过程控制课后习题答案
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 P152-1. （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。
LTLC1Q 2Q 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%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=17min2）由于规定操作温度为800︒C ，而系统稳态值为810︒C 所以不满足工艺要求。
第二章P711-3 某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ 所以仪表精度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：%22.0%10010010002±=⨯-±=δ仪表精度等级至少0.2以上。
过程控制系统与仪表课后习题答案完整
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）。
《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℃衰减比：5：1振荡周期：15min调整时间：22min第二章思考题与习题2.1 求取图2-55所示电路的传递函数，图中物理量角标i代表输入，o代表输出。
a）b）图2-55 习题2.1图a）（由分压公式求取）上式中，，。
b）上式中，，2.2 惯性环节在什么条件下可近似为比例环节？又在什么条件下可近似为积分环节？惯性环节在T很小的时候可近似为比例环节；T很大的时候条可近似为积分环节。
孙洪程版过程控制课后答案
第一章思考题及习题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?答：所谓“通道”，就是某个参数影响另外一个参数的通路，这里所说的控制通道就是控制作用(一般的理解应当是控制器输出)U(s)对被控参数Y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量，然后控制变量通过被控对象再影响被控参数，即广义对象上的控制通道)。
同理，干扰通道就是干扰作用F(s)对被控参数Y(s)的影响通路。
干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。
控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示1.2如何选择控制变量?答：① 所选控制变量必须是可控的。
② 所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数。
③ 所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小。
④ 所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。
⑤ 所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。
⑥ 在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。
一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制变量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?答：当G c(s)=K c时，即控制器为纯比例控制，则系统的余差与比例放大倍数成反比，也就是与比例度δ成正比，即比例度越大，余差也就越大。
K c增大、δ减小，控制精度提高(余差减小)，但是系统的稳定性下降。
1.4 4：1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么?答：衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间T i放在最大，微分时间T d放在最小，比例度放于适当数值(一般为100%)，然后使δ由大往小逐渐改变，并在每改变一次δ值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。
如果衰减比大于4：1，δ应继续减小，当衰减比小于4：1时δ应增大，直至过渡过程呈现4：1衰减时为止。
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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]内容提要：编辑过程控制作为自动化技术的重要组成部分,其发展很快,并已广泛地应用于石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、原子能、环保等许多国民经济的重要领域。
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教材主要内容包括过程建模,模拟及数字检测控制仪表,简单系统与复杂系统设计,dcs和工程应用举例等。
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通过学习，要求掌握过程控制系统的控制原理和分析设计方法，具备分析和设计能满足实际工业生产需要的控制系统的技能;掌握常用控制仪表选用，能熟练地操作、运行、安装、校验与维护常用控制仪表，能熟练地调试并进行技术改造，能熟练地正确调试简单控制系统及常用复杂控制系统，较熟练地掌握简单控制系统的开发与组织实施能力。
（完整版）过程控制习题与答案
（完整版）过程控制习题与答案第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3.程序控制系统程序控制系统的设定值也是变化的，但它是⼀个已知的时间函数，即设定值按⼀定的时间程序变化。
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？为什么说研究控制系统的动态⽐其静态更有意义？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。
过程控制系统及仪表课后习题答案解析[完整版]
