过程控制 习题与答案学习资料
过程控制课后习题答案
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:
答案:
2.试给出控制酒精灯火程序的过程控制图:
答案:
3.试给出用于检测温度的过程控制图:
答案:
4.试给出控制信号延时的过程控制图:
答案:
5.试给出用于控制自动给水机的过程控制图:
答案:
6.试分析控制温度过程所涉及的控制逻辑:
答案:
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:
答案:
8.试给出控制回路调节的过程控制图:
答案:
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:。
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。
过程控制复习题答案
过程控制复习题答案一、选择题1. 在过程控制中,闭环控制系统与开环控制系统的主要区别在于()。
A. 是否有反馈环节B. 是否使用计算机C. 是否有控制器D. 是否有执行器答案:A2. PID控制器中,P代表()。
A. 比例B. 积分C. 微分D. 预测答案:A3. 在过程控制中,以下哪个不是控制系统的基本组成部分()。
A. 被控对象B. 测量元件C. 操作人员D. 控制器答案:C二、填空题1. 过程控制中,控制器的输出信号通常驱动_______来改变被控变量。
答案:执行器2. 闭环控制系统的控制目标是使被控变量保持在_______值。
答案:设定点3. 在PID控制器中,积分作用可以消除系统的_______误差。
答案:稳态三、简答题1. 简述过程控制中前馈控制与反馈控制的主要区别。
答案:前馈控制是在干扰发生之前,根据干扰的预测值来调节控制器的输出,以抵消干扰的影响。
而反馈控制则是在干扰发生后,通过测量被控变量的实际值与设定值之间的偏差,来调节控制器的输出,以达到控制目的。
2. 描述PID控制器中比例、积分、微分三个作用的特点及其在控制系统中的作用。
答案:比例作用根据偏差的大小来调节输出,偏差越大,调节作用越强。
积分作用可以消除稳态误差,使系统达到无误差的稳态。
微分作用可以预测偏差的变化趋势,提前进行调节,从而提高系统的响应速度和稳定性。
四、计算题1. 给定一个一阶系统,其时间常数为5秒,试计算在单位阶跃输入下,系统达到95%稳态值所需的时间。
答案:根据一阶系统的响应特性,达到95%稳态值所需的时间大约为3个时间常数,即15秒。
2. 对于一个二阶系统,其自然频率为4 rad/s,阻尼比为0.5,试计算系统的临界阻尼时间。
答案:临界阻尼时间可以通过公式\(\tau_c = \frac{1}{\omega_n\sqrt{1-\zeta^2}}\)计算,其中\(\omega_n\)为自然频率,\(\zeta\)为阻尼比。
(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。
过程控制课后习题答案
过程控制课后习题答案过程控制课后习题答案过程控制是一门涉及工程领域的重要学科,它主要研究如何通过控制系统来实现对工业过程的自动化控制。
在学习过程控制的过程中,课后习题是巩固知识和提高能力的重要途径。
下面将为大家提供一些过程控制课后习题的答案,希望能对大家的学习有所帮助。
1. 什么是过程控制系统?答案:过程控制系统是指通过传感器采集过程变量的信息,经过控制器进行处理,再通过执行器对过程进行调节,从而实现对过程的自动化控制的一种系统。
它由传感器、控制器和执行器组成。
2. 什么是反馈控制?答案:反馈控制是一种常见的控制方式,它通过比较实际输出与期望输出之间的差异,将差异信号作为反馈信号输入到控制器中,从而调整控制器的输出信号,使实际输出逐渐趋近于期望输出。
3. 什么是前馈控制?答案:前馈控制是一种通过提前预测未来的扰动信号,并将其作为控制器的输入信号进行补偿的控制方式。
它可以在扰动进入系统之前对其进行抵消,从而提高系统的稳定性和响应速度。
4. 什么是PID控制器?答案:PID控制器是一种常用的控制器类型,它由比例控制、积分控制和微分控制三个部分组成。
比例控制根据误差的大小来调整输出信号,积分控制根据误差的累积来调整输出信号,微分控制根据误差的变化率来调整输出信号。
PID控制器可以通过调节三个部分的参数来实现对系统的精确控制。
5. 什么是开环控制和闭环控制?答案:开环控制是指控制器的输出信号不受系统状态的反馈影响,只根据输入信号进行调节的一种控制方式。
闭环控制是指控制器的输出信号受到系统状态的反馈影响,通过比较实际输出与期望输出之间的差异来调节输出信号的一种控制方式。
闭环控制具有更好的稳定性和鲁棒性。
6. 什么是控制系统的稳定性?答案:控制系统的稳定性是指系统在受到扰动或参数变化时,能够保持输出信号在可接受范围内波动或迅速恢复到期望值的能力。
稳定性是控制系统设计中非常重要的一个指标,它可以通过系统的传递函数或状态方程进行分析和评估。
过程控制习题集.详解
