过程装备控制技术及应用课后习题答案)

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过程装备控制技术及应用课后习题答案)

1. 过程装备的三项基本要求过程装备的三项基本要求:安全性、经济性和稳定性.

A.安全性:指整个生产过程中确保人身和设备的安全

B.经济性:指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少,也就是要求生产成本低而效率高

C.稳定性:指系统应具有抵抗外部干扰,保持生产过程长期稳定运行的能力.

2. 过程装备控制的主要参数:温度、压力、流量、液位(或物位)、成分和物性等.

3. 流程工业四大参数:温度、压力、流量、液位(或物位)

4. 控制系统的组成控制系统的组成:(1)被控对象 (2)测量元件和变送器 (3)调节器 (4)执行器

5. 控制系统各参量及其作用:1.被控变量 y 指需要控制的工艺参数,它是被控对象的输出信号 2.给定值(或设定值) ys 对应于生产过程中被控变量的期望值 3.测量值 ym 由检测元件得到的被控变量的实际值 4.操纵变量(或控制变量)m 受控于调节阀,用以克服干扰影响,具体实现控制作用的变量称为操纵变量,它是调节阀的输出信号

5.干扰(或外界扰动)f 引起被控变量偏离给定值的,除操纵变量以外的各种因素

6.偏差信号 e 在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差

7.控制信号u 控制器将偏差按一定规律计算得到的量。

6. 控制系统的分类(1)控制系统的分类:按给定值 a 定值控制系统;随动控制系统;程序控制系统(2) b c 按输出信号的影响 a 闭环控制;b 开环控制(3)按系统克服干扰的方式 a 反馈控制系统;b 前馈控制系统;c 前馈-反馈控制系统

7. 控制系统过度过程定义:从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起,调节器开始发挥作用,使被控变量回复到给定值附近范围内,然而这一回复并不是瞬间完成的,而是要经历一个过程,这个过程就是控制系统的过渡过程。

8. 阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点(1)发散振荡过程:这是一种不稳定的阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点:过渡过程,因此要尽量避免(2)等幅振荡过程:被控变量在某稳定值附近振荡,而振荡幅度恒定不变,这意味着系统在受到阶跃干扰作用后,就不能再稳定下来,一般不采用(3)衰减振荡过程:被控变量在稳定值附近上下波动,经过两三个周期就稳定下来,这是一种稳定的过渡过程(4)非振荡的过渡过程:是一个稳定的过渡过程,但与衰减振荡相比,其回复到平衡状态的速度慢,时间长,一般不采用。

9. 评价控制系统的性能指标(1)以阶跃响应曲线形式表示的质量指标: A.最大偏差 A(或评价控制系统的性能指标:超调量σ) B.衰减比 n C. 过渡时间 ts D.余差 e E.振荡周期 T (2)偏差积分性能指标: A.平方误差积分指标(ISE) B.时间乘平方误差积分指标(ITSE)C.绝对误差积分指标(IAE) D.时间乘绝对误差积分指标(ITAE)

10. 被控对象特性的定义被控对象特性的定义:就是当被控对象的输入变量发生变化时,其输出变量随时间的变化规律(包括变化的大小,速度等)。

11. 连续生产过程所遵守的两个最基本的关系:物料平衡和能量平衡。即静态条件下,单位时间流入对象的物料(或能量)等于从系统中流出的物料(或能量);动态条件下,单位时间流入对象的物料(或能量)与从系统中流出的物料(或能量)之差等于系统内物料(或能量)存储量的变化率。

12. 有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别:A.自衡特性有利于控制,在某些情况下,使用简单的控制系统就能得到良好的控制质量,甚至有时可以不用设置控制系统。B.无自衡特性被控对象在受到扰动作用后不能重新恢复平衡,因此控制要求较高。对这类被控对象除必须施加控制外,还常常设有自动报警系统。

13. 一阶被控对象一阶被控对象:它是一个一阶常系数微分方程,具有该特性的被控对象叫一阶被控对象.

14. 描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响(1)放大系数 K 对控制通道,K 描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响:值大,控制灵敏,但被控变量不易控制,系统不稳定;对干扰通道,K 值越小,相同干扰产生的作用越小,利于控制。(2)时间常数 T 不同通道,时间常数对系统的影响:对控制通道,若时间常数 T 大,则被控变量的变化比较缓和,一般来讲,这种对象比较稳定,容易控制,但缺点是控制过于缓慢;若时间常数 T 小,则被控变量的速度变化快,不易控制。因此,时间常数太大或太小,对过程控制都不利;对干扰通道,时间常数大有明显的好处,使干扰对系统的影响变得比较缓和,被控变量的变化平稳,对象容易控制。(3)滞后时间不同通道、不同滞后对控制性能的影响:对控制通道,滞后的存在不利于控制;对于干扰通道,作用不一,纯滞后是只是推迟了干扰作用的时间,因此对控制质量没有影响;容量滞后则可以缓和干扰对被控对象的影响,因而对控制系统是有利的。

15. 单回路控制系统参数选择的原则(1)被控变量的选择基本原则;被控变量信号最好是单回路控制系统参数选择的原则:能够直接测量获得,并且测量和变送环节的滞后也要比较小。若被控变量信号无法直接获取,可选择与之有单值函数关系的间接参数作为被控变量。被控变量必须是独立变量。变量的数目一般可以用物理化学中的相律关系来确定。被控变量必须考虑工艺合理性,以及目前仪表的现状能否满足要求。(2)操纵变量的选择;使被控对象控制通道的放大系数较大,时间常数较小,纯滞后时间越小越好;使被控对象干扰通道的放大系数尽可能小,时间常数越大越好。(3)检测变送环节:检测变送环节在控制系统中起着获取信息和传送信息的作用。①减小纯滞后的方法,正确选择安装检测点位置,使检测元件不要安装在死角或容易结焦的地方。当纯滞后时间太大时,就必须考虑使用复杂控制方案。②克服测量滞后的方法,一是对测量元件时间常数进行限定。尽量选用快速测量元件,以测量元件的时间常数为被控对象的时间常数的十分之一以下为宜;二是在测量元件后引入微分环节,达到超前补偿。在调节器中加入微分控制作用,使调节器在偏差产生的初期,根据偏差的变化趋势发出相应的控制信号。③减小信号传递滞后的方法,尽量缩短气压信号管线长度,一般不超过 300m;较长距离的传输尽量转换成电信号;在气压管线上加气动继电器,以增大输出功率;按实际情况尽量采用基地式仪表等。

16. 基本调节规律:A.断续调节:位式;B.连续调节:比例、积分、微分。

17. PID 调节器的参数整定:整定内容;调节器的比例度δ,积分时间 T1 和微分时间 TD。整定方法;①经验试凑法,②临界比例度法,③衰减曲线法。

18. 复杂控制系统的分类分类:①为提高响应曲线的性能指标而开发的控制系统;

②为某些特殊目的而开发的控制系统。

19. 串级控制系统的工作原理:串级控制系统由两套检测变送器,两个调节器,两个被控对象和一个调节阀组成,其中两个调节器串联起来工作,前一个调节器的输出作为后一个调节器的给定值,后一个调节器的输出才送往调节阀。串级控制系统与简单控制系统有一个显著的区别,它在结构上形成了两个闭环,一个闭环在里面,成为副环或副回路,在控制过程中起着“初调”的作用,一个闭环在外面,称为主环或主回路,用来完成“细调”任务,以保证被控变量满足工艺要求。

20. 串级控制系统的工作特点控制系统的工作特点:①能迅速克服进入副回路的干扰②能改善被控变量的特性,提高系统克服干扰的能力③主回路对副对象具有“鲁棒性”,提高了系统的控制精度。

21. 串级控制系统的适用对象:凡是可以利用上述特点之一来提高系统的控制品质的场合,都可以采用串级控制系统,特别是在被控对象的容量滞后大,干扰强,要求高的场合,采用串级控制可以获得明显的效果。

22. 主副回路的选择依据主副回路的选择依据:让主要干扰位于副回路。23. 前馈控制相较于反馈控制的特点:在反馈控制中,信号的传递形成了一个闭环系统,而在前馈控制中,则只有一个开环系统,闭环系统存在一个稳定性的问题,调节器参数的整定首先要考虑这个稳定性问题,但是,对于开环控制系统来讲,这个稳定性问题是不存在的,补偿的设计主要是考虑如何获得最好的补偿效果。在理想情况下,可以把补偿器设计到完全补偿的目的,即在所考虑的扰动作用下,被控变量始终保持不变,或者说兑现了“不变性”原理。

