過程控制考試題庫終結(jié)版要點(diǎn)

1、解：控制參數(shù)控制作用dTiTdP26kPI2.20.85TkPID1.7葭0.5Tk0.13Tk1.（5分）某控制系統(tǒng)用穩(wěn)定邊界法分別整定控制器參數(shù)，已知臨界比例度6k=25%,Tk=4.5min,試分別確定用PI和PID作用時(shí)的控制器參數(shù)。穩(wěn)定邊界法計(jì)算表如下。對于PI控制器查表得：P=22k=2.225%=0.55TI=0.85Tk=0.854.5=3.825對于PID控制器查表得：P=22k=2.225%=0.55TI=0.85Tk=0.854.5=3.825Td=0.13Tk=0.134.5=0.5852.（5分）某控制系統(tǒng)用4：1衰減曲線法分別整定控制器參數(shù)。將積分時(shí)間調(diào)至最大，微分

2、時(shí)間調(diào)至最小，對系統(tǒng)施加階躍信號，經(jīng)過調(diào)節(jié)后系統(tǒng)的衰減比為4:1,此時(shí)記錄下來的比例度幺=56%和時(shí)間參數(shù)Ts=5.1min。試分別確定用PI和PID作用時(shí)的控制器參數(shù)。4:1衰減曲線整定經(jīng)驗(yàn)參數(shù)表如下。、控制參數(shù)控制作用“dTiTdPPI1.28s0.5TsPID0.8缸0.3Ts0.1Ts解：對于PI控制器查表得:P=1.2s=1.256%=0.67TI=0.5Tk-0.55.1-2.55對于PID控制器查表得：P=08s=0.856%=0.48TI=0.3Tk=0.35.1=1.53Td=0.1Ts=0.15.1=0.513.（10分）一個(gè)流量雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)如題5.2圖所示。其比值用

3、DDZ-IH型乘法器實(shí)現(xiàn)。已知Q1max=26500m3/h,Q2max=32000m3/h0求：iiiax2maxa）畫出控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。b）當(dāng)I0=16mA時(shí)，比值控制系統(tǒng)的比值K及比值系數(shù)K分別為多少。c）待比值系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，測得I1=16mA,試計(jì)算此時(shí)的I2為多大。題5.2圖流量雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理圖解：1)由于I0=K164得K=(I04)/16=(164)/16=0.75所以K=KQxLk=K，Q1aL=0.75父32000=0.9Q2maxQ1max265002)I 八-4mA由儀表的比例系數(shù)定義，K=I2II -4mA得：I2=K(I1-4mA)+4mA即：I2=0.9父（

4、104）+4=9.4mA4.一個(gè)比值流量控制系統(tǒng)用DDZ-IH型乘法器來進(jìn)行比值運(yùn)算，其原理圖如題3圖所示。流量用孔板配差壓變送器來測量，但沒有開方器，已知Qlmax=3600kg/h,Q2max=2000kg/h。a）試畫出比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。b）如果要求比值為Qi：Q2=2:1,應(yīng)如何設(shè)置乘法器的設(shè)定值I。（乘法器的輸出|=支二業(yè)二義+4）16題3圖單閉環(huán)乘法比值控制系統(tǒng)原理圖解：流量的最大量程分別為Fimax=3600kg/h,F?max=2000kg/h。流量與檢測電流的關(guān)系為，|1=16M一F+4,I2=16M-F=+4,流量比值為K=F2,乘法器的輸FimaxF2maxF1出為1

5、=（11一4）父（10一4）+4。16穩(wěn)態(tài)時(shí)有I=即：I2-（I1-4）X（I-4）+4|O=16X（I2-4）+416（I1-4）I0=16K+4。不加開方器情況，要進(jìn)行非線性處理：/岸/岸/一一一支i13600i102c攜K非門性=K=.一=0.9=0.81FF2max）FF1F2maxJ122000J乘法器的設(shè)置值：.一_.10=K非線性164=0.81164=16.96mA六、應(yīng)用題（15）1 .為了獲得被控對象的動態(tài)特性，常用的實(shí)驗(yàn)方法之一是給被控對象施加一個(gè)階躍擾動信號，觀察其響應(yīng)，從而有觀察到的信息分析其特性。但由于某些生產(chǎn)過程的被控對象不允許長時(shí)間施加這樣的干擾信號，所以人們采

