线不能起冷端温度补偿的作⽤。
4、⽤镍铬-镍硅(分度号:K )热电偶⼯作时,冷端温度T 0=30 o c ,测得热电偶的电势:E (T ,T 0)=39.29mv ,求被测介质的实际温度?000(,0)(,30)(30,0)39.29 1.240.49E T C E T C E C C m v m v m v =+=+=故查镍铬-镍硅分度表,知实际温度为:0980.C5、热电偶冷端温度补偿桥路如下图所⽰。
已知120.5I I mA ==,热电偶为镍铬-铜镍热电偶。
试求补偿电阻cu R 在基准温度0020T c =时的阻值。
i00020(,0) 1.19229.80.0040.520E T C R I T α===Ω??00(1)29.8(10.00420)32.184cu R R T α∴=+=?+?=Ω习题⼆1、已知铂铑-铂、铜-康铜热电偶具有下图所⽰温度特性,其中1234K K K K <<<,试设计⼀个⾮线性反馈电路,并简述其⼯作原理。
过程控制与自动化仪表 第8章 思考题与习题
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第8章 思考题与习题1.基本练习题(1)什么叫相对增益和相对增益矩阵? 答: 令某一通道在其它系统均为开环时的放大系数与该通道在其它系统均为闭环时的放大系数之比ij λ,称为相对增益。
由相对增益元素构成的矩阵,即相对增益矩阵。
(2)相对增益的大小与过程耦合程度有什么关系? 答:不同的相对增益反应了系统中不同的耦合程度。
过程u1对y1之间的相对增益如式(8-1)所示:K K K K K K λ=-11221111221221(8-1)式中,12K 和21K 分别代表u2对y1、u1对y2的耦合通道静态增益。
假如12K 和21K 都很小,表明这两个回路之间的静态耦合作用很弱。
如果12K 和21K 都为零,则表明两个通道彼此独立,此时u1对y1之间的相对增益11λ就等于1;当然,此时22λ也等于1。
这就是说,当某通道的相对增益越接近1,则由该通道组成的控制回路受其他控制回路的影响就越小;当各控制回路之间无耦合关系时,则构成回路的每个过程通道的相对增益都应为1,因而无耦合过程的相对增益矩阵必为单位阵。
(3)已知某2×2耦合过程的传递函数矩阵为:⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡2.05.04.03.022211211G G G G 试计算该过程的相对增益矩阵λ,说明该过程变量之间应如何配对?为什么? 答:1)由已知得:--⎡⎤⎡⎤⎡⎤-===⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎣⎦11111221220.30.40.20.410.260.50.20.50.3G G H G G(8-2) 0.20.510.260.40.3T H ⎡⎤-=⎢⎥⎣⎦⎡⎤==⎢⎥⎣⎦0.230.77*0.770.23T G H λ (8-3)2)从相对增益矩阵可以看出,U1与Y2配对;U1与Y2配对。
U1→Y2的相对增益为0.77,U1→Y2的相对增益也为0.77,即0.50.771<<,所以选用U1与Y2配对;U1与Y2配对。
过程控制与自动化仪表 第三版 课后答案
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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(2)什么是过程控制系统?试用方框图表示其一般组成。
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。
过程控制系统的一般性框图如图1-1所示:图1-1 过程控制系统的一般性框图(3)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的?答:各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1)模拟仪表的信号:气动0.02 ~0.1MPa;电动Ⅲ型:4~20mADC或1~5V DC。
2)数字式仪表的信号:无统一标准。
(4)试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。
答:加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示:图1-2 加热炉过程控制系统流程图1-3 加热炉过程控制系统流程方框图(5)过程控制系统的单项性能指标有哪些?各自是如何定义的?答:1)单项性能指标主要有:衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。
2)各自定义为:衰减比:等于两个相邻的同向波峰值之比n;超调量:第一个波峰值与最终稳态值y()之比的百分数:最大动态偏差A:在设定值阶跃响应中,系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度;静差,也称残余偏差C:过渡过程结束后,被控参数所达到的新稳态值y ()与设定值之间的偏差C称为残余偏差,简称残差;调节时间:系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的()范围内所需要的时间;振荡频率:过渡过程中相邻两同向波峰(或波谷)之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期,其倒数称为振荡频率;上升时间:系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间;峰值时间:过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
过程控制系统与仪表习题与思考题解答
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过程控制系统及仪表习题及思考题解答第1章思考题及习题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,有模拟控制系统及数字控制系统;按控制器类型来分,有常规仪表控制系统及计算机控制系统;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,有单回路及多回路控制系统、开环及闭环控制系统;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?解答:被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数及控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性:。