过程控制习题集一、判断题1. 过程控制系统中,需要控制的工艺设备(塔、容器、贮糟等)、机器称为被控对象。
()2. 扰动量是作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。
()答案:扰动量是除操纵变量外作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。
3. 由调节器输出至被调参数间的所有环节称为干扰通道。
()答案:由调节器输出至被调参数间的所有环节称为调节通道。
4. 过程控制系统的偏差是指设定值与测量值之差。
()5. 由控制阀操纵,能使被控变量恢复到设定值的物料量或能量即为操纵变量。
()6. 按控制系统的输出信号是否反馈到系统的输入端可分为开环系统和闭环系统。
()7. 在闭环控制系统中,按照设定值的情况不同,可分为定值控制系统、前馈控制系统、程序控制系统。
()答案:在闭环控制系统中,按照设定值的情况不同,可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。
8. 在一个定值控制系统中,被控变量不随时间变化的平衡状态,也即被控变量变化率等于零的状态,称为系统的动态。
()答案:在一个定值控制系统中,被控变量不随时间变化的平衡状态,也即被控变量变化率等于零的状态,称为系统的静态,静态是一种相对静止状态。
9. 对一个系统总是希望能够做到余差小,最大偏差小,调节时间短,回复快。
()10. 时间常数越小,被控变量的变化越慢,达到新的稳态值所需的时间也越长。
()答案:时间常数越大,被控变量的变化越慢,达到新的稳态值所需的时间也越长。
11. 时间常数指当对象受到阶跃输入作用后,被控变量达到新稳态值的63.2 %所需要的时间。
()12. 对干扰通道时间常数越小越好,这样干扰的影响和缓,控制就容易。
()答案:时间常数越大越好,这样干扰的影响和缓,控制就容易。
13.放大倍数K 取决于稳态下的数值,是反映静态特性的参数。
()14.对象特性放大系数Κm是动特性,时间常数Tm和滞后时间τm是测量元件和变送器的静态特性。
()答案:对象特性放大系数Κm是静特性,时间常数Tm和滞后时间τm是测量元件和变送器的动特性。
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. 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 。
过程与控制部分课后题答案
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 ~;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1ACAT燃油PTPCTCTT引风机烟气冷油入口热油出口火嘴送风机空气1100%()y y σ=⨯∞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st :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;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;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是反馈控制系统;系统框图如图1-5如下:系统1 系统2图1-5 两个流量控制回路方框图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答: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控制系统的仪表都是安全火花型的吗为什么答:1是的; 2因为安全火花型防爆系统必备条件之一为:现场仪表必须设计成安全火花型;测量变送被控过程执行器测量变送被控过程执行器2.综合练习题3某化学反应过程规定操作温度为80±5℃,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1-8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由上图可得y ∞ = 81℃,设定值r=80℃, B1=85−81=4,B2=82−81=1 稳态误差e ∞ = r − y ∞ =80℃-81℃= −1℃ 衰减比:,最大超调量:过渡过程时间ts :大概在18min 左右;2虽然该系统最大超调满足要求,然而在规定操作温度为80℃,而最后趋于稳定的值却为81℃,因此不满足工艺要求;4图1-9所示为一类简单锅炉汽泡水位控制流程图,试画出该控制系统框图,并说明其被控过程、被控参数、控制参数和干扰参数各是什么图1-9 锅炉汽泡水位控制流程图 答:1控制系统框图如图1-10所示:图1-10 锅炉汽泡水位控制框图2被控过程:加热器+汽包; 被控参数:汽包水位; 控制参数:上水流量; 干扰参数:蒸汽流量变化; 1.