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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P152-1. (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X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：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Q2 (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(8)=810-800=10衰减比：n=B1/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=17min2）由于规定操作温度为800 °C,而系统稳态值为810 ℃所以不满足工艺要求。
第二章P711-3某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃,它的最大绝对误差为±2℃,试确定该仪 表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃ 则精度等级5 =±烹义100% = ±0.4% 所以仪表精度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃,工艺要求该仪表指示值的误差不得超过土 2℃,应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答： 由题可得：5=± ——2—— x 100% = ±0.22%1000 -100仪表精度等级至少0.2以上。
过程控制系统与仪表课后习题答案
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;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;动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作,到整个系统又建立新的稳态达到新的平衡、调节过程结束的这一段时间,整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中,这种状态称为动态;在实际的生产过程中,被控过程常常受到各种振动的影响,不可能一直工作在稳态;只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性,才能设计出良好的控制系统;1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些各自的定义是什么解答：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;衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n；过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统,是指被控参数偏离设定值的最大值A；y与最终稳态值y∞之比的百分数σ；超调量：第一个波峰值1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：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；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；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;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：错误!最大动态偏差A ：C C C A ︒=︒-︒=50900950错误!衰减比n ：1:5900910900950=--=n错误!振荡周期T ：(min)36945=-=TA<80C ︒, 且n>1 衰减振荡,所以系统满足工艺要求;第2章 思考题与习题2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据：求：1该表最大绝对误差；2该表精度；3如果工艺允许最大测量误差为±5℃,该表是否能用 2-2 一台压力表量程为0～10MPa,经校验有以下测量结果：求：1变差；2基本误差；3该表是否符合级精度2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa,精度等级为级;试问此压力表允许的最大绝对误差是多少若用标准压力计来校验该压力表,在校验点为5MPa 时,标准压力计上读数为,试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度,为什么解答： 1基本误差δ=100%⨯最大绝对误差max ＝×10＝2校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ ％<1％ ,所以符合级表;2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题解答： 1 22-5 有两块直流电流表,它们的精度和量程分别为1 级,0～250mA 2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：1max ＝250×1％＝；%5%100505.2±=⨯±=δ2max ＝75×％＝；%75.3%10050875.1±=⨯±=δ选择级,0～75mA 的表;2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃,输出为4～20mA;当变送器输出电流为10mA 时,对应的被测温度是多少解答：104202001000T=--； T=500C ︒;2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理;现有某工艺要求压力范围为±,可选用的弹簧管压力计精度有、、、和五个等级,可选用的量程规格有0～、0～和0～4MPa;请说明选用何种精度和量程见附录E 的弹簧管压力计最合适解答： 1工作原理：2根据题意：压力范围为＋ MPa,即允许的最大绝对误差max ＝错误!分析选用不同量程的表所需的精度等级：0～ MPa 量程：%125.3%1006.105.0±=⨯±=δ,可选级表；0～ MPa 量程：%2%1005.205.0±=⨯±=δ,可选或级表；0～ MPa 量程：%2.1%1000.405.0±=⨯±=δ,可选级表;错误!