过程控制第一到三章作业

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过程控制课后答案全

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。

过程控制作业(部分)

第一章绪论1)什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成？常用的过程控制系统可以分为哪几类？2）衡量过程控制系统过度过程的好坏，通过静态质量指标和动态质量指标，他们分别是什么？3）两个流量控制系统如下图所示。

试说明它们分别属于哪个过程控制系统？并画出各自的系统方框图。

4）某发酵过程工艺规定操作温度为（40±2）℃。

考虑到发酵效果，控制过程中温度偏离给定值最大不能超过6℃。

现设计一定值控制系统，在阶跃扰动作用下发酵罐及反应曲线如下图所示。

试①绘制系统方框图；②确定该系统的最大动态偏差、衰减比、余差、过度时间（按进入新稳态值±2%范围内）和振荡周期等过度过程指标，并回答是否满足工艺要求。

第二章检测及变送1）衡量一块仪表的性能指标有哪些？其中仪表精度和那个误差有关系？2）已知某S型热电偶在工作时冷端温度t0=30℃，现测得热电偶的热电动势为7.5mV，求被测介质的实际温度。

（已知E（30,0）=0.173mV）3）某台测温仪表的测温范围为200~700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为+4℃，试确定该仪表的精度等级。

4）试简述热电偶工作原理及热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。

5）试简述静压式液位计及电容式液位计测量原理？用电容式液位计在测量导电介质与非导电介质的液位时有何不同？6）某测温仪表的测量范围为0-500℃，输出信号为4-20mA，欲将该仪表用于测量200-1000℃的某信号，试问应该做如何调整迁移？7）某台测温仪表的测温范围为0~1000℃。

根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过±7℃，试问应该如何选择仪表的精度等级才能满足要求？8）某台往复式压缩机的出口压力范围为25~28MPa，测量误差不得大于1MPa。

工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选择一台压力表，指出其测量范围及精度等级要求。

9）利用弹簧管压力表测量某容器中的压力，工艺要求其压力为1.3±0.06MPa，现可提供选择压力表的量程有0~1.6MPa、0~2.5MPa及0~4MPa，其精度为1.0,1.5,2.0,2.5及4.0级，试合理选用压力表的量程和精度等级。

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。

过程控制习题及答案

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局部组成？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，用以克制扰动的影响，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制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。

过程控制工程课后作业答案

第一章纸质作业答案一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量和阀杆行程之间的关系。

调节阀的流量特性有线性型，等百分比型，快开型，抛物线型调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑，利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性，从而使整个广义对象的特性近似为线性。

二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，也成为单回路控制系统。

简单控制系统的典型方块图为三．按照已定的控制方案，确定使控制质量最好的控制器参数值。

经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法四、解：(1) 选择流出量o Q 为操纵变量，控制阀安装在流出管线上，贮槽液位控制系统的控制流程图为(2) 被控对象：液体贮槽控制器执行器被控对象测量元件及变送器+－控制信号操纵变量被控变量测量值偏差扰动变量给定值被控变量：贮槽液位操纵变量：贮槽出口流量主要扰动变量：贮槽进口流量五、解：Q为操纵变量，控制阀安装在流入管线上，(1) 选择流入量i贮槽液位控制系统的控制流程图为为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以应选用气开形式控制阀，为“+”作为方向。

Q增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“+”作用方向。

由于操纵变量即流入量i控制阀和被控对象都是“+”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。

Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上，(2) 选择流出量o贮槽液位控制系统的控制流程图为为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于全开状态，所以应选用气关形式控制阀，为“-”作为方向。

