过程控制部分习题答案分解

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W0（S）＝H（S）/Q1（S）；

1

（3）过程的方框图：

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)。

2－5 某过程在阶跃扰动量Δu ＝20％，其液位过程阶跃响应数据见下表： （1） 画出液位h 的阶跃响应曲线

τ

S

2210e

1

S CR R )s (Q )

s (H )s (W -+==

（2） 求液位过程的数学模型 解：方法一：图解法

t 1)＝0.33 y (∞) y (t 2)＝0.39y (∞) y (t 3)＝0.632 y(∞) y (t 4得t 1＝125s t 2 ＝140s t 3 ＝ 225s t 4 ＝260s

s 150)t t (2T 231=-≈ s 55t t 2321=-≈τ

s 1688.0t t T 142=-≈

s 572

t

t 3412=-≈τ 可见数据很接近，于是：

s 1592T T T 210=+=

s 562

2

10=+=τττ 过程数学模型：

S 56S

00e 1

S 159100

e 1

TS K )s (W --+=

+=

τ

2－6 某过程在阶跃扰动ΔI ＝1.5mADC 作用下，其输出响应数据见下表：

过程放大倍数 K 0

3.15

.14

6x )0(y )(y K 00=-=-∞=

根据直线2和直线3，与纵坐标、横坐标构成的两个三角形，可以求出时间参数T 1、T 2 ： 由A 1＝7，B 1＝0.1 ， t 1＝10s

35.2)

1.0lg 7(lg 303.2s

10)B lg A (lg 303.2t T 1111=-=-=

由 A 2＝5，B 2＝0.1 t 2＝6s

该过程的数学模型为：

3

3 ab : ac ＝eb : dc

88.116

6

5dc eb ac ab ≈⨯=⋅=

∴ I 0＝10mA 时，输入电压为： V in ＝5＋1.88＝6.88（mVDC ）

3－7.说明DDZ －Ⅲ热电偶温度变送器的冷端温度补偿原理。

以A 和B 两种导体组成的热电偶产生的热电势与材料种类和接触点的温度有关。热电

W 53

.1)

1.0lg 5(lg 303.2s

6)B lg A (lg 303.2t T 2222=-=-=

偶产生的热电势与被测温度T 具有单值函数关系。但是，其前提条件必须保持冷端温度T0 不变。

热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，而且还与冷端温度有关。实际使用中冷端暴露在仪表之外，受环境影响较大，因此必须进行冷端补偿（温度校正）

热电偶冷端温度的补偿方法

33

3。选择哪一种测温元件较为合理？当温度

解:：检测温度低于600℃，应选择铂电阻测温元件。

温度变化50℃时，输出电流变化：

ΔI ＝0.08 mA/℃×50℃＝4 mA

)

t (e )t (e )t ,t (E 0AB AB 0-=℃

/mA 08.0200

6004

20K 1=--=

3－8 用标准孔板测量气体流量，给定设计参数p ＝0.8kPa ，t ＝20°C 。实际被测介质参数p 1＝0.8k Pa ，t 1＝30C 。仪表显示流量Q ＝3800m³h ，求被测介质实际流量大小。

3－9 一只用水标定的浮子流量计，其满刻度值为1000m³/h ，不锈钢浮子密度为7.92g/cm³。现用来测量密度为0.72g/cm³的乙醇流量，问浮子流量计的测量上限是多少？ 解：设转子、水、被测液体的密度分别为ρ1、ρ0、ρ2， 由液体流量的修正公式，密度修正系数：

3

44

当t ＝t(0+)时，

当t ＝∞时， 由图有：

)t (V )0(V 1O 02⋅=+α632

.0)

(V V )K T (

V V 0202D

D 0202=∞--)

t (V K )0(V 1O D

02⋅=

+α