过程控制课后习题答案
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。
LTLC1Q 2Q A图1-6 控制系统流程图答:1)图为液位控制系统,由储水箱(被控过程)、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:控控控LC控控控控控控控A控控控控LT_2()Q t ()1Q t ()r t ()e t ()u t h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Q 2 (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(∞)=810-800=10衰减比:n=B 1/B 2=(850-810)/(820-810)=4 最大超调量:σ=(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︒C 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%4.0%1005002±=⨯±=δ 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±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:%22.0%10010010002±=⨯-±=δ仪表精度等级至少0.2以上。
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。
过程控制系统与仪表课后习题答案完整
过程控制系统与仪表课后习题答案完整第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: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》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。
过程控制与自动化仪表第三版课后答案
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:f(t)r(t)e(t)u(t)q(t)y(t)_控制器执行器被控过程z(t)检测变送装置图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:烟气引风机热油入口ACAT热油出口火嘴PTTTTC PC燃油图1-2加热炉过程控制系统流程干扰2干扰1给定值_TC_PC阀管道燃油压力加热炉热油出口温度PTTT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y与最终稳态值y(∞)之比的百分数:1σ=y1⨯100% 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s需要的时间;振荡频率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n工作周期,其倒数称为振荡频率;上升时间t:系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间;p峰值时间t:过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
(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。
过程控制系统第二版课后答案
过程控制系统第二版课后答案【篇一:过程控制系统与仪表课后习题答案完整版】>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
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。
过程控制工程课后习题参考答案
过程控制工程第一章单回路控制系统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;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一些为好,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;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;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:①影响物料出口温度的主要因素有哪些②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③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:①