过程控制仪表及控制系统课后习题答案林德杰
》
lxc第一章思考题与习题
1－2 图为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体
并释放出热量。当电石加入时，内部温度上升，温度
检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控
制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调
节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。
系统框图如下：
、
被控过程：乙炔发生器
被控参数：乙炔发生器内温度
控制参数：冷水流量
|
1－3 常用过程控制系统可分为哪几类
答：过程控制系统主要分为三类：
1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。 2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容它们的定义是什么哪些是静态指标哪
些是动态质量指标
答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。它是一个静态指标，对定值控制系统。希望余差越小越好。
2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第
一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：
、
n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。 衡量系统稳定性也可以用衰减率φ
4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。
5． 过程过渡时间ts ：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％ （根据系统要求）范围内所需要的时间。它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，t s 越小，过渡过程进行得越快。
6．峰值时间tp : 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。称为峰值时间tp 。它反映了系统响应的灵敏程度。
静态指标是余差，动态时间为衰减比（衰减率）、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间。
*
第二章 思考题与习题
2－1 如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h 为被控参数，C 为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求：
（1） 列出过程的微分方程组；
（2） 求过程的传递函数W 0（S ）＝H （S ）/Q 1（S ）； （3） 画出过程的方框图。
B B n '
=
B
B B '-=
?
%
解：（1）根据动态物料平衡关系，流入量＝流出量：
过程的微分方程的增量形式：
中间变量：
消除中间变量：
} 同除 (R2+R3) 得到：
令：
上式可写为：
（2）Laplace 变换得到：
： 传递函数:
（3） 过程的方框图：
2－2．如图所示：Q 1为过程的流入量，Q 2为流出流量，h 为液位高度，C 为容量系数，若以
Q 1为过程的输入量，h 为输出量（被控量），设R 1、R 2为线性液阻，求过程的传递函数
W 0(S)＝H(S)/Q 1(S)。
%
dt
dh
)Q Q (Q 321=
+-dt
h
d C )Q Q (Q 3
21????=+-22R h Q ??=3
3R h Q ??=h )R R (dt h d R CR Q R R 2332132???++=h
dt
h
d R R R CR Q R R R R 323213232???++=+3
232R R R R R +=h dt h d CR Q R 1???+=)S (H )S (CRSH )S (RQ 1+=1
RCS R )
s (Q )s (H )s (W 10
+=
=
解：根据动态物料平衡关系，流入量＝流出量：
过程的微分方程的增量形式：
中间变量：
/
传递函数：
如果考虑管道长度l ， 即出现纯时延，由于管道流量恒定，所以
l
Q =
τ /
其传递函数为：
其中：l
Q =
τ
2－3．设矩形脉冲响应幅值为2 t/h ，脉冲宽度为△t＝10min ，某温度过程的矩形脉冲响应记录数据如下： t(min)
|
1
3 4 5 8 10 15 16．5
{
0．46 1．7 3．7 9．0 19．0 26．4 36．0
?
dt
h
d C Q Q 21???=-2
2R h Q ??=h dt
h
d CR Q R 2
12???+=)S (H )S (SH CR )S (Q R 212+=1
S CR R )s (Q )s (H )s (W 2210+=
=
τ
S
2210e
1
S CR R )s (Q )
s (H )s (W -+==
Y(℃) 37．5
t(min)
20
25
30
40
50
60
—
70
80
Y(℃)
33．5
27．2
21．0
10．4
5．1
】
2．8
1．1 0．5
（1） 将该脉冲矩形响应曲线转换成阶跃响应曲线； （2） 用一阶惯性环节求该温度对象的传递函数。 解：将脉冲响应转换成阶跃响应曲线，数据如下： t(min)
1
（
3
4 5 8 10 15 16．5
Y(℃)
>
0．46
1．7 3．7 9．0 19．0 26．4 36．0 37．5
;
Y 1（t ）
0．46 1．7 3．7 9．0 19．0 26．4 －
—
－
t(min)
20
25
30
40
50
60
￥
70
80
Y(℃)
33．5
27．2
21．0
10．4
5．1
…
2．8
1．1 0．5
Y 1（t ） －
&
绘出阶跃响应曲线如下：
5.502
101
x )0(y )(y K 00==-∞=
由图y(t1)＝(∞) ，y(t2)＝(∞)处可得：t1=14min t2=
—
t1/t2≈ 故二阶系统数字模型为 2
0)
1TS (K )s (W +=
根据经验公式有： 3.1016.22
t t )s (T 2
10=?+=
所有： 2
200)
1S 3.10(5
.50)1TS (K )s (W +=+=
2－5 某过程在阶跃扰动量Δu ＝20％，其液位过程阶跃响应数据见下表： t/s
10
20
|
40
60 80 10
140
180 260 300
.
400
500
h/cm
0．2 0．8 2．0
]
3．6
5．4 8．8 11．8 14．4 16．6 18．4 19．2
（1） "
（2）
画出液位h 的阶跃响应曲线
（3） 求液位过程的数学模型 解：方法一：图解法
由图可以看出：过程应该用一阶加延时系统。
1002
.020
x )0(y )(y K 00==-∞=
从图中得到：τ＝40s ， T ＝260－40＝220s
S 40S
00e 1
S 220100
e 1
TS K )s (W --+=
+=
τ
·
方法二：计算法：
在图中取y (t 1)＝ y (∞) y (t 2)＝(∞) y (t 3)＝ y(∞) y (t 4)＝ y (∞) 得t 1＝125s t 2 ＝140s t 3 ＝ 225s t 4 ＝260s
s 150)t t (2T 231=-≈ s 55t t 2321=-≈τ
s 1688.0t t T 142=-≈
s 572
t
t 3412=-≈τ 可见数据很接近，于是：
s 1592T T T 210=+=
s 562
2
10=+=τττ ^