量程选择：被测最大压力＝1/3～2/3量程上限0～ MPa 量程：32436.12.1〉=0～ MPa 量程：325.22.131〈〈0～ MPa 量程：313.00.42.1〈=综合分析,选用级或级,0～ MPa 量程的表最合适;2-13 如果某反应器最大压力为,允许最大绝对误差为;现用一台测量范围为0～,精度为1级的压力表来进行测量,问能否符合工艺要求若采用一台测量范围为0～,精度为1级的压力表,能符合要求吗试说明其理由;解答：工艺要求：最大压力为,允许最大绝对误差为; 分别求出两台仪表的最大允许误差,进行判断; 1精度为1级,量程为0～的表,其最大绝对误差： ＝×1％＝ MPa,> MPa, 所以不符合要求； 2精度为1级,量程为0～的表,其最大绝对误差：＝×1％＝ MPa,＝ MPa, 所以最大误差符合要求,但是压力表的最大测量值应≤ 2/3仪表量程,否则压力波动会使测量值超出仪表量程; 所以,该表也不符合要求;2-14 某台空压机的缓冲器,其工作压力范围为～,工艺要求就地观察罐内压力,并要测量结果的误差不得大于罐内压力的±5%;试选择一块合适的压力表类型、测量范围、精度等级,并说明其理由;解答：根据题意知：压力范围～,允许最大误差：max ＝×＋5％＝＋ MPa 1量程确定：应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处,即 MPa ×2/3＝ MPa 可以选量程为0～ MPa 的弹簧压力表; 2精度等级确定：求出基本误差,以确定满足要求的精度等级;%2.3%1005.208.0±=⨯±=δ ,允许的精度等级为级;综上分析,选择量程为0～ MPa,精度等级为级的弹簧压力表;＝×＋％＝＋ MPa,< MPa该表的最大绝对误差：max所以满足要求;2-17 什么叫标准节流装置试述差压式流量计测量流量的原理；并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响解答：1标准节流装置：包括节流件和取压装置;2原理：基于液体流动的节流原理,利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的;3影响因素：P47错误!流量系数的大小与节流装置的形式、孔口对管道的面积比m及取压方式密切相关；错误!流量系数的大小与管壁的粗糙度、孔板边缘的尖锐度、流体的粘度、温度及可压缩性相关；错误!流量系数的大小与流体流动状态有关;2-19 为什么说转子流量计是定压式流量计而差压式流量计是变压降式流量计解答：1转子流量计是定压式流量计P47虽然转子流量计也是根据节流原理测量流量的,但它是利用节流元件改变流体的流通面积来保持转子上下的压差恒定;所以是定压式;2差压式流量计是变压降式流量计P45是基于流体流动的节流原理,利用流体流经节流装置是产生的压差实现流量测量的;所以是变压降式;2-21 椭圆齿轮流量计的特点是什么对被测介质有什么要求解答：1特点：流量测量与流体的流动状态无关,这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的;粘度愈大的介质,从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小,因此核测介质的粘皮愈大,泄漏误差愈小,对测量愈有利;椭圆齿轮流量计计量精度高,适用于高粘度介质流量的测量;2对被测介质的要求：不适用于含有固体颗粒的流体固体颗粒会将齿轮卡死,以致无法测量流量;如果被测液体介质中夹杂有气体时,也会引起测量误差; 2-22 电磁流量计的工作原理是什么它对被测介质有什么要求解答：P511原理：利用导电液体通过磁场时在两固定电极上感应出电动是测量流速; 2对被测介质的要求：导电液体,被测液体的电导率应大于水的电导率Ωμ100cm,不能测量油类或气体的流量; 2-24 超声波流量计的特点是什么解答：超声波流量计的非接触式测量方式,不会影响被测流体的流动状况,被测流体也不会对流量计造成磨损或腐蚀伤害,因此适用范围广阔;2-25 用差压变送器测某储罐的液位,差压变送器的安装位置如图2-75所示;请导出变送器所测差压p ∆与液位H 之关系;变送器零点需不需要迁移为什么 2-26 用法兰式差压变送器测液位的优点是什么解答：P57测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体的液位,在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油,作为传压介质,使被测介质不进入毛细管与变送器,以免堵塞;可节省隔离罐;2-27 试述电容式物位计的工作原理;解答：利用电容器的极板之间介质变化时,电容量也相应变化的原理测物位,可测量液位、料位和两种不同液体的分界面; 2-28 超声波液位计适用于什么场合解答：P60适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘性液体的测量;第3章 习题与思考题3-1 什么是控制器的控制规律控制器有哪些基本控制规律解答：1控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系;2基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制;3-2 双位控制规律是怎样的有何优缺点解答：1双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负,控制器的输出为最大或最小; 2缺点：在位式控制模式下,被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡,无法稳定在设定值上;这是由于双位控制器只有两个特定的输出值,相应的控制阀也只有两个极限位置,总是过量调节所致;3优点：偏差在中间区内时,控制机构不动作,可以降低控制机构开关的频繁程度,延长控制器中运动部件的使用寿命; 3-3 比例控制为什么会产生余差解答：产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系： 为了克服扰动的影响,控制器必须要有控制作用,即其输出要有变化量,而对于比例控制来讲,只有在偏差不为零时,控制器的输出变化量才不为零,这说明比例控制会永远存在余差;3-4 试写出积分控制规律的数学表达式;为什么积分控制能消除余差解答：1积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：⎰=edt T y 112当有偏差存在时,输出信号将随时间增大或减小;当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上;因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差; 3-5 什么是积分时间试述积分时间对控制过程的影响;解答：1⎰=edt T y 11积分时间是控制器消除偏差的调整时间,只要有偏差存在,输出信号将随时间增大或减小;只有当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上;2 在实际的控制器中,常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱,在数值上,T i =1／K i ;显然,T i 越小,K i 