6、用矩形脈沖信號取代階躍擾動，獲得觀測數(shù)據(jù)，再將脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線，以便于特性提取。題圖6為一個(gè)矩形擾動脈沖X(寬度為t0,高度為A)施加到被控對象上的響應(yīng)曲線y。用所學(xué)過的控制理論知識，將該脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成高度為A的階躍信號響應(yīng)曲線。要求分析轉(zhuǎn)換機(jī)理，寫出轉(zhuǎn)換步驟。題6圖矩形脈沖輸入/輸出曲線階躍響應(yīng)曲線答：設(shè)被控對象特性為線性特性，由疊加原理，輸入一個(gè)矩形脈沖信號，相當(dāng)于施加兩個(gè)階躍信號，一個(gè)在t=0處，另一個(gè)在t=to處。設(shè)階躍響應(yīng)為yi,將所測繪的響應(yīng)曲線按時(shí)間間隔t0等分。在第一區(qū)間，yi(t0)=yi(to)。在第二區(qū)間yi(2t0)=y(2t0)+yi(t。)。第三區(qū)

7、間，yi(3t0)=y(3t0)+yi(2t。)。以此類推，將前一區(qū)間的階躍響應(yīng)曲線疊加到本區(qū)間的脈沖響應(yīng)曲線上，即可得到本區(qū)間的階躍響應(yīng)曲線。其響應(yīng)曲線見下圖。2 .為了獲得被控對象的動態(tài)特性，常用的實(shí)驗(yàn)方法之一是給被控對象施加一個(gè)階躍擾動信號，觀察其響應(yīng)，從而有觀察到的信息分析其特性。但由于某些生產(chǎn)過程的被控對象不允許長時(shí)間施加這樣的干擾信號，所以人們采用矩形脈沖信號取代階躍擾動，獲得觀測數(shù)據(jù)，再將脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線，以便于特性提取。題圖6為一個(gè)矩形擾動脈沖X(寬度為t0,高度為A)施加到被控對象上的響應(yīng)曲線y。用所學(xué)過的控制理論知識，將該脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成高度為A的階躍信號響

8、應(yīng)曲線。要求分析轉(zhuǎn)換機(jī)理，寫出轉(zhuǎn)換步驟。J03.在某一蒸汽加熱器的控制系統(tǒng)中，用響應(yīng)曲線法進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。當(dāng)電動單元組合控制器的輸出從6mA改變到7mA時(shí)，溫度記錄儀的指針從85c升到87.8C,從原來的穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。儀表的刻度為50-100C,并測出純滯后時(shí)間i0=1.2min,時(shí)間常數(shù)To=2.5min。如采用PI和PID控制規(guī)律，試確定出整定參數(shù)（響應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式見附表）。解：輸入增量為：AX=76=1mA輸出增量為：AY=87.8-85.0=2.8C輸入量程差為：Xmax-Xmin-10-0-10mA輸出量程差為：Ynax-Ynin=100-50=50C所以,

9、K0；：Y/(Ymax一匕所)2.8/50：X/(Xmaxmin)一優(yōu)。-0.56由查表得：在選用PI控制器時(shí)，K000.561.2、=1.10-100%=1.1100%=30%To2.5TI=3.30=3.31.2=3.96min在選擇PID控制器時(shí)，K05612、=0.85100%=0.85-100%=23%To2.5Ti=2=21.2=2.4minTd-0.5o=0.51.2=0.6min響應(yīng)隨戰(zhàn)法控制器排數(shù)整定鯉驗(yàn)公式嗤數(shù)控制動作一一_6*4P第xlOO-PIJ/lx100f仃3.3r(j一PD0.85x箕100%丁口2rft4 .用分度號為K的鍥銘-鍥硅熱電偶測量溫度，在沒有采取冷端