过程数学模型：
S 56S 00e 1
S 159100
e 1TS K )s (W --+=+=
τ
2－6 某过程在阶跃扰动ΔI ＝作用下，其输出响应数据见下表： t(min ) 1
2
3
4
`
5
6 7 8 9 10 11 …
~
∞
Y(℃)
4．0 4．0 4．2 4．8 5．1 5．4
·
5．7
5．8 5．85 5．9 6．0
…
6．0
解：求出y(∞)－y(t)值如下表： 根据表格在半对数纸上描绘出曲线1，曲线1作直线部分的延长线2，2线减去1线得到直线3。
t(min ) &
1
2 3 4 5 6 7 8
%
9
10 11 … ∞
Y(℃)
2．0 2．0
、
1．8 1．5 1．2 0．5 0．3 0．2 0．15 0．1
"
0
过程放大倍数 K 0
3.15
.14
6x )0(y )(y K 00=-=-∞=
￥
根据直线2和直线3，与纵坐标、横坐标构成的两个三角形，可以求出时间参数T 1、T 2 ： 由A 1＝7，B 1＝ ， t 1＝10s
35.2)
1.0lg 7(lg 303.2s
10)B lg A (lg 303.2t T 1111=-=-=
由 A 2＝5，B 2＝ t 2＝6s
该过程的数学模型为：
@
第三章 思考题与习题
3－2 有一压力控制系统选用DDZ －Ⅲ压力变送器，其量程为0～200kPa 。生产工艺要求被控压力为150±2kPa，现将该变送器量程调整到100～200 kPa ，求零点迁移前后该压力变送
)1s 53.1)(1s 35.2(3.1)1s T )(1s T (K )s (W 2100++=
++=
53
.1)
1.0lg 5(lg 303.2s
6)B lg A (lg 303.2t T 2222=-=-=
器的灵敏度。
解： 零点迁移前灵敏度：
零点迁移后灵敏度：
（
3－4 某DDZ －Ⅲ直流毫伏变送器，其零点移到Vio ＝5mV ，零迁后的量程为DC10mV ，求该变送器输出I 0＝10mADC 时的输入是多少毫伏 解：分析：零点迁移后5～10mV 对应输出为 4～20mA ，如右图所示。 根据图的几何关系有：
ab : ac ＝eb : dc
88.116
6
5dc eb ac ab ≈?=?=
^
∴ I 0＝10mA 时，输入电压为： V in ＝5＋＝（mVDC ）
3－7.说明DDZ －Ⅲ热电偶温度变送器的冷端温度补偿原理。
以A 和B 两种导体组成的热电偶产生的热电势与材料种类和接触点的温度有关。热电偶产生的热电势与被测温度T 具有单值函数关系。但是，其前提条件必须保持冷端温度T0 不变。
热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，而且还与冷端温度有关。实际使用中冷端暴露在仪表之外，受环境影响较大，因此必须进行冷端补偿（温度校正）
热电偶冷端温度的补偿方法
（1）补偿导线法（延伸导线法）：用与热电偶热电性质相同的臂长补偿导线（或称延伸导线）将热电偶的冷端延伸到温度保持恒定的地方。
{
kPa
/mA 08.00
2004
20K 1=--=
kPa
/mA 16.0100
2004
20K 1=--=
)
t (e )t (e )t ,t (E 0AB AB 0-=
（2）冷端恒温法：将热电偶的冷端置于恒定温度的容器内或场合内。
（3）冷端温度修正法（计算校正法）：
（4）补偿电桥法：利用不平衡电桥产生相应的不平衡电势补偿由于热电偶冷端温度变化引起的测量误差。
3－－Ⅲ温度变送器是如何使被测温读与输出信号I 。成线性关系的简述热电偶温度变送器
与热电阻温度的线性化原理。
3－5 .DDZ －Ⅲ温度变送器测温范围为800～1200°C。选择哪一种测温元件较为合适当输出
电流为DC16mA 时，被测温度是多少
解：检测温度高于600℃，应选择热电偶测温元件。
ab : ac ＝bd : ce
30016
12
400ce bd ac ab ≈?=?=
!
∴ I 0＝16mA 时，被测温度为： T ＝800＋300＝1100（℃）
3－6 .DDZ-Ⅲ温度变送器测温范围为400～600°C。选择哪一种测温元件较为合理当温度从
500°C 变化到550°C 时，输出电流变化多少 解:：检测温度低于600℃，应选择铂电阻测温元件。
温度变化50℃时，输出电流变化：
}
ΔI ＝ mA/℃×50℃＝4 mA
3－8 用标准孔板测量气体流量，给定设计参数p ＝，t ＝20°C。实际被测介质参数p 1＝，
t 1＝30C 。仪表显示流量Q ＝3800m 3h ，求被测介质实际流量大小。
3－9 一只用水标定的浮子流量计，其满刻度值为1000m 3/h ，不锈钢浮子密度为7.92g/cm 3。现用来测量密度为0.72g/cm 3的乙醇流量，问浮子流量计的测量上限是多少 解：设转子、水、被测液体的密度分别为ρ1、ρ0、ρ2， 由液体流量的修正公式，密度修正系数：
℃
/mA 08.0200
6004
20K 1=--=
？
根据修正系数求得，浮子流量计的测量上限是：
Q 2max ＝K Q 0 max ＝×1000＝1200 m 3/h
3－16 简述涡轮流量计的工作原理。某涡轮流量计的仪表常数K ＝次/L ，当它测量流量时的
输出频率为?＝400Hz 时，求其瞬时体积流量为每小时多少立方米
第四章 思考题与习题
4－1 什么是正作用调节器和反作用调节器如何实现调节器的正反作用
答：输入增加时，调节器输出也随之增加称为正作用调节器；输入增加时，调节器输出减小称为反作用调节器。在调节器输入级的输入端设有一个双向开关S 7，通过切换改变输入信号的极性来实现调节器的正反作用。
$
4－3 如何测定DDZ －Ⅲ调节器的微分时间T D 和积分时间T I 答：一、微分传递函数为：
拉氏反变换得阶跃作用下的时间函数：
当t ＝t(0+
)时，
·
当t ＝∞时， 由图有：
实验得到曲线后，可以按图求取微分时间T D 二、积分传递函数：
2.1720
)10007920(1000
)7207920()()(K 0101=--='-'-=
ρρρρρρ)
t (V )0(V 1O 02?=+α632
.0)
(V V )K T (
V V 0202D
D 0202=∞--)
t (V e )1K (1K )t (V 1O t T K
D D 02D D ???
?????
-+?=-α
)
t (V K )0(V 1O D
02?=
+α
S K T 1S
T 1K )S (W D
D D D
PD ++?
=
α
S
T K 1
1S
T 1
1C C )S (W I I I M I PI ++
?
-=
·
t ＝0时，
t ＝∞时，
/
t ＝T I 时：
4－3 设DDZ －Ⅲ基型调节器的PID 参数的刻度值为δ＝，T I ＝30s ，T D ＝20s 。计算实际值δ*
、T I *
和T D *
之值。
解：先计算F ： F ＝1＋T D /T I ＝1＋2/3＝ δ*
、T I *
、T D *
之实际值： δ*
＝δ/F＝＝
T I *＝T I /F ＝ T D *＝T D /F ＝
4－5 数字式完全微分PID 控制规律与不完全微分PID 控制规律有说明区别哪种控制规律的应用更为普遍
)
答： 完全微分型PID 算法的微分作用过于灵敏，微分作用持续时间短，容易引起控制系统振荡，降低控制品质。不完全微分是在PID 输出端串接一个一阶惯性环节，这样，在偏差变化较快时，微分作用不至于太强烈，且作用可保持一段时间。因此不完全微分PID 控制规律更为普遍。 4－6
4－9 某流体的最大流量为80 m 3
/h ，改流体密度为×10－2
g/cm 3
，阀前后一压差为，试选择调节阀的公称直径和阀座直径。（要求泄露量小） 解：调节阀的流通能力C 为：
?-
=02M
I
03V C C )0(V )t (V e )1K (K C C
)t (V 2O t T K K
I I M
I
03I I D ???
?????