基本练习题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 所以仪表精度等级为级LTLC蒸汽汽包加热室水1244:11B n B ===()()8581100%100% 4.938%()81p y t y y δ-∞-=⨯=⨯=∞液位控制器上水调节阀汽包液位变送器液位设定-蒸汽流量变化实际液位%4.0%1005002±=⨯±=δ4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:仪表精度等级至少为级; 或者5有一台DDZ-Ⅲ型两线制差压变送器,已知其量程为20~100kPa,当输入信号为40kPa 和80kPa 时,变送器的输出分别是多少答: 由题可得:变送器输出的分别是8mA 和16mA;12某被测温度信号在40~80℃范围内变化,工艺要求测量误差不超过±1%,现有两台测温仪表,精度等级均为级,其中一台仪表的测量范围为0~100℃,另一台仪表的测量范围为0~200℃,试问:这两台仪表能否满足上述测量要求答: 由题可得:这两台仪表均不能满足上述测量要求; 13热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿其补偿方法常采用哪几种答:1只有当热电偶的冷端温度恒定时,其热电动势才是单值函数;依据等值替换原理制成的补偿导线,虽然可以将冷端延伸到温度相对稳定的地方,但还不能保持绝对不变;因此,为了消除冷端温度不为零或变化时对测量精度的影响,可以进行冷端温度校正; 2补偿方法常采用查表校正法和电桥补偿法;2.综合练习题5用差压变送器与标准孔板配套测量管道介质流量;若差压变送器量程为0~410Pa,对应输出信号为4~20mA DC,相应流量为0~320m3/h;求差压变送器输出信号为8mA DC 时,对应的差压值及流量值各是多少答:根据题意可知: 斜率差压值y = 2500pa流量值 3.设计题1用分度号为K 的镍铬-镍硅热电偶测量温度,在无冷端温度补偿的情况下,显示仪表指示值为600℃,此时冷端温度为50℃;试问:实际温度是多少如果热端温度不变,使冷端温度为20℃时,此时显示仪表指示值应为多少2500100004204=⨯-=k 160320100002500=⨯=p hm /3答:1已知冷端温度为50℃,由分布表可查得0E(t ,0)=E(50,0)=2.022mV又已知热电动势E=+= 所以实际温度为648℃;2当冷端温度为20℃时,热电势为 mV mV mV当冷端温度为20℃时,显示仪表指示值为629℃;1.基本练习题1在过程控制中,哪些仪表是属于过程控制仪表在过程控制系统中,大多数调节器是电动的,而执行器多数是气动的,这是为什么气动单元组合仪表与电动单元组合仪表各单元之间的标准统一信号又是如何规定的答: 1在过程控制中,过程控制仪表有:调节器、电/气转换器、执行器、安全栅等;2调节器选电动的因为电源的问题容易解决,作用距离长,一般情况下不受限制;调节精度高,还可以实现微机化;执行器多数是气动的,因为执行器直接与控制介质接触,常常在高温、高压、深冷、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、易爆等恶劣条件下工作,选气动的执行器就没有电压电流信号,不会产生火花,这样可以保证安全生产和避免严重事故的发生;3气动仪表的输入输出模拟信号统一使用~ 的模拟气压信号;电动仪表的输入输出模拟信号有直流电流、直流电压、交流电流和交流电压四种;各国都以直流电流和直流电压作为统一标准信号;过程控制系统的模拟直流电流信号为4~20mA DC,负载250 Ω ;模拟直流电压信号为1~5V DC;2某比例积分调节器的输入、输出范围均为4~20mADC,若设100%δ=、12min T =,稳态时其输出为6mA ;若在某一时刻输入阶跃增加1mA,试求经过4min 后调节器的输出;答:由比例积分公式3-1所示:3-1 依题意:,即Kp =1, e =1;稳态时:y0=6mA,4min 后:6调节器的正、反作用是如何规定的答:若调节器输出随反馈值输入的增加而增加,称为正作用调节器,反之为反作用调节器; 正作用:偏差=测量值-给定值; 反作用:偏差=给定值-测量值;111y e edt P T ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭⎰%1001==pK p mAdt T e P y y 9)4211(16e 11410=⨯+⨯+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎰26.17626.126630106290.425C --⨯≈︒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答:1执行器由执行机构和调节机构调节阀两部分组成;在过程控制系统中,他接受调节器输出的控制信号,并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积,以控制流入或流出被控过程的物料或能量,从而实现对过程参数的自动控制;2特点:气动执行器具有结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便、防火防爆的等优点,电动执行器优点是能源取用方便;信号传输速度快和便于远传,缺点就是结构复杂;价格贵,适用于防爆要求不高或缺乏气源的场所;11什么叫气开式执行器和气关式执行器它们是怎样组合的试举两例分别说明它们的使用;答:1所谓“气开”,是指当前气压信号p>时,阀由关闭状态逐渐打开;“气关”则相反,即指当前气压信号p>时,阀由全开状态逐渐关闭; 2组合如表3-1所示: 表3-1 执行器组合表3举例:一般加热器选用“气开”式,这样当控制信号中断时,执行器处于关闭状态,停止加热,使设备不会因为温度过高发生事故或危险; 又如,锅炉进水的执行器则应选用“气关”式,即当控制信号中断时,执行器处于打开状态,保证有水进入锅炉,不致产生烧干或爆炸事故;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;快开流量特性是指在小开度时就有较大的流量随着开度的增大,;流量很快达到最大,故称为快开特性;4阻力系数S 定义为阀全开时阀前后压差minp V ∆与系统总压差p ∆的比值;5S=1时,工作流量特性为理想流量特性;当S<1时,阀全开时流量特性减小,随着S 减小,直线特性趋向快开特性,对数特性趋向直线特性,S 值愈小,流量特性变形程度愈大;2.综合练习题5如图3-7所示,冷物料通过加热器用蒸汽对其加热;在事故状态下,为了保护加热器设备的安全即耐热材料不被损坏,现在蒸汽管道上有一只气动执行器,试确定其气开、气关形式,并画出由PID 电动器构成的控制系统结构框图;答:1应选用气开形式,当出现故障导致信号中断时,执行器处于关闭状态,保证耐热材料不被损坏;2框图如图3-8所示:图3-8 系统框图 1.基本练习题1什么是被控过程的特性什么是被控过程的数学模型为什么要研究过程的数学模型目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种 答:1过程控制特性指被控过程输入量发生变化时,过程输出量的变化规律;2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; 3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; 4机理演绎法和实验辨识法; 2.综合练习题 1如图4-6所示,1q 为过程的流入量,2q 为流出量,h 为液位高度,C 为容量系数;若以1q 为过程的输入量,h 为输出量被控量,设1R 、2R 为线性液阻,求过程的传递函数01()()/()G s H s Q s =;答: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如式4-7所示: 4-7图3-7蒸汽加热12d hQ Q Cdt∆∆-∆=22212h Q R d h R Q CR h ∆⎧∆=⎪⎪∆⎪∆=+∆⎨PID 控制器气动执行器加热器液位变送器设定值-e实际值u(t)中间变量:4-8传递函数如式4-9所示:4-9 如果考虑管道长度l, 即出现纯时延,由于管道流量恒定,所以其传递函数如式4-10所示:4-10 1.基本练习题4什么叫比例度它是怎样定义的答:比例度表示调节阀开度改变即从全开到全关时所需的系统被调量的允许变化范围;也就是说,只有当被调量处在这个范围之内时,调节阀的开度变化才与偏差成比例;若超出这个范围,调节阀则处于全开或全关状态,调节器将失去其调节作用;5比例控制对控制质量有什么影响答:1比例调节是一种有差调节,即当调节器采用比例调节规律时,不可避免的会使系统存在稳态误差;或者说,比例调节器是利用偏差实现控制的,它只能使系统输出近似跟踪给定值;2比例调节系统的稳态误差随比例度的增大而增大,若要减小误差,就需要减小比例度,即需要增大调节器的比例增益; 3比例调节不适用于给定值随时间变化的系统;4增大比例调节的增益不仅可以较少系统的稳态误差,而且还可以加快系统的响应速度; 6在保持稳定性不变的情况下,比例微分控制系统的残差为什么比纯比例控制的残差要小答:因为比例微分控制能提高系统的稳定性、抑制过渡过程的动态偏差,这是由于微分作用总是力图阻止系统被调量的变化,而使过渡过程的变化速度趋于平缓;Q lτ=2012()()()1R H s W s Q s CR S ==+2012()()()1SR H s W s eQ s CR S τ-==+7在保持稳定性不变的情况下,在比例控制中引入积分作用后,为什么要增大比例度积分作用的最大优点是什么答:1因为采用积分调节时系统的开环增益与积分速度成正比,增大积分速度会增强积分效果,从而导致系统稳定性降低; 2积分作用最大的优点是可以提高系统的无差度,也就是提高系统的稳态控制精度; 8微分控制规律对纯时延有无作用,为什么 答:1微分调节对于纯时延过程是无效的;2由于在纯时延时间里参数的变化率为零,所以微分环节对纯滞后是无效的; 9调节器参数都有哪些工程整定方法,各有什么特点,分别适用于什么场合答:1临界比例度法:是一种闭环整定方法,它是直接在闭环系统中进行,不需要测试过程的动态特性,其方法简单,使用方便,因而广泛使用;缺点是对生产工艺过程不能反复做振荡实验、对比例调节本质稳定的被控系统并不适用;2衰减曲线法:该方法与临界比例度法相类似,所不同的是无需出现等幅振荡过程;适用于多数过程,最大的缺点是较难准确确定4:1的衰减程度;尤其是对于一些干扰比较频繁、过程变化较快的控制系统;3响应曲线法:这是一种开环整定方法,利用系统广义过程的阶跃响应曲线对调节器参数进行整定;这种方法适应性较广,为调节器参数的最佳整定提供可能;2.