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;②被控变量应选择物料的出口温度,操纵变量应选择蒸汽流量;物料的出口温度是工艺要求的直接质量指标,测试技术成熟、成本低,应当选作被控变量;可选作操纵变量的因数有两个:蒸汽流量、物料流量;后者工艺不合理,因而只能选蒸汽流量作为操纵变量;③控制阀应选择气关阀,控制器选择正作用;图1-43为热交换器出口温度控制系统,要求确定在下面不同情况下控制阀的开闭形式及控制器的正反作用:①被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚;②被加热物料在温度过低时会发生凝结;③如果操纵变量为冷却水流量,该地区最低温度在0℃以下,如何防止热交换器被冻坏;答:TC冷却水物料被冷却物料①控制阀选气关阀,选反作用控制器;②控制阀选气开阀,选正作用控制器;③控制阀选气关阀,选反作用控制器;单回路系统方块图如图1-44所示;试问当系统中某组成环节的参数发生变化时,系统质量会有何变化为什么1若T0增大; 2若τ0增大; 3若T f增大; 4若τf增大;答:1T0 增大,控制通道时间常数增大,会使系统的工作频率降低,控制质量变差;2τ0 增大,控制通道的纯滞后时间增大,会使系统控制不及时,动态偏差增大,过渡过程时间加长;3Tf 增大,超调量缩小1/Tf倍,有利于提高控制系统质量;4τf 增大对系统质量无影响,当有纯滞后时,干扰对被控变量的影响向后推迟了一个纯滞后时间τf ;第二章串级控制系统2.1 与单回路系统相比,串级控制系统有些什么特点1 串级系统由于副回路的存在, 使等效副对象时间常数减小,改善了对象的特性,使系统工作频率提高;2 串级控制系统有较强的抗干扰能力,特别是干扰作用于副环的情况下,系统的抗干扰能力会更强;3 串级系统具有一定的自适应能力;2.2 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用方式只取决于主对象放大倍数的符号,而与其他环节无关主环内包括有主控制器,副回路,主对象和主变送器.而副回路可视为一放大倍数为“1”的环节,主变送器放大倍数一般为正,所以主控制器的正反作用只取决于主对象放大倍数的符号;如果主对象放大倍数的符号为正,则主控制器为反作用,反之, 则主控制器为正作用;2.5 试说明为什么整个副环可视为一放大倍数为正的环节来看副回路所起的作用是使副变量根据主调节器输出进行控制,是一随动系统;因此整个副回路可视为一放大倍数为正的环节来看;2.6 试说明在整个串级控制系统中主、副控制器之一的正、反作用方式选错会造成怎样的危害当主、副控制器有一个正反作用方式选错时,就会造成系统的主回路或副回路按正反馈控制,当被控变量出现偏差时,系统不仅不向着消除偏差的方向校正,反而使被控变量远离给定值;2.7 图2-20所示的反应釜内进行的是化学放热反应,,而釜内温度过高会发生事故,因此采用夹套通冷却水来进行冷却,以带走反应过程中所产生的热量;由于工艺对该反应温度控制精度要求很高,单回路满足不了要求,需用串级控制;⑴当冷却水压力波动是主要干扰时,应怎样组成串级画出系统结构图;⑵当冷却水入口温度波动是主要干扰时,应怎样组成串级画出系统结构图;⑶对以上两种不同控制方案选择控制阀的气开、气关形式及主、副控制器的正、反作用方式;1选冷水流量为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.2夹套温度为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.2.8 图2-21为一管式炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统;要求:⑴选择阀的开闭形式⑵确定主、副控制器的正、反作用方式⑶在系统稳定的情况下,如果燃料压力突然升高,结合控制阀的开闭形式及控制器的正、反作用方式,分析串级系统的工作过程;1 气开阀2主控制器反作用,副控制器反作用;3如果燃料气的P1突然生高,副回路首先有一个“粗调”:P1↑→F1↑→T2↑→u2↓→ F1↓没有完全被副回路克服的部分干扰,通过主回路“细调”:T2↑→T1↑→u1↓→ F1↓→T2↓→T1↓2.9 某干燥器采用夹套加热和真空吸收并行的方式来干燥物料;干燥温度过高会使物料物性发生变化,这是不允许的,因此要求对干燥温度进行严格控制;夹套通入的是经列管式加热器加热的热水,而加热器采用的是饱和蒸汽,流程如图2-22所示;要求:⑴如果冷却水流量波动是主要干扰,应采用何种控制方案为什么⑵如果蒸汽压力波动是主要干扰,应采用何种控制方案为什么⑶如果冷却水流量和蒸汽压力都经常波动,应采用何种控制方案为什么1以热水温度为副变量,干燥器出口温度为主变量,蒸汽流量为操纵变量构成温度温度串级系统,冷水流量单独设计流量单回路系统理由:当被控变量为干燥器出口温度时,不宜选冷水流量做操纵变量,故单独设计流量单回路系统抑制冷水流量波动;以干燥器出口温度为被控量、蒸汽流量为操纵变量的控制系统中,控制通道太长,存在较大的时间常数和纯滞后,故选择换热器出口温度为副变量,构成串级系统,利用副回路减小等效时间常数;2 