過程控制復(fù)習(xí)要點和習(xí)題答案(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，各調(diào)節(jié)規(guī)律定義公式，其階躍響應(yīng)。積分時間的大小相應(yīng)的積分作用怎樣？微分時間的大小其作用怎樣？比例度如何求??？2無擾動切換是指什么？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？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了解氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器各有什么特點？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；理想流量特性的定義、分類和特點；11工作

2、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12S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了解危險場所分為哪幾類？危險程度最高的是哪一類？第一類危險場所又分為哪幾級？第四章控制對象的特性測試掌握利用機理法建立單容/雙容對象的數(shù)學(xué)模型。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對象？具有滯后的一階二階特性的表示式。掌握什么是飛升曲線？單容對象或多容對象的飛

3、升曲線可用哪些參數(shù)來表征？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)。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。掌握測定對象動特性的方法分類第三次作業(yè)（P108）1（2）某比例積分調(diào)節(jié)器的輸入，輸出X圍均為其輸出為6mA，若在某一時刻輸入階躍增加解：=1/Kc=100%=Kc=1U(t)=Kc(e(t)+1/Tie(t)dt)420mADC1mA，試求經(jīng)過，若設(shè)=100%，T1=2MIN4min后調(diào)節(jié)器的輸出。，穩(wěn)態(tài)時=e(t)+1/Tie(t)dt=1+0.51dt=1+0.54=3mA4min后調(diào)節(jié)器的輸出為9m

4、A什么叫無平衡無擾動切換？全刻度指示調(diào)節(jié)器是這樣保證由自動到軟手動，由軟手動到硬手動，再由硬手動到軟手動，由軟手動到自動之間的無擾動切換的？解：當(dāng)調(diào)節(jié)器由硬手動切換到軟手動是，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輸出狀態(tài)，故由硬手動切向軟手動，無需平衡即可做到輸出無擾動無擾需平衡才能無擾自動（A)軟手動（M）硬手動（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，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)

5、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的相對流量成正比關(guān)系快開流量特性是指在小開度時就有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快達(dá)到最大，故稱為快開特性。阻力系數(shù)S定義為閥全開時閥前后壓差Pvmin與系統(tǒng)總壓差P的比值。當(dāng)S=1時，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)S1時，由于串聯(lián)管道

6、阻力的影響，使流量特性產(chǎn)生兩個變化：一個是閥全開時流量減少；另一個是使閥在大開度工作時控制靈敏度降低。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氣動執(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)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。試分別計算其相對開度在10%，50%，80%各變化10%時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

7、和一些選用原則。Q/Qmax(%)0102030405060708090100l/L()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

8、%，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，流量的變化值相對較大，調(diào)節(jié)作用強，容易產(chǎn)生超調(diào)和引起振蕩；當(dāng)流量大時，流量變化值相對較小，調(diào)節(jié)作用進(jìn)行緩慢，不夠靈敏。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，流量的變化也?。ㄕ{(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)小），調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和；流量大（大開度）時，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

9、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，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)。補充作業(yè)：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h1=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？2：某負(fù)作用理想PID調(diào)節(jié)規(guī)律，80%，Ti=2min,Td=0,在t=t0時刻加入一幅值為1mA的階躍信號，若調(diào)節(jié)器的起始工作點為6mA，試畫出調(diào)節(jié)

10、器的輸出波形。1e1pedtTi11t12dt0.8t011t01t0.823.某正作用理想PID調(diào)節(jié)規(guī)律，100%Ti=30s,Td=0,試畫出在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6mA）。yKce(t)1e(t)dtTi在階躍輸入作用下，即e(t)A調(diào)節(jié)器的輸出為：1yKc(AAt)Tit0,yKcAtTI,y2KcA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=Tiy=2Kc=2/PP1=1/0.5=2=200%,T1=0.5P2=1/2=50%,T2=1P1=4*200%=800%,T1=0.25,K1=0.125P2=4*50%=200

11、%,T2=0.5,K2=0.5(2號線變?yōu)?號線)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Ti5某電動比例調(diào)節(jié)器的測量X圍為100200C，其輸出為010mA。當(dāng)溫度從140C變化到160C時，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。xxmin160140 xmaxxmin100100%20050%yymin73ymin0ymax10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。氣關(guān)閥7、圖示，冷物料通過加熱器