-+?-=-?-
=∞02I M
I
03V K C C )(V ?-=∞02M
I
03V C C 2
)(V
h /m 12.101
.01016.080P Q C 32
=?==-?ρ
取 h /m 12C 3
=
查表得dg ＝32mm ，Dg ＝32mm 。
%
第六章 思考题与习题
6－5 调节器的P 、PI 、PD 、PID 控制规律各有什么特点它们各用于什么场合
答： 比例控制规律 适用于控制通道滞后较小，时间常数不太大，扰动幅度较小，负荷变化不大，控制质量要求不高，允许有余差的场合。如贮罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽压力的控制等。
比例积分控制规律 引入积分作用能消除余差。适用于控制通道滞后小，负荷变化不太大，工艺上不允许有余差的场合，如流量或压力的控制。
比例微分控制规律 引入了微分，会有超前控制作用，能使系统的稳定性增加，最大偏差和余差减小，加快了控制过程，改善了控制质量。适用于过程容量滞后较大的场合。对于滞后很小和扰动作用频繁的系统，应尽可能避免使用微分作用。
比例积分微分控制规律 可以使系统获得较高的控制质量，它适用于容量滞后大、负荷变化大、控制质量要求较高的场合，如反应器、聚合釜的温度控制。
/
6－7 在某生产过程中，冷物料通过加热炉对其进行加热，热物料温度必须满足生产工艺要求，故设计图所示温度控制系统流程图，画出控制框图，指出被控过程、被控参数和控制参数。确定调节阀的流量特性、气开、气关形式和调节器控制规律及其正、反作用方式。
解：系统方框图：
被控过程为加热炉；被控参数是热物料的温度；控制参数为燃料的流量。
加热炉的过程特性一般为二阶带时延特性，即过程为非线性特性。因此，调节阀流量特性选择对数特性调节阀。
根据生产安全原则，当系统出现故障时应该停止输送燃料，调节阀应选用气开式。即无气时调节阀关闭。
控制器的正反作用的选择应该在根据工艺要求，原则是：使整个回路构成负反馈系统。控制器的正、反作用判断关系为：
@
（控制器“±”）·（控制阀“±”）·（对象“±”）＝“－”
调节阀：气开式为“＋”，气关式为“－”；
控制器：正作用为“＋”，反作用为“－”；
被控对象：按工艺要求分析，通过控制阀的物量或能量增加时，被控制量也随之增加为“＋”；反之随之降低的为“－”；
变送器一般视为正作用。
根据安全要求，调节阀选气开式K v为正，温度变送器K m一般为正，当调节器增加时，温度值增加，故过程（对象）为正，为了保证闭环为负。所以调节器应为负作用。
6－8 下图为液位控制系统原理图。生产工艺要求汽包水位一定必须稳定。画出控制系统框图，指出被控过程、被控参数和控制参数。确定调节阀的流量特性、气开、气关形式和调节器的控制规律及其正反作用方式。
…
解：控制系统框图如下图所示。
被控过程为汽包；被控参数是汽包的液
位；控制参数为给水的流量。
汽包的过程特性为一阶带时延特性，即
过程为非线性特性。因此，调节阀流量特性选
择对数特性调节阀。
根据生产安全原则，当系统出现故障时应该停止输送燃料，调节阀应选用气关式。即无气时调节阀打开。保证在控制出现故障时，汽包不会干烧。
@
调节阀：选择气关式调节阀，故K V为“－”；
被控对象：按工艺要求分析，通过给水增加时，被控制参数的液位也会增加。所以K0为“＋”；
变送器一般视为正作用。
控制器的正、反作用判断关系为：
[
（控制器“”）·（控制阀“－”）·（对象“＋”）＝“－”根据判断关系式，调节器应为正作用。
6-9 某过程控制通道作阶跃实验，输入信号Δu＝50，其记录数据见表6－11
t/min
0!
y(t)—
t/min，
y(t)|
(1)用一阶加纯时延近似该过程的传递函数，求K0、T0、和τ0值。（2）用动态响应曲线法整定调节器的PI参数（取ρ＝1，φ＝）。解：（1）根据表6－11得到过程阶跃响应曲线：
!
由图读得T 0＝ min τ0＝ min
（
∴≤≤1
根据动态特性整定公式有：
T I ＝ T 0 ＝ min
6－10 对某过程控制通道作一阶跃实验，输入阶跃信号Δμ＝5，阶跃响应记录数据如表所示。 （1）
…
（2）
若过程利用一阶加纯时延环节来描述，试求K 0、T 0、τ0
（3） 设系统采用PI 调节规律，按4：1衰减比，用反应曲线法整定调节器参数，求δ、
T i 。
82
.250
200
5.341x )0(y )(y K 00=-=-∞=
S
42.00e 1
s 08.182
.2)s (W -+=
39.008
.142
.0T 0
==τ
81.06
.0T 08
.0T 6
.20
=+-?
=
τ
τ
ρ
δ
（
被控量y
1．1511．2131．2391．2621．3111．3291．338?
1．350
1．351解：（1）求过程的传递函数，由表作图：
从图中可以得到：τ＝25min ＝1500s ； T0＝30min ＝1800s
采用一阶加时延系统则：
}
将数值代入得：
（2）因为τ/ T0 ＝1500/1800＝＜1 取φ＝的有自衡过程的整定公式：a．比例系数δ：
b．积分时间常数T i ：
T i＝＝1440 (s)
6－12已知被控制过程的传递函数，其中T0＝6s，τ 0＝3s。试
用响应曲线法整定PI、PD调节器的参数；再用临界比例度法整定PI调节器的参数（设T K ＝10s，δK＝）；并将两种整定方法的PI参数进行比较。
解：对有自衡能力的系统ρ＝1，T0 / τ0＝。
S
e
)s
T
1(
K
)s(
Wτ-
+
=
4.1
5.0
7.0
x
)0(y
)
(y
K
=
=
-
∞
=
S
150
e
)s
180
1(
4.1
)s(
W-
+
=
24
.1
48
.0
6.2
6.0
83
.0
15
.0
83
.0
6.2
6.0
T
08
.0
T
1
6.2
0≈
?
≈
+
-
?
=
+
-
?
=
τ
τ
ρ
δ
S
e
)1
s
T(
4.1
)s(
Wτ-
+
=
99
.0
6.0
5.0
08
.0
5.0
6.2
6.0
T
08
.0
T
1
6.2
0≈
+
-
?
=
+
-
?
=
τ
τ
ρ
δ
采用特性参数法（响应曲线法）公式及PI 控制规律，有：
T i ＝＝ (s)
对PD 控制规律调节器，有
T i ＝τ0＝ (s)
采用临界比例度法，对PI 调节规律：
T i ＝＝8,5 (s)
两种整定方法得到的结果不同，比例度比较接近、T I 相差较大。在工程实践中应该应用不同的整定方法进行比较，选择控制效果最佳方案。
第七章 思考题与习题
7－2 在串级控制系统的设计中，副回路设计和副参数的选择应考虑哪几个原则
答：副回路设计是选择一个合适的副变量，从而组成一个以副变量为被控变量的副回路。副回路设计应遵循的一些原则：
(1) 副参数选择应该时间常数小，时延小、控制通道短的参数作为副回路的控制参数。当对象具有较大的纯时延时，应使所设计的副回路尽量少包括最好不包括纯时延。
(2) 使系统中的主要干扰包含在副环内。在可能的情况下，使副环内包含更多一些干扰。
当对象具有非线性环节时，在设计时将副环内包含更多一些干扰。
(3) 副回路应考虑到对象时间常数的匹配：T 01/T 02＝3～10，以防止“共振”发生。 (4) 副回路设计应该考虑生产工艺的合理性 (5) 副回路设计应考虑经济原则。
7－3 图为加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统。工艺要求一旦发生重大事故，立即切断原料的供应。
（1） 画出控制系统的组成框图
（2） 确定调节阀的流量特性气开、气关形式 （3） 确定主副调节器的控制规律及其正反作用方式
91
.0
7
.05.008
.05.06.28.08.0P ≈+-?
