期末考试过程控制计算题

解.$ = 55^100 100%
0.44%
计算及问答题
1 .某换热器温度控制系统(设定值为
100C),在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所
示。

分别求出衰减比、最大偏差、余差、过渡时间和振荡周期(按土
3%稳态值来确定
过渡时间)。

温度c
余差 C= y ( 8)— y( 0 ) =105 — 100=5
过渡时间ts=27min,(计算稳态值的土 3%,即102或108,用尺子量后估算出时间) 振荡周期，时间作
衰减振荡，所以振荡周期 T=20 — 8=12min,(两个波峰的时间差)
2.已知某被控过程的数学模型为
U (s) K
E(s) Ts 1
应用前向差分法，求关于 u(k)和e(k)的差分方程。

参考计算控制课本 p129
解：U(s)?(Ts 1) K ?E(s)
1
B2
1
(130 105)
解：衰减比 W =
1
B1
1
(110 105)
0.8
最大偏差A,即超调量b y(
二：)100% ^5
100% 23.8%
Ts?U(s) U(s) K?E(s)
du(t)
1
dt
u(t) Ke(t)
设采样周期为 du(t)
T
S ，代入 dt
u(k 1) u(k)
T S
T S
(u(k 1) u(k)) u(k) Ke(k)
u(k) hw u(k 1)
T S T S T
Ke(k)
3. 一台仪表的测温范围为 100〜550C,绝对误差的最大值为 2C,求这台仪表的相对误差。

: (1) 求出仪表最大绝对误差值； (2) 确定仪表的允许误差及精确度等级； (3)
仪表经过一段时间使用后，重新校验时，仪表最大绝对误差为土 8C,问该仪表是否 还
符合出厂时的精确度等级。

解：(1)最大绝对误差值为 6。

(2)仪表精度八矗100%伐％佰％
所以允许误差为土 1.5%，仪表精度等级为1.5级。

(3)使用一段时间后的精度为a 所以不符合出厂时的精确度等级。

5. 如下图所示液位控制系统中， 被控变量、(2)操纵变量、(3)主要扰动、(4)输入信号、
此题需特别注意！ ！
解：被控过程物料的输入量时水的 流量Q1，输出量是水的流量 Q 2； (1) 被控变量是液位 H;
(2) 操纵变量是流量 Q2;(开关在这
里，控制排水量，而不是入水 量) (3) 主要扰动是流量Q1; 6.
图所示液位过程的输入量为 q 〔，流出量为q 2、q 3,液位h 为被控
参数，C 为容量系数,
设R 〔、R 2、R 3为线性液阻，求： (1) 列出液位过程的微分方程组； (2) 画出液位过程的框图； (3)
求液位过程的传递函数 W 0(s)=H (s)/Q 1(s)
100% 1.6% 1.5%
被控过程物料的输入量和输出量是什么？控制系统的 (1)
(5)输出信号各是什么？
⑶做拉氏变换
7.
用动态特性参数法整定单回路控制系统调节器参数时，测得过程的
T= 8s, T=80s,自平
衡率p= 1,当调节器分别采用 P 、PI 、PID 控制规律时，求0.75,调节器整定的参数 解：由于T 10 0.1 ,故应用表中〒0.2时的公式计算。

(1) 比例调节
比例度 A
T
o.1 (2) 比例积分调节
比例度〔.伊亍O.11
积分时间
T I
3.3 26.4s
(3) 比例积分微分调节
比例度
0.85上〒0.085 积分时间T I
2
16s
微分时间
T D 0.5 4s
某热交换器图5.1所示，用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定的温度，生产工艺要求热水 温度保持定值(t 土 1C),试设计一个单回路控制系统，并说明该控制系统的基本工作原理, 系统的被控变量、控制量和主要扰动量是什么及选用的控制算法。

Q i (s)胃
碧
CsH(s)
W o (s)
Qg
R 2R 3
C&&s R 2 氏
F水
■*
:里.本工作原理：当泠水逐量突蟋增大时，机量元件校浪:到魅水出：rg度靠恨.于是玮测毋值与君定值的差绘“调
对.紊节,博.谓书器斐割淄个伊佳蜿葬古.芭量乩大.从而悝拉水出口的:耳度上升.当她*出口的温度达到设定修
(1姓苒次稳.定.“
:紊统豹被控屋是理水的迳度.
.控割旦瓣蒸汽为用量、口
,主要担玷是冷水的流量：-
:选用PI控制斥法・-
8.某前馈控制系统框图如图所示，试通过推导分析，前馈控制器W i(s)、过程扰动通道传递
函数W2 (s)和过程控制通道传递函数W3(s)满足什么关系时，能够实现对扰动的全补偿？
解：参考计算机控制p38。