24. 前馈-反馈控制系统:在工程上往往将前馈与反馈结合起来应用,既发挥了前馈校正作用及时的优点,又保持了反馈控制能克服多种扰动及对被控变量最终检验的长处,是一种适合化工过程控制的控制方法。

25. 系统误差:指在相同条件下,多次测量同一被测量值的过程中出现的一种误差,它的绝对值和符号或者保持不变,或者在条件变化时按某一规律变化。

26. 随机误差:又称偶然误差,它是在相同条件下多次测量同一被测量值的过程中所出现的绝对值和符号以不可预计的方式变化的误差。

27. 粗大误差:明显的歪曲测量结果的误差称为粗大误差,这种误差时由于测量操作者的粗心,不正确的操作,实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙实验等原因所造成的。

28. 减小误差的方法:①标准法:预先测出系统误差,然后对测量值进行修正。由于修正值本身存在一定误差,因此这种方法只适用于工程测量,②零示法:测量误差与读数误差无关,主要取决于已知的标准量,但要求指示器灵敏度足够高,如电位差计(平衡式电桥)。③代替法:用已知量来代替被测量的测量方法。④交换法:将引起系统误差的某些条件相互交换以达到减小或消除误差的方法。(例如等臂天平称量物体时),此外还有对称法、微差法、比较法等。

29. 仪表的绝对误差:仪表指示值与被测变量真值之间的代数差.

30. 仪表的相对误差:测量的绝对误差与被测变量的约定真值(实际值)之比.

31. 仪表的引用误差:绝对误差与仪表的量程之比.

32. 仪表的精度等级:工业自动化仪表通常根据引用误差来评定其精确度等级,并规定用允许引用误差限去掉百分号后的数字来表示精度等级。如精度等级为 1.0 级的仪表其允许引用误差为 1.0%。精密等级值越低的仪表其精确度越高。

33. 流量的概念:流量是指单位时间内流过某一截面的流体数量的多少。

34. 流量计的分类:A 压差式流量计,B 转子式流量计、C 电磁式流量计

35. 压差式流量计的工作原理:当充满管道的流体流经节流装置时,流束收缩,流速提高,静压减小,在节流装置前后会产生了一定的压差。这个压差的大小与流量有关,根据它们之间的关系即可得到流量的大小。

36. 压差式流量计结构上的核心部件:核心部件是节流装置,包括节流元件,取压装置以及其前后管段。

37. 常见的节流装置分类:孔板,喷嘴,文都利管.

38. 液位的概念:液位是指液体介质液面的高低。

39. 液位计的分类:按工作原理可分为直读式、浮力式、静压式、电容式、光纤式、激光式、核辐射式。

40. 静压式液位计的工作原理:通过测量某点的压力或该点与另一参考点的压差来间接测量液位。

41. 变送器的作用:将测量元件的输出信号转换为一定的标准信号,送后续环节显示、记录或调节。

42. 变送器的分类:变送器按驱动能源不同的分类:气动变送器,电动变送器。

43. 气动变送器和电动变送器的区别:气动变送器是以压缩空气为驱动能源,电动变送器是以电力为能源。

44. 常用的标准信号:电压(1-5V DC),电流(4-20mA),气压(20-100kPa)信号。

45. 常见的气动元件和组件:1.气阻 2.气容 3.阻容耦合组件:(1)节流通室(2)节流盲室 4. 喷嘴-挡板机构

46. 安全火花的定义安全火花的定义:指该火花的能量不足以对其周围可燃介质构成点火源。

47. 自动化仪表的防爆结构类型及各自特点:①隔爆型,仪表的电路和接线端子全部置于隔爆壳体中,表壳的强度足够大,表壳接合面间隙足够深,最大的间隙宽度又足够窄,即使仪表因事故产生火花,也不会引起仪表外部的可燃性物质发生爆炸。②本质安全防爆型,防爆性能好,理论上适用于一切危险场所;安全性能不随时间而变化;可在线进行维修、调整。

48. 安全防爆系统的构成及工作原理:安装在危险场所中的本质安全电路及安装在非危险场所中的非本质安全电路。为了防止非本质安全电路中过大的能量传入危险场所中的本质安全电路中,在两者之间采用了防爆安全栅,使整个仪表系统具有本质安全防爆性能。

49. 执行器按工作能源的分类:气动执行器、电动执行器、液动执行器

50. 电动执行器的分类:1.按照输入位移的不同,电动执行机构可分为角行程(DKJ 型)和直行程(DKZ 型);2.按照特性不同,电动执行机构可分为比例式和积分式。

51. 调节阀的理想流量特性:在调节阀前后压差一定的情况下的流量特性称为调节阀理想流量特性,根据阀芯形状不同,主要有直线,等百分比(对数),抛物线及快开四种理想流量特性。

52. 调节阀的工作流量特性:在实际使用调节阀时,由于调节阀串联在管路中或与旁路阀并联,因此阀前后的压差总在变化,这时的流量特性称为调节阀的工作流量特性。

53. 常见的流量特性分类及其使用特性:A.理想流量特性①直线流量特性,在流量小时,流量的变化值大,而流量大时,流量变化的相对值小。因此具有直线流量特性的调节阀不宜用于负荷变化较大的场合。②对数流量特性,适应能力强,在工业过程控制中应用广泛。③快开流量特性,主要用于迅速启闭的切断阀或双位调节系统。④抛物线流量特性,介于直线流量特性与等百分比流量特性之间。 B.工作流量特性①串联管道工作流量特性②并联管道工作流量特性.

54. 串联管道工作流量特性:系统的总压差ΔP 等于管路系统的压差ΔP1 与调节阀的压差Δ Pv 之和.系统管道的压差与通过的流量的平方成正比,若系统的总压差ΔP 不变,调节阀一旦动作, ΔP1 将随着流量的增大而增加,调节阀两端的压差ΔPv 则相应减少.以 S 表示调节阀全开时阀上的压差ΔPv 与系统总压差ΔP 之比,S=1 时,工作特性与理想特性一致;随着 s 值减小,管道阻力损失增加,实际可调比减小,流量特性发生畸变,由直线趋于快开,等百分比趋于直线。实际使用中,S 过大或过小都不合适,通常希望介于 0.3-0.5.

55. 调节阀选型内容:口径、型式、固有流量特性、材质.

56. 调节阀的可调比:调节阀能够控制的最大流量与最小流量之比,即R=qvmax/qvmin . qvmin 不等于阀的泄漏量, qvmin 指阀能控制的流量下限,一般为(2%--4%)qvmin,而阀的泄漏量指阀处于关闭状态下的泄漏量,一般小于0.1%C(C 为流量系数).

57. 进行电-气或气-电转换的原因:控制系统中调节执行单元品种繁多,电、气信号常混合使用,需进行电-气或气-电转换.

58. 电-气转换器及电-气阀门定位器:A.电-气转换器作用:将从电动变送器来的电信号变成气信号,送气动调节器或气动显示仪表。工作原理:力矩平衡原理 B.电-气阀门定位器作用:将电动调节器输出信号变成气信号去驱动气动调节阀主要功能:电气转换+气动阀门定位工作原理:力矩平衡原理.