?==δδ88
.02.2P ==δδ
解：（1）串级系统方框图如下：
副回路选择加热炉炉膛温度控制，消除F1（S）干扰。
（2）由于发生重大事故时立即切断燃料油的供应，从工艺的安全性考虑，调节阀选择气开式，保证无气时调节阀关闭。
（3）主调节器选择PI（或PID）控制规律，副调节器选择P调节规律。
由于燃料增加加热炉温度必然增加，所以过程为正。调节阀气开式为正，根据表7－4可知主副调节器都选择正作用方式。
7－5 某温度－温度串级控制系统，主调节器采用PID控制规律，副调节器采用P控制规律。采用两步整定法整定主、副调节器的参数，按4：1衰减比测得δ1S＝，δ1S＝，T1S＝140s，T2S＝12s。求主、副调节器参数的整定值。
解：按照4：1两步整定法经验公式：
主调节器（温度调节器）：
比例度δ1＝×δ1S＝×＝％
积分时间常数T I＝×T1S＝42 s
微分时间常数：TD＝×T1S＝14 s
副调节器：
比例度δ2＝δ2S＝50％
7－8用蒸汽加热的贮槽加热器，进料量Q1稳定，而Q1的初始温度T1有较大波动，生产工艺要求槽内物料温度T恒定。Q2为下一工艺的负荷，要求Q2的温度为T。试设计一过程控制
系统，并画出控制系统框图。
解：应用前馈－反馈控制系统对冷物料进行前馈补偿 控制、对被控参数：出口热物料进行反馈控制。系统 控制流程图如下图所示。
控制系统组成框图：
其中 前馈补偿器传递函数
)
s (W )s (W )s (W 0f FF -
=
液压课后习题
2-1 已知液压泵的额定压力和额定留量，不计管道压力损失，说明图示各种工况 下液压泵出口处的工作压力值。 解：a)0p = b)0p = c)p p =? d)F p A = e)2m m T p V π= 2-2如图所示，A 为通流截面可变的节流阀，B 为溢流阀。溢流阀的调整压力是 P y ，如不计管道压力损失，试说明，在节流阀通流截面不断增大时，液压泵的出口压力怎样变化？ 答：节流阀A 通流截面最大时，液压泵出口压力P=0，溢流阀B 不打开，阀A 通流截面逐渐关小时，液压泵出口压力逐渐升高，当阀A 的通流截面关小到某一值时，P 达到P y ，溢流阀B 打开。以后继续关小阀A 的通流截面，P 不升高，维持P y 值。 2-3试分析影响液压泵容积效率v η的因素。 答：容积效率表征容积容积损失的大小。 由1v t t q q q q η?= =- 可知：泄露量q ?越大，容积效率越小 而泄露量与泵的输出压力成正比，因而有 111v t n k k p q v η= =- 由此看出，泵的输出压力越高，泄露系数越大，泵排量越小，转速越底，那么容积效率就越小。
2-4泵的额定流量为100L/min,额定压力为2.5MPa，当转速为1450r/min时，机械效率为η m ＝0.9。由实验测得，当泵出口压力为零时，流量为106 L/min，压力为2.5 MPa时，流量为100.7 L/min，试求： ①泵的容积效率； ②如泵的转速下降到500r/min，在额定压力下工作时，计算泵的流量为多少？ ③上述两种转速下泵的驱动功率。 解：①通常将零压力下泵的流量作为理想流量，则q t ＝106 L/min 由实验测得的压力为2.5 MPa时的流量100.7 L/min为实际流量，则 η v ＝100.7 /106=0.95=95% ②q t =106×500/1450 L/min =36.55 L/min,因压力仍然是额定压力，故此时泵流量为36.55×0.95 L/min=34.72 L/min。 ③当n=1450r/min时, P=pq/(η v η m )=2.5×106×100.7×10-3/（60×0.95×0.9）w=4.91kw 当n=500r/min时, P=pq/(η v η m )=2.5×106×34.7×10-3/（60×0.95×0.9）w=1.69kw 2-5设液压泵转速为950r/min，排量＝168L/r，在额定压力29.5MPa和同样转速下，测得的实际流量为150L/min，额定工况下的总功率为0.87，试求： (1)泵的理论流量； (2)泵的容积效率； (3)泵的机械效率； (4)泵在额定工况下，所需电机驱动功率； (5)驱动泵的转矩。 解：① q t ＝V p n=168×950 L/min =159.6 L/min ②η v =q/q t =150/159.6=94% ③η m =η/ηv =0.87/0.9398=92.5% ④ P=p q/η =29.5×106×150×10-3/（60×0.87）w=84.77kw ⑤因为η=p q/T ω
最新电力拖动自动控制系统--运动控制系统第四版复习题考试题目1精编版
2020年电力拖动自动控制系统--运动控制系统第四版复习题考试题目1精编版
1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ） 的大小并非仅取决7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k 于速度定 U g*的大小。（√） 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。 （Ⅹ） 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ） 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ） 与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ） 12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√）
13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ） 14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 15 闭环系统可以改造控制对象。（√） 16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。 17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。（√） 18 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。（Ⅹ） 19电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。（√） 20对电网电压波动来说，电压环比电流环更快。（√） 二选择题 1直流双闭环调速系统中出现电源电压波动和负载转矩波动时，（ A）。 A ACR抑制电网电压波动，ASR抑制转矩波动 B ACR抑制转矩波动，ASR抑制电压波动 C ACR 放大转矩波动，ASR抑制电压波动 D ACR放大电网电压波动，ASR抑制转矩波动 3与机组相比，相控整流方式的优点是（A、B、C、D ），缺点是（ E、F ）。 A 功率放大倍数小于1000倍 B 可逆运行容易实现 C 控制作用的快速性是毫秒级 D 占地面积小，噪音小 E 高次谐波丰富 F 高速时功率因数低 4系统的静态速降△ned一定时，静差率S越小，则（C ）。 A 调速范围D越小 B 额定转速?Skip Record If...?越大
液压控制系统(王春行编)课后题答案
第二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？ 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀？什么是实际滑阀？ 答： 理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么？ 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ，阀位移x V 时，阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是 q =p =x =0L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数？为什么？ 答：流量增益q q = x L V K ??，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数c q =- p L L K ??，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益p p = x L V K ??，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响？为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性？ 答：理想零开口滑阀c0=0K ，p0=K ∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏 流量2c c0r = 32W K πμ ，p0c K ，两者相差很大。
