过程控制系统与仪表习题答案 第三章
过程控制仪表及控制系统课后习题答案
过程控制仪表及控制系统课后习题答案(林德杰)2(总18页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--lxc第一章思考题与习题1-2 图为温度控制系统,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。
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。
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。
过程控制及仪表自动化课后答案
第三章思考题与习题3.1图3-31 为某单位负反响系统校正前、后的开环对数幅频特性曲线,比较系统校正前后的性能变化。
L(ω)/ dB图3-31 习题3.1 图参加串联P 校正装置,提高系统增益后:1〕使系统的相对稳定性降低,超调量增加。
2〕增益提高,系统的稳态精度改善。
3.2什么是比例掌握规律、积分掌握规律和微分掌握规律?它们各有什么特点?当掌握器的输出变化量与输入变化量〔即设定值和测量值之间的偏差〕成比例时,这就是比例〔P〕掌握。
比例掌握能实现被控变量在过渡过程完毕后,能稳定在某一个值上。
积分掌握是掌握器的输出变化量∆u 与输入偏差值e 随时间的变化成正比的掌握规律,亦即掌握器的输出变化速度与输入偏差值成正比。
在积分掌握时,余差最终会等于零。
抱负微分掌握是指掌握器的输出变化量∆u 与输入偏差e 的变化速度成正比的掌握规律。
微分掌握却是依据偏差的变化趋势进展动作的。
从而有可能避开产生较大的偏差,且可以缩短掌握时间。
3.3什么是比例度、积分时间和微分时间?它们对过渡过程有什么影响?比例度δ就是指掌握器输入的相对变化量与相应的输出相对变化量之比的百分数。
比例度δ来衡量比例掌握作用的强弱。
使用比例掌握器掌握系统时,掌握器在闭环运行下比例度δ对系统过渡过程的影响。
1)比例掌握是有余差的掌握,余差的大小与比例度δ有关,与负荷的变化量有关。
在同样的负荷变化扰动下,比例度越小,比例增益越大,余差越小;在一样比例度下,负荷变化量越大,余差越大。
2)不管是在设定值变化还是负荷〔扰动〕变化的状况下,比例度δ越小,系统的振荡也越猛烈,稳定性越差。
当δ太小时,系统可能消灭等幅振荡,甚至发散振荡;反之,则系统越稳定。
积分时间Ti定义为:在阶跃偏差作用下,掌握器的输出到达比例输出的两倍所经受的时间。
积分时间Ti 对系统过渡过程的影响。
随着Ti减小,积分作用增加,消退余差较快,但-20dB / dec-20dB / dec10 50 -40dB / dec ω/(rad / s)-40dB / dec校正后校正前dFKdTr+KK K(T s +1)(T s +1)T1 2- c12掌握系统的振荡加剧,系统的稳定性下降;T 过小,可能导致系统不稳定。
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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?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)。
过程控制仪表及控制系统课后习题答案
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。
当电石参加时,部温度上升,温度检测器检测温度变化与给定值比拟,偏差信号送到控制器对偏差信号进展运算,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. 反响控制系统:反响控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进展控制的,最终到达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、最根本的过程控制系统。
2.前馈控制系统:前馈控制系统是根据扰动量的大小进展控制的,扰动是控制的依据。
由于没有被控量的反响,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-反响控制系统:前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克制主要扰动对被控量的影响,而前馈—反响控制利用反响控制克制其他扰动,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完毕以后,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,假设n=4,系统为4:1的衰减振荡,是比拟理想的。
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。
《过程控制与自动化仪表》习题答案
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。
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第1章过程控制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: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: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:由被控过程和过程检测控制仪表(包括测量元件,变送器,调节器和执行器)两部分组成。
