过程控制仪表及系统-习题与思考题-解答
过程控制仪表及控制系统课后习题答案(林德杰) 2之欧阳道创编
lxc第一章思考题与习题时间：2021.03.06 创作：欧阳道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。
B Bn '=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。
过程控制系统与仪表_课后答案
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：最大动态偏差A：衰减比n：振荡周期T：A<80, 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；2）∆max＝75×2.5％＝1.875mA；选择2.5级，0～75mA的表。
过程控制仪表课后答案第1章
思考与练习题参考答案第1章过程控制仪表的基本知识思考与练习题⑴控制仪表和控制系统有什么关系？答：过程控制系统是实现生产过程自动化的平台,而过程控制仪表是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。
⑵什么是信号制？控制系统仪表之间采用何种连接方式最佳？为什么？答：信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。
控制系统仪表之间采用4～20mADC直流电流信号传送，现场变送器和控制室仪表之间采用串联连接方式。
电流信号便于远距离传送，不仅节省电缆、布线方便，而且还便于使用安全栅，有利于安全防爆。
采用1～5VDC直流电压信号实现控制室内部仪表间联络。
用电压信号传送的信息可以采用并联连接方式，使同一个电压信号为多个仪表所接收。
在控制室内，各仪表之间的距离不远，适合采用1～5VDC直流电压作为仪表之间的互相联络信号；任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行；各个仪表既然并联在同一信号线上，当信号源负极接地时，各仪表内部电路对地有同样的电位，这不仅解决了接地问题，而且各仪表可以共用一个直流电源。
（3）防爆仪表与易燃易爆气体或蒸汽之间有何对应关系？答：防爆仪表的分级和分组，是与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组相对应的。
仪表的防爆级别和组别，就是仪表能适应的某种爆炸性气体混合物的级别和组别，即对于教材表1.3中相应级、组之上方和左方的气体或蒸汽的混合物均可以防爆。
（4）怎样才能构成一个安全火花型防爆控制系统？答：构成安全火花防爆系统要求：①在危险场所使用本安仪表；②在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅。
（5）对于采用单个放大器的仪表一般如何着手进行分析？答：对于单个放大器的仪表，首先要将仪表分为输入、放大和反馈三个部分。
然后对各个部分进行分析，尤其是输入部分和反馈部分，最后求得仪表的输出和输入之间关系。
（6）仪表中常用到哪四种运算放大器电路？各有哪些特点？答：仪表中常用到反相端输入运算，同相端输入运算，差动输入运算和电压跟随器等四种运算放大器电路。
过程控制仪表及系统-习题与思考题-解答
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 与最终稳态值y（ ）之比的百分数 ；
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。
2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa，精度等级为1.0级。试问此压力表允许的 最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa时，
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标准压力计上读数为5.08MPa，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度， 为什么？
解答：
1）基本误差 = 最大绝对误差∆max＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa时的基本误差：
测量液位、料位和两种不同液体的分界面。
2-28 超声波液位计适用于什么场合？ 解答：P60 适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘性液体的测量。
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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
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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。
过程控制仪表及控制系统_课后习题答案(林德杰) 2
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。
过程控制系统与仪表习题与思考题解答之欧阳育创编
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。
过程控制仪表及系统-习题与思考题-解答
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：1-7 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）。
动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。
在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。
只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。
1-8 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。
过程控制仪表及控制系统课后习题答案(林德杰) 2之欧阳美创编
lxc第一章思考题与习题时间：2021.01.01 创作：欧阳美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φ 4．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。
过程控制仪表及控制系统_课后习题答案(林德杰)简答题
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Kv 为正，温度变送器Km 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KV 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。
过程控制系统与仪表_课后答案
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。
过程控制仪表及控制系统课后习题答案(林德杰) 2
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。
过程控制仪表及控制系统课后习题答案（林德杰）2
过程控制仪表及控制系统课后习题答案（林德杰）2lxc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。
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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。