理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 8、理想零开口阀具有线性流量增益，性能比较好，应用最广泛，但加工困难；因为实际阀总存在径向间隙和工作边圆角的影响。 9、什么是稳态液动力？什么是瞬态液动力？ 答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。 瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。 习题 1、有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径-3 d=810m ?，径向间隙-6c r =510m ?，供油压力5s p =7010a P ?，采用10号航空液压油在40C 。 工作，流量系数d C =0.62，求阀的零位 系数。 解：零开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 q0d K C =零位流量-压力系数 2c c0r 32W K πμ = 零位压力增益 p0c K = 将数据代入得 2q0 1.4m s K = 123c0 4.410m s a K P -=?? 11p0 3.1710a m K P =? 2、已知一正开口量-3 =0.0510m U ?的四边滑阀，在供油压力5s p =7010a P ?下测得零位泄 露流量c q =5min L ，求阀的三个零位系数。 解：正开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 c q0q K U = 零位流量-压力系数 c c0s q 2p K =
(完整版)液压课后答案
2.1 要提高齿轮泵的压力需解决哪些关键问题?通常都采用哪些措施? 解答：（1）困油现象。采取措施：在两端盖板上开卸荷 槽。（2）径向不平衡力：采取措施：缩小压油口直径；增大扫膛处的径向间隙；过渡区连通；支撑上采用滚针轴承或滑动轴承。（3）齿轮泵的泄 漏：采取措施：采用断面间隙自动补偿装置。 ? 2.2 叶片泵能否实现反转?请说出理由并进行分析。解答：叶片泵不允许反转，因为叶片在转子中有安放角，为了提高密封性叶片本身也有方向性。? 2.3 简述齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的优缺点及应用场合。 ?解答：（1）齿轮泵: 优点：结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠；主要缺点：流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。应用：齿轮泵被广泛地应用于采矿设备，冶金设备，建筑机械，工程机械，农林机械等各个行业。（2）叶片泵：优点：排油均匀，工作平稳，噪声小。缺点：结构较复杂，对油液的污染比较敏感。应用：在精密仪器控制方面应用广泛。（3）柱塞泵：优点：性能较完善，特点是泄漏小，容积效率高，可以在高压下工作。缺点：结构复杂，造价高。应用：在凿岩、冶金机械等领域获得广泛应用。? 2.4 齿轮泵的模数m=4 mm，齿数z=9，齿宽B=18mm，在额定压力下，转速n=2000 r／min时，泵的实际输出流量Q=30 L／min，求泵的容积效率。 ?解答： ηv=q/qt=q/(6.6~7)zm2bn =30/(6.6×9 ×42×18×2000 ×10-6)=0.87 ? ? 2.5 YB63型叶片泵的最高压力pmax=6.3MPa，叶片宽度B=24mm，叶片厚度δ=2.25mm，叶片数z =12，叶片倾角θ=13°,定子曲线长 径R=49mm，短径r=43mm，泵的容积效率ηv=0.90，机械效率ηm=0.90，泵轴转速n=960r／min，试求：(1) 叶片泵的实际流量是多少?(2)叶片泵的输出 功率是多少?解答： ? 2.6 斜盘式轴向柱塞泵的斜盘倾角β=20°，柱塞直径d=22mm，柱塞分布圆直径D=68mm，柱塞数z=7，机械效率ηm=0.90，容积效率ηV=0.97，泵转速n=1450r／min，泵输出压力p=28MPa，试计算：(1)平均理论流量；(2)实际输出的平均流量；(3)泵的输入功率。 ?解答：（1） qt=πd2zDntanβ/4 = π ×0.0222×7×0.068tan20°/4=0.0016 (m3/s) ?（2） q= qt ×ηV=0.0016 ×0.97=0.00155(m3/s) ?（3）N入=N出/ (ηm ηV)=pq/(ηm ηV)?=28 ×106×0. 00155/(0.9 ×0.97)
运动控制系统练习题
判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T 法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ）7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k的大小并非仅取决于速度定U g*的大小。（√） 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（Ⅹ） 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ）
10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ） 与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ）12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ） 14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 15 闭环系统可以改造控制对象。（√） 16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。（√）18 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。（Ⅹ）
19电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。（√） 20对电网电压波动来说，电压环比电流环更快。（√） 选择题 1．转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是B A．PID B．PI C．P D．PD 2．静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,静差率A A．越小B．越大C．不变D．不确定 3．下列异步电动机调速方法属于转差功率不变型的调速系统是D A．降电压调速B．串级调速C．变极调速D．变压变频调速
液压习题答案
第2章习题 1-1液压缸直径D=150mm ，活塞直径d=100mm ，负载F=5 104N 。若不计液压油自重及活塞及缸体质量，求如下图a,图b 两种情况下的液压缸内压力。 （a ）：设液压缸压力为p 根据流体静力学原理，活塞处于静力平衡状态，有： F=p ·πd 2 /4 p=4F/πd 2=20 104/3.14 0.12 p=6.37 106 pa （b ）：设液压缸压力为p 根据流体静力学原理，活塞处于静力平衡状态，有： F=p ·πD 2 /4 p=4F/πD 2=20 104/3.14 0.152 p=2.83 106 pa 此题做法有待于考虑 F=p ·Πd 2 /4 p=4F/Πd 2=20 104/3.14 0.12 p=6.37 106 pa 1-2如图所示 的开式水箱（水箱液面与大气相通）。其侧壁开一小孔，水箱液面与小孔中心距离为h 。水箱足够大，h 基本不变（即小孔流出水时，水箱液面下降速度近似等于0）。不计损失，求水从小孔流出的速度（动能修正系数设为1）。（提示，应用伯努利方程求解） 解：取水箱液面为1-1过流断面，小孔的外部截面为2-2过流断面，设大气压为p 1 根据伯努力方程： 1-3判定管内流态：(1)圆管直径d=160mm ，管内液压油速度u=3m/s ；液压油运动黏度 =114mm 2/s ； (2)圆管直径d=10cm ，管内水的流速u=100cm/s 。假定水温为20 C （相应运动粘度为1.308mm 2/s 。 解：管内流态根据雷诺数判断. 雷诺数计算公式： (1)： 管内液流状态为：湍流状态 （2）232076452101.30810.1Re 6 - =??= 管内液流状态为：湍流状态 1-4 如图，液压泵从油箱吸油，吸油管直径 d=10cm ，泵的流量为 Q=180L/min, 油液的运动粘度υ=20 x10-6 m 2/s ，密度ρ=900kg/m 3，当泵入口处的真空度 p =0.9x105pa 时，求泵最大允许吸油的高度 h 。 （提示：运用伯努利方程与压力损失理论） 解：取油箱液面为1-1过流断面，油泵进油口为2-2过流断面，设大气压为p 0 由伯努力方程得： 判断油管的流动状态： 油管的流态为层流：动能修正系数为：22=α 局部压力损失----沿程压力损失： 层流状态：e /64R =λ 2 382.09001.0e 642 ?=?h R p f =21.99h 带入伯努力方程得：
