过程控制_-5章习题答案
第一章单回路控制系统
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？
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。
1.2 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。
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？
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。
1.5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：影响物料出口温度的
主要因素有哪些？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？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：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。
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。控
制阀应选择气关阀，控制器选择正作用。
1.6 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：
被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚；
被加热物料在温度过低时会发生凝结；
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：控制阀选气开阀，选反作用控制器。
控制阀选气关阀，选正作用控制器。
控制阀选气关阀，选反作用控制器。
1.7 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Tf增大；（4）
若τf增大。
答：（1）T0 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；
（2）τ0 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。
（3）Tf 增大，超调量缩小1/Tf倍，有利于提高控制系统质量；
（4）τ f 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τ f 。
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 (右图)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。
答：(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突然升高，
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（右图）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
3.1 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：比值指工艺流量之比，即：；比值系数指主、副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开平方关系时）
3.2 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。除法器输出值即仪表比值系数，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。
3.3 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与主流量成一定比值关系，满足关系式：的控制系统。
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。（结构原理图见下页）
3.4 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I0设置；除法方案通过副流量调节器的内给定设置。
3.5 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。
3.6 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。 3.7
当比值控制系统通过计算求得比值系数时，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：①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。因为当时，计算所得的乘法器的一个外
加输入电流信号I0大于20mA,超出乘法器的输入范围。②不用改变系统结构，只要调整F2max 保证 即可。
3.8 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
，其中I1与I0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 ，
要求：①
②;；
3.9 某化学反应过程要求参与反应的A、B两物料保持的比例，两物料的最大
流量。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。
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系统设计如右图：
②
③，所以要将调大。所以
取 ,比值系数K＇通过
设
置，
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。
3.10 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
。试求比值系数=？如果上述比值控制用
DDZ-II型仪表来实现，比值系数的设置应该是多少？
解：调整副流量的测量上限，使K＜1,取
，则即可。
对于DDZ-II，.
3.11 有一个比值控制系统如右图所示。图中k为一系数。
若已知k=2，，
试求 K=?
解：
3.12 一双闭环比值控制系统如右图所示。
其比值用DDZ-III型乘法器来实现。
已知。
要求：
①画出该系统方块图。
②若已知求该比值系统的比值K=？比值系数
③待该比值系统稳定时，测，试计算此时=？
解：①
②∵,,
③∵
第五章前馈控制系统
5．1 前馈控制与反馈控制各有什么特点？
答：反馈控制的特点：
优点：能够克服各种干扰。只要干扰对被控变量造成影响，就有控制校正作用。
缺点：反馈控制不及时，是一个有差控制系统。反馈控制系统只有被控变量在干扰作用下出现偏差时，才有校正作用，干扰总存在，偏差总存在。
前馈控制的特点：
（1）前馈控制根据干扰进行，控制及时。如果前馈控制规律恰当，理论上可完全消除干扰的影响
（2）前馈控制是一种开环控制，被控变量并不经测量反馈到输入端。不能保证控制效果。
（3）前馈控制需要对干扰进行测量，才能进行控制。通常只测量一种干扰，因而只能克服一种干扰。
（4）前馈控制器的控制规律是经过对干扰通道与控制通道的特性计算而得是一种专用的控制器，在工程上，精确的通道特性难以获取，精确的前馈控制规律难以实现。
5．2 纯前馈控制在生产过程中为什么很少采用？
答：单纯的前馈由于存在以下两三方面问题，其控制效果往往并不理想，因此在生产中很少使用。这主要表现在：
（1）单纯前馈是一种开环控制，不能保证控制效果。不存在被控变量的反馈，即对于补偿的效果没有检验的手段。这样，在前馈作用的控制结果并没有最后消除被控变量偏差时，系统无法得到这一信息而作进一步的校正。
（2）单纯前馈通常只能克服一种干扰。由于实际工业对象存在着多个干扰，为了补偿它们对被控变量的影响，势必要设计多个前馈通道，因此单纯前馈就不能很好控制。
（3）准确的的前馈控制规律工程上难以实现。
5．3 前馈---反馈控制具有哪些优点？