10、溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，顯示儀表指示值為500C,而這時(shí)冷端溫度為60Co試問：實(shí)際溫度應(yīng)為多少？答：如果熱端溫度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在20C,此時(shí)顯示儀表的指示值應(yīng)為多少？穩(wěn)住-錦城熱電洞分度表(分度號；K,卷比瑞溫度為01020,3040506070090她電動fe/mV*00.0000.370.7981.2031.6112,0222.4362.8503.2663.8811004.0954.50H4.9195.7336J37f.5396.9397.3387.737200BJ378,537&.03B9.3419.74510,15110,5W10,969I13SI1179&30012.20?12

11、,623B.039J3.45613.8741429214.7T215g15.55215,97440016.39516.81617.24117.664I8.O8S18,51318.99B19.36319,78820,2145002O-&4O2L06621,49321.91932.3462；iyyi23J$Sa由424,05024,47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227,44527.86728.28S28,70970029J2B29,54729,96530,35330.7931.2H31-52932.04232.45532.66680033.277

12、33.686U.09554.502M.909IS.31435.71B36,121363436.93537,32537.724居.338.51?38,91539.31039.70340.0%40,46840.897100041.2641.6574、謠42.43242.81743,20243.M343.96S44.34。44.72110045.1043,48643.86346.238445.61246.9S547.35647.72648-09548a46212DQ1300典.呂帝52.3949.132對.5565093書41653843950.27653.7t250,63354.12550,990

13、84.46651,54454.80751.69752.(H9*解：顯示儀表指示值為500時(shí)，查表可得此時(shí)顯示儀表的實(shí)際輸入電勢為20.64mV,由于這個(gè)電勢是由熱電偶產(chǎn)生的，即E(t,to)=20.64mV同樣，查表可得：E(t,0)=E(t,tJEM0)=20.642.463=23.076mV由23.076mV查表可得：t=557C。即實(shí)際溫度為557C0當(dāng)熱端為557C,冷端為20c時(shí)，由于E(20,0)=0.798mV,故有：E(t,t。)=E(t,0)-E(t,0)=23.076-0.798=22.278mV由此電勢，查表可得顯示儀表指示值應(yīng)為538.4C05 .(12)某生產(chǎn)過程需要

14、甲乙兩種液體，甲液體的正常流量為1250m3/h,儀表量程為0-1350m3/h;乙的正常流量為150m3/h,儀表量程為0-240m3/h。如果選甲為主變量，乙為副變量，設(shè)計(jì)一個(gè)控制乙的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，畫出流程圖并計(jì)算引入開方運(yùn)算與不引入開方運(yùn)算所分別設(shè)置的比值系數(shù)。答：采用乘法器的單閉環(huán)比值控制流程框圖如圖所示（其中Qi為甲流量，Q2為乙流量）Q1max=1350m3/h:Qi的量程上限，Q2max=150m3/h:Q2的量程上限，Q1min=0m3/h:Q1的量程下限，Q2min=0m3/h:Q2的量程下限。1引入開方器時(shí)，比值系數(shù)為：Q2Qmax-Q1minQ1max-Q1minK

15、二二KQ1Q2max-Q2minQ?max一Q?min=0.6751501350-0=,1250240-02不引入開方器時(shí)：K=QQ1Q2maxmax一Q1min-Q2min2=0.6752=0.456二1501350-0:1250240-06 .設(shè)計(jì)一個(gè)比例、積分（PI）調(diào)節(jié)器，控制一個(gè)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。控制器的調(diào)節(jié)范圍為：0-3000C,控制器的輸出為4-20mA。當(dāng)給定被控對象一個(gè)如圖（a）所示的階躍輸入時(shí)，測定的被控對象響應(yīng)曲線如圖（b）所示（響應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式見下表）。要求：計(jì)算出控制器的控制參數(shù)，畫出控制系統(tǒng)方框圖響應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式表調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)參數(shù)比例度跳