《运动控制系统》综合复习题
一、单项选择题 1.只能实现有级调速调速方式为（ C ） 2.调速系统的静差率指标，应以（ D ） 3.某直流调速系统电动机额定转速nN=1430r/min，额定速降ΔnN=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的 调速范围是（ C ） 4.对自动调速系统来说，主要的扰动量是（B） 5.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速，可调节（ C ） 6.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，控制电压不取决于（D） 7.不是跟随性能指标是（D ） 8.在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型I型系统，是因为电流环（ A ） 9.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做（A ） 10.在配合无环流可逆系统中，可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制，但需将两组晶闸管装置的触发脉 冲的初始相位都整定在（C ） 11.在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，当正组的控制角小于反组的逆变角时，将会产生（B ） 12.交-直-交PWM变压变频器中，逆变器起作用是（A ） 13.当交流电动机由常规的六拍阶梯波逆变器供电时，磁链轨迹是一个（A ） 14.不是异步电动机动态数学模型的特点为（B ） 15.不是直接转矩控制的特点为（A ） 16.采用旋转编码器的数字测速方法不包括（ D ） 17.交流电动机带恒转矩负载作调压调速时，其转差功率与转差率（ A ） 18.在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式为（ D ） 19.不是异步电动机动态数学模型的特点。（D ） 20.电流跟踪PWM控制时，当环宽选得较大时（ A ） 21.只能实现有级调速调速方式为（ C ） 22.调速系统的静差率指标，应以（ D ） 23.某直流调速系统电动机额定转速n N=1430r/min，额定速降Δn N=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的 调速范围是（C ） 24.对自动调速系统来说，主要的扰动量是（B） 25.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速，可调节（ C ） 26.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，控制电压不取决于（B ） 27.不是跟随性能指标是（ D ） 28.在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型I型系统，是因为电流环（ A ） 29.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做（A ） 30.在配合无环流可逆系统中，可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制，但需将两组晶闸管装置的触发脉 冲的初始相位都整定在（ C ） 31.不适合使用矢量控制方式是（ B ） 32.PMW变压变频器，通过它可同时调节电压和频率，其可控的是（B ）。
液压与气压传动课后习题问题详解
《液压与气压传动》习题解答 第1章液压传动概述 １、何谓液压传动？液压传动有哪两个工作特性？ 答：液压传动是以液体为工作介质，把原动机的机械能转化为液体的压力能，通过控制元件将具有压力能的液体送到执行机构，由执行机构驱动负载实现所需的运动和动力，把液体的压力能再转变为工作机构所需的机械能，也就是说利用受压液体来传递运动和动力。液压传动的工作特性是液压系统的工作压力取决于负载，液压缸的运动速度取决于流量。 ２、液压传动系统有哪些主要组成部分？各部分的功用是什么？ 答：⑴动力装置：泵，将机械能转换成液体压力能的装置。⑵执行装置：缸或马达，将液体压力能转换成机械能的装置。⑶控制装置：阀，对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。⑷辅助装置：对工作介质起到容纳、净化、润滑、消声和实现元件间连接等作用的装置。⑸传动介质：液压油，传递能量。 ３、液压传动与机械传动、电气传动相比有哪些优缺点？ 答：液压传动的优点：⑴输出力大,定位精度高、传动平稳，使用寿命长。 ⑵容易实现无级调速，调速方便且调速围大。⑶容易实现过载保护和自动控制。⑷机构简化和操作简单。 液压传动的缺点：⑴传动效率低，对温度变化敏感，实现定比传动困难。⑵出现故障不易诊断。⑶液压元件制造精度高，⑷油液易泄漏。 第２章液压传动的基础知识 1、选用液压油有哪些基本要求？为保证液压系统正常运行，选用液压油要考
虑哪些方面？ 答：选用液压油的基本要求：⑴粘温特性好，压缩性要小。⑵润滑性能好，防锈、耐腐蚀性能好。⑶抗泡沫、抗乳化性好。⑷抗燃性能好。选用液压油时考虑以下几个方面，⑴按工作机的类型选用。⑵按液压泵的类型选用。⑶按液压系统工作压力选用。⑷考虑液压系统的环境温度。⑸考虑液压系统的运动速度。⑹选择合适的液压油品种。 2、油液污染有何危害？应采取哪些措施防止油液污染？ 答：液压系统中污染物主要有固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物等杂物。其中固体颗粒性污垢是引起污染危害的主要原因。1)固体颗粒会使滑动部分磨损加剧、卡死和堵塞，缩短元件的使用寿命；产生振动和噪声。2)水的侵入加速了液压油的氧化，并且和添加剂一起作用，产生粘性胶质，使滤芯堵塞。3)空气的混入能降低油液的体积弹性模量，引起气蚀，降低其润滑性能。 4)微生物的生成使油液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀。 污染控制贯穿于液压系统的设计、制造、安装、使用、维修等各个环节。在实际工作中污染控制主要有以下措施：1)油液使用前保持清洁。2)合理选用液压元件和密封元件，减少污染物侵入的途径。3)液压系统在装配后、运行前保持清洁。4)注意液压油在工作中保持清洁。5)系统中使用的液压油应定期检查、补充、更换。6)控制液压油的工作温度，防止过高油温造成油液氧化变质。 3、什么是液压油的粘性和粘温特性？为什么在选择液压油时，应将油液的粘度作为主要的性能指标？ 答：液体流动时分子间相互牵制的力称为液体的摩擦力或粘滞力，而液体
液压课后习题答案
第三章 3.18 液压泵的额定流量为100 L/min ，液压泵的额定压力为2.5 MPa ，当转速为1 450 r/min 时，机械效率为ηm =0.9。由实验测得，当液压泵的出口压力为零时，流量为106 L/min ；压力为2.5 MPa 时，流量为100.7 L/min ，试求：（1）液压泵的容积效率ηV 是多少？（2）如果液压泵的转速下降到500 r/min ，在额定压力下工作时，估算液压泵的流量是多少？（3）计算在上述两种转速下液压泵的驱动功率是多少？ 解：（1）ηv t q q = ==1007106 095.. （2）=??= = =95.01061450 500111v t v q n n Vn q ηη 34.7L/min （3）在第一种情况下： 3 3 6 0109.460 9.010 106105.2?=????= == -m t m t i pq P P ηηW 在第二种情况下： 3 3 6 1 1 011069.195 .0609.010 7.34105.2?=?????= == -m t m t i pq P P ηηW 答：液压泵的容积效率ηV 为0.95，在液压泵转速为500r/min 时，估算其流量为34.7L/min ，液压泵在第一种情况下的驱动功率为4.9?103W ，在第二种情况下的驱动功率为1.69?103 W 。 3.20 某组合机床用双联叶片泵YB 4/16×63，快速进、退时双泵供油，系统压力p = 1 MPa 。工作进给时，大泵卸荷（设其压力为0），只有小泵供油，这时系统压力p = 3 MPa ，液压泵效率η = 0.8。试求：（1）所需电动机功率是多少？（2）如果采用一个q = 20 L/min 的定量泵，所需的电动机功率又是多少？ 解：（1）快速时液压泵的输出功率为： 6 3 0111110(1663)10 1316.760 P p q -??+?== = W 工进时液压泵的输出功率为： 6 3 022******** 80060 P p q -???== = W 电动机的功率为： 16468 .07.131601 === η P P 电 W
