過程控制復(fù)習(xí)要點(diǎn)和習(xí)題問題詳解(3,4)

1、第三章 調(diào)節(jié)器1掌握 P、PI、PD，PID 調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，各調(diào)節(jié)規(guī)律定義公式，其階躍響應(yīng)。積分 時(shí)間的大小相應(yīng)的積分作用怎樣？微分時(shí)間的大小其作用怎樣？比例度如何 求??？2無擾動(dòng)切換是指什么？3了解微分先行的 PID 算法主要用于解決什么問題？對什么有微分作用？4了解比例先行的 PID 算法有什么特點(diǎn)？5掌握 PID 微分方程及差分方程？ 6掌握調(diào)節(jié)器的正反作用判斷。執(zhí)行器 7掌握解執(zhí)行器的作用、類型、由哪兩部分組成？各部分的作用是什么？ 8了解氣動(dòng)執(zhí)行器和電動(dòng)執(zhí)行器各有什么特點(diǎn)？9掌握什么是氣開閥， 什么是氣關(guān)閥。按什么原則、如何來選擇氣開或氣關(guān)方式？ 10 掌握調(diào)節(jié)閥流量特性的定義；理想流

2、量特性的定義、分類和特點(diǎn)；11 工作流量特性的定義，串聯(lián)管道中調(diào)節(jié)閥流量特性的變化12.S值是指什么？ S值的大小對流量特性的影響？13 掌握選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性的三原則？14. 了解電氣轉(zhuǎn)換器起什么作用？為什么要用閥門定位器？15. 掌握構(gòu)成一個(gè)安全火花型防爆系統(tǒng)的充要條件是什么？安全火花型防爆 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。16. 了解防爆柵有哪幾種類型？17. 了解危險(xiǎn)場所分為哪幾類？危險(xiǎn)程度最高的是哪一類？第一類危險(xiǎn)場所 又分為哪幾級？第四章 控制對象的特性測試1. 掌握利用機(jī)理法建立單容 /雙容對象的數(shù)學(xué)模型。2. 掌握什么是具有自衡能力的對象？具有滯后的一階二階特性的表示式；什么 是無自衡能力的

3、對象？具有滯后的一階二階特性的表示式。3. 掌握什么是飛升曲線？單容對象或多容對象的飛升曲線可用哪些參數(shù)來表 征？4. 掌握如何測定飛升曲線和方波響應(yīng)曲線？測得方波響應(yīng)曲線后如何獲得飛升 曲線（獲取飛升曲線的原理和方法 ）。5. 掌握由飛升曲線來確定一階對象， 了解確定二階對象的傳遞函數(shù)的方法。掌握測定對象動(dòng)特性的方法分類第三次作業(yè)（P108）1（ 2） 輸出為解:某比例積分調(diào)節(jié)器的輸入，輸出圍均為420mA DC，若設(shè)6=100% , T1-2MIN，穩(wěn)態(tài)時(shí)其6mA，右在某一時(shí)刻輸入階躍增加1mA，試求經(jīng)過4min后調(diào)節(jié)器的輸出。c=1/Kc=100%=>Kc=1 U（t）=Kc（e（

4、t）+1/Ti / e（t）dt）=e（t）+1/Ti / e（t）dt=1+0.5 / 1dt=1+0.5 X 4=3mA則4min后調(diào)節(jié)器的輸出為 9mA（5）什么叫無平衡無擾動(dòng)切換？全刻度指示調(diào)節(jié)器是這樣保證由自動(dòng)到軟手動(dòng)，由軟手動(dòng)到硬手 動(dòng)，再由硬手動(dòng)到軟手動(dòng)，由軟手動(dòng)到自動(dòng)之間的無擾動(dòng)切換的？解：當(dāng)調(diào)節(jié)器由硬手動(dòng)切換到軟手動(dòng)是，由于切換后的積分器具有保持特性，即能保持切換前 的硬手動(dòng)輸出狀態(tài)，故由硬手動(dòng)切向軟手動(dòng)，無需平衡即可做到輸出無擾動(dòng)無擾需平衡才能無擾自動(dòng)（A） :軟手動(dòng)（M）L硬手動(dòng)（H）無擾無擾（6）調(diào)節(jié)器的正反作用是如何規(guī)定的？答：隨著測量信號的增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，