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: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: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: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。
1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。
过程控制系统与仪表习题答案王再英
过程控制系统与仪表习题答案王再英(总23页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面,使用请直接删除过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编着习题与思考题解答机械工业出版社第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。
过程控制系统与仪表习题答案王再英
.过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编著习题与思考题解答机械工业出版社第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。
过程控制系统与仪表习题与思考题解答
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。
过程控制与自动化仪表第三课后答案
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: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。
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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。
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)。
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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。
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。
过程控制系统与仪表习题答案汇总
过程控制系统与仪表习题答案汇总Modified by JEEP on December 26th, 2020.第1章过程控制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: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: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:由被控过程和过程检测控制仪表(包括测量元件,变送器,调节器和执行器)两部分组成。
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: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: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: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:。
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。
过程控制仪表及控制系统课后习题答案
lxc第一章思考题与习题1-2 图为温度控制系统,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;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 0S =HS/Q 1S ; (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:B B n '=BB B '-=ϕdtdh )Q Q (Q 321=+-dthd C )Q Q (Q 321∆∆∆∆=+-22R h Q ∆∆=33R h Q ∆∆=消除中间变量:同除 R2+R3 得到:令:上式可写为:2Laplace 变换得到:传递函数: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 0S =HS/Q 1S;解: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:传递函数:h )R R (dthd R CR Q R R 2332132∆∆∆++=hdthd R R R CR Q R R R R 323213232∆∆∆++=+3232R R R R R +=h dthd CRQ R 1∆∆∆+=)S (H )S (CRSH )S (RQ 1+=1RCS R)s (Q )s (H )s (W 10+==dthd C Q Q 21∆∆∆=-22R h Q ∆∆=h dthd CR Q R 212∆∆∆+=)S (H )S (SH CR )S (Q R 212+=1S CR R )s (Q )s (H )s (W 2210+==如果考虑管道长度l, 即出现纯时延,由于管道流量恒定,所以lQ =τ其传递函数为:其中:lQ =τ2-3.