液压与气压传动的课后习题答案
1-1 填空题 1.液压传动是以（液体）为传动介质，利用液体的（压力能）来实现运动和动力传递的一种传动方式。 2.液压传动必须在（密闭的容器内）进行，依靠液体的（压力）来传递动力，依靠（流量）来传递运动。 3.液压传动系统由（动力元件）、（执行元件）、（控制元件）、（辅助元件）和（工作介质）五部分组成。 4.在液压传动中，液压泵是（动力）元件， 它将输入的（机械）能转换成（压力）能，向系统提供动力。 5.在液压传动中，液压缸是（执行）元件， 它将输入的（压力）能转换成（机械）能。 6.各种控制阀用以控制液压系统所需要的（油液压力）、（油液流量）和（油液流动方向），以保证执行元件实现各种不同的工作要求。 7.液压元件的图形符号只表示元件的（功能），不表示元件（结构）和（参数），以及连接口的实际位置和元件的（空间安装位置和传动过程）。 8.液压元件的图形符号在系统中均以元件的（常态位）表示。 1-2 判断题 1.液压传动不易获得很大的力和转矩。（ × ） 2.液压传动装置工作平稳，能方便地实现无级调速，但不能快速起动、制动和频繁换向。（ × ） 3.液压传动与机械、电气传动相配合时， 易实现较复杂的自动工作循环。（ √ ） 4.液压传动系统适宜在传动比要求严格的场合采用。（ × ） 2-1 填空题 1．液体受压力作用发生体积变化的性质称为液体的（可压缩性），可用（体积压缩系数）或（体积弹性模量）表示，体积压缩系数越大，液体的可压缩性越（大）；体积弹性模量越大,液体的可压缩性越（小）。在液压传动中一般可认为液体是（不可压缩的）。 2．油液粘性用（粘度）表示；有（动力粘度）、（运动粘度）、（相对粘度）三种表示方法； 计量单位m 2/s 是表示（运动）粘度的单位；1m 2/s ＝（106 ）厘斯。 3．某一种牌号为L-HL22的普通液压油在40o C 时（运动）粘度的中心值为22厘斯cSt(mm 2 /s )。 4. 选择液压油时，主要考虑油的（粘度）。（选项：成分、密度、粘度、可压缩性） 5．当液压系统的工作压力高，环境温度高或运动速度较慢时，为了减少泄漏，宜选用粘度较（高）的液压油。当工作压力低，环境温度低或运动速度较大时，为了减少功率损失，宜选用粘度较（低）的液压油。 6. 液体处于静止状态下，其单位面积上所受的法向力，称为（静压力），用符号（p ）表示。其国际单位为（Pa 即帕斯卡），常用单位为（MPa 即兆帕）。 7. 液压系统的工作压力取决于（负载）。当液压缸的有效面积一定时，活塞的运动速度取决于（流量）。 8. 液体作用于曲面某一方向上的力，等于液体压力与（曲面在该方向的垂直面内投影面积的）乘积。 9. 在研究流动液体时，将既（无粘性）又（不可压缩）的假想液体称为理想液体。 10. 单位时间内流过某通流截面液体的（体积）称为流量，其国标单位为 （m 3/s 即米 3 /秒），常用单位为（L/min 即升/分）。 12. 液体的流动状态用（雷诺数）来判断，其大小与管内液体的（平均流速）、（运动粘度）和管道的（直径）有关。 13. 流经环形缝隙的流量，在最大偏心时为其同心缝隙流量的（）倍。所以，在液压元件中，为了减小流经间隙的泄漏，应将其配合件尽量处于（同心）状态。 2-2 判断题 1. 液压油的可压缩性是钢的100～150倍。（√） 2. 液压系统的工作压力一般是指绝对压力值。（×） 3. 液压油能随意混用。（×） 4. 作用于活塞上的推力越大，活塞运动的速度就越快。（×） 5. 在液压系统中，液体自重产生的压力一般可以忽略不计。 （√） 6. 液体在变截面管道中流动时，管道截面积小的地方，液体流速高，而压力小。（×） 7. 液压冲击和空穴现象是液压系统产生振动和噪音的主要原因。（√） 3-1 填空题 1．液压泵是液压系统的（能源或动力）装置，其作用是将原动机的（机械能）转换为油液的（压力能），其输出功率用公式（pq P ?=0或pq P =0）表示。 2．容积式液压泵的工作原理是：容积增大时实现（吸油） ，容积减小时实现（压油）。 3．液压泵或液压马达的功率损失有（机械）损失和（容积）损失两种；其中（机械）损失是指泵或马达在转矩上的损失，其大小用（机械效率ηm ）表示；（容积）损失是指泵或马达在流量上的损失，其大小用（容积效率ηv ）表示。
电力拖动自动控制系统--运动控制系统 第四版 复习题 考试题目
考试题型及分数分配 1 判断题（20分，10~20小题）范围广， 2 选择题（20分，10~20小题）内容深，细节区分 3 填空题（10分，10小题） 4 设计题（10分，2小题） 5 简述题（10分，2小题） 6 无传感器算法：磁链、转矩的计算算法 异步电动机转子磁链和定子磁链的估算、转矩的估算 7 分析计算题（20分，3小题） 直流调速系统 一判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖 动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实 现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ） 的大小并非仅取决于7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k *的大小。（√） 速度定 U g 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（Ⅹ）9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ） 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ） 12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ）14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√）
液压控制系统(王春行版)课后题答案
` 第二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀什么是实际滑阀 答：理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点零位工作点的条件是什么 | 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ，阀位移x V 时， 阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是q=p=x=0 L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数为什么 答：流量增益 q q = x L V K ? ? ，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数 c q =- p L L K ? ? ，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益 p p = x L V K ? ? ，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 ， 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性 答：理想零开口滑阀 c0=0 K， p0= K∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏
流量2c c0r = 32W K πμ ，p0c K ，两者相差很大。 理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 9、什么是稳态液动力什么是瞬态液动力 答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。 瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。 > 习题 1、有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径-3 d=810m ?，径向间隙-6c r =510m ?，供油压力5s p =7010a P ?，采用10号航空液压油在40C 。 工作，流量系数d C =0.62，求阀的零位 系数。 解：零开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 q0d K C =零位流量-压力系数 2c c0r 32W K πμ = 零位压力增益 p0c K = 将数据代入得 2q0 1.4m s K = ！ 123c0 4.410m s a K P -=?? 11p0 3.1710a m K P =? 2、已知一正开口量-3 =0.0510m U ?的四边滑阀，在供油压力5s p =7010a P ?下测得零位泄 露流量c q =5min L ，求阀的三个零位系数。 解：正开口四边滑阀的零位系数为：