59. 计算机控制系统的组成:计算机控制系统是由工业对象和工业控制计算机两大

部分组成。工业控制计算机主要由硬件和软件两部分组成,硬件部分主要包括计算机主机、外部设备、外围设备、工业自动化仪表和操作控制台等; 软件是指计算机系统的程序系统。

60. 计算机直接数字控制系统与常规的模拟控制系统的比较:A.相同点:基本结构相同;基本概念和术语相同;有关调节原理和调节过程也相同的,都是基于“检测偏差、纠正偏差”的控制原理。在系统的对象、执行元件、检测元件等环节内部的运动规律与模拟控制系统是相同的。B.不同点:在计算机控制系统中,控制器对控制对象的参数、状态信息的检测和控制结果的输出在时间上是断续的,对检测信号的分析计算是数字化的,而在模拟控制系统中则是连续的。

61. 计算机控制系统的分类:(1)数据采集和数据处理系统(2)直接数字控制系统(DDC)(3)监督控制系统 SCC (4)分级计算机控制系统(5)集散型控制系统

62. DDC 是最基本的计算机控制系统,DDC 是利用计算机的分时处理能力对多个回路完成多种控制的一种计算机控制方式。

63. DDC 的理想 PID 算法的三种表达式:1.位置式 2.增量式 3.速度式。

64. 直接数字控制系统 DDC 概念:分时地对被控对象的状态参数进行测试,并根据测试的结果与给定值的差值,按照预先制定的控制算法进行数字分析、运算后,控制量输出直接作用在调节阀等执行机构上,使各个被控参数保持在给定值上,实现对被控对象的闭环自动调节。

65. DDC系统的优点及缺点:A.优点:计算机不但完全代替了模拟调节器,实现了几十个甚至更多的单回路 PID 控制;而且还能比较容易地实现其它新型控制规律的控制,如串级控制、前馈控制、自动选择性控制、具有大纯滞后对象的控制等。它把显示、记录、报警和给定值设定等功能都集中在操作控制台上,给操作人员带来了很大方便。只要改变程序即可实现上述各种形式的控制规律。B.缺点:要求工业控制计算机的可靠性很高,否则会直接影响生产的正常运行。

66. 可编程控制器的特点:1.编程程序简单 2.控制系统简单,通用性强 3.抗干扰能力强,可靠性高 4.体积小,维护方便 5.缩短了设计,施工,投产调试周期. 67. 可编程控制器的基本工作原理:它是按照扫描原理工作地,在一个扫描周期内要完成输入采样,程序执行,输出刷新三部分的工作.

68. 常见的编程程序表达方式:梯形图、语句表、逻辑功能图和高级语言.

三、对象的时间常数T指的是什么?

答案:对象的时间常数T,是表示扰动后被测量完成其

变化过程所需时间的一个重要参数,即表示对象惯性的一个参数。T 越大,表明对象的惯性越大。

四、比例控制作用有和特点?

答案:比例作用的优点是动作快。它的输出无迟延地反映输入的变化,是最基本的控制作用。缺点是调节结束后被控量有静态偏差。

五.什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性?系统设计时应如何选择控制阀的流量特性?

答:假设阀前后压差是固定的,即△P为常数,这时得

到的流量特性关系,称为理想流量特性,理想流量特性是控制阀固有的特性。当△p不等于常数时,控制阀的流量特性称为工作流量特性。流量特性的选择:根据对象特性选择控制阀的流量特性;根据s值选择控制阀的流量特性;从控制阀正常工作时阀们开度考虑:当控制阀经常工作在小开度时宜选用等百分比流量特性,当流过控制阀的介质中含有固体悬浮物等,宜选用直线流量特性。

七、在选择性控制系统中,如何确定选择器的基本类型?

答:1)从安全角度考虑,确定控制阀的气开和气关类型;2)确定正常工况和取代工况时的对象特性,即放大倍数的正、负3)确定正常控制器和取代控制器的正、反作用;

4)根据取代控制器的输出信号类型,确定选择器是高选器还是低选器;5)当选择高选器时,应考虑事故时的保护措施。

十一、为什么工业生产中很少采用纯积分作用调节器?

答案:积分作用的特点是,只要有偏差,输出就会随时间不断增加,执行器就会不停地动作,直到消除偏差,因而积分作用能消除静差。单纯的积分作用容易造成调节动作过头而使调节过程反复振荡,甚至发散,因此工业生产中很少采用纯积分作用调节器,只有在调节对象动态特性较好的情况下,才有可能采用纯积分调节器。十四、简述气动仪表的优缺点。

答案:气动仪表的优点是:工作可靠、防火防爆、价格较低、便于维护、抗外界干扰能力强等。缺点是:传递速度慢,传送距离短,起源装置复杂,与工业控制机的联系不方便等。

十六、试述气动阀门定位器有哪些作用?

答案:气动阀门定位器接受调节器的输出信号,并将信号放大后去控制气动执行器;同时它又接受阀杆位移量的负反馈作用。所以说,定位器和执行器组成了一个闭环回路,使执行器的性能大为改善。其主要作用如下:(1)消除执行器薄膜和弹簧的不稳定性及各可动部分的干摩擦影响,提高了调节阀的精确度和可靠性,实现准确定位。(2)增大执行器的输出功率,减小调节信号的传递滞后,加快阀杆移动速度。

3)改变调节阀的流量特性。

十七试述比例、积分、微分三种调节规律的作用各是什么?其调整原则是什么?

答案:比例调节规律的作用是,偏差一出现就能及时调节,但调节作用同偏差量是成比例的,调节终了会产生静态偏差(简称静差)。积分调节规律的作用是,只要有偏差,就有调节作用,直到偏差为零,因此它能消除偏差。但积分作用过强,又会使调节作用过强,引起被调参数超调,甚至产生振荡。微分调节规律的作用是,根据偏差的变化速度进行调节,因此能提前给出较大的调节作用,大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间。但微分作用过强,又会使调节作用过强,引起系统超调和振荡。这三种调节规律的调整原则是:就每一种调节规律而言,在满足生产要求的情况下,比例作用应强一些,积分作用应强一些,微分作用也应强一些。当同时采用这三种调节规律时,三种调节作用都应当适当减弱,且微分时间一般取积分时间的1/4~1/3。

十九、分析为什么串级调节系统的调节品质比单回路调节系统好。

答案:串级调节与单回路调节相比,多了一个副调节回路。调节系统的主要干扰都包括在副调节回路中,因此,副调节回路能及时发现并消除干扰对主调节参数的影响,提高调节品质。串级调节中,主、副调节器总的放大系数(主、副调节器放大系数的乘积)可整定得比单回路调节系统大,因此提高了系统的响应速度和抗干扰能力,也就有利于改善调节品质。串级调节系统中,副回路中的调节对象特性变化对整个系统的影响不大,如许多系统利用流量(或差压)围绕调节阀门或挡板组成副回路,可以克服调节机构的滞后和非线性的影响。而当主调节参数操作条件变化或负荷变化时,主调节器又能自动改变副调节器的给定值,提高了系统的适应能力。因此,串级调节的品质要比

二三、试述什么叫系统的过渡过程?了解过渡过程有何意义?过渡过程与被调参数记录曲线是否相同?

答案:自动调节系统受到干扰(内扰、外扰和给定值扰动)作用后,在调节器的控制下,被调参数随时间变化的过程称为系统的过渡过程(或调节过程)。过渡过程是调节器在阶跃扰动下被调参数的变化曲线,是短期的记录曲线,也是一种典型的曲线。而一般的被调参数记录曲线是一种长期记录曲线,可能没有扰动,也可能是各种形式扰动(脉冲、阶跃、周期性干扰等)作用的结果,或几种扰动叠加的结果,不具有典型性,但可以供分析、整定调节系统时参考。7.引入前馈必须遵循哪些原则?

答:1)系统中的振动量是可测不可控的。2)系统中的振动量的变化幅值大、频率高。3)控制通道的滞后时间较大或干扰通道的时间常数较小。

前馈控制适用于什么场合?为什么它常与反馈控制构成前馈-反馈

控制系统?对于扰动通道传递函数,控制通道传递函数的前馈-反馈控制系统,求前馈控制器

答1.前馈控制是按扰动而进行的控制,因此,前馈控制常用于以下场合:一是扰动必须可没,否则无法实施控制;二是必须经常有比较显著和比较频繁的扰动,否则没有必要。三是

存在对被控参数影响较大且不易直接控制的扰动。2.前馈控制是一种补偿控制。一般来讲,前馈控制无法全部补偿扰动对被控量的影响。因此,单纯的前馈控制系统在应用中具有一定的局限性。为克服这一弊端,前馈控制常与反馈控制联用,构成前馈-反馈控制系统。对最主要的、显著的、频繁的无法直接控制的扰动,由前馈来进行补偿控制;对无法完全补偿的扰动影响,由反馈控制根据被控制量所产生的偏差的大小来进行控制。

1、电气阀门定位器有哪些作用

答:①改善阀的静态特性②改善阀的动态特性③改变阀的流量特性④用于分程控制

⑤用于阀门的反向动作

4. 前馈控制和反馈控制各有什么特点?为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质?