综合练习题1试以一阶惯性过程为例,试计算并分析比例控制对控制质量超调量、调节时间、稳态误差的影响; 答:一阶惯性过程传递函数是:,若采用比例控制其输出与偏差的关系为()()c y t K e t =,比例调节中比例系数过小会导致过程出现振荡情况,增大比例系数,调节速度加快,稳态误差减少,但过大会是超调量增大,振荡次数增加,调节时间加长,甚至导致系统不稳定;3.设计题1如图5-8所示的换热器,用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定温度;生产工艺要求热水温度维持在一定范围℃℃11+≤∆≤-T ,试设计一个简单的温度控制系统,并指出调节器类型;答:1、被控参数:热水的温度; 2、控制参数:热蒸汽的流量蒸汽管道上的阀门开度; 3、测温元件及其变送器的选择:选取热电阻,并配上相应温度变送器; 4、调节阀的选择:根据实际生产需要与安全角度考虑,选择气开阀; ()1kG s Ts =+调节器选PID 或PD 类型的调节器,由于调节阀为气开式无信号时关闭,故vK 为正,当被控过程输入的蒸汽增加时,水温升高,故为0K 正,正作用过程,测量变送mK 为正,为使整个系统中各环节静态放大系数乘积为正,调节器cK 应为正,所以选用反作用调节器;1.基本练习题1与单回路控制系统相比,串级控制系统有什么结构特点答:串级控制系统在结构上增加了一个测量变送器和一个调节器,形成了两个闭合回路,其中一个称为副回路,一个称为主回路;由于副回路的存在,使得控制效果得到了显著的改善;2前馈控制与反馈控制各有什么特点为什么采用前馈-反馈控制系统能改善控制品质答:前馈控制的特点:开环控制、比反馈控制及时、可以作为专用调节器;反馈控制的特点:属于闭环控制、可以抑制干扰对被控对象的影响、能够使被控参数稳定在设定值上保证系统的较高控制质量; 采用前馈-反馈控制系统能改善控制品质是因为该复合控制系统一方面利用前馈控制制及时有效的减少干扰对被控参数的影响;另一方面则利用反馈控制使参数稳定在设定值上,从而保证系统有较高的控制质量;9串级控制系统主调节器正、反作用的确定是否只取决于主被控过程放大系数的符号而与其他环节无关为什么答:1不对;2主、副调节器的正反作用方式选择的方法是:首先根据工艺要求决定调节阀的气开、气关形式,并决定负调节器的正、反作用;然后根据主、副过程的正、反形式最终确定主调节器的正反作用形式;11在图6-1所示加热炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统中,工艺要求一旦发生重大事故,应立即切断燃料油的供应;要求:1画出控制系统的框图;2确定调节阀的气开、气关型式;3确定主、副调节器的正、反作用方式答:1串级系统方框图如图6-2所示:副回路选择加热炉炉膛温度控制,消除F1S 干扰;图6-1加热炉温度串级控制系统 图6-2加热炉温度串级控制系统方框图 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,主副调节器都选择反作用方式;12图6-3所示为精馏塔塔釜温度与蒸汽流量的串级控制系统;生产工艺要求一旦发生事故应立即停止蒸汽的供应;要求: 1画出控制系统的框图;2确定调节阀的气开、气关型式;3确定主、副调节器的正、反作用方式;1控制系统的框图如图6-4所示:图6-3 温度、流量串级控制系统 图6-4温度、流量串级控制系统框图2)调节阀:气开形式;这是因为当控制系统一旦出现故障,调节阀必须关闭,以使切断整齐的供应,确保设备的安全; 3)3主调节器:反作用方式;负调节器:反作用方式; 1.