就越大,积分作用就越强,反之亦然;3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA,若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA,某时刻,输入阶跃增加,试问经过5min 后,输出将由5mA 变化为多少解答：由比例积分公式：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎰edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==pK p ,即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋； 稳态时：y 0＝5mA,5min 后：mAedt T e P y y )7.05()52.0212.0(151110±=⨯⨯±±⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎰3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响调整比例度时要注意什么问题解答：P741控制器的比例度P 越小,它的放大倍数p K就越大,它将偏差放大的能力越强,控制力也越强,反之亦然,比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现;2比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数,还表示符合这个比例关系的有效输入区间;一表的量程是有限的,超出这个量程的比例输出是不可能的;所以,偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程16mA,避免控制器处于饱和状态; 3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么为什么常用实际为分控制规律解答：1dtde T y D= 2由于理想微分运算的输出信号持续时间太短,往往不能有效推动阀门;实际应用中,一般加以惯性延迟,如图3-7所示,称为实际微分;3-9 试写出比例、积分、微分PID 三作用控制规律的数学表达式;解答：3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点,积分和微分为什么不单独使用解答：1比例控制及时、反应灵敏,偏差越大,控制力越强；但结果存在余差; 2积分控制可以达到无余差；但动作缓慢,控制不及时,不单独使用;3微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时,控制作用消失,不单独使用; 3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪几部分组成各组成部分的作用如何解答：P791组成如图3-11所示; 2作用参照P79;3-12 DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别各用在什么条件下解答：1软手动操作是指调节器的输出电流I 0与手动操作的输入信号成积分关系； 硬手动操作是指调节器的输出电流I 0与手动操作的输入信号成比例关系; 2软手动操作：系统投运 硬手动操作：系统故障3-13 什么叫控制器的无扰动切换在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换,在设计PID 电路时采取了哪些措施解答：P841调节器进行状态转换后,输出值不发生跳动,即状态转换无冲击; 2C M 、C I ;P85中;3-14 PID 调节器中,比例度P 、积分时间常数I T 、微分时间常数D T 分别具有什么含义在调节器动作过程中分别产生什么影响若将I T 取∞、D T 取0,分别代表调节器处于什么状态 解答：比例度P 含义：使控制器的输出变化满量程时也就是控制阀从全关到全开或相反,相应的输入测量值变化占仪表输入量程的百分比;比例作用的强弱取决于比例度的大小;积分时间常数I T 含义：I T 越小,积分作用越强；越大积分作用越弱；若将I T 取∞,则积分作用消失;微分时间常数D T 含义：D T 越大,微分作用越强；D T 取0,微分作用消失; 3-15 什么是调节器的正/反作用在电路中是如何实现的解答：1正作用：偏差=测量值-给定值； 反作用：偏差=给定值-测量值; 2运放输入端的切换开关实现的;3-16 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式输出电路是怎样将输出电压转换成4～20mA 电流的解答：1采用差动输入方式,可以消除公共地线上的电压降带来的误差; 2参照P83下的输出电路;3-18 给出实用的PID 数字表达式,数字仪表中常有哪些改进型PID 算法 解答：1 P91式3-18 2改进的算法：第4章 思考题与习题4-1 气动调节阀主要由哪两部分组成各起什么作用解答：1执行机构和调节机构;2执行机构的作用：按调节器输出的控制信号,驱动调节机构动作；调节机构的作用：由阀芯在阀体内的移动,改变阀芯与阀座之间的流通面积,从而改变被控介质的流量;4-2 试问调节阀的结构有哪些主要类型各使用在什么场合解答：1类型：直通单座阀、直通双座阀;2直通单座阀使用场合：小口径、低压差的场合；直通双座阀使用场合：大口径、大压差的场合;4-4 什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性常用的调节阀理想流量特性有哪些解答：1理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性,也叫理想流量特性;工作流量特性：在实际的工艺装置上,调节阀由于和其他阀门、设备、管道等串连使用,阀门两端的压差随流量变化而变化,这时的流量特性称为工作流量特性;2常用理想流量特性：直线流量特性、等百分比对数流量特性、快开特性4-6 什么叫调节阀的可调范围在串联管道中可调范围为什么会变化解答：1可调范围：反映调节阀可控制的流量范围,用R ＝Q max /Q min 之比表示;R 越大,调节流量的范围越宽,性能指标就越好;2由于串联管道阻力的影响;4-7 什么是串联管道中的阀阻比S S 值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变解答：1阀阻比：用阀阻比o T p p S /min ∆=表示存在管道阻力的情况下,阀门全开时,阀门前后的最小压差min T p ∆占总压力p o 的比值;2在S ＜1时,由于串联管道阻力的影响,使阀门开大时流量达不到预期的值,也就是阀的可调范围变小;随着S 值的减小,直线特性渐渐区于快开特性,等百分比特性渐渐趋近于直线特性;4-8 什么叫气动调节阀的气开式与气关式其选择原则是什么解答：1气开式：无压力信号时阀门全闭,随着压力信号增大,阀门逐渐开大的气动调节阀为气开式;气关式：无压力信号时阀门全开,随着压力信号增大,阀门逐渐关小的气动调节阀为气关式;2选择原则：从工艺生产安全考虑,一旦控制系统发生故障、信号中断时,调节阀的开关状态应能保证工艺设备和操作人员的安全;4-9 