前馈控制的特点:根据干扰工作;及时;精度不高,实施困难;只对某个干饶有克服作用

反馈的特点作用依据是偏差;不及时:精度高,实施方便,对所有干扰都有克服作用.由

于两种控制方式优缺点互补,所以前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质

过程控制工程课后作业 答案

第一章纸质作业答案 一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量与阀杆行程之间的关系。 调节阀的流量特性有线性型,等百分比型,快开型,抛物线型 调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑,利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性,从而使整个广义对象的特性近似为线性。 二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统,也成为单回路控制系统。 简单控制系统的典型方块图为 三.按照已定的控制方案,确定使控制质量最好的控制器参数值。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解: (1) 选择流出量 Q为操纵变量,控制阀安装在流出管线上, o 贮槽液位控制系统的控制流程图为 (2) 被控对象:液体贮槽

被控变量:贮槽液位 操纵变量:贮槽出口流量 主要扰动变量:贮槽进口流量 五、解: (1) 选择流入量 Q为操纵变量,控制阀安装在流入管线上, i 贮槽液位控制系统的控制流程图为 为了防止液体溢出,在控制阀气源突然中断时,控制阀应处于关闭状态,所以应选用气开形式控制阀,为“+”作为方向。 操纵变量即流入量 Q增加时,被控变量液位是上升的,故对象为“+”作用方向。由于 i 控制阀与被控对象都是“+”作用方向,为使控制系统具有负反馈作用,控制器应选择反作用。 (2) 选择流出量 Q为操纵变量,控制阀安装在流出管线上, o 贮槽液位控制系统的控制流程图为

为了防止液体溢出,在控制阀气源突然中断时,控制阀应处于全开状态,所以应选用气关形式控制阀,为“-”作为方向。 操纵变量即流出量 Q增加时,被控变量液位是下降的,故对象为“-”作用方向。由于 o 控制阀与被控对象都是“-”作用方向,为使控制系统具有负反馈作用,控制器应选择反作用。 六、(1)加入积分作用后,系统的稳定性变差,最大动态偏差增大、余差减小 加入适当的微分作用后,系统的稳定性编号,最大动态偏差减小,余差不变。 (2)为了得到相同的系统稳定性,加入积分作用后应增大比例度,加入微分作用后应适当的减小比例度。 第二章纸质作业答案 一.由两个控制器组成,分别接受来自被控对象不同部位的测量信号。一个控制器的输出作为下一个控制器的给定值,后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构来看,两个控制器是串级工作的,称为串级控制系统。 方框图如下 二.答: 前馈控制系统方块图

控制工程基础第三版机械工业出版社课后答案

控制工程基础习题解答 第一章 1-5.图1-10为张力控制系统。当送料速度在短时间内突然变化时,试说明该控制系统的作用情况。画出该控制系统的框图。 图1-10 题1-5图 由图可知,通过张紧轮将张力转为角位移,通过测量角位移即可获得当前张力的大小。 当送料速度发生变化时,使系统张力发生改变,角位移相应变化,通过测量元件获得当前实际的角位移,和标准张力时角位移的给定值进行比较,得到它们的偏差。根据偏差的大小调节电动机的转速,使偏差减小达到张力控制的目的。 框图如图所示。 角位移 题1-5 框图 1-8.图1-13为自动防空火力随动控制系统示意图及原理图。试说明该控制系统的作用情况。

该系统由两个自动控制系统串联而成:跟踪控制系统和瞄准控制系统,由跟踪控制系统 获得目标的方位角和仰角,经过计算机进行弹道计算后给出火炮瞄准命令作为瞄准系统的给定值,瞄准系统控制火炮的水平旋转和垂直旋转实现瞄准。 跟踪控制系统根据敏感元件的输出获得对目标的跟踪误差,由此调整视线方向,保持敏感元件的最大输出,使视线始终对准目标,实现自动跟踪的功能。 瞄准系统分别由仰角伺服控制系统和方向角伺服控制系统并联组成,根据计算机给出的火炮瞄准命令,和仰角测量装置或水平方向角测量装置获得的火炮实际方位角比较,获得瞄准误差,通过定位伺服机构调整火炮瞄准的角度,实现火炮自动瞄准的功能。 控制工程基础习题解答 第二章 2-2.试求下列函数的拉氏变换,假定当t<0时,f(t)=0。 (3). ()t e t f t 10cos 5.0-= 解:()[][ ] ()100 5.05 .010cos 2 5.0+++= =-s s t e L t f L t (5). ()?? ? ? ?+ =35sin πt t f 图1-13 题1-8图 敏感元件

过程装备控制技术及应用习题参考答案

过程装备控制技术 及应用习题及参考答案 第一章控制系统的基本概念 1?什么叫生产过程自动化?生产过程自动化主要包含了哪些内容? 答:利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含: ①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2. 自动控制系统主要由哪几个环节组成?自动控制系统常用的术语有哪些?答:一个自动控制系统主要有两大部分组成:一部分是起控制作用的全套自动控制装置,包括测量仪表,变送器,控制仪表以及执行器等;另一部分是自动控制装置控制下的生产设备,即被控对象。 自动控制系统常用的术语有: 被控变量y――被控对象内要求保持设定数值的工艺参数,即需要控制的工艺参数,如锅炉汽包的水位,反应温度; 给定值(或设定值)y s――对应于生产过程中被控变量的期望值; 测量值y m 由检测原件得到的被控变量的实际值; 操纵变量(或控制变量)m――受控于调节阀,用以克服干扰影响,具体实现控制作用的变量称为操纵变量,是调节阀的输出信号; 干扰f――引起被控变量偏离给定值的,除操纵变量以外的各种因素;偏差信号(e) 被控变量的实际值与给定值之差,即e=y m - y s 控制信号u――控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 3. 什么是自动控制系统的方框图?它与工艺流程图有什么不同? 答:自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线(带有箭头的线段)、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分,方块内填入表示其自身特性的数学表达式;方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系,以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图

过程装备控制技术和应用

一、一、填空题(25分) 1、1、工业生产对过程装备的基本要求是()、()和() 等。 2、2、压差式流量计的核心部件是(),常见的节流装置有()、 ()和()等。 3、3、液位是指(),常用的液位计有()、()、()等。 4、4、在PID调节器中,需要整定的参数为()、()和()。 5、5、调节阀的选型主要包括()、()、()和()等 内容。 6、6、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为()、()、 ()、()等几种类型。 7、7、PLC的程序表达方式常采用()、()和()等方法。 二、二、判断改正题(10分) 1、1、一单纯比例控制的液位对象,只要比例度选择的合适,系统就能跟踪 并最终稳定到设定值。( ) 2、2、自动调节系统中,滞后的存在总不利于调节的。() 3、3、时间常数越大,表示对象受干扰作用后,到达新稳态值所需的时间越 短。() 4、4、控制系统中直接产生控制作用的是控制信号。() 5、5、串联管路中,随S值下降,调节阀的等百分比流量特性畸变趋近于直 线特性。 三、三、简答题(20分) 1、1、何为调节器参数的工程整定法,并简述临界比例度法进行参数整定的 过程。 2、2、试简要分析计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点。 3、3、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。 4、4、何为单容液位对象的自衡作用,并简要分析产生自衡作用的原因。 四、四、分析计算题(45分) 1、1、如图为一简单水槽液位控制系统,要求:(10分) (1)(1)画出本控制系统方框图。 (2)(2)系统被控变量、控制变量和检测变送环节各是什么? (3)(3)系统调节机构的输入、输出量各是什么,属哪种调节规律,并推导出调节规律的数学表达式。

过程控制工程课后习题参考答案-前三章

过程控制工程课后习题参考答案-前三章

过程控制工程 第一章单回路控制系统 1.1 何谓控制通道?何谓干扰通道?它们的特性对控制系统质量有什么影响? 控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系; 干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。 (1)控制通道特性对系统控制质量的影响:(从K、T、τ三方面) 控制通道静态放大倍数越大,系统灵敏度越高,余差越小。但随着静态放大倍数的增大,系统的稳定性变差。 控制通道时间常数越大,经过的容量数越多,系统的工作频率越低,控制越不及时,过渡过程时间越长,系统的质量越低,但也不是越小越好,太小会使系统的稳定性下降,因此应该适当小一些。 控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时,使动态偏差增大,而且还还会使系统的稳定性降低。 (2)干扰通道特性对系统控制质量的影响:

(从K、T、τ三方面) 干扰通道放大倍数越大,系统的余差也越大,即控制质量越差。 干扰通道时间常数越大,阶数越高,或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀,干扰对被控变量的影响越小,系统的质量则越高。 干扰通道有无纯滞后对质量无影响,不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个 。 纯滞后时间τ 1.2 如何选择操纵变量? 1)考虑工艺的合理性和可实现性; 2)控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数; 3)控制通道时间常数应适当小一些为好,但不易过小,一般要求小于干扰通道 时间常数。干扰动通道时间常数越大 越好,阶数越高越好。 4)控制通道纯滞后越小越好。 1.3 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响?对控制系统的动态质量有何影响? 比例度δ越小,系统灵敏度越高,余差越小。