Q增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“-”作用方向。

由于操纵变量即流出量o控制阀和被控对象都是“-”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。

六、（1）加入积分作用后，系统的稳定性变差，最大动态偏差增大、余差减小加入适当的微分作用后，系统的稳定性编号，最大动态偏差减小，余差不变。

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。

过程控制第一到三章作业

1.3 通常描述对象动态特性的方法有哪些？答：微分方程或传递函数。

1.4 过程控制中被控对象动态特性有哪些特点？答：无振荡、稳定或中性稳定、有惯性或迟延、非线性但在工作点附近可线性化。

1.11 某水槽水位阶跃响应实验为：其中阶跃扰动量Δµ=20%。

(1)画出水位的阶跃响应曲线；(2)若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。

解：MATLAB编程如下：%作出标幺后的响应曲线t=[ 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 400 ];h=[ 0 9.5 18 33 45 55 63 78 86 95 98 ];x=0:0.01:400;y=interp1(t,h,x,'spline'); %三次样条函数据己知的t、h插出x的值yy=y/y(end); %输出标幺plot(x,yy,'k');xlabel('t/s');ylabel('h/mm');title('阶跃响应曲线','fontsize',10);grid;%找出最接近0.39和0.63的点 less1=find(yy<=0.39); more1=find(yy>=0.39); front1=less1(1,end); behind1=more1(1,1);cha11=0.39-yy(1,front1); cha12=yy(1,behind1)-0.39; if cha11<=cha12 t1=x(1,front1) elset1=x(1,behind1) endless2=find(yy<=0.63); more2=find(yy>=0.63); front2=less2(1,end); behind2=more2(1,1);cha21=0.63-yy(1,front2); cha22=yy(1,behind2)-0.63; if cha21<=cha22 t2=x(1,front2) elset2=x(1,behind2) end%求增益K 和时间常数T K=y(end)/20 T=2*(t2-t1)(1)水位的阶跃响应曲线如图：t/sh /m m阶跃响应曲线(2)计算结果如下：>> GK1_11 t1 =48.1700t2 =96.5900K =4.9T =96.8400则该水位对象用一阶惯性环节近似后，得其增益K=4.9，时间常数T≈96.84。

过程控制部分习题答案-完整版

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。

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。

3－4 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。

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 。

过程控制工程第三版1-3章习题ppt课件

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习题2-10
• 单位阶跃响应： y* y(t) y(0)
y() y(0)
• 取： y* (t1 ) 0 .4 , y* (t2 ) 0 .8
查表得： t123,
t243
因为： t1 0.53 0.46
t2
则说明该阶跃响应需要更高级的函数才能拟全的更好，
查表2-2得，n=3
• 为了绕过非线性系统在数学处理上的困难，对于大部分元件和系统来
说，当信号或变量变化范围不大或非线性不太严重时，都可以近似地
线性化，即用线性化数学模型来代替非线性数学模型。一旦用线性化
数学模型来近似地表示非线性系统，就可以运用线性理论对系统进行
分析和设计。
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习题2-6 测量变送环节如下：
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2-4 什么是线性化？为什么在过程控制中经常采用近似线性化模型？
• 所谓线性化，就是在一定的条件下作某种近似，或者缩小一些工作范围，而将非线性微分方程近似地作为线性微分方程来处理。
• 自然界中并不存在真正的线性系统，而所谓的线性系统，也只是在一定的工作范围内保持其线性关系。实际上，所有元件和系统在不同程度上，均具有非线性的性质。例如，机械系统中的阻尼器，在低速时可以看作线性的，但在高速时，粘性阻尼力则与运动速度的平方成正比，而为非线性函数关系。又例如，电路中的电感，由于磁路中铁心受饱和的影响，电感值与流过的电流呈非线性函数关系。对于包含有非线性函数关系的系统来说，非线性数学模型的建立和求解，其过程是非常复杂的。
习题讲解
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第一章P16页思考与习题

过程控制工程课后作业

第一章课后作业一、什么是调节阀的流量特性？调节阀的流量特性有哪几种？为什么要进行调节阀流量特性的选择？二．简述简单控制系统由哪些环节组成？试画出简单控制系统的典型方块图。

三．什么是控制器的参数整定？工程上常用的控制器参数整定有几种方法？四、如下图所示单容水槽，其进口流量来自上一工序，不可控，控制目标是保证水槽的液位恒定。

1、试对该对象设计一简单控制系统，画出系统的控制流程图2、分别指出系统的受控变量、操作变量和主要扰动变量五、下图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两种情况下，分别设计简单控制系统，画出系统的控制流程图；确定执行器的气开、气关形式及控制器的正、反作用。

(1) 选择流入量i Q 为操纵变量；(2) 选择流出量o Q 为操纵变量。

图六、一个自动控制系统，在比例控制的基础上分别增加：（1）积分作用；（2）适当的微分作进口流量出口流量用。

试问：（1）这两种情况对系统的稳定性，最大动态偏差、余差分别有何影响？（2）为了得到相同的系统稳定性，应如何调整调节器的比例度，并说明理由第二章课后作业一．什么叫串级控制系统，画出一般串级控制系统的典型方块图？二．画出前馈控制、反馈控制以及前馈-反馈控制系统的方块图。

三．前馈控制具有什么特点？为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质？四．均匀控制系统的目的和特点是什么？五．什么是分程控制系统？主要应用在什么场合？六、在一个串级控制系统中，原来选用φ20的气关阀，后来因为负荷增大，改用φ25口径，同时改用气开阀。