5、則為正作用；隨著測量信號的增加，調(diào)節(jié)器的 輸出減少，則為反作用。（15）什么是調(diào)節(jié)閥的流量特性？調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有哪幾種？它們各是怎樣定義的？調(diào)節(jié) 閥的工作流量特性和阻力系數(shù)有關(guān)，而阻力系數(shù)又是怎樣定義的？它的大小對流量特性有何影 響？答：調(diào)節(jié)閥的流量特性，是指控制介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門相對開度之間的關(guān)系。理想的流量特性有直線流量特性，對數(shù)流量特性和快開流量特性。直線流量特性是指流過調(diào)節(jié)閥的相對流量和閥門的相對開度成直線關(guān)系對數(shù)流量特性是指單位行程變化所引起的相對流量變化與該點(diǎn)的相對流量成正比關(guān)系快開流量特性是指在小開度時(shí)就有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快達(dá)到最大，故稱為快 開

6、特性。阻力系數(shù)S定義為閥全開時(shí)閥前后壓差Pvmin與系統(tǒng)總壓差 P的比值。當(dāng)S=1時(shí)，管道壓降為零，調(diào)節(jié)閥前后壓差等于系統(tǒng)總壓差，故工作流量特性即為理想流量特性;當(dāng)S<1時(shí)，由于串聯(lián)管道阻力的影響，使流量特性產(chǎn)生兩個(gè)變化：一個(gè)是閥全開時(shí)流量減少；另一個(gè)是使閥在大開度工作時(shí)控制靈敏度降低。隨著S值減少，直流特性趨向于快開特性，對數(shù)特性趨向于直線特性，S值越小，流量特性的變形程度愈大。2（ 5）如圖所示，冷物料通過加熱器用蒸汽對其加熱。在事故狀態(tài)下，為了保護(hù)加熱器設(shè)備的安 全，即耐熱材料不被損壞，現(xiàn)在蒸汽管道上有一個(gè)氣動(dòng)執(zhí)行器，試確定其氣開，氣關(guān)形式，并畫 出由PID調(diào)節(jié)器構(gòu)成的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

7、框圖。解：為了保護(hù)加熱設(shè)備的安全，應(yīng)該選擇氣開閥。（6）現(xiàn)測得三種流量特性的有關(guān)數(shù)據(jù)見表。試分別計(jì)算其相對開度在10% , 50%, 80%各變化10%時(shí)的相對流量的變化量，并據(jù)此分析它們對控制質(zhì)量的影響和一些選用原則。Q/Qmax/L( %)(%)0102030405060708090100直線流量特性3.313.022.732.342.051.761.371.080.690.3100對數(shù)流量特性3.34.676.589.2613.018.325.636.250.871.2100快開流量特性3.321.738.152.665.275.884.591.396.1399.03100調(diào)節(jié)閥的相對開

8、度（l/L）（ %）和相對流量（Q/Qmax） （%）（R=30）解：直線流量特性：相對開度在10% , 50%, 80%各變化10%的相對流量變化量為 74.6%, 18.6% , 12%對數(shù)流量特性：相對開度在10% , 50%, 80%各變化10%的相對流量變化量為 41% , 40%, 40% 快開流量特性：相對開度在10%, 50%, 80%各變化10%的相對流量變化量為 76%, 11%, 3%由上述數(shù)據(jù)可知，直線特性的調(diào)節(jié)閥在開度變化相同的條件下，當(dāng)流量小時(shí)，流量的變化值相對 較大，調(diào)節(jié)作用強(qiáng)，容易產(chǎn)生超調(diào)和引起振蕩；當(dāng)流量大時(shí)，流量變化值相對較小，調(diào)節(jié)作用進(jìn) 行緩慢，不夠靈敏。

9、適合于符合穩(wěn)定的場合。對數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥在同樣的開度變化值下，當(dāng)流量?。ㄐ￠_度）時(shí)，流量的變化也?。ㄕ{(diào) 節(jié)閥的放大系數(shù)?。{(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和；流量大（大開度）時(shí)，流量的變化也大（調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù) 大），調(diào)節(jié)靈敏有效。無論大開度還是小開度， 相對流量的變化率都是相等的，表明流量變化的百分比是相同的。適用于符合變化的場合?？扉_流量特性的調(diào)節(jié)閥在開度很小時(shí)，就已經(jīng)將流量放大，隨著開度的增加，流量很快就達(dá)到最大（飽和）值，以后再增加開度，流量幾乎沒有什么變化。這種流量特性適合于迅速開閉的切 斷閥或雙位控制系統(tǒng)。補(bǔ)充作業(yè)：1.如圖所示，用差壓變送器測敞口容器液位，其最低液位和最高液位到 儀表的距離分別為h