过程装备控制技术及应用期末考试试卷

1.1.1 生产过程自动化系统所包含的内容:自动检测系统:采用检测仪表(如热电偶、热电阻、压力传感器等)对温度、压力、流量、液位等 进行测量,自动控制的依据 ? 信号连锁系统:信号连锁系统是一种安全装置,包括信号报警和联锁保护 ,信号连锁系统的作用 ,在事故发生前,自动发出声光报警 信号,引起操作员的注意以便及早采取措施 ? 自动操作系统:按预先规定的程序周期性操作(如PLC 程序控制) ? 自动控制系统:根据实际的工艺参数变化进行自动调节(如PID 调节期、计算机数控等) 1、工业生产对过程装备的基本要求是(安全性;经济性;稳定性)等。 2、压差式流量计的核心部件是(节流装置 ),常见的节流装置有(孔板;喷嘴;文都利管 )等。 3、液位是指(容器内液体介质液面的高低),常用的液位计有(浮力式;静压式;电容式;光纤式) 4、在PID 调节器中,需要整定的参数为(比例度;积分时间;微分时间)。 5、调节阀的选型主要包括(阀的口径选择;型式选择;固有流量特性选择;材质选择)等内容。 6、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为(直接数字控制系统;监督控制系统;分级控制系统;集散控制系统)等几种类型。 7、PLC 的程序表达方式常采用(梯形图;语句表;逻辑功能图)等方法。 判断1、一单纯比例控制的液位对象,只要比例度选择的合适,系统就能跟踪并最终稳定到设定值。(错误。单纯的比例控制不可能消除余差) 2、自动调节系统中,滞后的存在总不利于调节的。(错误。控制通道的滞后总是不利的,但干扰通道中的容量滞后可以缓和干扰的影响,对控制系统有利。) 3、时间常数越大,表示对象受干扰作用后,到达新稳态值所需的时间越短。(错误。时间常数越大,表示对象受干扰作用后,到达新稳态值所需的时间越长) 4、控制系统中直接产生控制作用的是控制信号。(错误。控制系统中直接产生控制作用的是操纵变量。) 5、串联管路中,随S 值下降,调节阀的等百分比流量特性畸变趋近于直线特性。正确 三、简答题1、何为调节器参数的工程整定法,并简述临界比例度法进行参数整定的过程。1、所谓的工程整定法,就是避开被控对象的特性和数学描述,在被控对象运行时,直接在控制系统中,通过改变调节器参数,观察被控变量的过渡过程,来获取调节器参数的最佳数值。临界比例度法整定参数的步骤是:首先将调节器的积分、微分作用全部去除,在纯比例作用调节比例度,直至得到等幅振荡的阶跃干扰过渡过程,此时的比例度和振荡周期称为临界比例度和临界周期,最后按照相应的经验公式计算出调节器各参数的整定数值。临界比例度法参数整定是以闭环系统得到4:1衰减比,且有合适的超调量为目标的。 2、试简要分析计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点。2、计算机直接控制系统与常规模拟控制系统的基本结构相同,有关调节原理和调节过程也相同,都是基于“检测偏差、纠正偏差”的控制原理。不同之处在于计算机控制系统中,控制器对控制对象的参数、状态信息的检测和控制结果的输出在时间上是断续的,对检测信号的分析计算是数字化的,而在模拟控制系统中则是连续的。 3、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。3、本质安全防爆型是指在正常和故障状态下,电路及设备产生的火花能量都不足于引起爆炸的防爆类型。它由两种场所、两种电路组成,即安装在危险场所的本质安全电路及安装在非危险场所的非本质安全电路,两者间采用防爆安全栅隔离。仪表的防爆性能是靠电路设计来实现和保证:采用低的工作电压和小的工作电流;用防爆安全栅将危险与非危险场所电路隔开;现场和控制室之间仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。 4、 何为单容液位对象的自衡作用,并简要分析产生自衡作用的原因。4、单容液位对象的自衡作用是指当输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时,在没有人为干预的情况下,被控对象的自身能重新恢复平衡的特性。产生的原因主要是出口阀的流量特性,即在流出变化量很小的情况下,流出量与液位成正比关系,即:s v R H q 2 四、分析计算题(45分)1、如图为一简单水槽液位控制系统,要求:(10分)(1) 画出本控制系统方框图。(2) 系统被控变量、控制变量和检测变送环节各是什么? (3) 系统调节机构的输入、输出量各是什么,属哪种调节规律,并推导出调节规律的数学表达式。 2、聚合釜温度与流量的串级控制系统,如图所示,(10分)(1) 画出控制系统方框图。(2) 说明该系统的主、副对象,主、副变量,主、副调节器各是什么?(3) 分析系统不采用简单温度控制而采用串级温度、流量控制的原因。 3、如图为一牛奶干燥过程流程图,要保证产品质量,需严格控制干燥器的温度,试分析:(15分) (1) 影响干燥器温度的因素有哪些?(2) 合理选择系统控制变量,并说明原因。 (3) 画出控制系统方框图。

过程装备控制技术及应用答案

过程装备控制技术及应用试题 一、选择题(每题2分,共20分) 1、闭环控制系统是根据信号进行控制的。 A、被控量 B、偏差 C、扰动 D、给定值 2、 DDZ-皿型仪表采用国际标准信号,现场传输信号是(4?20mADC ),控制联络信号为1?5VDC。 (A)0 ?10mADC ; (B)4 ?20mADC ; (C)1 ?5VDC ; (D)1 ?10VDC。 3、对于PID调节器(I的作用是消除静态偏差、D的作用是减小动态偏差)。 (A)I的作用是减小动态偏差、D的作用是消除静态偏差;(B)l的作用是消除静态偏差、D的作用是消除动态偏差;(C)l的作用是消除动态偏差、D的作用是减小静态偏差;(D)l的作用是消除静态偏差、D的作用是减小动态偏差。 4、因为(微分动作)对于干扰的反应是很灵敏的。因此,它常用于温度的调节,一般不能用于压力、流量、液位的调节。 (A)比例动作;(B)积分动作;(C)微分动作;(D)比例积分。 5、调节系统中用临界比例带法整定参数的具体方法是(先将Ti置最大,TD置最小,SP置较大)。 (A)先将Ti置最大,TD置最小,SP置较大;(B)先将Ti置最小,TD置最大,SP置较大;(C)先将Ti置最小,TD 置最小,SP置较小;(D)先将Ti置最小,TD置最小,SP置较大。 6、调节对象在动态特性测试中,应用最多的一种典型输入信号是(阶跃函数)。 (A)阶跃函数;(B)加速度函数;(C)正弦函数;(D)指数函数。 7、霍尔压力变送器是利用霍尔效应把压力作用下的弹性元件位移信号转换成(电动势)信号,来反应压力的变化。 (A)电流;(B)相位;(C)电动势;(D)以上都是 8、要使PID调节器为比例规律,其积分时间Ti和微分时间TD应设置为(^、0 )。 (A)g 汽(B)g 0 ;(C)0、0;(D)0、g 9、动态偏差是指调节过程中(被调量与给定值)之间的最大偏差。 (A)被调量与调节量;(B)调节量与给定值;(C)被调量与给定值;(D)以上都不是 10、需要知道对象的动态特性,才能进行参数整定的工程方法是____________ 。 A、临界比例带法 B、衰减曲线法 C、响应曲线法 D、广义频率法 二、填空题(每空2分,共30分) 1、工业生产对过程装备的基本要求是________________ 、_____________ 、__________ (安全性;经济性;稳定 性)等 2、在阶跃干扰作用下,自动控制系统的过度过程有哪几种基本形 式_____________ 、_____________ 、__________ 、 __________ 。①发散振荡过程② 等幅振荡过程③衰减 振荡过程④非振荡的单调过程

