過程裝備控制技術(shù)習題及參考答案

1、過程裝備控制技術(shù)習題及參考答案第一章控制系統(tǒng)的基本概念1.什么叫生產(chǎn)過程自動化？生產(chǎn)過程自動化主要包含了哪些內(nèi)容？答：利用自動化裝置來管理生產(chǎn)過程的方法稱為生產(chǎn)過程自動化。主要包含：自動檢測 系統(tǒng)信號聯(lián)鎖系統(tǒng)自動操縱系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)。4.在自動控制系統(tǒng)中，什么是干擾作用？什么是控制作用？兩者有什么關(guān)系？答：干擾作用是由干擾因素施加于被控對象并引起被控變量偏離給定值的作用；控制作用 是由控制器或執(zhí)行器作用于被控對象，通過改變操縱變量克服干擾作用，使被控變量保持 在給定值，兩者的相同之處在于都是施加于被控對象的作用，不同之處在于干擾作用是使 被控變量偏離給定值，而控制作用是使被控變量接近給定值。9

2、 .試畫出衰減比分別為 n<1,n=1,n>1,n 8時的過度過程曲線？答：如圖所示：振蕩振蕩10 .表示衰減振蕩過程的控制指標有哪些？答：表示衰減振蕩過程的控制指標有：最大偏差A指過渡過程中被控變量偏離設(shè)定值的最大值，即被控變量第一個波的峰 值與給定值的差。衰減比n過渡過程曲線上同方向的相鄰兩個波峰之比?；貜蜁r間(過渡時間)ts指被控變量從過渡狀態(tài)回復到新的平衡狀態(tài)的時間間隔，即 整個過渡過程所經(jīng)歷的時間。差e(8)指過渡過程終了時被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之差。振蕩周期T過渡過程的第一個波峰與相鄰的第二個同向波峰之間的時間間隔，其倒 數(shù)稱為振蕩頻率。第二章過程裝備控制基礎(chǔ)1.什

3、么是被控對象的特性？表征被控對象特性的參數(shù)有哪些？它們的物理意義是什么? 答：所謂被控對象的特性，是指當被控對象的輸入變量發(fā)生變化時，其輸出變量隨時間的變化規(guī)律（包括變化的大小，速度），描述被控對象特性的參數(shù)有放大系數(shù)K,時間常數(shù)T和滯后時間t 。K被控對象重新達到平衡狀態(tài)時的輸出變化量與輸入變化量之比。由于放大系數(shù)K反映的是對象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出和輸入之間的關(guān)系，所以放大系數(shù)是描述對象靜態(tài)特性 的參數(shù)。T時間常數(shù)是指當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化，達到 新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間?；虍攲ο笫艿诫A躍輸入作用后，被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)值的 63.2%所需時間。時間常數(shù) T是反映

4、被控變量變化快慢的參數(shù)，因此是對象的動態(tài)參數(shù)。滯后時間 是純滯后。0時間和容量滯后。的總和。輸入變量的變化落后于輸入變量變化的時間稱為純滯后時間，純滯后的產(chǎn)生一般是由于介 質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時間引起的。容量滯后一般是因為物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力而引起的。滯后時間t也是反映對象動態(tài)特性的重要參數(shù)。3.什么是被控對象的控制通道？什么是干擾通道？答：對一個被控對象來說，輸入量是擾動量和操縱變量，而輸出是被控變量。由對象的輸 入變量至輸出變量的信號聯(lián)系稱為通道。操縱變量至被控變量的信號聯(lián)系稱為控制通道； 擾動量至被控變量的信號聯(lián)系稱為擾動通道。6.什么是調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律？調(diào)節(jié)器有哪幾

5、種基本控制規(guī)律？答：調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是指調(diào)節(jié)器的輸出信號隨輸入信號變化的規(guī)律或是指控制器的輸出信號P與輸入偏差信號e之間的關(guān)系。常用的基本調(diào)節(jié)規(guī)律有：位式，比例，積分，微分等，以及它們的組合控制規(guī)律如PI,PD, PID。16 .設(shè)計控制系統(tǒng)時，必須確定和考慮哪些方面的問題？答：設(shè)計一個控制系統(tǒng)，首先應(yīng)對被控對象做全面的了解。除被控對象的動靜態(tài)特征外，對于工藝過程，設(shè)備等也需要比較深入的了解；在此基礎(chǔ)上，確定正確的控制方案，包括合理地選擇被控變量與操縱變量，選擇合適的檢 測變送元件及檢測位置，選用恰當?shù)膱?zhí)行行器，調(diào)節(jié)器以及調(diào)節(jié)器控制規(guī)律待，最后將調(diào) 節(jié)器的參數(shù)整定到最佳值。17 .什么是串級控