16、積分時(shí)間Ti微分時(shí)間TdP(K0/T0)X100%PI1.1(K0p/T0)X100%3.3pPID0.85(K0WT0)X100%200.50答：由已知條件得：控制器的調(diào)節(jié)范圍上下限為：制器的輸入上下限為Pmax=20mA和Pmin=4mA,中）ymax=3000C和ymin=0C,控由測試數(shù)據(jù)得，當(dāng)輸入信號從4mA變化到18mA時(shí)，被控對象輸出信號從0c變化到2500c。由此得廣義被控對象的放大系數(shù)Ko,K01ymax-ymin$2500-0)/*APV.Pmax-Pmin)18-413000-0)120-4J2500160.95300014在測得的曲線上找拐點(diǎn)A,作切線交于RC點(diǎn)，如下圖

17、。圖中的讀數(shù)約為：tB=3min,tC=20min。所以，T0=20-3=17min,70=3min。由表中查得PI控制器的比例度計(jì)算公式為K000.953、=1.1100%=1.1100%=18.48%T。17Kr=1/c=1/0.1848=19.11c積分常數(shù)為：Ti=3.30=3.33=9.9min控制系統(tǒng)方框圖見下圖7.廣義被控對家Pl控制器廣義被控對象PI控制器已知已被控對象的傳遞函數(shù)為W0(s)=Ke-s(*1)停1)在階躍擾動r(t)變化(從r(t)=12mA變化至Ur(t)=16mA)的作用下，其響應(yīng)曲線如下圖所示。使用階躍響應(yīng)曲線確定被控對象的傳遞函數(shù)中的各參數(shù)，K0,七，T

18、i和T2o二階被控對象響應(yīng)曲線上各特征值關(guān)系曲線圖見附圖。答：曲線的起始點(diǎn)為B,在曲線中找到拐點(diǎn)P,過拐點(diǎn)作切線交于C、D,1)在階躍響應(yīng)特性曲線上確定出yG)=108.5,y(0)=100,y=101,yT=107,T=11,%=52) Wei3) Wei4)0.650.300.75O.Sfi案8.對于有自衡能力的二階被控對象的傳遞函數(shù)為:Wo(s)=K0(*1)31)其單位階躍響應(yīng)曲線如下圖。用圖解法確定此二階被控對象傳遞函數(shù)的參數(shù)工和丁2。其中BE與m的相互關(guān)系表見附表。答：由于輸入為單位階躍輸入，被控對象的放大系數(shù)為Ko=13.5T1和T2的確定步驟如下：1）過響應(yīng)曲線的拐點(diǎn)A作切線；

19、2）分別交B、C、D和E點(diǎn)，并求得CD和BE值；B=5.5,C=5,D=9.5,E=4.5CD=9.5-5=4.5,BE=5.5-4.5=13）從附表中求得與BE值對應(yīng)的m值。4）由CD=丁2Ti,m=TT2解得5)9.對于一個(gè)熱交換系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套前饋-反饋復(fù)合控制裝置，系統(tǒng)的管道儀表流程K。圖如圖所小。已知被控對象和執(zhí)行裝置的傳遞函數(shù)近似為Wa(s)=eTsTaS1(其中，Ka=3,Ta=5min,%=2.5min),反饋通道檢測變送裝置的傳遞函數(shù)為Wn(s)=Km(其中Km=0.5),擾動通道的傳遞函數(shù)近似為K/Wd(s)=es(其中，Kd=0.5,Td=3min,儲=3min)前饋通道檢測TdS1變送裝置的傳遞函數(shù)為Wq(s)=Kq(其中Kq=0.5)。試在反饋通道上設(shè)計(jì)一個(gè)PID控制器WC(s),在前饋通道上設(shè)計(jì)一個(gè)前饋控制器Wf(s)。要求：設(shè)計(jì)控制器，計(jì)算出各控制器的控制參數(shù)，并畫出可實(shí)施的控制系統(tǒng)方框圖。注：響應(yīng)曲線法控制