如图4-24所示的蒸气加热器对物料进行加热;为保证控制系统发生故障时,加热器的耐热材料不被烧坏,试确定蒸气管道上调节阀的气开、气关形式;解答：气开式调节阀;4-11 试述电/气转换器的用途与工作原理;解答：P1131用途：为了使气动阀能够接收电动调节器的输出信号,必须使用电／气转换器把调节器输出的标准电流信换为20～100kPa的标准气压信号;2原理：在杠杆的最左端安装了一个线圈,该线圈能在永久磁铁得气隙中自由地上下运动,由电动调节器送来得电流I通入线圈;当输入电流I增大时,线圈与磁铁间产生得吸力增大,使杠杆左端下移,并带动安杠杆上的挡板靠近喷嘴,改变喷嘴和挡板之间的间隙;喷嘴挡板机构是气动仪表中最基本的变换和放大环节,能将挡板对于喷嘴的微小位移灵敏地变换为气压信号;经过气动功率放大器的放大后,输出20～l00kPa的气压信号p 去推动阀门;4-12 试述电/气阀门定位器的基本原理与工作过程;解答：P115在杠杆上绕有力线圈,并置于磁场之中;当输入电流I增大时,力线圈产生的磁场与永久磁铁相作用,使杠杆绕支点O顺时针转动,带动挡板靠近喷嘴,使其背压增大,经气动功率放大器放大后,推动薄膜执行机构使阀杆移动;4-14 电动仪表怎样才能用于易燃易爆场所安全火花是什么意思解答：1必须是采取安全防爆措施的仪表,就是限制和隔离仪表电路产生火花的能量;使其不会给现场带来危险;2安全火花：电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下;4-16 齐纳式安全栅的基本结构是什么它是怎样限压、限流的解答：1结构：图4-19所示;2利用齐纳二极管的反向击穿特性进行限压,用电阻进行限流;第5章思考题与习题5-1 什么是被控过程的数学模型解答：被控过程的数学模型是描述被控过程在输入控制输入与扰动输入作用下,其状态和输出被控参数变化的数学表达式;5-2 建立被控过程数学模型的目的是什么过程控制对数学模型有什么要求解答：1目的：错误!设计过程控制系统及整定控制参数；错误!指导生产工艺及其设备的设计与操作；错误!对被控过程进行仿真研究；错误!培训运行操作人员；错误!工业过程的故障检测与诊断;2要求：总的原则一是尽量简单,二是正确可靠;阶次一般不高于三阶,大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型,最常用的是带纯滞后的一阶形式;5-3 建立被控过程数学模型的方法有哪些各有什么要求和局限性解答：P1271方法：机理法和测试法;2机理法：测试法：5-4 什么是流入量什么是流出量它们与控制系统的输入、输出信号有什么区别与联系解答：1流入量：把被控过程看作一个独立的隔离体,从外部流入被控过程的物质或能量流量称为流入量;流出量：从被控过程流出的物质或能量流量称为流出量;2区别与联系：控制系统的输入量：控制变量和扰动变量;控制系统的输出变量：系统的被控参数;5-5 机理法建模一般适用于什么场合解答：P128对被控过程的工作机理非常熟悉,被控参数与控制变量的变化都与物质和能量的流动与转换有密切关系;5-6 什么是自衡特性具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点解答：1在扰动作用破坏其平衡工况后,被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性,称为自衡特性;2被控过程输出对扰动存在负反馈;5-7 什么是单容过程和多容过程解答：1单容：只有一个储蓄容量;2多容：有一个以上储蓄容量;5-8 什么是过程的滞后特性滞后又哪几种产生的原因是什么解答：1滞后特性：过程对于扰动的响应在时间上的滞后;2容量滞后：多容过程对于扰动的响应在时间上的这种延迟被称为容量滞后;纯滞后：在生产过程中还经常遇到由物料、能量、信号传输延迟引起的纯滞后;5-9 对图5-40所示的液位过程,输入量为1Q ,流出量为2Q 、3Q ,液位h 为被控参数,水箱截面为A ,并设2R 、3R 为线性液阻;1列写液位过程的微分方程组；2画出液位过程的框图；3求出传递函数)()(1s Q s H ,并写出放大倍数K 和时间常数T 的表达式;解答：13322321R hQ R h Q dthd A Q Q Q ∆=∆∆=∆∆=∆-∆-∆ 2框图如图：3 3232321)()(R R s R AR R R s Q s H ++= 5-10 以1Q 为输入、2h 为输出列写图5-10串联双容液位过程的微分方程组,并求出传递。
过程控制系统与仪表_课后答案
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。
过程控制与自动化仪表第三版课后答案
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。
过程控制仪表与控制系统课后习题答案(林德杰)2
lxc第一章思考题与习题1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量。
当电石加入时，内部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。
系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器内温度控制参数：冷水流量1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?答：过程控制系统主要分为三类：1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。
它是最常用、最基本的过程控制系统。
2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。
由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。
由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？答：1. 余差(静态偏差）e：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。
它是一个静态指标，对定值控制系统。
希望余差越小越好。
2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。
衡量系统稳定性也可以用衰减率φ4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。
过程控制部分习题答案
第一章思考题与习题1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?答：过程控制系统主要分为三类：1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。