(完整版)过程控制系统与仪表课后习题答案完整版汇总

第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点?为什么说过程控制多属慢过程参数控制? 解答: 1.控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3.控制多属慢过程参数控制 4.定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5.过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统?典型过程控制系统由哪几部分组成? 解答: 过程控制系统:一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成:参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法,通常过程控制系统可分为哪几类? 解答: 分类方法说明: 按所控制的参数来分,有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等;按控制系统所处理的信号方式来分,有模拟控制系统与数字控制系统;按控制器类型来分,有常规仪表控制系统与计算机控制系统;按控制系统的结构和所完成的功能来分,有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等;按其动作规律来分,有比例(P)控制、比例积分(PI)控制,比例、积分、微分(PID)控制系统等;按控制系统组成回路的情况来分,有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统;按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类: 1.按设定值的形式不同划分:(1)定值控制系统 (2)随动控制系统 (3)程序控制系统 2.按系统的结构特点分类:(1)反馈控制系统 (2)前馈控制系统 (3)前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解答: 在定值控制系统中设定值是恒定不变的,引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性?什么是被控对象的动态特性?二者之间有什么关系? 解答: 被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性:。系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系: 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性? 解答: 稳态: 对于定值控制,当控制系统输入(设定值和扰动)不变时,整个系统若能达 到一种平衡状态,系统中各个组成环节暂不动作,它们的输出信号都处于相对静 止状态,这种状态称为稳态(或静态)。 动态: 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作,到整个系统 又建立新的稳态(达到新的平衡)、调节过程结束的这一段时间,整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中,这种状态称为动态。 在实际的生产过程中,被控过程常常受到各种振动的影响,不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性,才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些?各自的定义是什么? 解答: 单项性能指标主要有:衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比:等于两个相邻的同向波峰值之比n; 过渡过程的最大动态偏差:对于定值控制系统,是指被控参数偏离设定值的最大值A; y与最终稳态值y(∞)之比的百分数σ; 超调量:第一个波峰值 1

《控制工程基础》王积伟_第二版_课后习题解答(完整)

第一章 3 解:1)工作原理:电压u2反映大门的实际位置,电压u1由开(关)门开关的指令状态决定,两电压之差△u=u1-u2驱动伺服电动机,进而通过传动装置控制 大门的开启。当大门在打开位置,u2=u 上:如合上开门开关,u1=u 上 ,△u=0, 大门不动作;如合上关门开关,u1=u 下 ,△u<0,大门逐渐关闭,直至完全关闭, 使△u=0。当大门在关闭位置,u2=u 下:如合上开门开关,u1=u 上 ,△u>0,大 门执行开门指令,直至完全打开,使△u=0;如合上关门开关,u1=u 下 ,△u=0,大门不动作。 2)控制系统方框图 4 解:1)控制系统方框图

2)工作原理: a)水箱是控制对象,水箱的水位是被控量,水位的给定值h ’由浮球顶杆的长度给定,杠杆平衡时,进水阀位于某一开度,水位保持在给定值。当有扰动(水的使用流出量和给水压力的波动)时,水位发生降低(升高),浮球位置也随着降低(升高),通过杠杆机构是进水阀的开度增大(减小),进入水箱的水流量增加(减小),水位升高(降低),浮球也随之升高(降低),进水阀开度增大(减小)量减小,直至达到新的水位平衡。此为连续控制系统。 b) 水箱是控制对象,水箱的水位是被控量,水位的给定值h ’由浮球拉杆的长度给定。杠杆平衡时,进水阀位于某一开度,水位保持在给定值。当有扰动(水的使用流出量和给水压力的波动)时,水位发生降低(升高),浮球位置也随着降低(升高),到一定程度后,在浮球拉杆的带动下,电磁阀开关被闭合(断开),进水阀门完全打开(关闭),开始进水(断水),水位升高(降低),浮球也随之升高(降低),直至达到给定的水位高度。随后水位进一步发生升高(降低),到一定程度后,电磁阀又发生一次打开(闭合)。此系统是离散控制系统。 2-1解: (c )确定输入输出变量(u1,u2) 22111R i R i u += 222R i u = ?-= -dt i i C u u )(1 1221 得到:11 21221222 )1(u R R dt du CR u R R dt du CR +=++ 一阶微分方程 (e )确定输入输出变量(u1,u2) ?++=i d t C iR iR u 1 211 R u u i 2 1-=

过程装备控制技术及应用期末考试试卷

1.1.1生产过程自动化系统所包含的内容:自动检测系统:采用检测仪表(如热电偶、热电阻、压力传 感器等)对温度、压力、流量、液位等进行测量,自动控制的依据 ?信号连锁系统:信号连锁系统是一种安全装置,包括信号报警和联锁保护,信号连锁系统的作用, 在事故发生前,自动发出声光报警信号,引起操作员的注意以便及早采取措施 ?自动操作系统:按预先规定的程序周期性操作(如PLC程序控制) ?自动控制系统:根据实际的工艺参数变化进行自动调节(如PID调节期、计算机数控等) 1、工业生产对过程装备的基本要求是(安全性;经济性;稳定性)等。 2、压差式流量计的核心部件是(节流装置),常见的节流装置有(孔板;喷嘴;文都利管)等。 3、液位是指(容器内液体介质液面的高低),常用的液位计有(浮力式;静压式;电容式;光纤式) 4、在PID调节器中,需要整定的参数为(比例度;积分时间;微分时间)。 5、调节阀的选型主要包括(阀的口径选择;型式选择;固有流量特性选择;材质选择)等内容。 6、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为(直接数字控制系统;监督控制系统;分级控制系统; 集散控制系统)等几种类型。 7、PLC的程序表达方式常采用(梯形图;语句表;逻辑功能图)等方法。 判断1、一单纯比例控制的液位对象,只要比例度选择的合适,系统就能跟踪并最终稳定到设定值。(错误。单纯的比例控制不可能消除余差) 2、自动调节系统中,滞后的存在总不利于调节的。(错误。控制通道的滞后总是不利的,但干扰通道 中的容量滞后可以缓和干扰的影响,对控制系统有利。) 3、时间常数越大,表示对象受干扰作用后,到达新稳态值所需的时间越短。(错误。时间常数越大, 表示对象受干扰作用后,到达新稳态值所需的时间越长) 4、控制系统中直接产生控制作用的是控制信号。(错误。控制系统中直接产生控制作用的是操纵变量。) 5、串联管路中,随S值下降,调节阀的等百分比流量特性畸变趋近于直线特性。正确 三、简答题1、何为调节器参数的工程整定法,并简述临界比例度法进行参数整定的过程。1、所谓的 工程整定法,就是避开被控对象的特性和数学描述,在被控对象运行时,直接在控制系统中,通过改变调节器参数,观察被控变量的过渡过程,来获取调节器参数的最佳数值。临界比例度法整定参数的步骤是:首先将调节器的积分、微分作用全部去除,在纯比例作用调节比例度,直至得到等幅振荡的阶跃干扰过渡过程,此时的比例度和振荡周期称为临界比例度和临界周期,最后按照相应的经验公式计算出调节器各参数的整定数值。临界比例度法参数整定是以闭环系统得到4:1衰减比,且有合适的超调量为目标的。 2、试简要分析计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点。2、计算机直接控制系统与常规模拟控 制系统的基本结构相同,有关调节原理和调节过程也相同,都是基于“检测偏差、纠正偏差”的控制原理。不同之处在于计算机控制系统中,控制器对控制对象的参数、状态信息的检测和控制结果的输出在时间上是断续的,对检测信号的分析计算是数字化的,而在模拟控制系统中则是连续的。 3、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。3、本质安全防爆型是指在正常和故障状态下,电路及 设备产生的火花能量都不足于引起爆炸的防爆类型。它由两种场所、两种电路组成,即安装在危险场所的本质安全电路及安装在非危险场所的非本质安全电路,两者间采用防爆安全栅隔离。仪表的防爆性能是靠电路设计来实现和保证:采用低的工作电压和小的工作电流;用防爆安全栅将危险与非危险场所电路隔开;现场和控制室之间仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。 4、何为单容液位对象的自衡作用,并简要分析产生自衡作用的原因。4、单容液位对象的自衡作用 是指当输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时,在没有人为干预的情况下,被控对象的自身能重新恢复平衡的特性。产生的原因主要是出口阀的流量特性,即在流出变化量很小

《过程装备控制技术及应用》第二版 王毅张早校 思考题及习题答案

《过程装备控制技术及应用》 (第二版) 王毅、张早校 化学工业出版社 思考题与习题及参考答案 第一章控制系统的基本概念 1.什么叫生产过程自动化?生产过程自动化主要包含了哪些内容? 答:利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含:①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2.自动控制系统主要由哪几个环节组成?自动控制系统常用的术语有哪些? 答:一个自动控制系统主要有两大部分组成:一部分是起控制作用的全套自动控制装置,包括测量仪表,变送器,控制仪表以及执行器等;另一部分是自动控制装置控制下的生产设备,即被控对象。 自动控制系统常用的术语有: 被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数,即需要控制的工艺参数,如锅炉汽包的水位,反应温度; 给定值(或设定值)y s——对应于生产过程中被控变量的期望值; 测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值;

操纵变量(或控制变量)m——受控于调节阀,用以克服干扰影响,具体实现控制作用的变量称为操纵变量,是调节阀的输出信号; 干扰f——引起被控变量偏离给定值的,除操纵变量以外的各种因素;偏差信号(e)——被控变量的实际值与给定值之差,即e=y m - y s 控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 3.什么是自动控制系统的方框图?它与工艺流程图有什么不同? 答:自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线(带有箭头的线段)、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分,方块内填入表示其自身特性的数学表达式;方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系,以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号,表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接,借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程,即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。 4.在自动控制系统中,什么是干扰作用?什么是控制作用?两者有什么关系? 答:干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用;控制作用是由控制器或执行器作用于被控对象,通过改变操纵变量克服干扰作用,使被控变量保持在给定值,两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用,不同之处在于干扰作用是使被控变量偏离给定值,而控制作用是使被控变量接近给定值。 5.什么是闭环控制?什么是开环控制?定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统?