答：前馈--反馈系统的优点：前馈控制系统与反馈控制系统优势互补，主要表现在：
（1）过渡过程时间、超调量大大降低。由于引入了前馈控制，当主要干扰一出现时，同步施加了一个前馈校正作用，消除或大大降低了对被控变量的影响，因而使反馈控制的超调量、过渡过程时间大大降低。前馈补偿了反馈的缺点。
（2）反馈回路的存在，为前馈控制的工程实现创造了条件。前馈不能补偿的部分可由反馈校正，降低了前馈控制模型的精度要求，便于工程实现。
（3）具有一定的自适应性：负荷或工况变化时，模型特性也要变化，可由反馈控制加以补偿。
5．4为什么前馈控制器不能采用常规的控制器？
答：前馈控制器的控制规律为对象干扰通道特性与控制通道的特性之比，是一种专用控制器。常规的控制器的控制规律是对偏差进行P、I、D运算，实现的控制规律完全不同。
5．6 如何用对象特性实验数据构成前馈控制器数学模型？
答：工程上通常按下式实现前馈控制规律，通过对象特性实验数据获取控制通道时间常数T1、K1、τ1，与干扰通道时间常数T2、K2、
τ2代入下式后，便构成前馈控制器数学模型。
5．11某前馈—串级控制系统。已知：
Gc1(s)=Gc2(s)=9 G01(s)=3/(2s+1)
Gv(s)=2 G02(s)=2/(2s+1)
Gm1(s)=Gm2(s)=1 GPD(s)=0.5/(2s+1)
要求：1）绘出该系统方块图2）计算前馈控制器的数学模型3）假定控制阀为气开式，试确定各控制器的正反作用（图见教材110页）
解：（1）
（2）前馈控制器的数学模型由下式确定：
系统的传递函数为 ,式中为副回路等效对象的传递函数：
,应用不变性条件：F(S)≠0，Θ(S)≡0，当串级控制系统中副回路是一个很好的随动系统，其工作频率高于主回路的工作频率的10倍，则可把副回路近似处理为，则前馈控制器的传函简化为 =
（3）选择气开阀、流量控制器FC反作用、温度调节器TC反作用（蒸汽加热系统，操纵变量为蒸汽）。
5．12有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似。试问如何区分它们？
试分析判断如下两个系统各属于什么系统？说明其理由
（a）（b）
（a）为前馈—反馈控制系统，而不是串级控制系统。貌似原油、温度两个闭环，实际上貌似的原油、燃料环是一个开环系统，是检测
原油流量的大小（作为干扰出现）而改变燃料阀门的，而改变燃料流量，并不能影响原油流量（即检测变量），这就是开环，即前馈控制。而外环的温度控制是反馈控制。所以为前馈－反馈控制系统。
（b）为串级控制系统。是由燃料、温度两个闭环组成的。内环是燃料控制系统，是根据燃料流量的大小而改变燃料阀门，而改变燃料阀门就是控制燃料流量的（即检测变量就是被控变量），这就是闭环。而外环的温度控制是反馈控制。所以为串级控制系统。
过程控制作业答案
第一章 概述 1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。 控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件 1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统 1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？ a.衰减比和衰减率：稳定性指标； b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标； c.余差：稳态准确性指标； d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。 第二章 过程控制系统建模方法 习题2.10 某水槽如图所示。其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。要求： （1） 写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程； （2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。 （1）物料平衡方程为123d ()d H Q Q Q F t -+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F t ??-?-?= 而22h Q R ??= ， 33 h Q R ??=， 代入增量关系式，则有23123 ()d d R R h h F Q t R R +??+=? （2）两边拉氏变换有： 23 123 ()()()R R FsH s H s Q s R R ++ =
故传函为： 23232 3123 ()()()11R R R R H s K G s R R Q s Ts F s R R +=== +++ K=2323 R R R R +, T=23 23R R F R R + 第三章 过程控制系统设计 1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料达到所需温度后排出。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，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器 的正反作用？ 解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量 （2）被控变量：物料出口温度。因为其直观易控制，是加热系统的控制目标。 操作变量：蒸汽流量。因为其容易通过控制阀开闭进行调整，变化范围较大且对被 控变量有主要影响。 （3）由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态，所以控制阀选择气关式。控制 器选择正作用。 2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的框图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？ 解：系统框图如下：
《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。
过程控制作业答案DOC
第一章 概述 1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。 控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件 1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统 1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？ a.衰减比和衰减率：稳定性指标； b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标； c.余差：稳态准确性指标； d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。 第二章 过程控制系统建模方法 习题2.10 某水槽如图所示。其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。要求： （1） 写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程； （2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。 （1）物料平衡方程为123d ()d H Q Q Q F t -+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F t ∆∆-∆-∆= 而22h Q R ∆∆= ， 33 h Q R ∆∆=， 代入增量关系式，则有23123 ()d d R R h h F Q t R R +∆∆+=∆ （2）两边拉氏变换有： 23 123 ()()()R R FsH s H s Q s R R ++ =