设矩形脉冲响应幅值为2 t/h ,脉冲宽度为△t =10min ,某温度过程的矩形脉冲响应记录数据如下: tmin 1 3 4 5 8 10 15 16.5 Y ℃ 0.46 1.7 3.7 9.0 19.0 26.4 36.0 37.5 tmin 20 25 30 40 50 60 70 80 Y ℃33.527.221.010.45.12.81.10.5(1) 将该脉冲矩形响应曲线转换成阶跃响应曲线; (2) 用一阶惯性环节求该温度对象的传递函数; 解:将脉冲响应转换成阶跃响应曲线,数据如下: tmin 1 3 4 5 8 10 15 16.5 Y ℃ 0.46 1.7 3.7 9.0 19.0 26.4 36.0 37.5 Y 1t 0.46 1.7 3.7 9.0 19.0 26.4 - - tmin 20 25 30 40 50 60 70 80 Y ℃ 33.5 27.2 21.0 10.4 5.1 2.8 1.1 0.5 Y 1t-绘出阶跃响应曲线如下:τS2210e1S CR R )s (Q )s (H )s (W -+==5.502101x )0(y )(y K 00==-∞=由图yt1=∞ ,yt2=∞处可得:t1=14min t2= t1/t2≈ 故二阶系统数字模型为 20)1TS (K )s (W +=根据经验公式有: 3.1016.22t t )s (T 210=⨯+=所有: 2200)1S 3.10(5.50)1TS (K )s (W +=+=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: t/s1020406080 10140180260300400500h/cm0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 8.8 11.8 14.4 16.6 18.4 19.2(1) 画出液位h 的阶跃响应曲线 (2) 求液位过程的数学模型 解:方法一:图解法由图可以看出:过程应该用一阶加延时系统;1002.020x )0(y )(y K 00==-∞=从图中得到:τ=40s, T =260-40=220sS 40S00e 1S 220100e 1TS K )s (W --+=+=τ方法二:计算法:在图中取yt 1= y ∞ yt 2=∞ yt 3= y ∞ yt 4= y ∞ 得t 1=125s t 2 =140s t 3 = 225s t 4 =260ss 150)t t (2T 231=-≈ s 55t t 2321=-≈τs 1688.0t t T 142=-≈s 572tt 3412=-≈τ 可见数据很接近,于是:s 1592T T T 210=+=s 562210=+=τττ 过程数学模型:S 56S 00e 1S 159100e 1TS K )s (W --+=+=τ2-6 某过程在阶跃扰动ΔI =作用下,其输出响应数据见下表: tmin 1234567891011… ∞ Y ℃4.0 4.0 4.2 4.8 5.1 5.4 5.7 5.8 5.85 5.9 6.0…6.0tmin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 … ∞解:求出y ∞-yt 值如下表:根据表格在半对数纸上描绘出曲线1,曲线1作直线部分的延长线2,2线减去1线得到直线3;过程放大倍数 K 03.15.146x )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= , t 1=10s35.2)1.0lg 7(lg 303.2s10)B lg A (lg 303.2t T 1111=-=-=由 A 2=5,B 2= t 2=6s该过程的数学模型为:第三章 思考题与习题3-2 有一压力控制系统选用DDZ -Ⅲ压力变送器,其量程为0~200kPa;生产工艺要求被控Y ℃ 2.0 2.0 1.8 1.5 1.2 0.5 0.3 0.2 0.15 0.1 0 0)1s 53.1)(1s 35.2(3.1)1s T )(1s T (K )s (W 2100++=++=53.1)1.0lg 5(lg 303.2s6)B lg A (lg 303.2t T 2222=-=-=压力为150±2kPa,现将该变送器量程调整到100~200 kPa,求零点迁移前后该压力变送器的灵敏度;解: 零点迁移前灵敏度:零点迁移后灵敏度:3-4 某DDZ -Ⅲ直流毫伏变送器,其零点移到Vio =5mV ,零迁后的量程为DC10mV ,求该变送器输出I 0=10mADC 时的输入是多少毫伏解:分析:零点迁移后5~10mV 对应输出为 4~20mA,如右图所示; 根据图的几何关系有:ab : ac =eb : dc88.11665dc eb ac ab ≈⨯=⋅=∴ I 0=10mA 时,输入电压为: V in =5+=mVDC3-7.