问：（1）主、副控制器的正、反作用是否需要改变？如需要，应如何改变？（2）主、副控制器的比例度和积分时间是否需要改变？如需要，又如何改变？七、如下图所示使用燃料气的加热炉，其工艺流程是燃料气在加热炉中燃烧，使被加热物料加热到一定的出口温度，控制的主要目标是使被加热物料的出口温度保持恒定，同时还要防止阀后压力过高，试设计一选择性控制系统以满足上述控制要求。

过程控制标准全文

第一章施工准备阶段第一节、开工准备1.人力资源准备1.1组建项目部根据投标诚诺，尽快组建经理部和项目部分部，首批进场人员以项目经理和主要技术人员、管理人员为主，配齐配全相应部室，并确保人员的专业、技术业务能力符合标书要求，以便快速开展前期各项施工准备工作，其余人员按照标书诚诺，可以根据工程进度分期进场。

1.2．劳动力组织项目经理根据投标施组的安排，提出需要的主要管理人员、关键岗位人员（包括特殊工种需持证上岗人员）及施工队伍建议，经项目部研究确定后，及时提报各公司总部，通过内部配调、外部录用、现场培训等方式组织提供，确保必需的人力资源及国家和企业有要求的人员持证上岗。

1.3.人力资源管理综合部负责项目部及各作业队人力资源管理，要对主要管理人员和关键岗位人员建立管理台账，并进行上岗前的资格验证，必要时组织培训，并保留相关的培训记录，负责《关键岗位培训、持证上岗制度》的制定、实施和保持，动态掌握上述岗位人员的变动情况。

2技术及管理准备2.1施工技术调查施工调查要做好设计文件实地校核，掌握施工环境条件，为编制施工组织设计、合理部署施工力量、科学组织施工提供基础资料；核对设计文件要做到熟悉设计文件，领会设计意图，明确设计标准，发现设计文件的差、错、碰、漏等问题，提出修改意见；2.2施工合同、设计文件的评审和管理施工合同：项目经理组织、计划财务部负责，确认招标条件、投标承诺、合同文本的具体规定以及业主、监理下发的工程建设管理制度，技术澄清疑问，并保留相关记录。

2.3．明确职责分工制定“项目部各部室和关键岗位管理职责”并按职责要求进行分工。

2.4．建立项目部内控制度项目经理组织编制项目部内部技术管理、安全管理、质量管理、计财管理和综合管理等制度。

当项目管理机构、监理有具体规定时，保证执行，并及时补充和修订项目部的相关管理规定。

2.5．编制施工组织设计由总工程师组织，工程部负责确认关键、特殊过程，编写必要的作业文件，制定重点工程施工方案进行施工组织总体安排，明确竣工文件的要求3 现场准备3.1．工程物资采购和供应物资设备部负责《物资、采购（合同）控制》程序的管理、实施和保持，各相关部室、各作业队物资采供部门准照执行，物资设备部动态掌握执行情况。

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。

过程控制系统作业

第一篇过程控制原理第一章过程控制系统的基本知识在生产设备上，配备一些自动化仪表等控制装置来代替人的观察、判断、决策和操纵，使某些工艺变量能准确地按照预期的规律变化，使生产在不同的程度上自动进行，这种系统就是过程控制系统。

第一节过程控制系统的组成及分类一、过程控制系统的组成过程控制系统由被控对象、测量变送器、控制器和控制阀四个基本环节组成。

1．被控对象它是控制系统的主体，在自动控制系统中, 将需要控制其工艺变量的生产设备或机器叫做被控对象，如常压塔、精馏塔、锅炉等。

2．测量变送器通常包括检测元件和变送器两部分。

其作用是将被控制的物理量检测出来并转换成工业仪表间的标准统一信号。

3．控制器其作用是将测量值与目标值比较得出偏差，按一定的规律运算后对控制阀（执行机构）发出相应的控制信号或指令。

4．控制阀通称执行机构。

其作用是依据控制器发出的控制信号或指令，改变控制量，对被控对象产生直接的控制作用。

二、过程控制系统的方框图为了便于分析过程控制系统，采用方框图的形式来表示控制系统的结构、环节之间的相互关系和信号间的联系。

如图1—2所示。

图1—2过程控制系统的方框图名词术语的解释：1．被控变y(t) 被控变量是表征生产设备或过程运行状况,需要加以控制的变量。

也是过程控制系统的输出量。

2．给定值（设定值）x(t) 是一个与控制要求（期望值）被控变量相对应的信号值，也是过程控制系统的输入量。

3．干扰f(t) 在生产过程中，凡是影响被控变量的各种外来因素都叫干扰作用。

它也是过程控制系统的输入量。

4．操纵变量q(t) 用以克服干扰变量的影响，具体实现控制作用使被控变量达到给定值的变量叫做操纵变量。

用来实现控制作用的物料一般称为操纵介质或操纵剂。

5．测量值z 测量值是检测元件与变送器的输出信号值。

6．偏差e(t) 在过程控制系统中，规定偏差是给定值与测量值之差。

即：t e-=。

t x)()()(t z7．反馈把系统的输出信号通过检测元件与变送器又引回到系统输入端的作法称为反馈。

过程控制主要习题参考答案

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。

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。

3－4 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( g)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： Bn —Bn v 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。

