期末考試過程控制計(jì)算題

1、.第 頁計(jì)算及問答題1某換熱器溫度控制系統(tǒng)（設(shè)定值為100），在階躍擾動(dòng)作用下的過渡過程曲線如圖所示。分別求出衰減比、最大偏差、余差、過渡時(shí)間和振蕩周期（按3穩(wěn)態(tài)值來確定過渡時(shí)間）。解：衰減比=最大偏差A(yù)，即超調(diào)量=余差C=yy0=105100=5過渡時(shí)間ts=27min，（計(jì)算穩(wěn)態(tài)值的3，即102或108，用尺子量后估算出時(shí)間）振蕩周期，時(shí)間作衰減振蕩，所以振蕩周期T=208=12min，（兩個(gè)波峰的時(shí)間差）2已知某被控過程的數(shù)學(xué)模型為應(yīng)用前向差分法，求關(guān)于u(k)和e(k)的差分方程。參考計(jì)算控制課本p129解：設(shè)采樣周期為TS ，代入3一臺(tái)儀表的測(cè)溫范圍為100550，絕對(duì)誤差的最大值為

2、2，求這臺(tái)儀表的相對(duì)誤差。解：=4某一標(biāo)尺為0500的溫度計(jì)出廠前經(jīng)校驗(yàn)，其刻度標(biāo)尺各點(diǎn)測(cè)量結(jié)果值分別為：被校表讀數(shù)00500標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)06495（1）求出儀表最大絕對(duì)誤差值；（2）確定儀表的允許誤差及精確度等級(jí)；（3）儀表經(jīng)過一段時(shí)間使用后，重新校驗(yàn)時(shí)，儀表最大絕對(duì)誤差為8，問該儀表是否還符合出廠時(shí)的精確度等級(jí)。解：(1)最大絕對(duì)誤差值為 6 。(2)儀表精度=所以允許誤差為1.5%，儀表精度等級(jí)為1.5級(jí)。(3)使用一段時(shí)間后的精度為=所以不符合出廠時(shí)的精確度等級(jí)。5如下圖所示液位控制系統(tǒng)中，被控過程物料的輸入量和輸出量是什么？控制系統(tǒng)的（1）被控變量、（2）操縱變量、（3）主要擾動(dòng)、（4

3、）輸入信號(hào)、（5）輸出信號(hào)各是什么？ 此題需特別注意！解：被控過程物料的輸入量時(shí)水的流量Q1，輸出量是水的流量Q2；(1)被控變量是液位H；(2)操縱變量是流量Q2；（開關(guān)在這里，控制排水量，而不是入水量）(3)主要擾動(dòng)是流量Q1；(4)輸入信號(hào)是液位的給定值；(5)輸出信號(hào)是液位H。6圖所示液位過程的輸入量為q1，流出量為q2、q3，液位h為被控參數(shù)，C為容量系數(shù)，設(shè)R1、R2、R3為線性液阻，求： （1）列出液位過程的微分方程組；（2）畫出液位過程的框圖；（3）求液位過程的傳遞函數(shù)W0(s)=H(s)/Q1(s) (1) (3) W0(s)= (2)(3)做拉氏變換7用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法整定單

4、回路控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)，測(cè)得過程的8s，T=80s，自平衡率1，當(dāng)調(diào)節(jié)器分別采用P、PI、PID控制規(guī)律時(shí)，求0.75，調(diào)節(jié)器整定的參數(shù)解：由于 ，故應(yīng)用表中時(shí)的公式計(jì)算。（1）比例調(diào)節(jié)比例度(2)比例積分調(diào)節(jié)比例度積分時(shí)間（3）比例積分微分調(diào)節(jié)比例度積分時(shí)間微分時(shí)間某熱交換器圖5.1所示，用蒸汽將進(jìn)入其中的冷水加熱到一定的溫度，生產(chǎn)工藝要求熱水溫度保持定值（t1），試設(shè)計(jì)一個(gè)單回路控制系統(tǒng)，并說明該控制系統(tǒng)的基本工作原理，系統(tǒng)的被控變量、控制量和主要擾動(dòng)量是什么及選用的控制算法。8.某前饋控制系統(tǒng)框圖如圖所示，試通過推導(dǎo)分析，前饋控制器W1(s)、過程擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)W2（s）和過程控制通