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）。
动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。
在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。
只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。
1-8 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。
1-10 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。
第2章 思考题与习题2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据：2）该表精度；3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？2-2 一台压力表量程为0～10MPa ，经校验有以下测量结果：2）基本误差；3）该表是否符合1.0级精度？2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，精度等级为1.0级。
试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa ，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？解答： 1）基本误差δ=100%⨯最大绝对误差∆max ＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ 0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。
2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？解答： 1） 2）2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为1) 1.0级，0～250mA 2）2.5级，0～75mA现要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答：分析它们的最大误差：1）∆max ＝250×1％＝2.5mA ；%5%100505.2±=⨯±=δ 2）∆max ＝75×2.5％＝1.875mA ；%75.3%10050875.1±=⨯±=δ 选择2.5级，0～75mA 的表。
2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃，输出为4～20mA 。
当变送器输出电流为10mA 时，对应的被测温度是多少？解答：104202001000T=--； T=500C ︒。
2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。
现有某工艺要求压力范围为1.2±0.05MPa ，可选用的弹簧管压力计精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五个等级，可选用的量程规格有0～1.6MPa 、0～2.5MPa 和0～4MPa 。
请说明选用何种精度和量程（见附录E ）的弹簧管压力计最合适？解答： 1）工作原理：2）根据题意：压力范围为1.2＋0.5 MPa ，即允许的最大绝对误差∆max ＝0.05○1分析选用不同量程的表所需的精度等级： 0～1.6 MPa 量程：%125.3%1006.105.0±=⨯±=δ，可选2.5级表； 0～2.5 MPa 量程：%2%1005.205.0±=⨯±=δ，可选1.5或2.0级表； 0～4.0 MPa 量程：%2.1%1000.405.0±=⨯±=δ，可选1.0级表。
○2量程选择：被测最大压力＝1/3～2/3量程上限 0～1.6 MPa 量程：32436.12.1〉= 0～2.5 MPa 量程：325.22.131〈〈0～4.0 MPa 量程：313.00.42.1〈= 综合分析，选用1.5级或2.0级，0～2.5 MPa 量程的表最合适。
2-13 如果某反应器最大压力为1.0MPa ，允许最大绝对误差为0.01MPa 。
现用一台测量范围为0～1.6MPa ，精度为1级的压力表来进行测量，问能否符合工艺要求？若采用一台测量范围为0～1.0MPa ，精度为1级的压力表，能符合要求吗？试说明其理由。
解答：工艺要求：最大压力为1.0MPa ，允许最大绝对误差为0.01MPa 。
分别求出两台仪表的最大允许误差，进行判断。
1）精度为1级，量程为0～1.6MPa 的表，其最大绝对误差： ∆1.6max ＝1.6×1％＝0.016 MPa ，> 0.01 MPa, 所以不符合要求； 2）精度为1级，量程为0～1.0MPa 的表，其最大绝对误差：∆1.0max ＝1.0×1％＝0.01 MPa ，＝ 0.01 MPa, 所以最大误差符合要求，但是压力表的最大测量值应≤ 2/3仪表量程，否则压力波动会使测量值超出仪表量程。
所以，该表也不符合要求。
2-14 某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.0～1.6MPa ，工艺要求就地观察罐内压力，并要测量结果的误差不得大于罐内压力的±5%。
试选择一块合适的压力表（类型、测量范围、精度等级），并说明其理由。
解答：根据题意知：压力范围1.0～1.6MPa ，允许最大误差：∆max ＝1.6×（＋5％）＝＋0.08 MPa 1）量程确定：应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处，即1.6 MPa ×2/3＝2.4 MPa 可以选量程为0～2.5 MPa 的弹簧压力表。
2）精度等级确定：求出基本误差，以确定满足要求的精度等级。
%2.3%1005.208.0±=⨯±=δ ，允许的精度等级为2.5级。
综上分析，选择量程为0～2.5 MPa ，精度等级为2.5级的弹簧压力表。
该表的最大绝对误差：∆max ＝2.5×（＋2.5％）＝＋0.0625 MPa ，<0.08 MPa 所以满足要求。
2-17 什么叫标准节流装置？试述差压式流量计测量流量的原理；并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响？解答：1）标准节流装置：包括节流件和取压装置。
2）原理：基于液体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。
3）影响因素：P47○1流量系数的大小与节流装置的形式、孔口对管道的面积比m 及取压方式密切相关；○2流量系数的大小与管壁的粗糙度、孔板边缘的尖锐度、流体的粘度、温度及可压缩性相关；○3 流量系数的大小与流体流动状态有关。
2-19 为什么说转子流量计是定压式流量计？而差压式流量计是变压降式流量计？解答：1）转子流量计是定压式流量计(P47)虽然转子流量计也是根据节流原理测量流量的，但它是利用节流元件改变流体的流通面积来保持转子上下的压差恒定。
所以是定压式。
2）差压式流量计是变压降式流量计(P45)是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置是产生的压差实现流量测量的。
所以是变压降式。
2-21 椭圆齿轮流量计的特点是什么？对被测介质有什么要求？解答：1）特点：流量测量与流体的流动状态无关，这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的。
粘度愈大的介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此核测介质的粘皮愈大，泄漏误差愈小，对测量愈有利。