过程控制系统第2章对象特性习题与解答
过程控制主要习题参考答案
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 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。
过程控制系统与仪表课后习题答案完整版汇总
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)。
过程控制系统第2章 对象特性 习题与解答
过程控制系统第二章(对象特性)习题2-1.什么是被控过程的数学模型?2-1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。
2-2.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?2-2解答:1)目的:○1设计过程控制系统及整定控制参数;○2指导生产工艺及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。
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。
2-2.简述建立对象的数学模型两种主要方法。
2-2解答:一是机理分析法。
机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析,根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等),在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程。
通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型,它们的表现形式往往是微分方程或代数方程。
二是实验测取法。
实验测取法是在所要研究的对象上,人为施加一定的输入作用,然后,用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律,即得到一系列实验数据或实验曲线。
然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理,求取对象的特性参数,进而得到对象的数学模型。
5-12 何为测试法建模?它有什么特点?2-3解答:1)是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。
2)可以在不十分清楚内部机理的情况下,把被研究的对象视为一个黑匣子,完全通过外部测试来描述它的特性。
2-3.描述简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义?2-3解答:描述对象特性的参数分别是放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ。
放大系数K 放大系数K 在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变 化量之比,即输入的变化量输出的变化量=K 由于放大系数K 反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系,所以放大系数是描述对象静态特性的参数。
过程控制课后答案全
过程控制课后答案全第一章思考题及习题1.1什么是控制通道?什么是干扰通道?它们的特性对控制系统的质量有什么影响?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。
控制通道特性对控制系统质量的影响如下表所示1.2如何选择控制变量?答复: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 所选控制变量的通道纯滞后时间应尽可能小。
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,还应考虑过程的合理性。
一般来说,生产负荷与产品产量直接相关,不应频繁变动。
在不十分必要的情况下,不应选择生产负荷作为控制变量1.3控制器的比例度δ变化如何影响控制系统的控制精度?对控制系统的动态质量有什么影响?答:当g(s)=k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。
CcK增大δ控制精度提高(残余误差减小),但系统稳定性降低。
c1.44:1使用衰减曲线法调整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放在最大,微分时间t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。
过程控制系统与仪表习题答案 第二章
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: 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃2014026048061001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: 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程2.024.036.068.0310.01求:1)变差;2)基本误差;3)该表是否符合1.0级精度?2-3 某压力表的测量范围为0~10MPa ,精度等级为1.0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5.08MPa ,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 =0.01×10=0.1MPa 2)校验点为5 MPa 时的基本误差:%8.0%10010508.5=⨯-=δ0.8%<1% ,所以符合1.0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) 2)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,0~250mA 2)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±=⨯±=δ2)∆max =75×2.5%=1.875mA ;%75.3%10050875.1±=⨯±=δ选择2.5级,0~75mA 的表。
(完整版)过程控制系统与仪表习题答案第二章
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: 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃20140260480610012)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: 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程2.024.036.068.0310.012)基本误差;3)该表是否符合1.0级精度?2-3 某压力表的测量范围为0~10MPa ,精度等级为1.0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5.08MPa ,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 =0.01×10=0.1MPa 2)校验点为5 MPa 时的基本误差:%8.0%10010508.5=⨯-=δ 0.8%<1% ,所以符合1.0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) 2)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,0~250mA 2)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。