以热水温度为为副变量,干燥器的温度为主变量串级系统;理由:将蒸汽压力波动这一主要干扰包含在副回路中, 利用副回路的快速有效克服干扰作用抑制蒸汽压力波动对干燥器出口的温度的影响.3 采用与1相同方案;理由同1;第三章 比值控制系统比值与比值系数的含义有什么不同它们之间有什么关系答:①比值指工艺物料流量之比,即从流量与主流量之比:;比值系数指副、主流量变送器输出电流信号之比,即:二者之间的关系由下式决定:变送器输出与流量成线性关系时变送器输出与流量成平方关系时用除法器进行比值运算时,对输入信号的安排有什么要求为什么答:应使除法器输出小于1;除法器输出值既仪表比值系数,需要通过副流量调节器的内给定设置,大于1无法设定、等于1无法现场整定;什么是比值控制系统它有哪几种类型画出它们的结构原理图;答: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:12F F K = 的控制系统;比值控制系统的类型:开环、单闭环、双闭环、变比值、串级-比值控制系统; 原理图见教材;用除法器组成比值系统与用乘法器组成比值系统有何不同之处答:① 系统结构不同,实现比值控制的设备不同;② 比值系数的设置方法不同,乘法方案通过在乘法器的一个输入端,输入一个外加电流信号I 0设置;除法方案通过副流量调节器的内给定设置;12F F K =min1min2I I I I K --='m ax 2m ax1F F K K ='2m ax 2m ax 1)(F F K K ='在用除法器构成的比值控制系统中,除法器的非线性对比值控制有什么影响 答:除法器环节的静态放大倍数与负荷成反比;为什么4:1整定方法不适用于比值控制系统的整定答:单闭环比值控制系统、双闭环的副流量回路、变比值回路均为随动控制系统,希望副流量跟随主流量变化,始终保持固定的配比关系;出现4:1振荡时,固定配比关系不能保证;当比值控制系统通过计算求得比值系数1K >' 时,能否仍用乘法器组成比值控制为什么能否改变一下系统结构,仍用乘法器构成比值控制答:当比值控制系统通过计算求得比值系数大于1时,不能用乘法器组成比值控制;因为当1K >'时,计算所得的乘法器的一个外加输入电流信号I 0大于20mA,超出乘法器的输入范围;不用改变系统结构,只要调整F 2max 保证K '〈1 即可;一比值控制系统用DDZ-III 型乘法器来进行比值运算乘法器输出416)4I )(4I (I 01+--=', 其中I 1与I 0分别为乘法器的两个输入信号,流量用孔板配差压变送器来测量,但没有加开方器,如图所示;已知h /kg 2000F ,h /kg 3600F max 2max 1==,要求:① 画出该比值控制系统方块图;② 如果要求1:2F :F 21=,应如何设置乘法器的设置值0I解:①方框图如下:0I1I 2F - 2I1F② 乘法器 控制器 调节阀测量变送器2测量变送器1 流量对象 21221max 2max 1213600()()0.8122000F K F F K K F =='==⨯=,由于流量用孔板配差压变送器,没加开方器,所以12I I =‘系统稳定时: 2111'1004444(4)(4)44,0.811616I I K I I I I I I K --==-----'=+⇒==‘’0164160.81416.96I K mA'=+=⨯+=某化学反应过程要求参与反应的A 、B 两物料保持5.2:4F :F B A =的比例,两物料的最大流量h m F h m F B A /290,/6253max 3max ==;通过观察发现A 、B 两物料流量因管线压力波动而经常变化;根据上述情况,要求:① 设计一个比较合适的比值控制系统;② 计算该比值系统的比值系数K ';③ 在该比值系统中,比值系数应设置于何处 设置值应该是多少假定采用DDZ-III 型仪表;④ 选择该比值控制系统控制阀的开闭形式及控制器的正、反作用;解:①系统设计如下:②81.1)29062545.2()F F K (K 22max B max A =⨯==' ③1K ≤',所以要将max B F 调大;所以 625.39062545.2KF F Amxa max B =⨯=≥取450max =B F 75.0)45062545.2()(22max max =⨯=='B A F F K K 比值系数K '通过I 0设置,mA K I 164160=+'=④选择A 阀为气开阀,主对象为正环节,测量变送为正环节,则主调节器为反作用;选取B 阀为气开阀,副对象为正环节,测量变送为正环节,则副调节器为反作用;在硝酸生产过程中有一氧化工序,其任务是将氨氧化成一氧化氮;为了提高氧化率,要求维持氨与氧的比例为2:1;该比值控制系统采用如图所示的结构形式;已知h /m 5000F ,h /m 12000F 3max 3max ==氧氨;试求比值系数K ’= 如果上述比值控制用DDZ-II 型仪表来实现,比值系数的设置0I 应该是多少解:12.150001200021F