过程控制章习题答案完整版

过程控制章习题答案 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】第一章单回路控制系统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。

1.2 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。

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。

1.5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：影响物料出口温度的主要因素有哪些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：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。

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1.3 通常描述对象动态特性的方法有哪些？答：微分方程或传递函数。

1.4 过程控制中被控对象动态特性有哪些特点？答：无振荡、稳定或中性稳定、有惯性或迟延、非线性但在工作点附近可线性化。

1.11 某水槽水位阶跃响应实验为：其中阶跃扰动量Δµ=20%。

(1)画出水位的阶跃响应曲线；(2)若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。

解：MATLAB编程如下：%作出标幺后的响应曲线t=[ 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 400 ];h=[ 0 9.5 18 33 45 55 63 78 86 95 98 ];x=0:0.01:400;y=interp1(t,h,x,'spline'); %三次样条函数据己知的t、h插出x的值yy=y/y(end); %输出标幺plot(x,yy,'k');xlabel('t/s');ylabel('h/mm');title('阶跃响应曲线','fontsize',10);grid;%找出最接近0.39和0.63的点less1=find(yy<=0.39);more1=find(yy>=0.39);front1=less1(1,end);behind1=more1(1,1);cha11=0.39-yy(1,front1); cha12=yy(1,behind1)-0.39; if cha11<=cha12t1=x(1,front1)elset1=x(1,behind1) endless2=find(yy<=0.63); more2=find(yy>=0.63); front2=less2(1,end); behind2=more2(1,1);cha21=0.63-yy(1,front2); cha22=yy(1,behind2)-0.63; if cha21<=cha22t2=x(1,front2)elset2=x(1,behind2)%求增益K 和时间常数TK=y(end)/20T=2*(t2-t1)(1)水位的阶跃响应曲线如图：t/sh /m m阶跃响应曲线(2)计算结果如下：>> GK1_11 t1 = 48.1700 t2 = 96.5900 K =T =96.8400则该水位对象用一阶惯性环节近似后，得其增益K=4.9，时间常数T≈96.84。

1.14 已知温度对象阶跃响应实验结果如下表：其中阶跃扰动量Δq=1t/h。

试用二阶或n阶惯性环节写出它的传递函数。

解：由表可知，t =30 s时θ=11.5℃，显然存在粗大误差，故将此数据剔除。

MATLAB编程如下：%作出标幺后的响应曲线t=[ 0 10 20 40 50 60 70 80 90 100 150 ];theta=[ 0 0.16 0.65 1.52 1.75 1.88 1.94 1.97 1.99 2.00 2.00 ];x=0:0.01:150;y=interp1(t,theta,x,'pchip'); %三次函数据己知的t,theta插出x的值yy=y/y(end); %输出标幺plot(x,yy,'k'); xlabel('t/s'); ylabel('θ/℃');title('阶跃响应曲线','fontsize',10); grid on;%找出最接近0.4和0.8的点less1=find(yy<=0.4); more1=find(yy>=0.4); front1=less1(1,end); behind1=more1(1,1);cha11=0.4-yy(1,front1); cha12=yy(1,behind1)-0.4; if cha11<=cha12t1=x(1,front1)elset1=x(1,behind1)endless2=find(yy<=0.8); more2=find(yy>=0.8); front2=less2(1,end); behind2=more2(1,1);cha21=0.8-yy(1,front2); cha22=yy(1,behind2)-0.8; if cha21<=cha22t2=x(1,front2)elset2=x(1,behind2)%求增益K 和时间常数Ttt=t1/t2K=y(end)/1T=(t2+t1)/2.16/4温度的阶跃响应曲线如图：t/sθ/℃阶跃响应曲线计算结果如下：>> GK1_14t1 =23.1600t2 =42.92000.5396K =2T =7.6481因为tt=t 1/ t 2≈0.5396，据表1-1取n =4。

则该温度对象用四阶惯性环节近似后，得其增益K =2，时间常数T ≈7.648，传递函数为4)1s 648.7(1)s (G +=第二章作业2.1 试确定题图中各系统调节器的正、反作用方式。