6、制系統(tǒng)？它有什么特點？什么情況下采用串級控制？答：串級控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征面得出的。它是由主、副兩個控制器串接工作的， 主控制器的輸出作為副控制器的給定值，副控制器的輸出操縱控制閥，以實現(xiàn)對主變量的 定值控制。它的特點有：能迅速克服進入副回路的干擾。能改善被控對象的特征，提高了系統(tǒng)克 服干擾的能力。主回路對副對象具有“魯棒性”，提高了系統(tǒng)的控制精度。串級控制系 統(tǒng)主要就用于：對象的滯后和時間常數(shù)很大，干擾作用強面頻繁，負荷變化大，對控制質(zhì) 量要求較高的場合。20.什么是前饋控制系統(tǒng)？應(yīng)用在什么場合？ 答：前饋控制又稱擾動補償，它是測量進入過程的干擾（包括外界干擾和設(shè)定值變化）， 并按其信

7、號產(chǎn)生合適的控制作用去改變操縱變量，使被控變量維持在設(shè)定值上。前饋控制 主要用于下列場合: 干擾幅值大面頻繁，對被控變量影響劇烈，單純反饋達不到要求時；主要干擾是可測 不可控的變量；對象的控制通道滯后大，反饋控制不即時，控制質(zhì)量差時，可采用前饋 一反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。第三章過程檢測技術(shù)3.測量儀表的主要性能指標有哪些？傳感器的主要特性有哪些?答：測量儀表的主要性能指標有技術(shù)，經(jīng)濟及使用三方面的指標，其中技術(shù)方面的有：誤 差，精度等級，靈敏度，變差，量程，響應(yīng)時間，漂移等；經(jīng)濟方面的有：使用壽命，功 耗，價格等；使用方面的有：操作維修是否方便，運行是否可靠安全，以及抗干擾與防護能的強弱

8、，重量體積的大小，自動化程度的高低等。傳感器的主要特性有：準確性，穩(wěn)定性，靈敏性。8.用一溫度計測量某介質(zhì)溫度，40%的讀數(shù)誤差小于 0.5 ,用線性插值法估計該溫度升的標準差,算誤差小于0.75的概率。解：（i）(z)p|2x| z =-z0e2 z萬dz 2e 2dz 1z 0.52z 0.530.69850.7019由此推得0.7時,0.5205由已知條件知（z） 0.4,查概率積分表得:2ze 2dz0.7 時 z=0.5205,z 0.50.52050.96(2) z 0.75,得:z 0.781查表得：z 0.78時,(z) = 2 0.7823 1=0.5646即誤差小于0.75

9、,概率為0.564616.用U型管壓力計（封液為水銀）測溫度管道中水的壓力。壓力計在管道下面1.5M （至肘管端口）處，壓力計同大氣一側(cè)肘管內(nèi)水銀面距口80mm兩管水銀面高度 h=140mm求水的表壓力（Pa） 解：如圖所示：1 1截面壓力相等，即:P7KzKg(h1h2h3) = Pa7MM gh3，表壓P表PK Pa水銀 gh3水 g hi h2 h313,6 1 03 9.8 0,14 1 103 9.8 1.5 0.08 0.141803.2Pa19.試述彈簧管壓力計彈簧管結(jié)構(gòu)特點與測壓原理。答：彈簧管壓力計由彈簧管壓力感應(yīng)元件和放大指示機構(gòu)兩部分組成，前者是彎成圓弧狀 的空心管子，一

10、端固定（作為壓力輸入端）；另一端自由，作為位移輸出端，接放大指示 機構(gòu)。其它是由拉桿，齒輪及指針組成。測壓原理：在彈性范圍內(nèi)，彈簧管自由端的位移與被測壓力之間近似線性關(guān)系，即通過測 量自由端的位移，可直接測得相應(yīng)的被測壓力大小。21.轉(zhuǎn)子流量計顯示流量的形式有幾種，是如何分度的。答：轉(zhuǎn)子流量計顯示流量的形式有3種，一種是玻璃轉(zhuǎn)子流量計，其錐型管是電玻璃制成，并在管壁標有流量刻度，直接根據(jù)轉(zhuǎn)子的高度進行讀數(shù)；另一類為電運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流量計，即將轉(zhuǎn)子的位移信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺涣硪环N為氣動運轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子流量，將轉(zhuǎn)子的位移信 號變?yōu)閴毫π盘枺M行遠距離傳送。第四章過程控制裝置4. DD8- III型電動差壓變送器