12、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，即耐熱材料不損壞，現(xiàn)在蒸汽管道上有一只調(diào)節(jié)閥，確定其氣開，氣關(guān)形式。氣開閥第四、五章習(xí)題1、水槽如圖所示。其中F為槽的橫截面積，R1、R2、R3均為線性水阻，Q1為流入量，Q2、Q3為流出量。要求：寫出以水位H為輸出量，Q1為輸入量的對象動態(tài)方程；（2）寫出對象的傳遞函數(shù)，并指出其增益K和時間常數(shù)T的數(shù)值。QQQFdH123dtQ2HQ3HR2R3R2R3G(s)H(s)R2R3Q(s)R2R3Fs11R2R32、有一液位對象，其矩形脈沖響應(yīng)實驗結(jié)果見下表。矩形脈沖幅值u20%閥門開度變化，矩形脈沖寬度t20s。(1)試將矩形脈沖響應(yīng)曲線

13、轉(zhuǎn)換為階躍響應(yīng)曲線。(2)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)K、T和的數(shù)值。x（t）=x1（t）+x2（t）x2（t）=-x1（t-t）y（t）=y1（t）+y2（t）=y1（t）-y1（t-t）y1(t)y(t)y1(tt)t020406080100120140160180200220240260280h100.20.82.03.65.47.49.31112.613.614.415.115.816.43003203403603804001717.417.617.817.9518.1畫圖并求得y()18.1K90.5u0.218040t=0:20:400;h1=0

14、,0.2,0.8,2.0,3.6,5.4,7.4,9.3,11,12.6,13.6,14.4,15.1,15.8,16.4,17,17.4,17.6,17.8,17.95,18.1;h=h1/0.2;tt=0:0.5:400;hh=spline(t,h,tt);x0=100,139,51;x=lsqcurvefit(onedt,x0,tt,hh)y=onedt(x,tt);err1=sum(hh-y).2)x2=90.5,180,40;y2=onedt(x2,tt);err2=sum(hh-y2).2)plot(t,h,r*,tt,y,k,tt,y2,b);grid;100.7384138.9

15、39350.662790.5,180,403.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)系解：根據(jù)動態(tài)平衡關(guān)系，列出以下增量方程C1dh1Q1Qdth1R2dh2QQ2C2dtQ20進(jìn)行拉普拉斯變換，整理，得到傳遞函數(shù)、數(shù)學(xué)模型G(s)Q(s)H2(s)11Q1(s)Q(s)T1s1T2sT1R2C1為槽1的時間常數(shù)T2C2為槽2的時間常數(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)1dh1QiQ1Q1h1dtR1dh2Q2h2A2Q1Q2R3dtQ1(s)H2(s)1R2G(s)Q1(s)A1Rs11A2R2s1Qi(s)如圖所示簡單水槽對象，進(jìn)水流量Qi為20m3/h，液位h

16、穩(wěn)定在10m處，現(xiàn)在我們?nèi)藶榈貙⑦M(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Qi為輸入變量）Kh()10Qi110T4222G(s)1e2s2s16.1）Ro（2）Go(s)Gfs()RoFos1干擾通道特性對控制質(zhì)量的影響,當(dāng)干擾是幅值為F的階躍信號y(s)Gf(s)F(s)1Gc(s)Gv(s)Go(s)Gf(s)Fy(s)F(s)若F(S),1Gc(s)Gv(s)Go(s)Sy()limy(t)limsy(s)KfF1KcKvK0ts0KfFe()y()1KcKvK0KfFRoQd0.54cmHd()1KcKvR01KcKvK01.調(diào)節(jié)通道特性對控制質(zhì)量的影響，當(dāng)給定是幅值為R的階躍信號y(s)Gc(s)Gv(s)Go(s)R(s)1Gc(s)Gv(s)Go(s)Gc(s)Gv(s)Go(s)R(s)若R(S)R,y(s)S1Gc(s)Gv(s)Go(s)y()limy(t)vl