答：(a )加热炉温度控制系统：燃料调节阀是气开式，则K v >0；燃料增加时温度上升，则G p (s )的K >0；前两者为正，则G c (s )的K c >0,即调节器为反作用方式。

(b )锅炉汽包液位控制系统：给水调节阀是气关式，则K v <0；给水增加时液位上升，则G p (s )的K >0；前两者一负一正，则G c (s )的K c <0,即调节器为正作用方式。

2.2 什么是调节器的动作规律？P 、I 、D 控制规律各有何特点？答：(1)指调节器在动态中输入变化量e 与输出变化量u 之间的关系； (2)P 控制规律：调节作用及时，偏差一旦产生，调节器立即使被控参数朝着减小偏差的方向变化，K c 增大则控制作用增强；有差调节，K c 增大则静差减小；但K c 过大会引起振荡，导致系统不稳定；I 控制规律：调节作用不及时，T I 减小则控制作用增强；无差调节，只要偏差存在，调节器就一直调整输出直至偏差为零；积分作用使系统稳定性变差；D 控制规律：输出量与输入量的变化速度成正比，调节过程结束后偏差的变化速度为零，无论偏差多大调节器都不作用。

2.3 某电动比例调节器的测量范围为100-200℃，其输出为0-10mA 。

当温度从140℃变化到160℃时，测得调节器的输出从3mA 变化到7mA 。

求该调节器比例带。

解：50%0.50-103-7100-200140-1601212====min max minmax u -u u -u y -y y -y δ 2.4 某水槽液位控制系统如题图。

已知：F =1000cm 2，R =0.03s/cm 2，调节阀为气关式，其静态增益|K v |=28cm 3/s·mA，液位变送器静态增益K m =1mA/cm 。

(1)画出该系统的传递方框图；(2)调节器为比例调节器，其比例带δ=40%，分别求出扰动ΔQ d =56cm3/s 以及定值扰动Δr =0.5mA 时，被调量h 的残差；(3)若δ改为120%，其他条件不变，h 的残差又是多少？比较(2)(3)的结果，总结对系统残差的影响；(4)液位调节系统改用PI 调节器后，h 的残差又是多少？解：(1)其中，T =CR =FR =1000*0.03=30s ，K =R =0.03s/cm 2G p (s )=K/(Ts+1)=0.03/(30s +1)(2)调节阀是气关式，则K v <0；G p (s )的K >0且K m >0，则G c (s )的K c <0cm 0.160.03%))(-1/40(-2810.5)()()(1/1)()()()()(11)()(cm -0.540.03%))(-1/40(-2810.0356-)()()(1/1)()()()()(1)()()(≈⋅+=∞=∞+=⋅⋅=∞⇒+=≈⋅+⋅=∞=∞+=⋅⋅=∞⇒+=→→m r r v m r 0s r p c v m r m Q Q v m dm d d Q 0s Q p c v m p m d Q K e h K K K r s r s r s e s lim e s G s G K K s r s e K e h K K K Q K -K s Q s Q s e s lim e s G s G K K s G -K s Q s e ΔδΔΔΔδΔΔ(3)类似(2)的计算cm0.2940.03%))(-1/120(-2810.5)()(cm -0.9880.03%))(-1/120(-2810.03-56)()(≈⋅+=∞=∞≈⋅+⋅=∞=∞m r r m Q Q K e h K e h ΔΔ总结：比例带增大会导致残差增大。

(4)h的残差为零，因为PI调节器的积分作用为无差调节。

2.8被控对象传递函数为G(s)=K/s(Ts+1),如采用积分调节器，证明：积分速度S o 无论为何值，系统均不能稳定。

证：令1+G c(s)G(s)=1+[S o /s][K/s(Ts+1)]=0 Ts3+s2+KS o=0劳斯判据表：s3 T 0s2 1 KS os1 -TKS os0 KS o根的分布：左半平面1个，右半平面2个所以可知，S o无论为何值，系统均不能稳定。

2.10 一个自动控制系统，在比例控制的基础上分别增加:适当的积分作用；适当的微分作用。

试问：(1)这两种情况对系统的稳定性、最大动态偏差、残差分别有什么影响？(2)为了得到相同的系统稳定性，应如何调整调节器的比例带δ？并说明理由。

答：(1)I：稳定性变差，最大动态偏差变大，消除残差；D：稳定性变好，最大动态偏差减小，不能消除残差。

(2)I：因积分调节使系统稳定性变差，故可适当增大比例带，减弱比例调节作用；D：因为微分调节使系统稳定性变好，故可适当减小比例带，增强比例调节作用。

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