10、1=1m, h2=3m若被測介質(zhì)的密度為980kg/m3,求:1）該變送器的量程為多少？2）是否需要遷移？遷移量為多少?最高液位I 毘低液位用差壓變送器測液位虬 3P 丄仏亠加 Vl)*980xE807M1922L7(Pdi當(dāng)液位最低時(shí)，液位計(jì)正負(fù)壓室的受力分別為兒=A = lx980x 9.807-%io.7( pa)P. -0-P. =%105Pa>0i該壓力變送滯需要正if移J£移量為9610.71%:某負(fù)作用理想PID調(diào)節(jié)規(guī)律,80% ,”=2mi n,Td=O,在t=tg時(shí)刻加入一幅值為1mA的階躍信號，若調(diào)節(jié)器的起始工作點(diǎn)為6mA，試畫出 調(diào)節(jié)器的輸出波形。+ Jr

11、 minTiedt10.8tdtt010.8t f時(shí)Pm -(l/3)ie+ Po二 (1/0. 8) xl + 6 = 4. 75nk= to+ TL= + 2 時(shí)=-2x (1/0*8) x 1 4-6 = 3,5(1143.某正作用理想PID調(diào)節(jié)規(guī)律，100%Tj=30s,Td=0,試畫出在t < 20st M 2fet < 40st N 40s如圖所示輸入方波作用下的調(diào)節(jié)器輸出波形（初始工作點(diǎn)6mA）mA3Q 2Q 50t/t輸入18號波形圖解：該輸入可看成如下兩個(gè)輔人的疊加： 在第一個(gè)輸人下闊節(jié)器的輸出表達(dá)式為|0AP, =+ 貳嚴(yán) J = 3 + 詁-2 = t + 新

12、在第二個(gè)輸人下的表達(dá)式為屮=+（& +卡加砂=-3 一新+ 4-話 故在題紿輸人下輸出表達(dá)式為t < 20s20s w r < 條l m *Os0"=iof, 1 . 11 +* 1 - f = 2100%50%100%50%4. 15 己知比例積分週節(jié)器階躍響應(yīng)如習(xí)題4. 15圖.100%50%習(xí)S4.15S比例積分調(diào)節(jié)SftKflA應(yīng)(1) 在圖上標(biāo)出d和的數(shù)(ft：(2) 若同時(shí)把占放大四借，門縮小一倍，其輸出u的階跌呦應(yīng)作何變化。把(帖曲線畫在同一坐標(biāo) 系中，并標(biāo)出新的和T；值|指出此時(shí)測節(jié)掘的比例作用、積分作用是増強(qiáng)還址減弱？說明P1調(diào)節(jié)器中形響比列作用

13、、積分作 用強(qiáng)弱的因亂100%50%e(t)dty Kce(t)在階躍輸入作用下，即調(diào)節(jié)器的輸出為：Tie(t) A1 y Kc(A At)t 0,y KCAt Ti,y 2KcA100%50%100%50%因此，可以從階躍響應(yīng)曲線上確定KC, TiA=1，則 t=0, y=Kc=1/Pt=Ti y=2Kc=2/P(1) P1=1/0.5=2=200%, T1=0.5P2=1/2=50%,T2=1(2) P1'=4*200%=800%, T1 '0.25, K1 '0.125P2'=4* 50%=200%, T2=0.5 , K2 '0.5 (2 號線變

14、為 1 號線)(3) 比例、積分作用減弱，影響比例的是P,影響積分作用的是P和Ti 5.某電動(dòng)比例調(diào)節(jié)器的測量圍為100200 C,其輸出為010mA。當(dāng)溫度從140(變化到160 C寸，測得溫度調(diào)節(jié)器的輸出從3mA變化到7mA,試求該調(diào)節(jié)器的比例帶。XminZ Xmax/y miny maxXminymin160 140200 1007 310 06圖示鍋爐生產(chǎn)情況，冷水進(jìn)入氣鼓，經(jīng)燃燒加熱產(chǎn)生蒸汽，在生產(chǎn)過程中，工藝要 求氣鼓里的水不能燒干，不然將產(chǎn)生事故，甚至發(fā)生爆炸。為了保證鍋爐的安全生產(chǎn),試確定冷水進(jìn)水管道上調(diào)節(jié)閥的氣開，氣關(guān)形式 。鋁H読冬產(chǎn)過忑氣關(guān)閥7、圖示，冷物料通過加熱器用蒸