F K K max max≥=⨯=='氧氨 调整副流量的测量上限,使K <1’取8.0='K ,则7500max =氧F 即可;对于DDZ-II,mA K I 88.010100=⨯='=有一个比值控制系统如图所示;图中k 为一系数;若已知k=2,h /kg 1000F ,h /kg 300F max B max A ==,试求?K =' K=解:211='==K k I I A B 21)1000300K ()F F K(K 22max B max A ===' 36.2K =⇒一双闭环比值控制系统如图所示;其比值用DDZ-III 型乘法器来实现;已知h /kg 4000F ,h /kg 7000F max 2max 1==;要求:① 画出该系统方块图;② 若已知mA 18I 0=求该比值系统的比值K= 比值系数?K =' ③ 待该比值系统稳定时,测m A 10I 1=,试计算此时2I =解:①②12I I =‘系统稳定时: 2111'1004444(4)(4)44,1616I I K I I I I I I K --==-----'=+⇒=‘’③ 001max 2max 2max 1max 164, 18140.875160.8754000170002I K I mA K F K K F F K K F '=+='⇒=='=⨯'===212144(4)40.875(104)49.25I K I I K I mA -'=-'=-+=⨯-+=。
过程控制系统与仪表课后习题答案完整版
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)。
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。
过程控制与自动化仪表第三版课后答案
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: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1y 与最终稳态值y (∞)之比的百分数:1100%()y y σ=⨯∞ 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p t :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。
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 。
最新过程控制-李文涛-课后习题答案
最新过程控制-李⽂涛-课后习题答案不知道谁弄的和我们要求的课后作业相似度很⼤,值得参考,另外答案准确度应该还⾏超调量B —第⼀个波峰值与新稳定值之差 B=843-808=35 C衰减⽐B1 : B2 — 相邻两个波峰值之⽐ (843-808)/(815-808)=5余差值被控变量的新稳定值与给定值之偏差C=808-800=8 C 振荡周期过渡过程同向两个波峰间间隔时间为周期T=20-5=15min⼯艺规定的操作温度为 800± 9) C ,表⽰给定值为800 C ,余差为9 C ,由(1)得出的最⼤偏差A=43 C <50 C ,余差C=8 C <9 C ,所以该系统满⾜要求 T2.8(2)由图可知:.=30s,T =250 -30 =220s, k =[y(::) - y(0)] / ? :x = (196 - 0)/(196* 10%) =10(阶跃扰动为稳态值的 10%,即k=10)(P36)计算法:阶跃响应表达式y°(t)⼆y(t)/yC :)0(t<£)Yt-2).1 _e"^(ti )T1.6(1)最⼤偏差A —被控变量偏离给定值的最⼤数值(给定值为 800) A=843-800=43 C y °(t )(1.1)T3.10⼤修后变送器的量程由500C 变为300-200=100C ,变送器的放⼤倍数将发⽣变化,从⽽导致⼴义对象特性放⼤倍数发⽣变化:选取 t1=140s,t2=250s 对应h o(t 1),h o(t 2),其中t2>t1> . _(t1⑵」2⼯)由式(门)可得h o (tl ) =1 —e F , h o (t2) =1 —e F取⾃然对数并联⽴求解,得t2-11t2 In [1-4如)]七 In [1-h °(t2)]h (h(1.3)为计算⽅便,选取 h 0(t1) =0.39,h °(t2) =0.632代⼊式(1.2)和(1.3)则T=2( t2-t1)= 2 (250 -140) = 220s ;.=2t1 -12 = 2 140—250 = 30s ;k ⼆[y (:J - y (0)]/ :x=(196-0"T3.9(1) 影响物料岀⼝温度的主要因素有:蒸汽压⼒、流量,冷物料温度、压⼒、流量。
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. . . . .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。