基本练习题1什么叫比值控制系统它有哪几种类型画出它们的原理框图;答:1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: 的控制系统;2比值控制系统的类型:开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统; 3结构原理图分别如图7-1,图7-2,图7-3,图7-4所示:控制器对象控制阀测量变送-F 1F 2FC(a )原理图(b )方框图21F K F图7-1开环比值控制系统a 开环比值控制系统原理图b 开环比值控制系统方框图图7-2单闭环比值控制系统(a )单闭环比值控制系统原理图 b 单闭环比值控制系统方框图图7-3双闭环比值控制系统b 双闭环比值控制系统方框图 (a) 原理图(b) 方框图(b )方框图图7-4变比值控制系统a变比值控制系统原理图 b变比值控制系统方框图5什么是均匀控制常用均匀控制方案有哪几种试述设置均匀控制的目的与要求;答:1均匀控制是将两种控制统一在一个控制系统中,从系统内部解决两种工艺参数供求之间的矛盾的控制系统;2常用的均匀控制方案有:简单均匀控制系统、串级均匀控制系统;3设置均匀控制的目的是使前后设备的工艺参数相互协调、统筹兼顾,以确保生产的正常进行;要求是完成生产工艺所要求的特殊控制任务;8什么叫分程控制与前述过程控制方案如单回路、串级等相比,有何特点答:1根据工艺要求,需将调节器的输出信号分段,去分别控制两个或两个以上的调节阀,以便使每个调节阀在调节器输出的某段信号范围内全行程动作,这种控制系统被称为分程控制系统;2特点:在一般的过程控制系统中,通常是调节器的输出只控制一个调节阀;但在分程控制系统中,将调节器的输出信号分段,去分别控制两个或两个以上的调节阀;10什么叫选择性控制试述其常用的系统分类及应用;答:1选择性控制是指将工艺生产过程的限制条件所构成的逻辑关系叠加到正常自动控制系统上而形成的一种控制方法;2自动选择性控制系统按选择器所选信号不同大致可分为两类;选择调节器的输出信号,应用实例:锅炉燃烧过程压力自动选择性控制系统;选择变送器的输出信号,应用实例:化学反应过程峰值温度选择性控制系统;。
过程控制技术课后习题答案
过程控制技术课后习题答案过程控制技术课后习题答案过程控制技术是一门应用广泛的工程学科,它研究如何通过对工业过程进行监测和控制,使得系统能够在预期的工作条件下稳定运行。
对于学习过程控制技术的学生来说,课后习题是巩固知识、提高能力的重要环节。
下面是一些常见的过程控制技术课后习题及其答案,供大家参考。
1. 什么是PID控制器?它有哪些基本参数?PID控制器是一种常见的控制器,它通过测量过程变量与设定值之间的误差,计算出控制量的调节量,从而实现对过程的控制。
PID控制器的基本参数包括比例增益(Kp)、积分时间(Ti)和微分时间(Td)。
2. 什么是反馈控制?它与前馈控制有什么区别?反馈控制是根据系统输出的信息来调节系统输入的控制方法。
它通过不断测量系统输出与设定值之间的误差,并根据误差的大小来调整系统输入,使得系统能够稳定工作。
与之相对应的是前馈控制,前馈控制是根据系统输入的信息来调节系统输出的控制方法。
它通过预先知道系统输入与输出之间的关系,提前调整系统输入,使得系统能够达到期望的输出。
3. 什么是开环控制?它与闭环控制有什么区别?开环控制是指控制器的输出不受系统输出的影响,只根据设定值来调节系统输入的控制方法。
它没有对系统输出进行测量和反馈,容易受到干扰的影响,系统稳定性较差。
闭环控制是指控制器的输出受到系统输出的影响,根据系统输出与设定值之间的误差来调节系统输入的控制方法。
它能够根据系统的实际情况进行调节,具有较好的稳定性和鲁棒性。
4. 什么是控制系统的稳定性?如何判断一个控制系统是否稳定?控制系统的稳定性是指系统在受到外界干扰或参数变化的情况下,能够保持输出在可接受范围内的能力。
判断一个控制系统是否稳定通常可以通过判断系统的传递函数的极点位置来进行。
如果系统的所有极点都位于左半平面,则系统是稳定的;如果存在极点位于右半平面,则系统是不稳定的。
5. 什么是模糊控制?它与传统控制方法有什么不同?模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法,它模拟人类的思维方式,通过模糊集合和模糊规则来处理模糊信息,实现对系统的控制。
过程控制练习题(带答案)
练习题一、填空题1.定比值控制系统包括:(开环比值控制系统)、(单闭环比值控制系统)和(双闭环比值控制系统)。
2.控制阀的开闭形式有(气开)和(气关)。
3.对于对象容量滞后大和干扰较多时,可引入辅助变量构成(串级)控制系统,使等效对象时间常数(减少),提高串级控制系统的工作频率。
4.测量滞后包括测量环节的(容量滞后)和信号测量过程的(纯滞后)。
5.锅炉汽包水位常用控制方案为:(单冲量水位控制系统)、(双冲量控制系统)、(三冲量控制系统)。
6.泵可分为(容积式)和(离心式)两类,其控制方案主要有:(出口直接节流)、(调节泵的转速)、(调节旁路流量)。
7.精馏塔的控制目标是,在保证产品质量合格的前提下,使塔的总收益最大或总成本最小。
具体对一个精馏塔来说,需从四个方面考虑,设置必要的控制系统,分别是:物料平衡控制、(能量平衡控制)、(约束条件控制)和(质量控制)。
1.前馈控制系统的主要结构形式包括:单纯的前馈控制系统、(前馈反馈控制系统)和(多变量前馈控制系统)。
2.反馈控制系统是具有被控变量负反馈的闭环回路,它是按着(偏差)进行控制的;前馈控制系统是按(扰动)进行的开环控制系统。
3.选择性控制系统的类型包括:(开关型)、(连续型)和(混合型)。
4.常用控制阀的特性为(线性)、(快开)、(对数)、和(抛物线)特性。
