過(guò)程控制與集散系統(tǒng)課后習(xí)題答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1-1過(guò)程控制系統(tǒng)中有哪些類(lèi)型的被控量溫度、壓力、流量、液位、物位、物性、成分1-2過(guò)控系統(tǒng)有哪些基本單元構(gòu)成，與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)有無(wú)區(qū)別被控過(guò)程或?qū)ο?、用于生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)檢測(cè)的檢測(cè)儀表和變送儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、報(bào)警保護(hù)盒連鎖等其他部件過(guò)程控制，是一種大系統(tǒng)控制，控制對(duì)象比較多，可以想象為過(guò)程控制是對(duì)一條生產(chǎn)線的控制，運(yùn)動(dòng)控制是生產(chǎn)線內(nèi)某個(gè)部件的具體控制。1-4衰減比和衰減率衰減比等于兩個(gè)相鄰?fù)虿ǚ逯抵取：饬空袷庍^(guò)程衰減程度的指標(biāo)。衰減率是經(jīng)過(guò)一個(gè)周期以后，波動(dòng)幅度衰減的百分?jǐn)?shù)。衡量振蕩過(guò)程衰減程度的另一種指標(biāo)。一般希望過(guò)程控制系統(tǒng)的衰減比=4:110:1,相當(dāng)于衰

2、減率=0.75到0.9。若衰減率 =0.75,大約振蕩兩個(gè)波系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。1-5最大動(dòng)態(tài)偏差和超調(diào)量有何異同最大動(dòng)態(tài)偏差是指在階躍響應(yīng)中，被控參數(shù)偏離其最終穩(wěn)態(tài)值的最大偏差量，表現(xiàn)在過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始的第一個(gè)波峰（y1）。最大動(dòng)態(tài)偏差是衡量過(guò)程控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性的指標(biāo)。超調(diào)量為最大動(dòng)態(tài)偏差占被控量穩(wěn)態(tài)值的百分比。余差是指過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，被控量新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值的差值。余差是過(guò)程控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性的衡量指標(biāo)。調(diào)節(jié)時(shí)間ts 是從過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始到結(jié)束的時(shí)間。理論上應(yīng)該為無(wú)限長(zhǎng)。一般認(rèn)為當(dāng)被控量進(jìn)入其穩(wěn)態(tài)值的±5%范圍內(nèi)所需時(shí)間就是調(diào)節(jié)時(shí)間.調(diào)節(jié)時(shí)間是過(guò)程控制系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。振蕩頻率是振蕩周期的倒

3、數(shù)。 在同樣的振蕩頻率下，衰減比越大則調(diào)節(jié)時(shí)間越短；當(dāng)衰減比相同時(shí)，則振蕩頻率越高，調(diào)節(jié)時(shí)間越短。振蕩頻率在一定程度上也可作為衡量過(guò)程控制系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。過(guò)程控制的目標(biāo)安全性 穩(wěn)定性 經(jīng)濟(jì)性 過(guò)程工業(yè)的特點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性和整體性/全局優(yōu)化的重要性/安全性要求過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn) / 被控過(guò)程的多樣性 / 控制方案的多樣性/被控過(guò)程屬慢過(guò)程、多參數(shù)控制/定值控制/過(guò)程控制多種分類(lèi)方法過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)/穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性/快速性2-1什么是對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，為什么要研究它研究對(duì)象特性通常以某種形式的擾動(dòng)輸入對(duì)象，引起對(duì)象輸出發(fā)生相應(yīng)的變化，這種變化在時(shí)域或者頻域上用微分方程或者傳遞函數(shù)進(jìn)行描述，稱為對(duì)

4、象的動(dòng)態(tài)特性。動(dòng)態(tài)特性：被控參數(shù)隨時(shí)間變化的特性y(t) 研究被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的目的是據(jù)以配合合適的控制系統(tǒng)，以滿足生產(chǎn)過(guò)程的需求。 2-2描述對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的方法有哪些參數(shù)描述法  /傳遞函數(shù)描述/差分方程描述/狀態(tài)空間描述非參數(shù)描述法-響應(yīng)曲線/階躍響應(yīng)/脈沖響應(yīng)/頻率響應(yīng)/噪聲響應(yīng):白噪聲、M序列2-3過(guò)控中被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性有哪些特點(diǎn)1)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是不振蕩的 2）對(duì)象動(dòng)態(tài)特性有延遲 3）被控對(duì)象本身是穩(wěn)定的或中性穩(wěn)定的2-4單容對(duì)象放大系數(shù)K和時(shí)間常數(shù)T各與哪些因素有關(guān)，K、T大小對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響T反映對(duì)象響應(yīng)速度的快慢K是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)/K大，