试画出该温度控制系统的方块图,并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么?并说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。
. . . . .题1-11图反应器温度控制系统解该温度控制系统的方块图题解1-11图反应器温度控制系统方块图其中,被控对象:反应器;被控变量:反应器内的温度;操纵变量:冷却水流量。
可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量,冷却水的压力、温度,环境温度的高低等。
若当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时,其测量值与给定值比较,获得偏差信号,经温度控制器运算处理后,输出控制信号去驱动控制阀,使其开度增大,冷却水流量增大,这样使反应器内的温度降下来。
所以该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环控制系统。
1-12 题1-11图所示的温度控制系统中,如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值,试说明此时该控制系统的工作情况,此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控变量影响的?解:当反应器内的温度超过给定值(即升高)时,温度测量元件测出温度值与给定值比较,温度控制器TC将比较的偏差经过控制运算后,输出控制信号使冷却水阀门开度增大,从而增大冷却水流量,使反应器内的温度降下来,这样克服干扰作用对被控变量影响1-13 按给定值形式不同,自动控制系统可分哪几类?解:按给定值形式不同,自动控制系统可以分为以下三类:∙定值控制系统——给定值恒定的控制系统。
∙随动控制系统(自动跟踪系统)——给定值随机变化的系统。
∙程序控制系统——给定值按一定时间程序变化的系统。
~~~~~1-19 某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10)℃。
考虑安全因素,控制过程中温度偏离给定值最大不得超过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题1-19图所示。
试求该系统的过渡过程品质指标:最大偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间(被控温度进入新稳态值的±1%(即900⨯(±1%)=±9℃)的时间),并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求?题1-19图温度控制系统过渡过程曲线解最大偏差A=950-900=50(℃);超调量B=950-908=42(℃);. . . . .由于B'=918-908=10(℃),所以,衰减比n=B:B'=42:10=4.2;余差C=908-900=8℃;振荡周期T=45-9=36(min);过渡时间t s=47min。
因为A=50℃<80℃,C=8℃<10℃,所以,该控制系统能满足题中所给的工艺要求。
~~~~~ 1-20 题l-20(a) 图是蒸汽加热器的温度控制原理图。
试画出该系统的方块图,并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么?现因生产需要,要求出口物料温度从80℃提高到81℃,当仪表给定值阶跃变化后,被控变量的变化曲线如题1-20(b) 图所示。
试求该系统的过渡过程品质指标:最大偏差、衰减比和余差(提示:该系统为随动控制系统,新的给定值为81℃)。
题1-20图蒸汽加热器温度控制解蒸汽加热器温度控制系统的方块图如下图所示。
题解1-20图蒸汽加热器温度控制系统方块图其中:被控对象是蒸汽加热器;被控变量是出口物料温度;操纵变量是蒸汽流量。
可能存在的干扰主要有:进口物料的流量、温度的变化;加热蒸汽的压力、温度的变化;环境温度的变化等。
该系统的过渡过程品质指标:最大偏差A=81.5-81=0.5(℃);由于B=81.5-80.7=0.8(℃),B'=80.9-80.7=0.2(℃),所以,衰减比n=B:B'=0.8:0.2=4;余差C=80.7-81= -0.3(℃)。
2-1什么是对象特性?为什么要研究对象特性?解对象特性就是的对象的输出-输入关系。
研究对象的特性,就是用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系。
当采用自动化装置组成自动控制系统时,首先也必须深入了解对象的特性,了解它的内在规律,才能根据工艺对控制质量的要求,设计合理的控制系统,选择合适的被控变量和操纵变量,选用合适的测量元件及控制器。
在控制系统投入运行时,也要根据对象特性选择合适的控制器参数(也称控制器参数的工程整定),使系统正常地运行。
被控对象的特性对自动控制系统的控制质量的影响很大,所以必须对其深入研究。
