仪表与自动化课后习题与答案

仪表与自动化课后习题与答案

1-3、自动控制系统主要由哪些环节组成？

答：一个自动控制系统主要是由两大部分组成：一部分是起控制作用的全套仪表，称自动化装置，包括测量元件及变送器、控制器、执行器；另一部分是自动化装置所控制的生产设备。

1-5、在自动控制系统中，测量变装置、控制器、执行器各起什么作用？

答：测量元件与变送器，用于测量液位，并将测得的液位转化成统一的标准信号输出。

控制器，接受测量变送器送来的信号并与工艺要求的液位高度进行比较，计算出偏差的大小，并按某种运算规律算出结果，再将此结果用标准信号发送至执行器。

执行器，它接受控制器传来的操作指令信号，改变阀门的开度以改变物料或能量的大小，从而起到控制作用。

1-8、图1-15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？

答：PI-307：具有指示功能的压力

表，该仪表就地安装，工号段为07。

TRC-303：具有记录功能的温度

控制仪表，该仪表集中仪表盘面

安装，工号段为3，仪表序号为07。

FRC-305：具有记录功能的流量控制

仪表该仪表集中仪表盘面安装，工

号段为3，仪表序号屡05。

1-11、图1-16所示为一反应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。试现出该温度控制系统的方块图，并指出该项系统中的被控对象、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团环系统。

答：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；可能干扰：进料和冷却水的流量、压力和温度的改变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，冷却水流量增加，这样使反应器的温度降下来，所以该项温度控制系统为一个具有负反馈的闭环系统。

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60℃。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1-17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、余差和振荡周期。该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？

答：最大偏差：A=950-900=50℃超调量：B=50-（908-900）=42℃

衰减比：n=B：==21：5 余差：C=908-900=8℃

振荡周期：45-9=36 min

1-20、图1-18（a）是蒸汽加热器的温度控制原理图。试现出该系统的方块图，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图1-18（b）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℃）。

答：被控对象：蒸汽加热器被控变量：出口物料温度

操纵变量：蒸汽流量可能干扰；物料和蒸汽输入的流量、压力、温度2-1、什么是对象特性？为什么要研究对象特性？

答：对象的特性即对象的输入量与输出量之间的关系，是对象的外部特征，但它是由对象的内部结构机理等所决定。

研究控制对象的特征，掌握其内在规律，可以为合理地选择自动控制方案，设计最佳的控制系统、选择合适的控制器及控制器参数提供依据，使系统正常地运行。

2-8、反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？它们对自动控制系统有什么影响？

答：反映对象特性的参数有：放大系数Ｋ、时间常用数Ｔ、滞后时间τ

放大系数Ｋ在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。对象放大系数越大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大。时间常数Ｔ：当对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间。时间常数越大，表示对象受到干扰作用后，被控变量变化得越慢，达到新的稳态值所需的时间越长。

滞后时间τ：在受到输入作用后，被控变量不能立即迅速地变化。系统受到

限制干扰作用后，由于存在滞后，被控变量不能立即反映出来，于是不能及时产生控制作用，整个系统的控制量就会受到严重的影响。

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，放大系数为了10，纯滞后时间为2 min，试写出描述该对象特性的一阶微分方程式。解：5 +(t+2)=10χ(t)

2-12、如图所示的RC电路中，已知R=5Ω，C=2000μF。试画出突然由0V阶跃变化到5V时的变化曲线，并计算出t=T、t=2T、t=3T时的值

解：根据基尔霍定律得：=iR+(t),其中i=C

∴RC+=∴(t)=(1-)=5(1-) T=RC=10s

(T)=3.16V (2T)=4.32V (3T)=4.75V

2-13、已知一个简单水槽，其截面积为0.5㎡，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0.1，试画出水槽液位△h的变化曲线。

解：

由△Qt=△hA 得△h==0.2t m

3-5、某一标尺为0~1000℃的温度仪表，出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果如下表所示。

标准表计数/℃0 200 400 600 700 800 900 1000

被校表计数/℃0 201 402 604 706 805 903 1001

1、求出该温度仪表的最大绝对误差值；

2、确定该温度仪表的精度等级；

3、如果工艺上允许的最大绝对误差为±8℃，问该温度仪表是否符合要

求？

解：1、△max=706-700=6℃

2、δmax=×100%=×100%=0.6% ∴该温度表为1.0级

3、△max=1000×±1%=±10℃>±8℃∴该温度表不符合要求

标准表读数/ MPa 0 2 4 6 8 10

被校表正行程读数/ MPa 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99

被校表反行程读数/ MPa0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 2、问该压力表是否符合1.0级精度？

解：

升降变差：△max=6.06-5.94=0.12 MPa