它是最常用、最基本的过程控制系统。
2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。
3)5．过程过渡时间ts：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％（根据系统要求）范围内所需要的时间。
它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，t s越小，过渡过程进行得越快。
6．峰值时间tp: 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。
称为峰值时间tp。
它反映了系统响应的灵敏程度。
静态指标是余差，动态时间为衰减比（衰减率）、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间。
第二章 思考题与习题2－1 如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h 为被控参数，C 为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求：（1） 列出过程的微分方程组；（2） 求过程的传递函数W 0（S ）＝H （S ）/Q 1（S ）； （3） 画出过程的方框图。
解：（1）根据动态物料平衡关系，流入量＝流出量：过程的微分方程的增量形式：中间变量：消除中间变量：同除 (R2+R3) 得到：令：上式可写为：（2）Laplace 变换得到：传递函数:（3） 过程的方框图：dtdh )Q Q (Q 321=+-dthd C )Q Q (Q 321∆∆∆∆=+-22R h Q ∆∆=33R h Q ∆∆=h )R R (dt h d R CR Q R R 2332132∆∆∆++=h dthd R R R CR Q R R R R 323213232∆∆∆++=+3232R R R R R +=h dt h d CR Q R 1∆∆∆+=)S (H )S (CRSH )S (RQ 1+=1RCS R )s (Q )s (H )s (W 10+==2－2．如图所示：Q 1为过程的流入量，Q 2为流出流量，h 为液位高度，C 为容量系数，若以Q 1为过程的输入量，h 为输出量（被控量），设R 1、R 2为线性液阻，求过程的传递函数 W 0(S)＝H(S)/Q 1(S)。
过程控制课后习题答案
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。
操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。
或实现控制作用的变量。
操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。
~~~1-11 题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。
A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。
过程及控制部分课后题答案
-1100%()y y σ=⨯∞〔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展联络。
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〔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σ：第一个波峰值1y 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，也称剩余偏差C ：过渡过程完毕后，被控参数所到达的新稳态值y 〔∞〕与设定值之间的偏差C 称为剩余偏差，简称残差； 调节时间s t ：系统从受干扰开场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：系统从干扰开场到被控量到达最大值时所需时间；峰值时间pt ：过渡过程开场至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
〔9〕两个流量控制系统如图1-4所示。
试分别说明它们是属于什么系统？并画出各自的系统框图。
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)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1AC AT燃油PTPCTCTT引风机烟气冷油入口热油出口火嘴送风机空气图1-4 两个流量控制回路示意图答：系统1是前馈控制系统，系统2是反响控制系统。
过程控制工程课后习题参考答案
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：①影响物料出口温度的主要因素有哪些②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③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：①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;②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;③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：①被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚；②被加热物料在温度过低时会发生凝结；③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①控制阀选气关阀,选反作用控制器;②控制阀选气开阀,选正作用控制器;③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：1T0 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；2τ0 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;3Tf 增大,超调量缩小1/Tf倍,有利于提高控制系统质量；4τf 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.2．8 图2-21为一管式炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统;要求：⑴选择阀的开闭形式⑵确定主、副控制器的正、反作用方式⑶在系统稳定的情况下,如果燃料压力突然升高,结合控制阀的开闭形式及控制器的正、反作用方式,分析串级系统的工作过程;1 气开阀2主控制器反作用,副控制器反作用;3如果燃料气的P1突然生高,副回路首先有一个“粗调”：P1↑→F1↑→T2↑→u2↓→ F1↓没有完全被副回路克服的部分干扰,通过主回路“细调”：T2↑→T1↑→u1↓→ F1↓→T2↓→T1↓2．