5.阀位控制系统就是在综合考虑操纵变量的(快速性)、(经济性)、(合理性)、和(有效性)基础上发展起来的一种控制系统。
6.压缩机的控制方案主要有:(调速)、(旁路)和节流。
7.化学反应器在石油、化工生产中占有很重要的地位,对它的控制一般有四个方面,分别是:物料平衡控制、(能量平衡控制)、(质量控制)和(约束条件控制)。
二、简答题1.说明生产过程中软保护措施与硬保护措施的区别。
答:所谓生产的软保护措施,就是当生产短期内处于不正常情况时,无须像硬保护措施那样硬性使设备停车,而是通过一个特定设计的自动选择性控制系统,以适当改变控制方式来达到自动保护生产的目的。
《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。
过程控制工程题库与参考答案
过程控制工程题库与参考答案一、单选题(共80题,每题1分,共80分)1、某生产工艺要求两种物料的流量比值维持在0.4,已知Q1max=3200kg/h,Q2max=800kg/h,流量采用孔板配压差变送器进行测量,并在变送器后加开方器。
试分析采用何种控制方案最合理?仪表比值系数( )A、开环比值控制系统,K’=0.4B、变比值控制系统,K’=4C、单闭环比值控制系统,K’=1.6D、双闭环比值控制系统,K’=1正确答案:C2、既发挥了前馈对主要干扰克服的及时性,又保持了反馈控制能克服多种干扰,保持被控变量稳定性的控制是( )。
A、静态前馈B、动态前馈C、前馈串级D、前馈反馈正确答案:D3、串级调节系统中,主.副参数要求都较高时,主.副调节器的调节规律应选( )。
A、主调节器PI.副调节器PB、副调节器PC、主调节器P.副调节器PID、主调节器PI或PIE、主调节器PI.副调节器PI正确答案:E4、串级调节系统利用主.副两个调节器串在一起来稳定( )。
A、副对象B、副参数C、主参数D、主对象正确答案:C5、在扰动作用下,前馈控制在补偿过程中不考虑动态响应,扰动和校正之间与时间变量无关的前馈是( )。
A、前馈反馈B、前馈串级C、静态前馈D、动态前馈正确答案:C6、串级调节系级统中,主调节器的作用方式的选择与( )无关。
A、副调节器作用方式B、调节阀C、主对象D、主测量装置正确答案:B7、在合成纤维锦纶生产中,熟化罐的温度是一个重要的参数,其期望值是一已知的时间函数,则熟化罐的温度控制系统属于( )。
A、定值控制系统B、随动控制系统C、程序控制系统D、均匀控制系统正确答案:B8、前馈控制比反馈控制的速度( )。
A、无法区分B、一样C、慢D、快正确答案:D9、调节阀的作用方向为“正”方向的是( )。
A、反作用执行机构B、正作用执行机构C、气关阀D、气开阀正确答案:D10、锅炉液位的双冲量控制系统是( )。
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。
过程控制工程习题及答案
过程控制工程习题及答案过程控制工程习题及答案过程控制工程是一门涉及控制系统设计和优化的学科,它在工业生产中起着重要的作用。
为了帮助学习者更好地掌握这门学科,下面将提供一些过程控制工程的习题及其答案,希望对大家有所帮助。
习题一:传感器和执行器1. 什么是传感器?它在过程控制中的作用是什么?答案:传感器是一种能够将物理量转化为电信号的装置。
在过程控制中,传感器的作用是将被控对象的物理量转化为电信号,以便控制系统能够对其进行监测和控制。
2. 请列举几种常见的传感器类型及其应用领域。
答案:常见的传感器类型包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器等。
它们在工业生产中广泛应用于温度控制、压力控制、流量控制、液位控制等方面。
3. 什么是执行器?它在过程控制中的作用是什么?答案:执行器是一种能够根据控制信号进行动作的装置。
在过程控制中,执行器的作用是根据控制系统的输出信号,对被控对象进行控制操作,以实现控制目标。
4. 请列举几种常见的执行器类型及其应用领域。
答案:常见的执行器类型包括电动执行器、气动执行器、液压执行器等。
它们在工业生产中广泛应用于阀门控制、电机控制、液压控制等方面。
习题二:控制系统设计1. 什么是反馈控制系统?它的基本结构是什么?答案:反馈控制系统是一种根据被控对象的输出信息对其进行控制的系统。
它的基本结构包括传感器、控制器、执行器和被控对象。
2. 请简要描述PID控制器的工作原理。
答案:PID控制器是一种常用的控制器类型,它基于被控对象的误差信号进行控制。
具体而言,PID控制器根据误差信号的比例、积分和微分三个部分的加权求和来计算控制输出信号,以实现对被控对象的控制。
3. 什么是前馈控制系统?它与反馈控制系统有何区别?答案:前馈控制系统是一种根据被控对象的预测信息对其进行控制的系统。
与反馈控制系统不同的是,前馈控制系统不需要通过传感器获取被控对象的实际输出信息,而是根据预测模型进行控制。
过程控制习题库含答案
单选题
执行机构当信号压力增大时,推杆下移的叫
正作用I反作用I气开式I气关
式
A
单选题