过程装备控制技术及应用课后习题答案)

1. 过程装备的三项基本要求过程装备的三项基本要求:安全性、经济性和稳定性. A.安全性:指整个生产过程中确保人身和设备的安全 B.经济性:指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少,也就是要求生产成本低而效率高 C.稳定性:指系统应具有抵抗外部干扰,保持生产过程长期稳定运行的能力. 2. 过程装备控制的主要参数:温度、压力、流量、液位(或物位)、成分和物性等. 3. 流程工业四大参数:温度、压力、流量、液位(或物位) 4. 控制系统的组成控制系统的组成:(1)被控对象 (2)测量元件和变送器 (3)调节器 (4)执行器 5. 控制系统各参量及其作用:1.被控变量 y 指需要控制的工艺参数,它是被控对象的输出信号 2.给定值(或设定值) ys 对应于生产过程中被控变量的期望值 3.测量值 ym 由检测元件得到的被控变量的实际值 4.操纵变量(或控制变量)m 受控于调节阀,用以克服干扰影响,具体实现控制作用的变量称为操纵变量,它是调节阀的输出信号 5.干扰(或外界扰动)f 引起被控变量偏离给定值的,除操纵变量以外的各种因素 6.偏差信号 e 在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差 7.控制信号u 控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 6. 控制系统的分类(1)控制系统的分类:按给定值 a 定值控制系统;随动控制系统;程序控制系统(2) b c 按输出信号的影响 a 闭环控制;b 开环控制(3)按系统克服干扰的方式 a 反馈控制系统;b 前馈控制系统;c 前馈-反馈控制系统 7. 控制系统过度过程定义:从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起,调节器开始发挥作用,使被控变量回复到给定值附近范围内,然而这一回复并不是瞬间完成的,而是要经历一个过程,这个过程就是控制系统的过渡过程。 8. 阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点(1)发散振荡过程:这是一种不稳定的阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点:过渡过程,因此要尽量避免(2)等幅振荡过程:被控变量在某稳定值附近振荡,而振荡幅度恒定不变,这意味着系统在受到阶跃干扰作用后,就不能再稳定下来,一般不采用(3)衰减振荡过程:被控变量在稳定值附近上下波动,经过两三个周期就稳定下来,这是一种稳定的过渡过程(4)非振荡的过渡过程:是一个稳定的过渡过程,但与衰减振荡相比,其回复到平衡状态的速度慢,时间长,一般不采用。 9. 评价控制系统的性能指标(1)以阶跃响应曲线形式表示的质量指标: A.最大偏差 A(或评价控制系统的性能指标:超调量σ) B.衰减比 n C. 过渡时间 ts D.余差 e E.振荡周期 T (2)偏差积分性能指标: A.平方误差积分指标(ISE) B.时间乘平方误差积分指标(ITSE)C.绝对误差积分指标(IAE) D.时间乘绝对误差积分指标(ITAE) 10. 被控对象特性的定义被控对象特性的定义:就是当被控对象的输入变量发生变化时,其输出变量随时间的变化规律(包括变化的大小,速度等)。 11. 连续生产过程所遵守的两个最基本的关系:物料平衡和能量平衡。即静态条件下,单位时间流入对象的物料(或能量)等于从系统中流出的物料(或能量);动态条件下,单位时间流入对象的物料(或能量)与从系统中流出的物料(或能量)之差等于系统内物料(或能量)存储量的变化率。 12. 有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别:A.自衡特性有利于控制,在某些情况下,使用简单的控制系统就能得到良好的控制质量,甚至有时可以不用设置控制系统。B.无自衡特性被控对象在受到扰动作用后不能重新恢复平衡,因此控制要求较高。对这类被控对象除必须施加控制外,还常常设有自动报警系统。 13. 一阶被控对象一阶被控对象:它是一个一阶常系数微分方程,具有该特性的被控对象叫一阶被控对象. 14. 描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响(1)放大系数 K 对控制通道,K 描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响:值大,控制灵敏,但被控变量不易控制,系统不稳定;对干扰通道,K 值越小,相同干扰产生的作用越小,利于控制。(2)时间常数 T 不同通道,时间常数对系统的影响:对控制通道,若时间常数 T 大,则被控变量的变化比较缓和,一般来讲,这种对象比较稳定,容易控制,但缺点是控制过于缓慢;若时间常数 T 小,则被控变量的速度变化快,不易控制。因此,时间常数太大或太小,对过程控制都不利;对干扰通道,时间常数大有明显的好处,使干扰对系统的影响变得比较缓和,被控变量的变化平稳,对象容易控制。(3)滞后时间不同通道、不同滞后对控制性能的影响:对控制通道,滞后的存在不利于控制;对于干扰通道,作用不一,纯滞后是只是推迟了干扰作用的时间,因此对控制质量没有影响;容量滞后则可以缓和干扰对被控对象的影响,因而对控制系统是有利的。 15. 单回路控制系统参数选择的原则(1)被控变量的选择基本原则;被控变量信号最好是单回路控制系统参数选择的原则:能够直接测量获得,并且测量和变送环节的滞后也要比较小。若被控变量信号无法直接获取,可选择与之有单值函数关系的间接参数作为被控变量。被控变量必须是独立变量。变量的数目一般可以用物理化学中的相律关系来确定。被控变量必须考虑工艺合理性,以及目前仪表的现状能否满足要求。(2)操纵变量的选择;使被控对象控制通道的放大系数较大,时间常数较小,纯滞后时间越小越好;使被控对象干扰通道的放大系数尽可能小,时间常数越大越好。(3)检测变送环节:检测变送环节在控制系统中起着获取信息和传送信息的作用。①减小纯滞后的方法,正确选择安装检测点位置,使检测元件不要安装在死角或容易结焦的地方。当纯滞后时间太大时,就必须考虑使用复杂控制方案。②克服测量滞后的方法,一是对测量元件时间常数进行限定。尽量选用快速测量元件,以测量元件的时间常数为被控对象的时间常数的十分之一以下为宜;二是在测量元件后引入微分环节,达到超前补偿。在调节器中加入微分控制作用,使调节器在偏差产生的初期,根据偏差的变化趋势发出相应的控制信号。③减小信号传递滞后的方法,尽量缩短气压信号管线长度,一般不超过 300m;较长距离的传输尽量转换成电信号;在气压管线上加气动继电器,以增大输出功率;按实际情况尽量采用基地式仪表等。 16. 基本调节规律:A.断续调节:位式;B.连续调节:比例、积分、微分。 17. PID 调节器的参数整定:整定内容;调节器的比例度δ,积分时间 T1 和微分时间 TD。整定方法;①经验试凑法,②临界比例度法,③衰减曲线法。 18. 复杂控制系统的分类分类:①为提高响应曲线的性能指标而开发的控制系统; ②为某些特殊目的而开发的控制系统。 19. 串级控制系统的工作原理:串级控制系统由两套检测变送器,两个调节器,两个被控对象和一个调节阀组成,其中两个调节器串联起来工作,前一个调节器的输出作为后一个调节器的给定值,后一个调节器的输出才送往调节阀。串级控制系统与简单控制系统有一个显著的区别,它在结构上形成了两个闭环,一个闭环在里面,成为副环或副回路,在控制过程中起着“初调”的作用,一个闭环在外面,称为主环或主回路,用来完成“细调”任务,以保证被控变量满足工艺要求。 20. 