5、系統(tǒng)的靈敏度高2-5對(duì)象的純滯后時(shí)間產(chǎn)生的原因是什么純延遲現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于擾動(dòng)發(fā)生的地點(diǎn)與測(cè)定被控參數(shù)位置有一定距離。具有自平衡能力的雙容對(duì)象的傳遞函數(shù)有純延遲時(shí)具有自平衡能力的多容對(duì)象若還有純延遲4 PID調(diào)節(jié)原理4-1，P、I、D控制規(guī)律各有何特點(diǎn)，那些是有差、無(wú)差調(diào)節(jié)，為了提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，消除控制系統(tǒng)的誤差，應(yīng)該選擇那些調(diào)節(jié)規(guī)律P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u與偏差信號(hào)e成比例 u = Kp e P調(diào)節(jié)對(duì)偏差信號(hào)能做出及時(shí)反應(yīng)，沒(méi)有絲毫的滯后有差調(diào)節(jié),(放大系數(shù)越小，即比例帶越大，余差就越大)比例帶大,調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作幅度小，變化平穩(wěn)，甚至無(wú)超調(diào)，但余差大，調(diào)節(jié)時(shí)間也很長(zhǎng)比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

6、：（1）比例調(diào)節(jié)的輸出增量與輸入增量呈一一對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系，即：u = K e（2）比例調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，輸出與輸入同步，沒(méi)有時(shí)間滯后，其動(dòng)態(tài)特性好。（3）比例調(diào)節(jié)的結(jié)果不能使被調(diào)參數(shù)完全回到給定值，而產(chǎn)生余差。若對(duì)象較穩(wěn)定,則比例帶可選小些，這樣可以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)速度加快積分調(diào)節(jié)（I調(diào)節(jié))調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)的變化速度du/dt與偏差信號(hào)e成正比，或者說(shuō)調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號(hào)的積分成正比，只要偏差存在，調(diào)節(jié)器的輸出就會(huì)不斷變化積分調(diào)節(jié)作用能自動(dòng)消除余差./無(wú)差調(diào)節(jié)穩(wěn)定作用比P調(diào)節(jié)差滯后特性使其難以對(duì)干擾進(jìn)行及時(shí)控制增大積分速度，調(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低微分調(diào)節(jié)（D調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)器的

7、輸出u與被調(diào)量或其偏差e對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成正比微分調(diào)節(jié)只與偏差的變化成比例，變化越劇烈，由微分調(diào)節(jié)器給出的控制作用越大微分調(diào)節(jié)主要用于克服調(diào)節(jié)對(duì)象有較大的傳遞滯后和容量滯后微分調(diào)節(jié)不能消除余差，有差調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差但是過(guò)大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱。加入積

8、分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。4-2，調(diào)節(jié)器P、PI、PD動(dòng)作規(guī)律對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影

9、響PI,比例積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：具有比例調(diào)節(jié)作用反應(yīng)快、無(wú)滯后的優(yōu)點(diǎn)，可以加快調(diào)整作用，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，又具有積分調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，可以消除靜差。對(duì)于一般調(diào)節(jié)對(duì)象，均可用比例積分調(diào)節(jié)，比例帶和積分時(shí)間選擇合適，基本可以滿足生產(chǎn)工藝要求。PD,比例微分調(diào)節(jié)的特點(diǎn):PD調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)微分調(diào)節(jié)有提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用適度引入微分動(dòng)作可以允許稍許減小比例帶微分動(dòng)作太強(qiáng)容易導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥開(kāi)度向兩端飽和在PD調(diào)節(jié)中總是以比例動(dòng)作為主，微分動(dòng)作只能起輔助調(diào)節(jié)作用。PD調(diào)節(jié)器的抗干擾能力很差微分調(diào)節(jié)動(dòng)作對(duì)于純遲延過(guò)程是無(wú)效的4-3，什么是積分飽和，引起它的原因是，如何消除如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)到極限位置，仍然不能消除靜差時(shí)，由