2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200~1000℃,输出为4~20mA 。
过程控制课后习题答案及解析
..WORD完美格式..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。
过程控制课后习题答案及解析
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、执行器与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就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.试分别说明什么就是被控对象、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。
它可以就是恒定的,也可以就是能按程序变化的。
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。
过程控制系统第2章 过程控制系统主要环节的特性与分析
第2章 过程控制系统主要环节的特性与分析
2.1 被控对象 2.2 测量变送单元 2.3 执行器 2.4 控制器 2.5 其他单元
2.1 被控对象
2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1对象的一般建模方法 被控对象特性的分析
2.1.1 被控对象的基本特性
1.自衡过程 2.无自衡过程 3.具有反向特性的过程
2.1.1 被控对象的基本特性
图2-1 干扰变量、控制变量与被控变量 之间的关系
1.自衡过程
图2-2 有自衡能力的被控对象 a)液位对象 b)温度对象
1.自衡过程
图2-3 自衡过程的典型响应曲线 a)单容非振荡自衡响应 b)多容非振荡自衡响应 c)振荡自衡响应
2.实验建模
图2-13 二阶、高阶对象的典型阶跃响应
1.放大系数K 2.时间常数T 3.滞后时间τ
2.1.4 被控对象特性的分析
1.放大系数K
图2-14 一阶对象的典型阶跃响应
1.放大系数K
图2-15 不同放大系数时的响应示意图
2.时间常数T
图2-17 不同时间常数时的响应示意图
3.滞后时间τ
2.1.3 被控对象的一般建模方法
1.机理建模 2.实验建模
(1)一阶线性对象 (2)一阶纯滞后对象 (3)二阶线性对象
1.机理建模
(1)一阶线性对象
图2-8 一阶线性对象
(2)一阶纯滞后对象
图2-9 纯滞后对象
(3)二阶线性对象
图2-10 二阶对象1
2.实验建模
1)在加测试信号之前,对象的输入量和输出量应尽可能稳定一 段时间。 2)为准确测量滞后时间,输入量开始作阶跃变化的时刻即为响 应曲线的起始记录时间。 3)为保证测试准确度,测试过程中应尽可能排除其他干扰的影 响,并在相同条件下,重复测试2~3次,几次所得曲线应比较 接近。 4)加测试信号后,要密切注意各扰动量与被控量的变化,被控 变量变化应在工艺允许范围内,一旦有异常现象,应及时采取 措施,例如可马上撤销人为的输入作用。
过程控制课后习题答案及解析
..WORD完美格式..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。
过程控制课后习题答案解析
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。
过程控制系统章节练习题及答案 习题解答
过程控制系统章节练习题及答案习题解答1. 什么是过程控制系统?过程控制系统是一种用于监测、控制和优化工业过程的系统。
它通常由传感器、执行器、控制器和人机界面等组成。
过程控制系统的主要功能是收集过程数据、分析数据、做出决策并自动调整参数,以提高生产效率、产品质量和工作安全性。
2. 过程控制系统的主要组成部分有哪些?过程控制系统主要由以下几个组成部分组成:•传感器:用于收集流程中的各种参数,如温度、压力、流量等。
•执行器:根据控制器的指令,调整流程中的参数,如开关阀门、调节电动机速度等。
•控制器:根据传感器的反馈信号和设定值,计算控制算法,并生成控制信号送给执行器。
•人机界面:供操作人员监视和操作过程控制系统,如显示仪表盘、报警信息和设定参数等。
3. 过程控制系统的工作原理是什么?过程控制系统的工作原理可以简单描述为以下几个步骤:1.传感器收集流程中的各种参数,并将数据传输给控制器。
2.控制器接收传感器数据,与设定值进行比较,并计算出控制信号。
3.控制信号送给执行器,执行器根据控制信号的大小和方向来调整流程中的参数。
4.执行器调整参数后,传感器再次收集参数,并将数据传输给控制器。
5.控制器不断进行数据分析,判断是否需要调整控制算法,并生成新的控制信号。
6.过程控制系统循环执行上述步骤,以实现对工业过程的监控和控制。
4. 什么是开环控制和闭环控制?•开环控制:也称为无反馈控制,是指控制器输出信号不受过程参数变化的影响。
开环控制系统只根据预先设定的参数进行控制,没有考虑实际过程的反馈信息。
这种控制方式比较简单,但容易受到外界因素的干扰,控制精度较低。
•闭环控制:也称为有反馈控制,是指控制器根据过程的反馈信息来调整输出信号。
闭环控制系统通过与设定值进行比较,获取过程的实际状态,并根据反馈信息调整控制算法,从而实现对过程的精确控制。
闭环控制具有良好的鲁棒性和可靠性。
5. 过程控制系统常见的控制策略有哪些?过程控制系统常见的控制策略包括以下几种:•比例控制:根据当前误差的大小,按比例调整控制器输出信号。
过程控制系统与仪表课后习题答案完整版
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1-21-4解答:(PID)12.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:只有将控1-8;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:最大动态偏差A :C C C A ︒=︒-︒=50900950衰减比n :1:5900910900950=--=n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。
过程控制课后习题答案
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。
(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。
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。
