期末考試過程控制計算題

1、B2 B?(130 105)(110 105)Ty(tp) y()最大偏差A,即超調量c = y()100%130 105105100% 23.8%計算及問答題1 某換熱器溫度控制系統(tǒng)(設定值為100C),在階躍擾動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、過渡時間和振蕩周期(按土3%穩(wěn)態(tài)值來確定過渡時間)。溫度c130.0.81解：衰減比® =余差 C= | y (a) y ( 0 )|=105 100=5過渡時間ts=27min ,(計算穩(wěn)態(tài)值的土 3%,即102或108,用尺子量后估算出時間) 振蕩周期，時間作衰減振蕩，所以振蕩周期T=20 8=12min,

2、(兩個波峰的時間差)2 已知某被控過程的數(shù)學模型為U(s)E(s)KTs 1應用前向差分法，求關于 u(k)和e(k)的差分方程。 參考計算控制課本 p129解: U(s)?(Ts 1) K?E(S)Ts?U(s) U(s) K?E(s)T 響 u(t) Ke(t)du(t) u(k 1) u(k)設采樣周期為Ts,代入 dTTSTS(u(k 1) u(k) u(k) Ke(k)u(k)天u(k 1)嚴 Ke(k)3.臺儀表的測溫范圍為100550C,絕對誤差的最大值為 2C,求這臺儀表的相對誤差。2解軍：合=550 100100%0.44%4.某一標尺為0500 C的溫度計出廠前經校驗，其刻

3、度標尺各點測量結果值分別為:被校表讀數(shù)0100200300400500標準表讀數(shù)0103198303406495(1) 求出儀表最大絕對誤差值；(2) 確定儀表的允許誤差及精確度等級；(3) 儀表經過一段時間使用后，重新校驗時，儀表最大絕對誤差為土8 C,問該儀表是否 還符合出廠時的精確度等級。解：(1)最大絕對誤差值為 6。儀表精度3 =贏100%1.2%1.5%(3 )求液位過程的傳遞函數(shù)W(s)=(1) q2 J q3R2R2R3 W o(s)= CR2R3S r2 r3所以允許誤差為土 %儀表精度等級為級。使用一段時間后的精度為3=島100%1.6%1.5%所以不符合出廠時的精確度等級

4、。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、(4)輸入信號、(5)輸出信號各是什么此題需特別注意！ ！解：被控過程物料的輸入量時水的流量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;(開關在這 里，控制排水量，而不是入水 量)(3) 主要擾動是流量Q1;(4) 輸入信號是液位的給定值； 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R、艮、R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；Q3(S)+，Qi

5、(s)（3）做拉氏變換1R3- 1,1*1. J/CsQ2（S）1H(s)Q（s）野H(s)R3CsH(s)Wo(s)CR2R3S R2 R3R2&7用動態(tài)特性參數(shù)法整定單回路控制系統(tǒng)調節(jié)器參數(shù)時，測得過程的t= 8s, T=80s，自平衡率p = 1,當調節(jié)器分別采用 P、PI、PID控制規(guī)律時，求，調節(jié)器整定的參數(shù)解：由于t需0.1,故應用表中0.2時的公式計算。（1）比例調節(jié)比例度0.1（2）比例積分調節(jié)比例度1.1- t 0.11積分時間Ti3.326.4s（3）比例積分微分調節(jié)比例度 0.85 丄0.085積分時間Ti216s微分時間Td 0.5 4s某熱交換器圖所示， 用蒸

6、汽將進入其中的冷水加熱到一定的溫度，生產工藝要求熱水溫度保持定值（t ± 1C），試設計一個單回路控制系統(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、控制量和主要擾動量是什么及選用的控制算法。¥調勺器，謂節(jié)貓控制譴書厲便菇慕汽流量±0大*從“僮莖啦出口的上升*當赫水出口的溫豐達到設宦值 ”對.荃統(tǒng)再次穩(wěn).定.”:專噴的被控g昆叭水的返査.”羥*1旦熱趙汽射血亙；”M主要擾奇是冷水的應量：-選用prMJK法，8.某前饋控制系統(tǒng)框圖如圖所示，試通過推導分析，前饋控制器W(s)、過程擾動通道傳遞函數(shù) W( s)和過程控制通道傳遞函數(shù)V3(s)滿足什么關系時，能夠

7、實現(xiàn)對擾動的全補償解：參考計算機控制 p38。 求傳遞函數(shù)Y(s)/F(s)，然后令分子等于0，即Y(s)W2 W1W3F(s) 1 ?X(s)w2 w1w309.某液位過程的階躍響應實驗測得如下數(shù)值t/s01020406080100140180250300400500600h/mm00當其階躍擾動量為卩=20%寸，求：(1) 畫出液位過程的階躍響應曲線；(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, To, t 。參考課本p136，作業(yè)2-13 ,(一模一樣)解：(1)由實驗數(shù)據(jù)，液位過程的階躍響應曲線如圖所示:19.6，則 Ko J 號 98取 y 10.39, y t20.

