期末考試過(guò)程控制計(jì)算題

1、計(jì)算及問(wèn)答題1 .某換熱器溫度控制系統(tǒng)(設(shè)定值為100C),在階躍擾動(dòng)作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如圖所3%穩(wěn)態(tài)值來(lái)確定示。分別求出衰減比、最大偏差、余差、過(guò)渡時(shí)間和振蕩周期(按土 過(guò)渡時(shí)間)。1B21(130 105)0 8解：衰減比 4 = 1B11(110 105)0.82 / 10曰+2* a 日口如、國(guó)曰叫 y() 100%100% 23.8%最大偏差A(yù),即超倜量b = y( )105余差 C= y ( oo) y( 0)=105-100=5過(guò)渡時(shí)間ts=27min,(計(jì)算穩(wěn)態(tài)值的土 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=20-8=12min

2、,(兩個(gè)波峰的時(shí)間差)2 .已知某被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型為U (s) KE(s) Ts 1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：U(s)?(Ts1) K?E(s)Ts?U(s)U(s)K?E(s)du(t)1dtu(t)Ke(t)設(shè)采樣周期為du(t)Ts，代入17"u(k 1) u(k)Ts置u(k1) u(k)u(k)Ke(k)u(k)TJTSu(k1)TsTs TKe(k)3. 一臺(tái)儀表的測(cè)溫范圍為100550C,絕對(duì)誤差的最大值為 2C,求這臺(tái)儀表的相對(duì)誤差。解.§ = 55021001 00%0.44%4.某一標(biāo)尺為050

3、0 c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)0100200300400500標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)0103198303406495(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(guò)一段時(shí)間使用后，重新校驗(yàn)時(shí)，儀表最大絕對(duì)誤差為土8C,問(wèn)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 8 =300-T 100%1.2% 1.5%(2)3 / 10所以允許誤差為土 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8_益1 100% 1.6% 1.5%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

4、系統(tǒng)中，被控過(guò)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)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(guò)程物料的輸入量時(shí)水的 流量Q1 ,輸出量是水的流量 Q 2；(1)被控變量是液位 H;(2)操縱變量是流量 Q2;(開(kāi)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;6 .圖所示液位過(guò)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(guò)程的微分方程組；(2)畫(huà)出液位過(guò)程的框圖；(3)求液位過(guò)程的傳遞函數(shù) Wo(s)=H (s)/Q1(s)(

5、3)做拉氏變換Qi曹普CsH(s)Wo(s)H(s)Qi(s)CR,R3s R2 R3R2R37.用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法整定單回路控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)，測(cè)得過(guò)程的r=8s, T=80s,自平衡率p=1,當(dāng)調(diào)節(jié)器分別采用 P、Pk 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T 100.1 ,故應(yīng)用表中亍0.2時(shí)的公式計(jì)算。(1)比例調(diào)節(jié)比例度T O.1(2)比例積分調(diào)節(jié)比例度1.1-7 011積分時(shí)間TI 3.326.4s(3)比例積分微分調(diào)節(jié)比例度 0.85，0.085積分時(shí)間1216s微分時(shí)間Td 0.5 4s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

6、求熱水 溫度保持定值(t±1C),試設(shè)計(jì)一個(gè)單回路控制系統(tǒng)，并說(shuō)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。7 / 10薜；課本口176忤業(yè)丸221熱水冷水冷水*:正.本工作原理二當(dāng);令水流量突然理大時(shí)，業(yè)量元件檢演:到期水出口:罵度近恨.于是有測(cè)量值與給定值的差給 “說(shuō)卡器，璃節(jié)船控制中網(wǎng)使然*流量加大,從而性效水出口的溫度上升,當(dāng)軌水圖口的溫度達(dá)到歿定值 “對(duì)，芟統(tǒng)再次穩(wěn)定.”:蒙洸的被挖墨昆都水的濕度.“桂電旦熱荽汽為而過(guò)一，,主要找競(jìng)皂冷水的流量：1:選用PI控莉算法118.某前饋控制系統(tǒng)框圖如圖所示，試通過(guò)推導(dǎo)分析，前饋控制器Wi

7、(s)、過(guò)程擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)W2 (s)和過(guò)程控制通道傳遞函數(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Y(s)FW2 WW?X(s)W2W1W321 3+9.某液位過(guò)程的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得如下數(shù)值t/s01020406080100140180250300400500600h/mm000.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.219.6當(dāng)其階躍擾動(dòng)量為科=20%時(shí)，求：(1)畫(huà)出液位過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線；(2)該過(guò)程用一階加滯后環(huán)節(jié)近似描述，確定液位過(guò)程的Ko, To, T參考課本

8、p136,作業(yè)2-13,(一模一樣)解：(1)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，液位過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線如圖所示:(2)19.6,則 K0取 y 七 0.39, y t?0.63 ,由 y t在圖上得到t1126, t2 195代入式中，得To 2t ti) 1382ti t257校驗(yàn)數(shù)據(jù)：當(dāng)13 時(shí)，即t3 57, y t30.093 0當(dāng) t4 (0.8To ) 167.4 時(shí)，y t40.542 0.55當(dāng) t5 (2T0) 333時(shí)，y t50.877 0.865所以該液位過(guò)程近似為：W0(s)T0s 1 e 138s 1 eh(mm)10、在蒸汽鍋爐運(yùn)行過(guò)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

9、的指標(biāo)。當(dāng)液位過(guò)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(huà)出控制方案圖。（2）確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式，并說(shuō)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(guò)程。（4）畫(huà)出該控制系統(tǒng)的方框圖。氏*給木11、在某生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)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(huà)出控制方案圖。（2）畫(huà)出該控制系統(tǒng)方框圖。（3）為保證設(shè)備安全, 爐溫不能過(guò)高，確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式。（4）確定兩臺(tái)調(diào)節(jié)器的正反作用方式，必

10、須有詳細(xì)的分析過(guò)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。解二氣開(kāi)式副調(diào)節(jié)麟作用主調(diào)節(jié)器反作用副調(diào)節(jié)器采用P或PI調(diào)節(jié)規(guī)律主調(diào)節(jié)器采用PI或PID調(diào)節(jié)規(guī)律12、右圖為一個(gè)加熱器控制系統(tǒng)，通過(guò)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（qv）為最主要的干擾。（1） 試選用合適的的控制方案，說(shuō)明理由，并畫(huà)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(guò)高，確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、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。解：氣開(kāi)式反作用前饋調(diào)節(jié)器采用靜態(tài)前饋反做調(diào)節(jié)器采用PI或PID控制13、右下圖所示的

11、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)有定的汽化空間，避免液氨帶入冰機(jī)造成事故，采用溫度一一液位串級(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)一溫度一一液位串級(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(huà)出溫度一一液位串級(jí)控制系統(tǒng)控制框圖；4）確定氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)氣關(guān)形式，并說(shuō)明原因；5）確定主副調(diào)節(jié)器的正反作用。解主參數(shù)為銅液溫度,副參數(shù)為液氨液位結(jié)構(gòu)圖略）方框國(guó)（略）氣開(kāi)式副調(diào)節(jié)器反作用主調(diào)節(jié)器正作用凸副調(diào)節(jié)器采用P調(diào)節(jié)粉律主調(diào)節(jié)器采用PI或PID調(diào)節(jié)規(guī)律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（A。W 土 1C）O試設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單溫度控制系統(tǒng)，畫(huà)出其方框圖，并確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、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？解工氣開(kāi)式反作用15.某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為 允許誤差和精度等級(jí)。PID控制規(guī)律200700,儀表的最大絕對(duì)誤差為±