10、于積分作用，盡管PID差分方程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)已無(wú)相應(yīng)的動(dòng)作，這就叫積分飽和。積分飽和產(chǎn)生的條件1、調(diào)節(jié)器長(zhǎng)期處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)2、調(diào)節(jié)器具有積分控制作用3、調(diào)節(jié)器輸入偏差長(zhǎng)期得不到校正抗積分飽和的措施、限制PI調(diào)節(jié)器的輸出/積分分離法/遇限削弱積分法4-4一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，在比例控制的基礎(chǔ)上分別增加適當(dāng)?shù)姆e分、微分作用，問(wèn)這兩種情況對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、最大動(dòng)態(tài)偏差、余差分別有何影響為了得到相同的系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)如何調(diào)整調(diào)節(jié)器的比例帶，理由I作用：穩(wěn)定性變差，最大動(dòng)態(tài)偏差變大，消除殘差。D作用：穩(wěn)定性變好，最大動(dòng)態(tài)偏差減小，不能消除殘差。 2.I作用：因?yàn)榉e分調(diào)節(jié)使系統(tǒng)

11、穩(wěn)定性變差，故可適當(dāng)增大比例帶，減弱比例調(diào)節(jié)作2.D作用：因?yàn)榉治⒄{(diào)節(jié)使系統(tǒng)穩(wěn)定性變好，故可適當(dāng)減小比例帶，增強(qiáng)比例調(diào)節(jié)作4-5微分動(dòng)作規(guī)律克服被控對(duì)象的純延遲和容積延遲的效果如何，克服外擾如何純遲延對(duì)象：在延遲時(shí)間段由于對(duì)象不發(fā)生變化，故微分作用在此階段不起作用。此段時(shí)間過(guò)后對(duì)象的變化速率一定，故微分作用起作用，且強(qiáng)度保持不變。 容積遲延對(duì)象：對(duì)象從一開(kāi)始便一直變化，且變化速率不定，顧此階段內(nèi)微分作用存在且隨時(shí)間變化。最后對(duì)象不再變化時(shí)，微分作用消失，不再起作用。4-6增大積分時(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)有什么影響，增大微分時(shí)間呢增大積分時(shí)間TI，穩(wěn)定性提高、振蕩減慢、調(diào)節(jié)過(guò)程減慢、振

12、蕩頻率降低適度引入微分動(dòng)作可以允許稍許減小比例帶，TD超出某一上限值后，變得不穩(wěn)定4-7計(jì)算題求比例帶 emax emin -偏差信號(hào)范圍，即儀表量程 umax umin -調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)范圍，即控制器輸出的工作范圍4-14什么是數(shù)字PID位置型控制算法和增量式控制算法( 1）增量型算法不需做累加，計(jì)算誤差后產(chǎn)生的計(jì)算精度問(wèn)題，對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。位置型算法用到過(guò)去的誤差的累加，容易產(chǎn)生較大的累加誤差。 （2）增量型算法得出的是控制的增量，不會(huì)影響系統(tǒng)的工作。位置型算法的輸出是控制量的全部輸出，誤動(dòng)作影響大4-15為什么在計(jì)算機(jī)控制裝置中通常采用增量式PID控制算法增量式PID控制算法的優(yōu)

13、點(diǎn)不累加誤差，增量的確定僅與最近幾次偏差采樣值有關(guān)，計(jì)算精度對(duì)控制量的計(jì)算影響較小；得出的是控制量的增量，誤動(dòng)作影響??；增量型算法不對(duì)偏差做累加，因而也不易引起積分飽和；易實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊切換。PID控制的優(yōu)點(diǎn)原理簡(jiǎn)單，使用方便；適應(yīng)性強(qiáng)；魯棒性強(qiáng)；控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不大敏感。對(duì)模型依賴少。比例作用是依據(jù)_偏差的大小_來(lái)動(dòng)作的，在系統(tǒng)中起著_穩(wěn)定被控變量的作用；積分作用是依據(jù)_偏差是否存在_來(lái)動(dòng)作的，在系統(tǒng)中起著_消除余差_的作用；微分作用是依據(jù)_偏差變化速度_來(lái)動(dòng)作的，在系統(tǒng)中起著_超前調(diào)節(jié)_的作用。 5-1什么是串級(jí)控制系統(tǒng)，畫(huà)出原理圖就是采用兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，