故传函为： 232323123 ()()()1 1R R R R H s K G s R R Q s Ts F s R R +===+++ K=2323R R R R +, T=23 23 R R F R R + 第三章 过程控制系统设计 1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料达到所需温度后排出。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，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器 的正反作用？ 解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量 （2）被控变量：物料出口温度。因为其直观易控制，是加热系统的控制目标。 操作变量：蒸汽流量。因为其容易通过控制阀开闭进行调整，变化范围较大且对被 控变量有主要影响。 （3）由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态，所以控制阀选择气关式。控制 器选择正作用。 2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的框图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？ 解：系统框图如下：
过程控制系统及仪表课后习题答案解析[完整版]
WORD文档可编辑 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
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
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。这样就可以减少由于停车而带来的巨大经济损失。而硬保护措施将使得生产设备停车。 2．前馈控制主要应用在什么场合？答：前馈控制主要用于下列场合： （1）干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，单纯反馈控制达不到要求时；（2）主要干扰是可测不可控的变量； （3）对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差时，可采用前馈一反馈控制 系统，以提高控制质量。 3．怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律?答：串级控制系统的目的是为了高 精度地稳定主变量，对主变量要求较高，一般不允许有余差，所以主控制器一般选择比例 积分控制规律，当对象滞后较大时，也可引入适当的微分作用。 串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中，副变量是不断跟随主控制器的输出
过程控制部分习题答案
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。 3 ) 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。它反映了系统响应的灵敏程度。 静态指标是余差，动态时间为衰减比（衰减率）、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间。
第二章 思考题与习题 2－1 如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h 为被控参数，C 为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求： （1） 列出过程的微分方程组； （2） 求过程的传递函数W 0（S ）＝H （S ）/Q 1（S ）； （3） 画出过程的方框图。 解：（1）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： 中间变量： 消除中间变量： 同除 (R2+R3) 得到： 令： 上式可写为： （2）Laplace 变换得到： 传递函数: （3） 过程的方框图： dt dh )Q Q (Q 321= +-dt h d C )Q Q (Q 321∆∆∆∆=+-22R h Q ∆∆=3 3R h Q ∆∆=h )R R (dt h d R CR Q R R 2332132∆∆∆++=h dt h d R R R CR Q R R R R 323213232∆∆∆++=+3 232R R R R R +=h dt h d CR Q R 1∆∆∆+=)S (H )S (CRSH )S (RQ 1+=1RCS R )s (Q )s (H )s (W 10+= =
过程控制_-5章习题答案
第一章单回路控制系统 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？ 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。 1.2 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。 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？ 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。 1.5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：影响物料出口温度的 主要因素有哪些？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？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：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。 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。控 制阀应选择气关阀，控制器选择正作用。 1.6 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： 被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚； 被加热物料在温度过低时会发生凝结； 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：控制阀选气开阀，选反作用控制器。 控制阀选气关阀，选正作用控制器。 控制阀选气关阀，选反作用控制器。 1.7 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Tf增大；（4） 若τf增大。 答：（1）T0 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； （2）τ0 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。 （3）Tf 增大，超调量缩小1/Tf倍，有利于提高控制系统质量； （4）τ f 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τ f 。 第二章串级控制系统
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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。
过程控制系统与仪表课后习题答案
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： 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； y与最终稳态值y∞之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1 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；