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过程控制系统第二章(对象特性)习题
2-1.什么是被控过程的数学模型
2-1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。
2-2.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
2-2解答:
1)目的:○1设计过程控制系统及整定控制参数;
○2指导生产工艺及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。
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。
2-2.简述建立对象的数学模型两种主要方法。
2-2解答:
一是机理分析法。
机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析,根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等),在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程。
通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型,它们的表现形式往往是微分方程或代数方程。
二是实验测取法。
实验测取法是在所要研究的对象上,人为施加一定的输入作用,然后,用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律,即得到一系列实验数据或实验曲线。
然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理,求取对象的特性参数,进而得到对象的数学模型。
5-12 何为测试法建模它有什么特点
2-3解答:
1)是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。
2)可以在不十分清楚内部机理的情况下,把被研究的对象视为一个黑匣子,完全通过外部测试来描述它的特性。
2-3.描述简单对象特性的参数有哪些各有何物理意义
2-3解答:
描述对象特性的参数分别是放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ。
放大系数K 放大系数K 在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变 化量之比,即
输入的变化量
输出的变化量=K 由于放大系数K 反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系,所以放大系数是描述对象静态特性的参数。
时间常数T 时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后,被控变量如果保持初始速度变 化,达到新的稳态值所需的时间。
或当对象受到阶跃输入作用后,被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间。
时间常数T 是反映被控变量变化快慢的参数,因此它是对象的一个重要的动态参数。
滞后时间τ滞后时间τ是纯滞后时间0τ和容量滞后c τ的总和。
输出变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间,纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。
容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。
滞后时间τ也是反映对象动态特性的重要参数。
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
2-3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
2-3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。
2-4.什么是控制通道和扰动通道(干扰通道)对于不同的通道,
对象的特性参数(K、T、τ
)对控制有什么不同的影响
2-4解答:
对于一个被控对象来说,输入量是扰动量和操纵变量,而输出是被控变量。
由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道。
操纵变量至被控变量的信号联系称为控制通道;扰动量至被控变量的信号联系称为扰动通道。
一般来说,对于不同的通道,对象的特性参数(K、T、τ)对控制作用的影响是不同的。
对于控制通道:
放大系数K大,操纵变量的变化对被控变量的影响就大,即控制作用对扰动的补偿能力强,余差也小;放大系数K小,控制作用的影响不显着,被控变量的变化缓慢。
但K
太大,会使控制作用对被控变量的影响过强,使系统的稳定性下降。
在相同的控制作用下,时间常数T大,则被控变量的变化比较缓慢,此时对象比较平稳,容易进行控制,但过渡过程时间较长;若时间常数T小,则被控变量变化速度快,不易控制。
时间常数太大或太小,在控制上都将存在一定困难,因此,需根据实际情况适中考虑。
滞后时间τ的存在,使得控制作用总是落后于被控变量的变化,造成被控变量的最大偏差增大,控制质量下降。
因此,应尽量减小滞后时间τ。
对于扰动通道:
放大系数K大对控制不利,因为,当扰动频繁出现且幅度较大时,被控变量的波动就会很大,使得最大偏差增大;而放大系数K小,既使扰动较大,对被控变量仍然不会产生多大影响。
时间常数T大,扰动作用比较平缓,被控变量变化较平稳,对象较易控制。
纯滞后的存在,相当于将扰动推迟
τ时间才进入系统,并不影响控制系统的品质;而容量滞后的存在,则将使阶跃扰动的影响趋于缓和,被控变量的变化相应也缓和些,因此,
对系统是有利的。
2-5.实验测取对象特性常用的方法有哪些各自有什么特点
2-5解答:
实验测取对象特性常用的方法有阶跃响应曲线法、矩形脉冲法。
阶跃响应曲线法是当对象处于稳定状态时,在对象的输入端施加一个幅值已知的阶跃扰动,然后测量和记录输出变量的数值,就可以画出输出变量随时间变化的曲线。
根据这一响应曲线,再经过一定的处理,就可以得到描述对象特征的几个参数。
阶跃响应曲线法是一种比较简单的方法。
如果输入量是流量,只需将阀门的开度作突然的改变,便可认为施加了一个阶跃扰动,同时还可以利用原设备上的仪表把输出量的变化记录下来,既不需要增加仪器设备,测试工作也不大。
但由于一般的被控对象较为复杂,扰动因素较多,因此,在测试过程中,不可避免地会受到许多其他扰动因素的影响而使测试精度不高。
为了提高精度就必须加大输入量的幅度,这往往又是工艺上不允许的。
因此,阶跃响应曲线法是一种简易但精度不高的对象特性测定方法。
矩形脉冲法是当对象处于稳定状态时,在时间0t 突然加一幅度为A 的阶跃扰动,到1t 时突然除去,这时测得输出变量随时间变化的曲线,称为矩形脉冲特性曲线。
矩形脉冲信号可以视为两个方向相反、幅值相等、相位为0t —1t 的阶跃信号的叠加。
可根据矩形脉冲特性曲线,用叠加法作图求出完整的阶跃响应曲线,然后就可以按照阶跃响应曲线进行数据处理,最后得到对象的数学模型。
采用矩形脉冲法求取对象特性,由于加在对象上的扰动经过一段时间后即被除去。
因此,扰动的幅值可以取得较大,提高了实验的精度。
同时,对象的输出又不会长时间偏离设定值,因而对正常工艺生产影响较小。