求
传递函数Y(s)/F(s),然后令分
子等于0,即
Y(s) W2 W1W3
F(s) 1 ????
X(s)
W2W1W30
2 1 3
9.
当其阶跃扰动量为△ =20%时，求：
(1) 画出液位过程的阶跃响应曲线； (2)
该过程用一阶加滞后环节近似描述，确定液位过程的
Ko, To, r
t i 126, t 2 195代入式中，得
取y t i
19.6,则 K 0
0.39, y t 2
0.63，由 y t
T o 2(t2 L) 138 & t2 57
校验数据：当t3时，即t3 57,y t30.093 0当t4 (O.8T o )167.4 时，y t40.542 0.55当t5 (2T0 )333 时，y t50.8770.865
所以该液位过程近似为：W o(s)
岳e
s 98 e 57s
h
(mm)
10、在蒸汽锅炉运行过程中，必须满足汽-水平衡关系，汽包水位是一个十分重要的指标。

当液位过低时，汽包中的水易被烧干引发生产事故，甚至会发生爆炸。

（1）试设计一个液
位的简单控制系统，在图中画出控制方案图。

（2）确定调节阀的气开、气关形式，并说明
原因。

（3）确定调节器的正、反作用方式，必须有详细的分析过程。

（4）画出该控制系统
的方框图。

汽包
给术
11、在某生产过程中，通过加热炉对冷物料加热，根据工艺要求，需对热物料出口温度进行
严格控制。

对系统分析发现，主要扰动为燃料压力波动。

（1）试设计一个热物料出口温度的串级控制系统，在图中画出控制方案图。

（2）画出该控制系统方框图。

（3）为保证设备安全, 炉温不能过高，确定调节阀的气开、气关形式。

（4）确定两台调节器的正反作用方式，必须
有详细的分析过程。

（5）确定两台调节器应选择什么调节规律。

气开式
副调节翳作片
主调节器反作刈
副调节器采用P或PI调节规律
主调节器采用PI或P1D调节规律
12、右图为一个加热器控制系统，通过将进料（流体）与蒸汽进行换热达到对物料（流体）进行加热的目的，希望出料（流体）温度恒定。

其中已知进料（流料）流量（q v）为最主要的干扰。

（1）试选用合适的的控制方案，说明理由，并画出控制系统框图和结构图。

（2）为保证设备安全，出料温度不能过高，确定调节阀的气开、气关形式。

确定调节器的正反作用以及应选择什么调节规律。

解:
气开式反作用前愤调节器采用静态前傲反傲调折器采用P1或PID 控制
13、右下图所示的氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液温度恒定。

为保证氨冷器内有
定的汽化空间，避免液氨带入冰机造成事故，采用温度一一液位串级控制。

1）此串级控制系统的主副被控变量各是什么？
2）试设计一温度一一液位串级控制系统，完成该控制方案的结构图（即将图示的氨冷器控
制系统示意图补充完整）；
3）试画出温度一一液位串级控制系统控制框图；
4）确定气动调节阀的气开气关形式，并说明原因；
5）确定主副调节器的正反作用。

解」
主券数为铜液温度，副参数为液钮液位
结构图（略）
方框图［略）
气开式
副调节器反作用
主调节器正作用
副调节器采用P调节规律
主调节器采用PI或PID调节规径
14、一个如图所示的换热器，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
水温度维持恒定（△。

＜± 1 C）。

试设计一简单温度控制系统，画出其方框图，并确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用方式，指出调节器应选择什么调节规律？
解=
气开式
反作用
PID控制规律
200~700C，仪表的最大绝对误差为土 4 C,试确定该仪表的所以允许误差为土1.0%，仪表精度等级为1.0级。

16.某被测参数的测量范围要求为0~1000kPa,根据工艺要求，用来测量的绝对误差不能超过土
8kPa,问选用何种精度等级的压力测量仪表才能满足要求。

亮100% 0.8% 1%
15.某台测温仪表的测温范围为
允许误差和精度等级。

4100% 0.8% 1%
所以允许误差为土1.0%，仪表精度等级为1.0级。