过程控制课后习题答案及解析
过程控制课后习题答案 及解析 -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
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。 2
过程控制作业答案
作 业 第二章： 2-6某水槽如题图2-1所示。其中A 1为槽的截面积，R 1、R 2均为线性水阻，Q i 为流入量，Q 1和Q 2为流出量要求： (1)写出以水位h 1为输出量，Q i 为输入量的对象动态方程； (2)写出对象的传递函数G(s)并指出其增益K 和时间常数T 的数值。 图2-1 解：1）平衡状态： 02010Q Q Q i += 2）当非平衡时： i i i Q Q Q ∆+=0；1011Q Q Q ∆+=；2022Q Q Q ∆+= 质量守恒：211 Q Q Q dt h d A i ∆-∆-∆=∆ 对应每个阀门，线性水阻：11R h Q ∆= ∆；2 2R h Q ∆=∆ 动态方程：i Q R h R h dt h d A ∆=∆+∆+∆2 11 3) 传递函数：)()()1 1(2 11s Q s H R R S A i =++ 1)11(1)()()(211 +=++== Ts K R R S A s Q s H s G i 这里：2 112 1212 111111R R A T R R R R R R K += +=+= ； 2 Q 1 1
2-7建立三容体系统h 3与控制量u 之间的动态方程和传递数,见题图2-2。 解：如图为三个单链单容对像模型。被控参考△h 3的动态方程： 3233 Q Q dt h d c ∆-∆=∆；22R h Q ∆= ∆；33R h Q ∆=∆； 212 2Q Q dt h d c ∆-∆=∆；11R h Q ∆=∆ 11 1 Q Q dt h d c i ∆-∆=∆ u K Q i ∆=∆ 得多容体动态方程： u KR h dt h d c R c R c R dt h d c c R R c c R R c c R R dt h d c c c R R R ∆=∆+∆+++∆+++∆333 3322112 3 2313132322121333321321)()( 传递函数： 3 22133)()()(a s a s a s K s U s H s G +++== ； 这里： 3 213213 32132133 213213 3221123213213 1313232212111 ; c c c R R R kR K c c c R R R a c c c R R R c R c R c R a c c c R R R c c R R c c R R c c R R a == ++= ++=
过程控制系统与仪表课后习题答案完整版
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；
过程控制课后习题-答案
. 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
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P15 2-1. (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(被控过程人液位检测器(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 (流量)来实现液位控制的作用。 2)框图如图所示： 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：控制量屮)、操作变MQi(t);被控对象的输入输出为：操作变*Qi(t).扰动量Q2 (t ),被控量b :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-C,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( oo)=810-800=10 衰减比:n=Bi/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=17min
2）由于规定操作温度为800 °C,而系统稳态值为810 P所以不满足工艺要求。 第二章P71 1-3某台测温仪表测量的上下限为500*C~1000r,它的最大绝对误差为±2'C,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±29 2 则精度等级J = ±一xl 00% = ±0.4% 500 所以仪表梢度等级为0.4级 1-4某台测温仪表测量的上下限为100-C-1000-C,工艺要求该仪表指示值的误差不得超过土 20应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？ 答： 2 由题可得：》=±----------- x 100% = ±0.22% 1000-100 仪表精度等级至少0.2以上。 2-1 （1）某一标定为100-600-C的温度计出厂前经校验，各点的测量结果值如下: 被校表读数/9 100150200250300400500600标准表读数/・C102149204256296403495606 1）试求该仪表的最大绝对误差。 2）确定该仪表的精度等级。 3）经过一段时间使用后，仪表的最大绝对误差为±7X\问此时仪表的精度等级为多少？ 答： 1）仪表的最大绝对误差为：士69。 2）根据5 = 土吕x 100% = ±1. 2% ,可知：仪表的精度等级1.2级。 □00 3）此时仪表的精度等级不变，仍然为1.2级。 2-5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（T10' Pa,对应输出信号为4~20mADC,相应流量为0~320m3/ho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： 4 斜率k=------------- x10000= 2500 20-4 差压值丫二2500pa 流量值P = 炉叫X 320 = 160 W3//? Vioooo
过程控制系统第5章 思考题与习题
第5章 思考题与习题 1．基本练习题 （1）过程控制系统方案设计的主要内容有哪些？一般应怎样选择被控参数？ 答： 1）主要内容有:熟悉控制系统的技术要求和性能指标；建立控制系统的数学模型；确定控制方案；根据系统的动态和静态特性进行分析与综合；系统仿真与实验研究；工程设计；工程安装；控制器参数整定。 2）被控参数的选择： 对于具体的生产过程，应尽可能选取对产品质量和产量、安全生产、经济运行以及环境保护等具有决定性作用的、可直接进行测量的工艺参数作为被控参数。 当难以用直接参数作为被控参数时，应选取直接参数有单值函数关系的所谓间接参数作为被控参数。 当采用间接参数时，该参数对产品质量应该具有足够高的控制灵敏度，否则难以保证对产品质量的控制效果。 被控参数的选择还应考虑工艺上的合理性和所用测量仪表的性能、价格、售后服务等因素。 （2）控制通道0/T τ的大小是怎样反映控制难易程度的？举例说明控制参数的选择 方法？ 答： 1）一般认为，当/0.3o T τ ≤时，系统比较容易控制；而当/0.5o T τ>时，则较难 控制，需要采取特殊措施，如当τ难以减小时，可设法增加o T 以减小/o T τ的比值，否则 很难收到良好的控制效果。 2）控制参数的选择方法： 选择结果应使控制通道的静态增益o K 尽可能大，时间常数o T 选择适当。 控制通道的纯时延时间o τ应尽可能小，o τ与o T 的比值一般应小于03。 干扰通道的静态增益f K 应尽可能小；时间常数f T 应尽可能大，其个数尽可能多；扰动进入系统的位置应尽可能远离被控参数而靠近调节阀（执行器）。 当广义被控过程（包括被控过程、调节阀和测量变送环节）由几个一阶惯性环节串联而成时，应尽量设法使几个时间常数中的最大与最小的比值尽可能大，以便尽可能提高系统的可控性。 在确定控制参数时，还应考虑工艺操作的合理性、可行性与经济性等因素。 （3）调节器正反作用方式的定义是什么？在方案设计中应怎样确定调节器的正反作用方式？