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1补偿导线法延伸导线法:用与热电偶热电性质相同的臂长补偿导线或称延伸导线将热电偶的冷端延伸到温度保持恒定的地方;2冷端恒温法:将热电偶的冷端置于恒定温度的容器内或场合内;3冷端温度修正法计算校正法:kPa/mA 08.00200420K 1=--=kPa/mA 16.0100200420K 1=--=)t (e )t (e )t ,t (E 0AB AB 0-=4补偿电桥法:利用不平衡电桥产生相应的不平衡电势补偿由于热电偶冷端温度变化引起的测量误差;3--Ⅲ温度变送器是如何使被测温读与输出信号I ;成线性关系的 简述热电偶温度变送器与热电阻温度的线性化原理;3-5 .DDZ -Ⅲ温度变送器测温范围为800~1200°C;选择哪一种测温元件较为合适当输出电流为DC16mA 时,被测温度是多少解:检测温度高于600℃,应选择热电偶测温元件;ab : ac =bd : ce3001612400ce bd ac ab ≈⨯=⋅=∴ I 0=16mA 时,被测温度为: T =800+300=1100℃3-6 .DDZ-Ⅲ温度变送器测温范围为400~600°C;选择哪一种测温元件较为合理当温度从500°C 变化到550°C 时,输出电流变化多少解::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 = mA/℃×50℃=4 mA3-8 用标准孔板测量气体流量,给定设计参数p =,t =20°C;实际被测介质参数p 1=,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cm³;现用来测量密度为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:℃/mA 08.0200600420K 1=--=根据修正系数求得,浮子流量计的测量上限是:Q 2max =K Q 0 max =×1000=1200 m 3/h3-16 简述涡轮流量计的工作原理;某涡轮流量计的仪表常数K =次/L,当它测量流量时的输出频率为ƒ=400Hz 时,求其瞬时体积流量为每小时多少立方米第四章 思考题与习题4-1 什么是正作用调节器和反作用调节器如何实现调节器的正反作用答:输入增加时,调节器输出也随之增加称为正作用调节器;输入增加时,调节器输出减小称为反作用调节器;在调节器输入级的输入端设有一个双向开关S 7,通过切换改变输入信号的极性来实现调节器的正反作用;4-3 如何测定DDZ -Ⅲ调节器的微分时间T D 和积分时间T I答:一、微分传递函数为:拉氏反变换得阶跃作用下的时间函数:当t =t0+时,当t =∞时, 由图有:实验得到曲线后,可以按图求取微分时间T D 二、积分传递函数:2.1720)10007920(1000)7207920()()(K 0101=--='-'-=ρρρρρρ)t (V )0(V 1O 02⋅=+α632.0)(V V )K T (V V 0202DD 0202=∞--)t (V e )1K (1K )t (V 1O t T KD D 02D D ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+⋅=-α)t (V K )0(V 1O D02⋅=+αS K T 1ST 1K )S (W DD D DPD ++⋅=αST K 11ST 11C C )S (W I I I M I PI ++⋅-=t =0时,t =∞时,t =T I 时:4-3 设DDZ -Ⅲ基型调节器的PID 参数的刻度值为δ=,T I =30s,T D =20s;计算实际值δ、T I 和T D 之值;解:先计算F : F =1+T D /T I =1+2/3= δ、T I 、T D 之实际值: δ=δ/F ==T I =T I /F = T D =T D /F =4-5 数字式完全微分PID 控制规律与不完全微分PID 控制规律有说明区别哪种控制规律的应用更为普遍答: 完全微分型PID 算法的微分作用过于灵敏,微分作用持续时间短,容易引起控制系统振荡,降低控制品质;不完全微分是在PID 输出端串接一个一阶惯性环节,这样,在偏差变化较快时,微分作用不至于太强烈,且作用可保持一段时间;因此不完全微分PID 控制规律更为普遍; 4-64-9 某流体的最大流量为80 m 3/h ,改流体密度为×10-2g/cm 3,阀前后一压差为,试选择调节阀的公称直径和阀座直径;要求泄露量小 解:调节阀的流通能力C 为:h /m 12.101.01016.080P Q C 32=⨯==-∆ρ取 h /m 12C 3=查表得dg =32mm,Dg =32mm ;⋅-=02MI03V C C )0(V )t (V e )1K (K C C )t (V 2O t T K K I I M I 03II D ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+⋅-=-⋅-=∞02I MI03V K C C )(V ⋅-=∞02MI03V C C 2)(V第六章思考题与习题6-5 调节器的P、PI、PD、PID控制规律各有什么特点它们各用于什么场合答:比例控制规律适用于控制通道滞后较小,时间常数不太大,扰动幅度较小,负荷变化不大,控制质量要求不高,允许有余差的场合;如贮罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽压力的控制等;比例积分控制规律引入积分作用能消除余差;适用于控制通道滞后小,负荷变化不太大,工艺上不允许有余差的场合,如流量或压力的控制;比例微分控制规律引入了微分,会有超前控制作用,能使系统的稳定性增加,最大偏差和余差减小,加快了控制过程,改善了控制质量;适用于过程容量滞后较大的场合;对于滞后很小和扰动作用频繁的系统,应尽可能避免使用微分作用;比例积分微分控制规律可以使系统获得较高的控制质量,它适用于容量滞后大、负荷变化大、控制质量要求较高的场合,如反应器、聚合釜的温度控制;6-7在某生产过程中,冷物料通过加热炉对其进行加热,热物料温度必须满足生产工艺要求,故设计图所示温度控制系统流程图,画出控制框图,指出被控过程、被控参数和控制参数;确定调节阀的流量特性、气开、气关形式和调节器控制规律及其正、反作用方式;解:系统方框图:被控过程为加热炉;被控参数是热物料的温度;控制参数为燃料的流量;加热炉的过程特性一般为二阶带时延特性,即过程为非线性特性;因此,调节阀流量特性选择对数特性调节阀;根据生产安全原则,当系统出现故障时应该停止输送燃料,调节阀应选用气开式;即无气时调节阀关闭;控制器的正反作用的选择应该在根据工艺要求,原则是:使整个回路构成负反馈系统;控制器的正、反作用判断关系为:控制器“±”·控制阀“±”·对象“±”=“-”调节阀:气开式为“+”,气关式为“-”;控制器:正作用为“+”,反作用为“-”;被控对象:按工艺要求分析,通过控制阀的物量或能量增加时,被控制量也随之增加为“+”;反之随之降低的为“-”;变送器一般视为正作用;根据安全要求,调节阀选气开式K