15、汽對其加熱，在事故狀態(tài)下，為了保護(hù)加熱器設(shè)備100%50%第四、五章習(xí)題1、水槽如圖所示。其中F為槽的橫截面積，RR2、R3均為線性水阻，Q1為流入量，°2、Q3為流出量。要求：（1）寫出以水位H為輸出量，Q1為輸入量的對象動(dòng)態(tài)方程；F d HdtH應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表。（2）寫出對象的傳遞函數(shù)，并指出其增益 K和時(shí)間常數(shù)T的數(shù)值。Ht 20s2、有一液位對象，其矩形脈沖 矩形脈沖幅值2 u 20%閥門開度變化，矩形脈沖寬度（i）試將矩形脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換為階躍響應(yīng)曲線。R2艮oQi(s)蘭丄 Fs 1R2 R3若將它近似為帶純延遲的一階慣性對象，試用不同的方法確定其特性參數(shù) 數(shù)亠x(t)

16、= Xi(t)+ *2(t)x2 (t) = - x1 (t - t)y (t) = y1 (t) + y2 (t)=(t) -(t-At)%(t) y(t) %(t t)t020406080100120140160180200220240260280h100.20.82.03.65.47.49.31112.613.614.415.115.816.43003203403603804001717.417.617.817.9518.1畫圖并求得K g 空 90.5u 0.2T 18040? t=0:20:400;? h1=0, 020.8,2.0,3.6,5.4,7.4,9.3,11,12.6,1

17、3.6,14.4,15.1,15.8,16.4,17, 17.4,17.6,17.8,17.95,18.;h=h1/0.2; tt=0:0.5:400;? hh=spli ne(t,h,tt);? x0=100,51;? x=lsqcurvefit('o nedt',x0,tt,hh)? y= on edt (x,tt);? err1=sum(hh-y).A2)? x2=90.5,180,40;? y2= onedt (x2,tt);? err2=sum(hh-y2).A2)? plot(t,h,'r*',tt,y,'k',tt,y2,'

18、b');? grid;3.求無自平衡能力的雙容水槽液位與輸入流量的對應(yīng)關(guān)系-CKb卜1R丄1A 02丄月2解：根據(jù)動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，列出以下增量方程Cld hdtQiC2hi R2d h2dtQ20進(jìn)行拉普拉斯變換，整理，得到傳遞函數(shù)、數(shù)學(xué)模型Q冋 H2(s)JQ(s) Q(s)Tis 1 T2sT1R2C1為槽1的時(shí)間常數(shù)T2 C2 為槽2的時(shí)間常數(shù)4.求有自平衡能力的雙容水槽液位與輸入流量的對應(yīng)關(guān)系A(chǔ)：, Qi QiA2 d h2QiQ2dtG(s)Qi(s)Qi2：1A1R1s 1AR2s 15.如圖所示簡單水槽對象，進(jìn)水流量 Qj為20m3/h,液位h穩(wěn)定在10m處，現(xiàn)在我 們?nèi)藶?/p>

19、地將進(jìn)水流量突然加大到 30m3/h,液位h的反應(yīng)曲線如圖所示，試求出該水 槽對象的特性參數(shù)并寫出對象傳函。(液位h為輸出變量，進(jìn)水流量Qj為輸入變量)3020(/min水槽的階跌反應(yīng)曲線K "101Qi 10T 422G(s)e2s 12s6.益|扎| =2&crnJ/Cs - mA) 變送髀靜恵塩蠱 氐；=lmA；£ma某水If澈位控制箓統(tǒng)如習(xí)題4 12匪朋云.已卻十JWOOcnr衛(wèi)亠0山3“赤用節(jié)奩靜卷堆鋤出該系疣的傳遺方框罔(2) 調(diào)節(jié)糠為出胸調(diào)節(jié)器-ftttW帶試分別求出擾動(dòng)ifi=5Wy3ll及定笛擾動(dòng)4一Q4M時(shí)械塢雖力朗殘叢。(3) 若/改為】20%*其他條件不變,h的務(wù)差又詔少！比較(2).(3)