5、道傳遞函數(shù)W3(s)滿足什么關(guān)系時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)擾動(dòng)的全補(bǔ)償？解：參考計(jì)算機(jī)控制p38。求傳遞函數(shù)Y(s)/F(s)，然后令分子等于0，即9.某液位過程的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得如下數(shù)值t/s1h/mm000.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.219.6當(dāng)其階躍擾動(dòng)量為=20%時(shí)，求：（1）畫出液位過程的階躍響應(yīng)曲線；（2）該過程用一階加滯后環(huán)節(jié)近似描述，確定液位過程的K0，T0，。參考課本p136，作業(yè)2-13，（一模一樣）解：(1)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，液位過程的階躍響應(yīng)曲線如圖所示：(2)取，則取， ，由 在圖上得到， 代入式中，得 校驗(yàn)數(shù)據(jù)： 當(dāng)時(shí)，即，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，所以

6、該液位過程近似為：10、在蒸汽鍋爐運(yùn)行過程中，必須滿足汽-水平衡關(guān)系，汽包水位是一個(gè)十分重要的指標(biāo)。當(dāng)液位過低時(shí)，汽包中的水易被燒干引發(fā)生產(chǎn)事故，甚至?xí)l(fā)生爆炸。（1）試設(shè)計(jì)一個(gè)液位的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，在圖中畫出控制方案圖。（2）確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式，并說明原因。（3）確定調(diào)節(jié)器的正、反作用方式，必須有詳細(xì)的分析過程。（4）畫出該控制系統(tǒng)的方框圖。11、在某生產(chǎn)過程中，通過加熱爐對(duì)冷物料加熱，根據(jù)工藝要求，需對(duì)熱物料出口溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。對(duì)系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，主要擾動(dòng)為燃料壓力波動(dòng)。（1）試設(shè)計(jì)一個(gè)熱物料出口溫度的串級(jí)控制系統(tǒng)，在圖中畫出控制方案圖。（2）畫出該控制系統(tǒng)方框圖。（3）為保證設(shè)備安全

7、，爐溫不能過高，確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式。（4）確定兩臺(tái)調(diào)節(jié)器的正反作用方式，必須有詳細(xì)的分析過程。（5）確定兩臺(tái)調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇什么調(diào)節(jié)規(guī)律。12、右圖為一個(gè)加熱器控制系統(tǒng)，通過將進(jìn)料(流體)與蒸汽進(jìn)行換熱達(dá)到對(duì)物料(流體)進(jìn)行加熱的目的，希望出料(流體)溫度恒定。其中已知進(jìn)料(流料)流量()為最主要的干擾。（1）試選用合適的的控制方案,說明理由,并畫出控制系統(tǒng)框圖和結(jié)構(gòu)圖。（2）為保證設(shè)備安全，出料溫度不能過高，確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式。確定調(diào)節(jié)器的正反作用以及應(yīng)選擇什么調(diào)節(jié)規(guī)律。13、右下圖所示的氨冷器，用液氨冷卻銅液，要求出口銅液溫度恒定。為保證氨冷器內(nèi)有一定的汽化空間，避免液氨帶入冰

8、機(jī)造成事故，采用溫度液位串級(jí)控制。 1) 此串級(jí)控制系統(tǒng)的主副被控變量各是什么？2) 試設(shè)計(jì)一溫度液位串級(jí)控制系統(tǒng)，完成該控制方案的結(jié)構(gòu)圖（即將圖示的氨冷器控制系統(tǒng)示意圖補(bǔ)充完整）；3)試畫出溫度液位串級(jí)控制系統(tǒng)控制框圖；4)確定氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)形式，并說明原因；5)確定主副調(diào)節(jié)器的正反作用。14、一個(gè)如圖所示的換熱器，用蒸汽將進(jìn)入其中的冷水加熱到一定溫度，生產(chǎn)工藝要求熱水溫度維持恒定（1）。試設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單溫度控制系統(tǒng)，畫出其方框圖,并確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反作用方式，指出調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇什么調(diào)節(jié)規(guī)律？15.某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200700，儀表的最大絕對(duì)誤差為4，試確定該儀表的允許誤差和