11、是按什么原理工作的？它是由哪幾部分組成的？試簡述其 工作過程。答：DD8- III型電動差壓變送器是按力矩平衡原理工作的，由測量部分（杠桿系統(tǒng)）；電 磁反饋裝置；矢量機構(gòu)；低額位移檢測放大器。其工作過程如下：被測差壓信號p1,p2分別送入敏感元件兩側(cè)的正負壓室，敏感元件將其轉(zhuǎn)換成作用于主杠桿下端的輸入力 Fi,使主杠桿以軸封膜片為支點偏轉(zhuǎn)，并以力F1沿水平方向推動矢量機構(gòu)，矢量機構(gòu)將推力分解成 F2和F3。F2使矢量機構(gòu)的推板向上偏轉(zhuǎn)，并通過連接簧片帶 動副杠桿L4以支點M逆時針偏轉(zhuǎn)，使固定在副杠桿上的差動變壓器B的銜鐵靠近差動變壓器,兩點之間的距離變化量再通過低頻位移檢測放大器轉(zhuǎn)換并方大為4

12、20mAt流電流，作為便送器的輸出信號；同時該電流又流過電磁反饋裝置的反饋動圈，產(chǎn)生電磁反饋力 Ff,使副杠桿順時偏轉(zhuǎn) o,當輸入力與反饋力對杠桿系統(tǒng)說產(chǎn)生的力矩Mi, Mf達到平衡時，變送器便達到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。此時低頻位移檢測放大器的輸出電流Io便反映了說測電壓Api的大小。11. PID調(diào)節(jié)器是由哪些基本部分組成的？試分析各部分所完成的功能。答：PID調(diào)節(jié)器的基本組成有輸入電路，運算電路和輸出電路組成。輸入電路是檢測偏差 信號，信號經(jīng)濾波電路后輸出導PID運算電路。（輸入電路包括偏差檢測電路，內(nèi)給定穩(wěn)壓電源電路，內(nèi)外給定切換開關(guān)，正反作用開關(guān)及濾波電路等）。PID運算電路：根據(jù)整定好的

13、參數(shù)用以對偏差信號進行比例，微分和積分的運算，是調(diào)節(jié) 器實現(xiàn)PID控制規(guī)律的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。輸出電路：將運算電路的輸出信號做最后一次放大，或者作為運算電路之回路中放大器的 組后一級，提供調(diào)節(jié)器的輸出信號。13.試說明基型調(diào)節(jié)器產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象的原因。答：在基型調(diào)節(jié)器的 PI電路中，接有運算放大器，對于理想的比例積分電路，只要輸入 信號Usc2存在，積分作用就不會終止，直到輸出電壓被限制在運算放大器的最大或最小允 許輸出為止，即產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，一般稱輸出電壓未被限制為正常工作狀態(tài)，輸出電壓 被限制后稱為飽和工作狀態(tài)。16.有一電動比例調(diào)節(jié)器，器輸入電流范圍為420mA輸出電壓范圍是1 5V。試計算

14、當比例度規(guī)定在 40%時，輸入電流變化 4mA所引起的輸出電壓變化量為多少e解. xmax xmin0P .pmaxpmin4即20_/ 0.4u5-1u 2.5V即：輸出電壓變化量為2.5V第五節(jié)計算機控制系統(tǒng)1.計算機控制系統(tǒng)是由哪幾部分組成的？各部分有什么作用？答：計算機控制系統(tǒng)是由工業(yè)對象和工業(yè)控制計算機兩大部分組成。工業(yè)控制計算機主要 由硬件和軟件兩部分組成。其中硬件部分主要包括計算機主機，外部設(shè)備，外圍設(shè)備，工 業(yè)自動化儀表和操作控制臺，軟件是指計算機系統(tǒng)的程序系統(tǒng)，各部分作用參見課本P234-235。8. DDC勺基本算法有哪些？各有什么優(yōu)缺點？答：DDCJ基本算法分為兩種：理想 PID算法和實際PID算法。其中理想PID算法包括： 位置式，增量式和速度式；實際 PID算法有：位置式，增量式和速度式。理想算法中