2-2 何为对象的数学模型?静态数学模型与动态数学模型有什么区别?解对象特性的数学描述(方程、曲线、表格等)称为对象的数学模型。
稳态数学模型描述的是对象在稳态时的输入量与输出量之间的关系;动态数学模型. . . . .描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况。
稳态与动态是事物特性的两个侧面,可以这样说,动态数学模型是在稳态数学模型基础上的发展,稳态数学模型是对象在达到平衡状态时的动态数学模型的一个特例。
2-8 反映对象特性的参数有哪些?各有什么物理意义?解:放大系数K 、时间常数T 和滞后时间τ放大系数K 在数值上等于对象(重新)处于稳定状态时的输出变化量与(引起输出变化的)输入变化量之比,即对象的放大系数K 越大,就表示对象的输入量有一定变化时,对输出量的影响越大,或被控变量对这个量的变化就越灵敏,所以,K 实质上是对象的灵敏度。
时间常数T 是指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;或当对象受到阶跃输入作用后,被控变量如果保持初始变化速度变化,达到新的稳态值的时间。
时间常数越大,被控变量的变化也越慢,达到新的稳态值所需的时间也越大对象在受到输入作用后,被控变量却不能立即而迅速地变化的现象称为滞后现象;或输出变量的变化落后于输入变量的变化的现象称为滞后现象。
滞后现象用滞后时间τ表示。
对象的滞后时间τ,使对象的被控变量对输入的变化响应滞后,控制不及时。
2-11 已知一个对象特性是具有纯滞后的一阶特性,其时间常数为5min ,放大系数输入量的变化量输出量的变化量=K为10,纯滞后时间为2min ,试写出描述该对象特性的一阶微分方程式。
解 该对象特性的一阶微分方程为)(10)2()2(5t x t y dtt dy =+++ 2-12 如题2-12图所示的RC 电路中,已知R =5k Ω,C =2000μF 。
试画出e i 突然由0阶跃变化到5V 时的e o 变化曲线,并计算出t =T 、t =2T 、t =3T 时的e o 值。
题2-12图 RC 电路解 RC 电路的微分方程为i o o e e dtde T=+ 当e i =5V 时,微分方程的解为 e o =5(1-e -t/T ) = 5(1-e -t/10) (V)(该系统的时间常数T=RC =5⨯103⨯2000⨯10-6=10s )当t=T 时, e o =5(1-e -T/T )= 5(1-e -1)=3.16V ;当t=2T 时,e o =5(1-e -2T/T )= 5(1-e -2)=4.32V ;当t=3T 时,e o =5(1-e -3T/T )= 5(1-e -3)=4.75V 。
. . . . .题解2-12图 RC 电路的阶跃响应曲线~~~~2-13 已知一个简单水槽,其截面积为0.5m 2,水槽中的液体由正位移泵抽出,即流出流量是恒定的。
如果在稳定的情况下,输入流量突然在原来的基础上增加了0.1m 3/h ,试画出水槽液位∆h 的变化曲线。
解 这是一个积分对象,则⎰⎰====∆t t dt A Q dt Q A h 2.05.01.0111(m)题解2-13图 水槽液位∆h 的变化曲线~~~~~2-14 为了测定某重油预热炉的对象特性,在某瞬间(假定为t 0=0)突然将燃料气流量从2.5t/h 增加到3.0t/h ,重油出口温度记录仪得到的阶跃反应曲线如题2-14图所示。
假定该对象为一阶对象,试写出描述该重油预热炉特性的微分方程式(分别以温度变化量与燃料量变化量为输出量与输入量),并解出燃料量变化量为单位阶跃变化量时温度变化量的函数表达式。
题2-14图 重油预热炉的解(输入)燃料变化量⎩⎨⎧≥=<=0min),/(6/50)/(5.0;0,0)(t kg h t t t x 由题图知,该系统属于一阶系统,输出量(温度)的变化量y(t)相对于输入(燃料)变化量x(t)的关系(方程)为)()()(t Kx t y dtt dy T =+ 当x (t)=A =50/6(kg/min)=const.时,方程的解为y(t)=KA(1-e -t/T )℃由题图知,y(∞)=KA =150-120=30℃,则K =30/A =30/(50/6)=3.6(℃/(kg/min))首先不考虑延迟,y(t)的变化从t 0=2min 开始,到t 1=8min 时,实际变化时间t=6min ,由题图知y(t)=y(6)=30(1-e -6/T )=145-120=25(℃)由此解出 T=3.35(min)所以y(t)=30(1-e -t/3.35)℃若考虑滞后时间 τ=2min ,则()⎩⎨⎧≥-=-<=--min 2),1(30)(min;2,035.3/)2(t e t y t t y t ττ 微分方程为. . . . .)(6.3)2()2(35.3t x t y dtt dy =+++ττ 系统的特性参数是系统的固有特性,不会随输入信号的变化而变化,因此,前面求解过程中所确定的K 和T 的值是不变的。