串级控制系统的工作特点控制系统的工作特点:①能迅速克服进入副回路的干扰②能改善被控变量的特性,提高系统克服干扰的能力③主回路对副对象具有“鲁棒性”,提高了系统的控制精度。 21. 串级控制系统的适用对象:凡是可以利用上述特点之一来提高系统的控制品质的场合,都可以采用串级控制系统,特别是在被控对象的容量滞后大,干扰强,要求高的场合,采用串级控制可以获得明显的效果。 22. 主副回路的选择依据主副回路的选择依据:让主要干扰位于副回路。23. 前馈控制相较于反馈控制的特点:在反馈控制中,信号的传递形成了一个闭环系统,而在前馈控制中,则只有一个开环系统,闭环系统存在一个稳定性的问题,调节器参数的整定首先要考虑这个稳定性问题,但是,对于开环控制系统来讲,这个稳定性问题是不存在的,补偿的设计主要是考虑如何获得最好的补偿效果。在理想情况下,可以把补偿器设计到完全补偿的目的,即在所考虑的扰动作用下,被控变量始终保持不变,或者说兑现了“不变性”原理。 24. 前馈-反馈控制系统:在工程上往往将前馈与反馈结合起来应用,既发挥了前馈校正作用及时的优点,又保持了反馈控制能克服多种扰动及对被控变量最终检验的长处,是一种适合化工过程控制的控制方法。 25. 系统误差:指在相同条件下,多次测量同一被测量值的过程中出现的一种误差,它的绝对值和符号或者保持不变,或者在条件变化时按某一规律变化。 26. 随机误差:又称偶然误差,它是在相同条件下多次测量同一被测量值的过程中所出现的绝对值和符号以不可预计的方式变化的误差。 27. 粗大误差:明显的歪曲测量结果的误差称为粗大误差,这种误差时由于测量操作者的粗心,不正确的操作,实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙实验等原因所造成的。 28. 减小误差的方法:①标准法:预先测出系统误差,然后对测量值进行修正。由于修正值本身存在一定误差,因此这种方法只适用于工程测量,②零示法:测量误差与读数误差无关,主要取决于已知的标准量,但要求指示器灵敏度足够高,如电位差计(平衡式电桥)。③代替法:用已知量来代替被测量的测量方法。④交换法:将引起系统误差的某些条件相互交换以达到减小或消除误差的方法。(例如等臂天平称量物体时),此外还有对称法、微差法、比较法等。 29. 仪表的绝对误差:仪表指示值与被测变量真值之间的代数差. 30. 仪表的相对误差:测量的绝对误差与被测变量的约定真值(实际值)之比. 31. 仪表的引用误差:绝对误差与仪表的量程之比. 32. 仪表的精度等级:工业自动化仪表通常根据引用误差来评定其精确度等级,并规定用允许引用误差限去掉百分号后的数字来表示精度等级。如精度等级为 1.0 级的仪表其允许引用误差为 1.0%。精密等级值越低的仪表其精确度越高。 33. 流量的概念:流量是指单位时间内流过某一截面的流体数量的多少。 34. 流量计的分类:A 压差式流量计,B 转子式流量计、C 电磁式流量计 35. 压差式流量计的工作原理:当充满管道的流体流经节流装置时,流束收缩,流速提高,静压减小,在节流装置前后会产生了一定的压差。这个压差的大小与流量有关,根据它们之间的关系即可得到流量的大小。 36. 压差式流量计结构上的核心部件:核心部件是节流装置,包括节流元件,取压装置以及其前后管段。 37. 常见的节流装置分类:孔板,喷嘴,文都利管. 38. 液位的概念:液位是指液体介质液面的高低。 39. 液位计的分类:按工作原理可分为直读式、浮力式、静压式、电容式、光纤式、激光式、核辐射式。 40. 静压式液位计的工作原理:通过测量某点的压力或该点与另一参考点的压差来间接测量液位。 41. 变送器的作用:将测量元件的输出信号转换为一定的标准信号,送后续环节显示、记录或调节。 42. 变送器的分类:变送器按驱动能源不同的分类:气动变送器,电动变送器。 43. 气动变送器和电动变送器的区别:气动变送器是以压缩空气为驱动能源,电动变送器是以电力为能源。 44. 常用的标准信号:电压(1-5V DC),电流(4-20mA),气压(20-100kPa)信号。 45. 常见的气动元件和组件:1.气阻 2.气容 3.阻容耦合组件:(1)节流通室(2)节流盲室 4. 喷嘴-挡板机构 46. 安全火花的定义安全火花的定义:指该火花的能量不足以对其周围可燃介质构成点火源。 47. 自动化仪表的防爆结构类型及各自特点:①隔爆型,仪表的电路和接线端子全部置于隔爆壳体中,表壳的强度足够大,表壳接合面间隙足够深,最大的间隙宽度又足够窄,即使仪表因事故产生火花,也不会引起仪表外部的可燃性物质发生爆炸。②本质安全防爆型,防爆性能好,理论上适用于一切危险场所;安全性能不随时间而变化;可在线进行维修、调整。 48. 安全防爆系统的构成及工作原理:安装在危险场所中的本质安全电路及安装在非危险场所中的非本质安全电路。为了防止非本质安全电路中过大的能量传入危险场所中的本质安全电路中,在两者之间采用了防爆安全栅,使整个仪表系统具有本质安全防爆性能。 49. 执行器按工作能源的分类:气动执行器、电动执行器、液动执行器 50. 电动执行器的分类:1.按照输入位移的不同,电动执行机构可分为角行程(DKJ 型)和直行程(DKZ 型);2.按照特性不同,电动执行机构可分为比例式和积分式。 51. 调节阀的理想流量特性:在调节阀前后压差一定的情况下的流量特性称为调节阀理想流量特性,根据阀芯形状不同,主要有直线,等百分比(对数),抛物线及快开四种理想流量特性。 52. 调节阀的工作流量特性:在实际使用调节阀时,由于调节阀串联在管路中或与旁路阀并联,因此阀前后的压差总在变化,这时的流量特性称为调节阀的工作流量特性。 53. 常见的流量特性分类及其使用特性:A.理想流量特性①直线流量特性,在流量小时,流量的变化值大,而流量大时,流量变化的相对值小。因此具有直线流量特性的调节阀不宜用于负荷变化较大的场合。②对数流量特性,适应能力强,在工业过程控制中应用广泛。③快开流量特性,主要用于迅速启闭的切断阀或双位调节系统。④抛物线流量特性,介于直线流量特性与等百分比流量特性之间。 B.工作流量特性①串联管道工作流量特性②并联管道工作流量特性. 54. 串联管道工作流量特性:系统的总压差ΔP 等于管路系统的压差ΔP1 与调节阀的压差Δ Pv 之和.系统管道的压差与通过的流量的平方成正比,若系统的总压差ΔP 不变,调节阀一旦动作, ΔP1 将随着流量的增大而增加,调节阀两端的压差ΔPv 则相应减少.以 S 表示调节阀全开时阀上的压差ΔPv 与系统总压差ΔP 之比,S=1 时,工作特性与理想特性一致;随着 s 值减小,管道阻力损失增加,实际可调比减小,流量特性发生畸变,由直线趋于快开,等百分比趋于直线。实际使用中,S 过大或过小都不合适,通常希望介于 0.3-0.5. 55. 调节阀选型内容:口径、型式、固有流量特性、材质. 56. 调节阀的可调比:调节阀能够控制的最大流量与最小流量之比,即R=qvmax/qvmin . qvmin 不等于阀的泄漏量, qvmin 指阀能控制的流量下限,一般为(2%--4%)qvmin,而阀的泄漏量指阀处于关闭状态下的泄漏量,一般小于0.1%C(C 为流量系数). 57. 进行电-气或气-电转换的原因:控制系统中调节执行单元品种繁多,电、气信号常混合使用,需进行电-气或气-电转换. 58. 电-气转换器及电-气阀门定位器:A.电-气转换器作用:将从电动变送器来的电信号变成气信号,送气动调节器或气动显示仪表。工作原理:力矩平衡原理 B.电-气阀门定位器作用:将电动调节器输出信号变成气信号去驱动气动调节阀主要功能:电气转换+气动阀门定位工作原理:力矩平衡原理. 59. 计算机控制系统的组成:计算机控制系统是由工业对象和工业控制计算机两大

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