当执行机构为正作用,阀体为正装时。则为
正作用I反作用I气开式I气关式
C
单选题
下列控制系统中,哪些是开环控制
定值控制I随动控制I前馈控制I程序控制
C
单选题
衰减比是控制系统的O指标
快速性I可靠性I稳定性
C
单选题
实现给水全自动调节必须对水位测量信号进
ABC
多选题
自动调节系统中自动化装置包括
()O
变送器I调节器I调节阀I调节对象
ABC
多选题
有自平衡能力的对象可统一用
()特征参数表示。
迟延时间11响应速度£I自平衡率P
ABC
多选题
串级控制系统调节器参数整定的方法有
()O
逐步逼近整定法I两步整定法
I一步整定法
ABC
多选题
BT200手持终端有哪些功能
修改零点I修改量程I修改精度I诊断故障
行()0
温度修正I压力修正I误差
B
单选题
对调节系统最不利的干扰作用是()
阶跃干扰I尖脉冲干扰I宽脉冲干扰I随机干扰
B
单选题
理想的调节过程衰减比为()o
2:113:1|4:1
C
单选题
自动调节系统中都采用()。
正反馈I负反馈I正负反馈均可以
B
单选题
控制系统的偏差是()。
给定值减去测量值I测量值减去给定值I测量值与给定值差值的绝对值
()O
位置型I增量型I速度型I偏差系数型
ABCD
多选题
常规控制规律的描述方法有()。
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。
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( 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。
衡量系统稳定性也可以用衰减率© B BB4 .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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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。
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。
在自动化工作中,了解、研究控制系统动态比其静态更为重要。
因为在生产过程中,干扰是客观存在的,是不可避免的。
在扰动引起系统变动后,就需要通过控制装置不断地施加控制作用去消除干扰作用的影响,使被控变量保持在工艺生产所规定的技术指标上,以满足过程控制的要求。
一个正常工作的自动控制系统,时时刻刻都受到扰动的频繁作用,总是处在一种频繁的、不间断的动态过程中。
因此说研究控制系统的动态比其静态更有意义。
1-7 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 ;超调量:第一个波峰值1y 与最终稳态值y (∞)之比的百分数σ;1100%()y y σ=⨯∞ 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。
1-8 图1-2所示,是某温度记录仪上面画出的曲线图,试写出最大偏差、衰减比、余差、振荡周期,如果工艺上要求控制温度为(40±2 0C),哪么该控制系统能否满足要求?图1-2 扰动下的温度响应曲线解答:最大偏差:e max= 45-40 = 5 0C衰减比:n = B / B’= 4 / 1 .余差:C = 41-40 = 10C振荡周期:T= 18 -5 = 13 min终值在410C,误差± 1 0C,符合要求.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 。
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著,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。
时间才进入系统,并不影响控制系统的纯滞后的存在,相当于将扰动推迟品质;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。
t突然加一幅度为A的阶跃扰矩形脉冲法是当对象处于稳定状态时,在时间t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动,到1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。
第3章 习题与思考题3-1.简单控制系统由哪几部分组成?各部分的作用是什么?解答:简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。
检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。
控制器的作用是接受检测装置送来的信号,与给定值相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果送往执行器。