9 某干燥器采用夹套加热和真空吸收并行的方式来干燥物料;干燥温度过高会使物料物性发生变化,这是不允许的,因此要求对干燥温度进行严格控制;夹套通入的是经列管式加热器加热的热水,而加热器采用的是饱和蒸汽,流程如图2-22所示;要求：⑴如果冷却水流量波动是主要干扰,应采用何种控制方案为什么⑵如果蒸汽压力波动是主要干扰,应采用何种控制方案为什么⑶如果冷却水流量和蒸汽压力都经常波动,应采用何种控制方案为什么1以热水温度为副变量,干燥器出口温度为主变量,蒸汽流量为操纵变量构成温度温度串级系统,冷水流量单独设计流量单回路系统理由：当被控变量为干燥器出口温度时,不宜选冷水流量做操纵变量,故单独设计流量单回路系统抑制冷水流量波动;以干燥器出口温度为被控量、蒸汽流量为操纵变量的控制系统中,控制通道太长,存在较大的时间常数和纯滞后,故选择换热器出口温度为副变量,构成串级系统,利用副回路减小等效时间常数;2 以热水温度为为副变量,干燥器的温度为主变量串级系统;理由：将蒸汽压力波动这一主要干扰包含在副回路中, 利用副回路的快速有效克服干扰作用抑制蒸汽压力波动对干燥器出口的温度的影响.3 采用与1相同方案;理由同1;第三章 比值控制系统比值与比值系数的含义有什么不同它们之间有什么关系答：①比值指工艺物料流量之比,即从流量与主流量之比：；比值系数指副、主流量变送器输出电流信号之比,即：二者之间的关系由下式决定：变送器输出与流量成线性关系时变送器输出与流量成平方关系时用除法器进行比值运算时,对输入信号的安排有什么要求为什么答：应使除法器输出小于1;除法器输出值既仪表比值系数,需要通过副流量调节器的内给定设置,大于1无法设定、等于1无法现场整定;什么是比值控制系统它有哪几种类型画出它们的结构原理图;答：比值控制系统就是实现副流量2F 与主流量1F 成一定比值关系,满足关系式：12F F K = 的控制系统;比值控制系统的类型：开环、单闭环、双闭环、变比值、串级－比值控制系统; 原理图见教材;用除法器组成比值系统与用乘法器组成比值系统有何不同之处答：① 系统结构不同,实现比值控制的设备不同;② 比值系数的设置方法不同,乘法方案通过在乘法器的一个输入端,输入一个外加电流信号I 0设置；除法方案通过副流量调节器的内给定设置;12F F K =min1min2I I I I K --='m ax 2m ax1F F K K ='2m ax 2m ax 1)(F F K K ='在用除法器构成的比值控制系统中,除法器的非线性对比值控制有什么影响 答：除法器环节的静态放大倍数与负荷成反比;为什么4：1整定方法不适用于比值控制系统的整定答：单闭环比值控制系统、双闭环的副流量回路、变比值回路均为随动控制系统,希望副流量跟随主流量变化,始终保持固定的配比关系;出现4：1振荡时,固定配比关系不能保证;当比值控制系统通过计算求得比值系数1K >' 时,能否仍用乘法器组成比值控制为什么能否改变一下系统结构,仍用乘法器构成比值控制答：当比值控制系统通过计算求得比值系数大于1时,不能用乘法器组成比值控制;因为当1K >'时,计算所得的乘法器的一个外加输入电流信号I 0大于20mA,超出乘法器的输入范围;不用改变系统结构,只要调整F 2max 保证K ＇〈1 即可;一比值控制系统用DDZ-III 型乘法器来进行比值运算乘法器输出416)4I )(4I (I 01+--=', 其中I 1与I 0分别为乘法器的两个输入信号,流量用孔板配差压变送器来测量,但没有加开方器,如图所示;已知h /kg 2000F ,h /kg 3600F max 2max 1==,要求：① 画出该比值控制系统方块图;② 如果要求1:2F :F 21=,应如何设置乘法器的设置值0I解：①方框图如下：0I1I 2F - 2I1F② 乘法器 控制器 调节阀测量变送器2测量变送器1 流量对象 21221max 2max 1213600()()0.8122000F K F F K K F =='==⨯=，由于流量用孔板配差压变送器，没加开方器，所以12I I =‘系统稳定时： 2111'1004444(4)(4)44,0.811616I I K I I I I I I K --==-----'=+⇒==‘’0164160.81416.96I K mA'=+=⨯+=某化学反应过程要求参与反应的A 、B 两物料保持5.2:4F :F B A =的比例,两物料的最大流量h m F h m F B A /290,/6253max 3max ==;通过观察发现A 、B 两物料流量因管线压力波动而经常变化;根据上述情况,要求：① 设计一个比较合适的比值控制系统;② 计算该比值系统的比值系数K ';③ 在该比值系统中,比值系数应设置于何处 设置值应该是多少假定采用DDZ-III 型仪表;④ 选择该比值控制系统控制阀的开闭形式及控制器的正、反作用;解：①系统设计如下：②81.1)29062545.2()F F K (K 22max B max A =⨯==' ③1K ≤',所以要将max B F 调大;所以 625.39062545.2KF F Amxa max B =⨯=≥取450max =B F 75.0)45062545.2()(22max max =⨯=='B A F F K K 比值系数K ＇通过I 0设置,mA K I 164160=+'=④选择A 阀为气开阀,主对象为正环节,测量变送为正环节,则主调节器为反作用;选取B 阀为气开阀,副对象为正环节,测量变送为正环节,则副调节器为反作用;在硝酸生产过程中有一氧化工序,其任务是将氨氧化成一氧化氮;为了提高氧化率,要求维持氨与氧的比例为2：1;该比值控制系统采用如图所示的结构形式;已知h /m 5000F ,h /m 12000F 3max 3max ==氧氨;试求比值系数K ’= 如果上述比值控制用DDZ-II 型仪表来实现,比值系数的设置0I 应该是多少解：12.150001200021F F K K max max≥=⨯=='氧氨 调整副流量的测量上限,使K ＜1’取8.0='K ,则7500max =氧F 即可;对于DDZ-II,mA K I 88.010100=⨯='=有一个比值控制系统如图所示;图中k 为一系数;若已知k=2,h /kg 1000F ,h /kg 300F max B max A ==,试求？K =' K=解：211='==K k I I A B 21)1000300K ()F F K(K 22max B max A ===' 36.2K =⇒一双闭环比值控制系统如图所示;其比值用DDZ-III 型乘法器来实现;已知h /kg 4000F ,h /kg 7000F max 2max 1==;要求：① 画出该系统方块图;② 若已知mA 18I 0=求该比值系统的比值K= 比值系数？K =' ③ 待该比值系统稳定时,测m A 10I 1=,试计算此时2I =解：①②12I I =‘系统稳定时： 2111'1004444(4)(4)44,1616I I K I I I I I I K --==-----'=+⇒=‘’③ 001max 2max 2max 1max 164, 18140.875160.8754000170002I K I mA K F K K F F K K F '=+='⇒=='=⨯'===212144(4)40.875(104)49.25I K I I K I mA -'=-'=-+=⨯-+=。