系统在动态过程中,被控参数及控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
二者之间的关系:1-7 试说明定值控制系统稳态及动态的含义。
过程控制系统与仪表课后习题答案完整
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过程控制系统与仪表课后习题答案完整第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: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?解答:被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性:。
系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
⼆者之间的关系:1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。
为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性?解答:稳态:对于定值控制,当控制系统输⼊(设定值和扰动)不变时,整个系统若能达到⼀种平衡状态,系统中各个组成环节暂不动作,它们的输出信号都处于相对静⽌状态,这种状态称为稳态(或静态)。
(完整版)过程控制系统与仪表习题答案
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(完整版)过程控制系统与仪表习题答案过程控制系统与仪表习题与思考题解答第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?解答:被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性:。
系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
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第8章 思考题与习题
1.基本练习题
(1)什么叫相对增益和相对增益矩阵? 答: 令某一通道在其它系统均为开环时的放大系数与该通道在其它系统均为闭环时的放大系数之比ij λ,称为相对增益。
由相对增益元素构成的矩阵,即相对增益矩阵。
(2)相对增益的大小与过程耦合程度有什么关系? 答:
不同的相对增益反应了系统中不同的耦合程度。
过程u1对y1之间的相对增益如式(8-1)所示:
K K K K K K λ=
-1122
1111221221
(8-1)
式中,12K 和21K 分别代表u2对y1、u1对y2的耦合通道静态增益。
假如12K 和21K 都很小,表明这两个回路之间的静态耦合作用很弱。
如果12K 和21K 都为零,则表明两个通道彼此独立,此时u1对y1之间的相对增益11λ就等于1;当然,此时22λ也等于1。
这就是说,当某通道的相对增益越接近1,则由该通道组成的控制回路受其他控制回路的影响就越小;当各控制回路之间无耦合关系时,则构成回路的每个过程通道的相对增益都应为1,因而无耦合过程的相对增益矩阵必为单位阵。
(3)已知某2×2耦合过程的传递函数矩阵为:
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡2.05.04.03.02221
1211G G G G 试计算该过程的相对增益矩阵λ,说明该过程变量之间应如何配对?为什么? 答:
1)由已知得:
--⎡⎤
⎡⎤
⎡⎤
-===
⎢⎥
⎢⎥⎢⎥-⎣⎦
⎣⎦
⎢⎥⎣⎦
1
1
111221220.30.40.20.410.260.50.20.50.3G G H G G
(8-2) 0.20.51
0.26
0.40.3T H ⎡⎤-=
⎢⎥⎣⎦
⎡⎤
=
=⎢
⎥⎣⎦
0.230.77*0.770.23T G H λ (8-3)
2)从相对增益矩阵可以看出,U1与Y2配对;U1与Y2配对。
U1→Y2的相对增益为0.77,U1→Y2的相对增益也为0.77,即0.50.771<<,所以选用U1与Y2配对;U1与Y2配对。
(4)已知3×3系统各通道静态增益矩阵K 为
⎥⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡--=111061.073.036.036.058.0K
试求相对增益矩阵λ,选择最好的控制回路,并分析该过程是否要解耦。
答: 根据题意得:
T
T
K H K (K )-λ=⊗=⊗1 (8-4)
T
................-⎛⎫
----⎡⎤⎡⎤ ⎪⎢⎥⎢⎥λ=⊗ ⎪⎢⎥⎢⎥ ⎪⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎝⎭-⎡⎤
⎢⎥=⎢⎥
⎢⎥-⎣⎦
1
05803603605803603607306100730610111111061700458300753010038300458310753 (8-5)
从相对增益矩阵可以看出,选用u1-y1,u2-y2,u3-y3的变量配对方案,但u1-y1和u3-y3间常解耦。
(5)某化学反应器的温度T 和压力p 由冷却剂温度1T 和反应物流量q 进行控制,已知q 恒定时,增益1/T T ∂∂为1,1/T p ∂∂为0.5;而1T 在恒定时,q T ∂∂/为12,q p ∂∂/为4.8。
试计算其相对增益,并确定其配对方案。
答:
略
(6)什么是适应性控制系统?它有什么突出的优点?简述过程参数0K 、0T 、0τ变化时的适应性控制系统的原理。
答:
1)适应性控制系统是指:在同样的输入作用下,当实际过程特性发声变化时,则可根据参考模型的输出与实际过程的输出之差设计一个调整装置来自动适应过程特性的变化。
2)自适应控制系统的优点:1.控制器可调,相对于常规反馈控制器固定的结构和参数,自适应控制系统的控制器在控制过程中一般是根据一定的自适应规则,不断更改或变动的。
2. 增加了自适应回路,自适应控制系统在常规反馈控制系统基础上增加了自适应
回路,它的主要作用就是根据系统运行情况,自动调整控制器,以适应被控对象特性的变化。
3.适用对象,自适应控制适用于被控对象特性未知或扰动特性变化范围很大,同时又要求经常保持高性能指标的一类系统,设计时不需要完全知道被控对象的数学模型。
(7)什么叫推理控制系统?推理控制系统设计的关键是什么?