v为正,温度变送器K m一般为正,当调节器增加时,温度值增加,故过程对象为正,为了保证闭环为负;所以调节器应为负作用;6-8 下图为液位控制系统原理图;生产工艺要求汽包水位一定必须稳定;画出控制系统框图,指出被控过程、被控参数和控制参数;确定调节阀的流量特性、气开、气关形式和调节器的控制规律及其正反作用方式;解:控制系统框图如下图所示;被控过程为汽包;被控参数是汽包的液位;控制参数为给水的流量;汽包的过程特性为一阶带时延特性,即过程为非线性特性;因此,调节阀流量特性选择对数特性调节阀;根据生产安全原则,当系统出现故障时应该停止输送燃料,调节阀应选用气关式;即无气时调节阀打开;保证在控制出现故障时,汽包不会干烧;调节阀:选择气关式调节阀,故K V为“-”;被控对象:按工艺要求分析,通过给水增加时,被控制参数的液位也会增加;所以K0为“+”;变送器一般视为正作用;控制器的正、反作用判断关系为:控制器“”·控制阀“-” ·对象“+”=“-”根据判断关系式,调节器应为正作用;6-9 某过程控制通道作阶跃实验,输入信号Δu =50,其记录数据见表6-11 t/min 0 yt t/min yt1用一阶加纯时延近似该过程的传递函数,求K 0、T 0、和τ0值; 2用动态响应曲线法整定调节器的PI 参数取ρ=1,φ=; 解:1根据表6-11得到过程阶跃响应曲线:由图读得T 0= min τ0= min∴≤≤1根据动态特性整定公式有:T I = T 0 = min82.2502005.341x )0(y )(y K 00=-=-∞=S42.00e 1s 08.182.2)s (W -+=39.008.142.0T 00==τ81.06.0T 08.0T 6.20=+-⨯=ττρδ6-10 对某过程控制通道作一阶跃实验,输入阶跃信号Δμ=5,阶跃响应记录数据如表所示; (1) 若过程利用一阶加纯时延环节来描述,试求K 0、T 0、τ0(2) 设系统采用PI 调节规律,按4:1衰减比,用反应曲线法整定调节器参数,求δ、T i ; 时间min 0510152025303540被控量y 0.650 0.651 0.652 0.668 0.735 0.817 0.881 0.979 1.075 时间min 455055606570758085被控量y1.151 1.213 1.239 1.262 1.311 1.329 1.338 1.350 1.351解:1求过程的传递函数,由表作图:从图中可以得到:τ=25min =1500s ; T 0=30min =1800s 采用一阶加时延系统则:将数值代入得:2 因为τ/ T 0 =1500/1800=<1 取φ=的有自衡过程的整定公式:a .比例系数δ:b .积分时间常数T i :T i ==1440 s6-12 已知被控制过程的传递函数 ,其中T 0=6s,τ 0=3s;试用响应曲线法整定PI 、PD 调节器的参数;再用临界比例度法整定PI 调节器的参数设T K =10s,δK =;并将两种整定方法的PI 参数进行比较;S000e)s T 1(K )s (W τ-+=4.15.07.0x )0(y )(y K 00==-∞=S1500e )s 1801(4.1)s (W -+=24.148.06.26.083.015.083.06.26.0T 08.0T16.20≈⨯≈+-⨯=+-⋅=ττρδS0e )1s T (4.1)s (W τ-+=解:对有自衡能力的系统ρ=1,T 0 / τ 0=;采用特性参数法响应曲线法公式及PI 控制规律,有:T i == s对PD 控制规律调节器,有T i =τ0= s采用临界比例度法,对PI 调节规律:T i ==8,5 s两种整定方法得到的结果不同,比例度比较接近、T I 相差较大;在工程实践中应该应用不同的整定方法进行比较,选择控制效果最佳方案;第七章 思考题与习题7-2 在串级控制系统的设计中,副回路设计和副参数的选择应考虑哪几个原则答:副回路设计是选择一个合适的副变量,从而组成一个以副变量为被控变量的副回路;副回路设计应遵循的一些原则:1 副参数选择应该时间常数小,时延小、控制通道短的参数作为副回路的控制参数;当对象具有较大的纯时延时,应使所设计的副回路尽量少包括最好不包括纯时延;2 使系统中的主要干扰包含在副环内;在可能的情况下,使副环内包含更多一些干扰; 当对象具有非线性环节时,在设计时将副环内包含更多一些干扰;(3) 副回路应考虑到对象时间常数的匹配:T 01/T 02=3~10,以防止“共振”发生; (4) 副回路设计应该考虑生产工艺的合理性 (5) 副回路设计应考虑经济原则;7-3 图为加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统;工艺要求一旦发生重大事故,立即切断原料的供应;(1) 画出控制系统的组成框图(2) 确定调节阀的流量特性气开、气关形式91.07.05.008.05.06.28.08.0P ≈+-⨯⨯==δδ88.02.2P ==δδ99.06.05.008.05.06.26.0T 08.0T 