最新过程控制-李文涛-课后习题答案
最新过程控制-李⽂涛-课后习题答案不知道谁弄的和我们要求的课后作业相似度很⼤，值得参考，另外答案准确度应该还⾏超调量B —第⼀个波峰值与新稳定值之差 B=843-808=35 C衰减⽐B1 : B2 — 相邻两个波峰值之⽐ (843-808)/(815-808)=5余差值被控变量的新稳定值与给定值之偏差C=808-800=8 C 振荡周期过渡过程同向两个波峰间间隔时间为周期T=20-5=15min⼯艺规定的操作温度为 800± 9) C ，表⽰给定值为800 C ，余差为9 C ,由(1)得出的最⼤偏差A=43 C <50 C ，余差C=8 C <9 C ，所以该系统满⾜要求 T2.8(2)由图可知：.=30s,T =250 -30 =220s, k =[y(：：) - y(0)] / ? ：x = (196 - 0)/(196* 10%) =10(阶跃扰动为稳态值的 10%，即k=10)(P36)计算法：阶跃响应表达式y°(t)⼆y(t)/yC ：)0（t<￡）Yt-2）.1 _e"^（ti ）T1.6(1)最⼤偏差A —被控变量偏离给定值的最⼤数值（给定值为 800） A=843-800=43 C y °(t )(1.1)T3.10⼤修后变送器的量程由500C 变为300-200=100C ，变送器的放⼤倍数将发⽣变化，从⽽导致⼴义对象特性放⼤倍数发⽣变化：选取 t1=140s,t2=250s 对应h o(t 1)，h o(t 2)，其中t2>t1> . _（t1⑵」2⼯）由式（门）可得h o （tl ） =1 —e F , h o （t2） =1 —e F取⾃然对数并联⽴求解，得t2-11t2 In ［1-4如）］七 In ［1-h °（t2）］h （h（1.3）为计算⽅便，选取 h 0(t1) =0.39，h °(t2) =0.632代⼊式(1.2)和(1.3)则T=2（ t2-t1）= 2 （250 -140） = 220s ;.=2t1 -12 = 2 140—250 = 30s ;k ⼆［y （：J - y （0）］/ ：x=（196-0"T3.9(1) 影响物料岀⼝温度的主要因素有：蒸汽压⼒、流量，冷物料温度、压⼒、流量。
王福利过程控制系统课后题答案
王福利过程控制系统课后题答案1、什么是对象特性？为什么研究对象特性对象的输入变量和输出变量之间的定量关系；它使人们能更深刻的认识自动控制的本质，从而能采取有效措施提高控制质量。
2、何为对象的数学模型？静态数学模型与动态数学模型有哪些区别？在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式；前者是在输入变量与输出变量达到平衡状态时建立的数学表达式，后者是在输出变量和状态变量在输入变量影响下建立的数学表达式。
3、建立对象的数学模型有什么重要意义？1设计过程控制系统与整定控制参数；2指导生产工艺与其设备的设计与操作；3对被控过程进行仿真研究；4培训运行操作人员；5工业过程的故障检测与诊断。
4、建立数学模型的方法：机理建模和实验建模5、为什么不同的过程特性与工艺要求需设计不同的控制方案？怎样理解被控过程特性是过程控制系统设计的基础？过程控制系统的过程设计正确与否，直接影响到系统能否正常投入运行，因此要求过程控制设计人员必须根据生产过程的特点，工艺特性和生产操作的规律，正确运用控制理论，设计一个正确合理的控制方案；过程控制系统的设计首先要根据工艺要求和控制目标确定系统变量，进一步根据被控过程特性用恰当的数学关系式，即所谓的数学模型来描述被控过程的变量之间的关系，只有掌握了被控过程的数学模型才能深入的分析过程的特性和选择正确的控制方案。
6。
什么叫单回路系统？控制方案设计包括哪些内容？怎样理解方案设计是系统设计的核心？只有一个闭环回路的简单控制系统叫单回路控制系统；过程控制系统设计包括系统的方案设计，工程设计，工程安装和仪表调校，调节器参数整定四个主要内容；控制方案是系统设计得核心，若控制方案不正确，则无论如何选用何种先进的过程控制仪表或计算机系统，无论其安装如何细心，都不可能是系统在工业生产过程中发挥良好的控制作用，甚至系统不能运行。
7。
什么是直接参数与间接参数？他们有何关系选择被控参数应遵循哪些基本原则？直接参数，直接反应生产过程中产品质量和产量又以直接测量的参数间接参数，间接反映产品质量和产量又与直接参数有着单值函数关系，有足够大的测量灵敏度的参数间接参数必须与直接参数有单值函数关系被控参数的选择原则：1）直接参数法2）间接参数法3）被控变量必须具备足够的灵敏度和变化数值4）被控变量的选择必须考虑到工艺过程的合理性，经济性，以与国内外仪表生产的现状。
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过程控制课后习题答案
1.试写出可用于控制三台电机的过程控制图：
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2.试给出控制酒精灯火程序的过程控制图：
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3.试给出用于检测温度的过程控制图：
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4.试给出控制信号延时的过程控制图：
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5.试给出用于控制自动给水机的过程控制图：
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6.试分析控制温度过程所涉及的控制逻辑：
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当输入变量（温度）超过一定上限时，启动冷却过程；当输入变量（温度）低于一定下限时，启动加热过程；当输入变量（温度）在上下限之间时，保持恒定温度。
7.试给出控制地热泵的过程控制图：
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8.试给出控制回路调节的过程控制图：
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9.试给出控制蒸发器运行的过程控制图：答案：
10.试给出控制风机的过程控制图：。