14、主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值，由副控制器的輸出去操縱控制閥，從而對(duì)主被控變量具有更好的控制效果。 5-2傳級(jí)控制系統(tǒng)與單回路相比有什么特點(diǎn)(1)  串級(jí)系統(tǒng)由于副回路的存在, 使等效副對(duì)象時(shí)間常數(shù)減小，改善了對(duì)象的特性,使系統(tǒng)工作頻率提高。 (2) 串級(jí)控制系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗干擾能力，特別是干擾作用于副環(huán)的情況下,系統(tǒng)的抗干擾能力會(huì)更強(qiáng)。 (3) 串級(jí)系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力。 5-3舉例說(shuō)明串級(jí)控制系統(tǒng)克服干擾的工作過(guò)程如，在整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)下，燃料壓力突然升高。結(jié)果，二次干擾對(duì)主變量的影響在副回路中得以克服。若，二

15、次干擾對(duì)主變量的影響較強(qiáng)，則通過(guò)主回路進(jìn)一步加以抑制。5-9參數(shù)整定計(jì)算題整定參數(shù)的方法可分為以下三種：逐步逼近法、一步整定法、兩步整定法6-1比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式有幾種，以及各自工作過(guò)程以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上物料保持一定比例關(guān)系為目的的控制系統(tǒng)。 開(kāi)環(huán)比值控制 單閉環(huán)比值控制 雙閉環(huán)比值控制 變比值控制6-6為什么4:1整定方法不適合比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)的副流量回路、變比值回路均為隨動(dòng)控制系統(tǒng)，希望副流量跟隨主流量變化，始終保持固定的配比關(guān)系。出現(xiàn)4：1振蕩時(shí)，固定配比關(guān)系不能保證。 6-8設(shè)置均勻控制的目的是什么，特點(diǎn)？ 使兩個(gè)有關(guān)聯(lián)的被控變量在規(guī)定范圍內(nèi)緩慢地

16、、均勻地變化，前后設(shè)備在物料的供求上相互兼顧、均勻協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。兩被控變量都是變化的兩個(gè)被控變量的調(diào)節(jié)過(guò)程是緩慢的兩個(gè)被控變量的變化在工藝允許的范圍內(nèi)6-10均勻控制的與單回路系統(tǒng)有何異同單：一對(duì)一控制咯，不是正作用就是反作用。響應(yīng)快，效果好。環(huán)節(jié)少，故障少。7-1前饋控制與反饋控制各自特點(diǎn)？在前饋中，如何達(dá)到全補(bǔ)償？靜態(tài)和動(dòng)態(tài)前饋的聯(lián)系和區(qū)別反饋控制按被控量的偏差進(jìn)行控制，即控制器的輸入是被控量的偏差。所以，反饋控制作用期間系統(tǒng)是偏離設(shè)定值的，即被控量是受擾動(dòng)影響的。前饋控制按擾動(dòng)量的變化進(jìn)行控制，即控制器的輸入是擾動(dòng)量?！扒梆仭钡囊馑迹焊鶕?jù)擾動(dòng)量的大小（而非被控量反饋后得到的偏差）來(lái)直接改變控制量，以抵消或減小擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。7-2前饋控制有哪些結(jié)構(gòu)形式，工業(yè)控制中為什么很少單獨(dú)使用前饋控制，而選用前饋-反饋控制系統(tǒng)。單純的前饋控制只能對(duì)指定的擾動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償；對(duì)指定的擾動(dòng)量，由于環(huán)節(jié)或系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化、工況的變化以及對(duì)象特性的漂移等，也很難實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。前饋反饋控制前饋控制器用來(lái)消除主要擾動(dòng)量的影響；反饋控制器則用來(lái)消除前饋控制器不精確和其它不可測(cè)干擾所產(chǎn)生的影響。7-3設(shè)計(jì)前饋控制器7-48-1常用的解耦設(shè)計(jì)方法有，各自優(yōu)缺點(diǎn)前饋補(bǔ)償解耦法/ 反饋解耦法/解耦器通常配置在反饋通道上，而不是配置在系統(tǒng)的前向通道上。對(duì)角陣