答:
采用控制辅助输出量的办法间接控制过程的主要输出量,这就是推理控制。
推理控制系统设计的关键是如何设计推理控制部分的传递函数,这部分是不可预测的。
(8)推理控制系统有哪些基本特征?
答:
1、实现了不可测干扰信号分离;
2、实现了不可测敢于的估计;
3、可实现理想控制。
可见推理空内置系统在模型完全匹配的情况下,是不能实现对设定值变化的完全跟踪,也能实现对不可测干扰影响的完全消除。
(9)输出可测条件下的推理控制系统与前馈-反馈控制系统、Smith预估控制系统相比较,各自有什么优缺点。
答:
1)推理控制系统与前馈-反馈控制系统相比,具有的优点:不要求干扰可测;只需要建立控制通道的模型,无需建立干扰通道的模型,前馈控制只能对可测的干扰进行补偿,而推理控制没有此限制。
2)与Smith预估控制系统相比较,对具有纯滞后的被控过程、具有负特性、包含不稳定环节的过程,输出可测的推理控制效果良好。
3)输出可测的推理控制性能优于前馈-反馈控制系统、Smith预估控制系统,而且系统可调参数少。
(10)什么叫预测控制?从系统结构和原理看,预测控制有何特点?
答:
1)预测控制即用模型预测过程的输出,根据过程的预测输出与设定的偏差进行优化控制。
2)预测控制的优点:1.预测模型的多样性,预测算法注重模型的功能而不是机构形成,改变了现代控制理论对模型结构较严格的要求,更着眼于根据功能要求,按最简单的途径建立多样性的模型。
2.滚动优化的时变性,预测控制中的优化目标不是采用一成不变的全局最优化的目标,而是采用滚动式的有限时域优化策略。
3.在线反馈校正的鲁棒性,预测控制中,把系统输出的动态预估问题分为预测模型的输出预测和基于偏差的预测校正两部分。
(11)试以阶跃响应曲线为例,推证基于闭环预测模型的单步预测控制算法。
答:略
2.综合练习题
(1)试推导出图8-28所示物料混合系统的相对增益矩阵和过程静态增益矩阵。
假设
1μ和2μ分别是两种物料的质量流量,它们各自的成分用1a 和2a 来表示。
系统的被控量是
混合液成分a 和总流量q 。
答: 由已知得:
μμμμ⎧=+⎪⎨=+⎪⎩1122
12
a a a q (8-8)
则静态增以矩阵为
μμ⎛⎫∂∂ ⎪∂∂⎛⎫
⎪=
= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭ ⎪
⎪∂∂⎝⎭
12121
211a a a a q q u u K (8-9) 相对增益矩阵为
-⎡⎤
-
⎢
⎥--⎢⎥=⊗=
⎢⎥⎢⎥
---⎢⎥⎣⎦
12
2
12
12121
12
12()T a a a a a a a a a a a a a λK K (8-10)
(2)已知一2×2耦合过程的传递函数矩阵为:
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡6.04.03.05.02221
1211G G G G 试计算该过程的相对增益矩阵λ,证明其变量配对的合理性,然后按前馈解耦方式进行解耦,求取前馈解耦装置的数学模型,画出前馈解耦系统框图。
答: 由()
1
T
T
K H
K K
λ-=⊗=⊗ 得:
λ-⎛⎫⎡⎤⎡⎤⎡⎤
-- ⎪=⊗=⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪⎣⎦⎣⎦⎣⎦
⎝⎭1
0.50.30.50.30.7140.2860.40.60.40.60.2860.714T
(8-11)
由增益矩阵可以看出,两个变量之间存在一定的耦合,因此u1-y ,,u2-y2配对,同时用前馈补偿设计法进行解耦。
可得前馈补偿器的数学模型为:
()
()()
=
=01220110.6B G s G s
G s (8-12)
()
()
()
=
=-02110220.667B G s G s
G s (8-13)。