8、63，由 y t在圖上得到t1 126, t2 195代入式中，得To 2(t2 ti) 1382ti t257校驗數(shù)據(jù)：當t3 時，即t357, y ts 0.0930當 t4(0.8T0) 167.4 時，y t40.542 0.55當 t5 (2T0) 333時，y t50.877 0.865所以該液位過程近似為：W°(s)K° sT°s 1 e98138s 1e 57s10、在蒸汽鍋爐運行過程中，必須滿足汽-水平衡關系，汽包水位是一個十分重要的指標。當液位過低時，汽包中的水易被燒干引發(fā)生產事故，甚至會發(fā)生爆炸。（1）試設計一個液位的簡單控制系統(tǒng)，在圖中畫出

9、控制方案圖。（2）確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式，并說明原因。（3）確定調節(jié)器的正、反作用方式，必須有詳細的分析過程。（4）畫出該控制系統(tǒng)的方框圖。汽包給那11、在某生產過程中，通過加熱爐對冷物料加熱，根據(jù)工藝要求，需對熱物料出口溫度進行嚴格控制。對系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，主要擾動為燃料壓力波動。（1）試設計一個熱物料出口溫度的串級控制系統(tǒng)，在圖中畫出控制方案圖。（2）畫出該控制系統(tǒng)方框圖。（3）為保證設備安全, 爐溫不能過高，確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式。（4）確定兩臺調節(jié)器的正反作用方式，必須有詳細的分析過程。（5）確定兩臺調節(jié)器應選擇什么調節(jié)規(guī)律。解:氣開式劇調節(jié)黔作用主調節(jié)器反作川副調節(jié)器采用P或PI

10、調節(jié)規(guī)律主調廿器采用PI或PID調節(jié)規(guī)律12、右圖為一個加熱器控制系統(tǒng)， 通過將進料（流體）與蒸汽進行換熱達到對物料 （流體）進行 加熱的目的，希望出料（流體）溫度恒定。其中已知進料（流料）流量（qv）為最主要的干擾。（1） 試選用合適的的控制方案，說明理由，并畫出控制系統(tǒng)框圖和結構圖。（2）為保證設備安全，出料溫度不能過高，確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式。確定調節(jié)器的正反作用以及應選擇什么 調節(jié)規(guī)律。解：氣開式反作用前饋調節(jié)器采用靜態(tài)前饋反鍛調節(jié)器采用PI或PID控制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。為保證氨冷器內有定的汽化空間，避免液氨帶入冰機造成事故，采用溫度一

11、一液位串級控制。1）此串級控制系統(tǒng)的主副被控變量各是什么2）試設計一溫度一一液位串級控制系統(tǒng)，完成該控制方案的結構圖（即將圖示的氨冷器控制系統(tǒng)示意圖補充完整）；3）試畫出溫度一一液位串級控制系統(tǒng)控制框圖；4）確定氣動調節(jié)閥的氣開氣關形式，并說明原因；5）確定主副調節(jié)器的正反作用。氣氨主參數(shù)為銅液溫度孩副參數(shù)為液氨液位結構閣（略）方框圖（略）氣開式別調節(jié)器反作用主調節(jié)器正作用°副調節(jié)器采用P調節(jié)規(guī)律主調疔器采用PI或FID調節(jié)規(guī)律14、一個如圖所示的換熱器，用蒸汽將進入其中的冷水加熱到一定溫度，生產工藝要求熱 水溫度維持恒定（土 1 C）。試設計一簡單溫度控制系統(tǒng)，畫出其方框圖，并確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式和調節(jié)器的正、反作用方式，指出調節(jié)器應選擇什么調節(jié)規(guī)律解氣開式 反作用PID控制規(guī)律15. 某臺測溫儀表的測溫范圍為200700C，儀表的最