16.20≈+-⨯=+-⋅=ττρδ(3)确定主副调节器的控制规律及其正反作用方式解:1串级系统方框图如下:副回路选择加热炉炉膛温度控制,消除F1S干扰;2由于发生重大事故时立即切断燃料油的供应,从工艺的安全性考虑,调节阀选择气开式,保证无气时调节阀关闭;3主调节器选择PI或PID控制规律,副调节器选择P调节规律;由于燃料增加加热炉温度必然增加,所以过程为正;调节阀气开式为正,根据表7-4可知主副调节器都选择正作用方式;7-5 某温度-温度串级控制系统,主调节器采用PID控制规律,副调节器采用P控制规律;采用两步整定法整定主、副调节器的参数,按4:1衰减比测得δ1S=,δ1S=,T1S=140s,T2S=12s;求主、副调节器参数的整定值;解:按照4:1两步整定法经验公式:主调节器温度调节器:比例度δ1=×δ1S=×=%积分时间常数T I=×T1S=42 s微分时间常数:TD=×T1S=14 s副调节器:比例度δ2=δ2S=50%7-8用蒸汽加热的贮槽加热器,进料量Q1稳定,而Q1的初始温度T1有较大波动,生产工艺要求槽内物料温度T恒定;Q2为下一工艺的负荷,要求Q2的温度为T;试设计一过程控制系统,并画出控制系统框图;解:应用前馈-反馈控制系统对冷物料进行前馈补偿 控制、对被控参数:出口热物料进行反馈控制;系统 控制流程图如下图所示;控制系统组成框图:其中 前馈补偿器传递函数)s (W )s (W )s (W 0f FF -=。
过程控制与自动化仪表(第3版) 第3章 思考题与习题
3) S 1 ~ S 2 为自动、软手动、硬手动联动切换开关。 (4)图 3‐1 所示输入电路的输入/输出关系为Vo 1 2(Vs Vi ),试问:推导这一关系 的假设条件有哪些?当输入导线电阻不可忽略时,还有上述关系吗?请证明你的结论。
图 3-1 输入电路图
答: 假设运算放大器是理想的即输入阻抗无穷大,T 点和 F 点同电位, VT V F 。 当输入导线电阻不可忽略时: 1 VF V01 VB Vi -VF 0 VF 2 (3-2) Rr Rr Rr 0-VT VS VT VT VB (3‐3) Rr Rr Rr
图 3-2 加法运算的实现过程
加法运算程序为 LD X 1 ;读取 X 1 数据 LD X 2 ;读取 X 2 数据 + ;对 X 1 、 X 2 求和 ST Y1 ;将结果存入 Y1 ; END ;运算结束 (9)执行器由哪几部分组成?它在过程控制中起什么作用?常用的电动执行器与气 动执行器有何特点?
q V A 0
2g (p1 p 2 ) r
(3-4)
式中, 为流量系数,它取决于调节阀的结构形状和流体流动状况,可从有关手册查 A 阅或由实验确定; 0 为调节阀接管截面积; g 为重力加速度; r 为流体重度。 (15)什么是调节阀的流量特性?调节阀的理想流量特性有哪几种?它们各是怎样 定义的?调节阀的工作流量特性与阻力系数有关, 而阻力系数又是怎样定义的?它的大小 对流量特性有何影响? 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。 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。 3)直线流量特性是指流过调节阀的相对流量与阀门的相对开度成直线关系。等百分 比流量特性是指单位行程变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量成正比关系。 快开
过程控制系统与仪表习题答案 第三章
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:e K y p =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0.2mA ,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 =+0.2; 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。
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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:
e K y p =
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 1
1
2)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==p
K p ,即K p =1, T I = 2 min , e =+; 稳态时:y 0=5mA ,
5min 后:mA
edt T e P y y )7.05()52.02
12.0(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:P74
1)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:
1)dt
de 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:
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛++=
⎰dt de T edt T e P y D 111 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:P79
1)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:P84
1)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。
2)C 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:。