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1顺序阀和溢流阀是否可以互换使用？ 答：顺序阀可代替溢流阀，反之不行。 2试比较溢流阀、减压阀、顺序阀（内控外泄式）三者之间的异同点 答：相同点：都是利用控制压力与弹簧力相平衡的原理，改变滑阀移动的开口量，通过开口量的大小来控制系统的压力。结构大体相同，只是泻油路不同。 不同点：溢流阀是通过调定弹簧的压力，控制进油路的压力，保证进口压力恒定。出 油口与油箱相连。泄漏形式是内泄式，常闭，进出油口相通，进油口压力为调整压力， 在系统中的联结方式是并联。起限压、保压、稳压的作用。 减压阀是通过调定弹簧的压力，控制出油路的压力，保证出口压力恒定。出油口与减压回路相连。泄漏形式为外泄式。常开，出口压力低于进口压力，出口压力稳定在调定 值上。在系统中的联结方式为串联，起减压、稳压作用。 顺序阀是通过调定弹簧的压力控制进油路的压力，而液控式顺序阀由单独油路控制压力。出油口与工作油路相接。泄漏形式为外泄式。常闭，进出油口相通，进油口压力允 许继续升高。实现顺序动作时串联，作卸荷阀用时并联。不控制系统的压力，只利用系统的 压力变化控制油路的通断 3 如图所示溢流阀的调定压力为4MPa ，若阀芯阻尼小孔造成的损失 不计，试判断下列情况下压力表读数各为多少？ （1） Y断电，负载为无限大时； （2） Y断电，负载压力为2MPa时； (3 )Y通电，负载压力为2MPa 时 答：（ 1） 4；（ 2） 2；（ 3） 0 4 如图所示的回路中，溢流阀的调整压力为5.0 MPa ，减压阀的调整压 力为 2.5 MPa ，试分析下列情况，并说明减压阀阀口处于什么状态？ （ 1）当泵压力等于溢流阀调整压力时，夹紧缸使工件夹紧后，A、 C
(打印)运动控制系统题库
18．某直流调速系统电动机额定转速为1430 r/min ，额定速降 ?n N = 115r/min ，当要求静差率30%时，允许多大的调速范围？如果要求静差率20%，则调速范围是多少？如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？ 解： 35701153 014301%30。。。）（时：要求=??=-??= =S n S n D S N N 1380 1152 014301%20。。。）（时：要求=??=-??= =S n S n D S N N %6444460115 101430115 1010。。时，静差率：希望==?+?=??+??= =N N N n D n n D S D 19．[2-2；1。4]调速系统的调速范围是1000~100 r/min ，要求静差率S =2%，那麽系统允许的稳态转速降是多少？ 解： ｒ／ｍｉｎ 。）（则：；根据给定条件：041298102 1000110100 1000 =??=-?=?== S D S n n D N N 20．某一调速系统，在额定负载下，最高转速为n 0max =1500r/min ，最低转速为 n 0min =150r/min ，带额定负载时的速度降落min /15r n N =?，且在不同转速下额定速降不变，试问系统的调速范围有多大？系统的静差率是多少？ 解： % 101015 1114851511%1010150 15 1115 15015 1500max 0min 0min 0max 0==?+?=??+?-??====?= =--=?-?-= 。）（或：；。根据静差率的定义，； 根据给定条件，N N N N N N n D n n n D S n n S n n n n D 21．直流电动机： min /1430,023.0,378,220,74r n R A I V U kW P N a N N N =Ω====晶闸管整流器内阻Ω=022.0S R 系统采用降压调速，当生产机械要求静差率S =20%，求系统的调速范围有多大？如果 要求静差率S =30%，则系统的调速范围又有多大？ 解：
《液压与气动技术》习题集[附答案]
液压与气动技术习题集（附答案） 第四章液压控制阀 一．填空题 1.单向阀的作用是控制液流沿一个方向流动。对单向阀的性能要求是：油液通过时，压力损失小；反向截止时，密封性能好。 2.单向阀中的弹簧意在克服阀芯的摩檫力和惯性力使其灵活复位。当背压阀用时，应改变弹簧的刚度。 3.机动换向阀利用运动部件上的撞块或凸轮压下阀芯使油路换向，换向时其阀芯移动速度可以控制，故换向平稳，位置精度高。它必须安装在运动部件运动过程中接触到的位置。 4.三位换向阀处于中间位置时，其油口P、A、B、T间的通路有各种不同的联接形式，以适应各种不同的工作要求，将这种位置时的内部通路形式称为三位换向阀的中位机能。为使单杆卧式液压缸呈“浮动”状态、且泵不卸荷，可选用 Y型中位机能换向阀。 5.电液动换向阀中的先导阀是电磁换向阀，其中位机能是“Y”，型，意在保证主滑阀换向中的灵敏度（或响应速度）；而控制油路中的“可调节流口”是为了调节主阀的换向速度。 6.三位阀两端的弹簧是为了克服阀芯的摩檫力和惯性力使其灵活复位，并（在位置上）对中。 7.为实现系统卸荷、缸锁紧换向阀中位机能（“M”、“P”、“O”、“H”、“Y”）可选用其中的“M”，型；为使单杆卧式液压缸呈“浮动”状态、且泵不卸荷，中位机能可选用“Y”。型。 8.液压控制阀按其作用通常可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。 9.在先导式减压阀工作时，先导阀的作用主要是调压，而主阀的作用主要是减压。10．溢流阀的进口压力随流量变化而波动的性能称为压力流量特性，性能的好坏用调压偏差或开启压力比、闭合压力比评价。显然（p s—p k）、（p s—p B）小好， n k和n b大好。 11．将压力阀的调压弹簧全部放松，阀通过额定流量时，进油腔和回油腔压力的差值称为阀的压力损失，而溢流阀的调定压力是指溢流阀达到额定流量时所对应的压力值。 12．溢流阀调定压力P Y的含义是溢流阀流过额定流量时所对应的压力值；开启比指的是开启压力与调定压力的比值，它是衡量溢流阀静态性能的指标，其值 越大越好。 13．溢流阀应用在定量泵节流调速回路中起溢流稳压作用，这时阀口是常开的；而应用在容
液压课后答案
多级伸缩缸在外伸、内缩时，不同直径的柱塞以什么样的顺序运动?为什么? 解答：活塞伸出的顺序是大活塞先伸出，小活塞后伸出。因为压力是从低到高变化的，压力先达到了乘以大活塞面积就可以推动负荷运动的较低压力，大活塞伸出完了，压力继续升高，才能达到乘以小活塞面积才可以推动负荷运动的较高压力。 内缩时的顺序是小活塞先缩回，大活塞后缩回。因为载荷先作用在小活塞的活塞杆上，前一级的活塞是小活塞的缸套，小活塞缩回后，推动其缸套（大一级的活塞）缩回。已知单杆液压缸缸筒直径D=50mm，活塞杆直径 d=35mm，液压泵供油流量为q=10L／min，试求，(1)液压缸差动连接时的运动速度；(2)若缸在差动阶段所能克服的外负载F=1000N，缸内油液压力有多大(不计管内压力损失)? ?解答：(1)v=q/A=4q/ (πd2) ?=4×10×10-3/××60)=s ?(2) F=p·πd2/4,
?p=4F/(πd2)=4×1000/×= MPa ? 一柱塞缸的柱塞固定，缸筒运动，压力油从空心柱塞中通入，压力为p=10MPa，流量为q=25L／min，缸筒直径为D=100mm，柱塞外径为d=80mm，柱塞内孔直径为d0=30mm，试求柱塞缸所产生的推力和运动速度。 解答： 滤油器有哪些种类?安装时要注意什么? 解答：按滤芯的材料和结构形式，滤油器可分为网式、线隙式、纸质滤芯式、烧结式滤油器及磁性滤油器等。 按滤油器安装的位置不同，还可以分为吸滤器、压滤器和回油过滤器。 ?安装滤油器时应注意：一般滤油器只能单向使用，即进、出口不可互换；其次，便于滤芯清洗；最后，还应考虑滤油器及周围环境的安全。因此，滤油
运动控制系统试题库完整
目录 ㈠直流调速系统（复习）P4 ㈡交流调速系统（回顾）P9 ㈢交流异步电动机变频调速的理论基础P13 ㈣交流异步电动机矢量变换控制P17 ㈤交流异步电动机直接转矩控制P20 ㈥PWM 和 SPWM P31 ㈦双馈调速和内反馈P36 ㈧绕线转子异步电动机串级调速系统P42 ㈨无速度传感器调速系统P46 ㈩同步电机变频调速系统P52 (十一) 开关磁阻电动机调速控制技术P56 (十二) 双定子电机调速系统P75 (十三) 直线电机调速系统P82
一、复习：直流调速系统 问题1-1：电机的分类？ ①发电机（其他能→电能）直流发电机 3
交流发电机 ②电动机（电能→其他能）直流电动机：有换向器直流电动机（串励、并励、复励、他励） 无换向器直流电动机（又属于一种特殊的同步电动机） 交流电动机：同步电动机 异步电动机：鼠笼式 绕线式 ：伺服电机 旋转变压器 控制电机自整角机 力矩电机 测速电机 步进电机（反应式、永磁式、混合式） 问题1-2：衡量调速系统的性能指标是哪些？ ①调速范围 D=n max/n min=n nom/n min ②静差率 S=△n nom/n0*100%对转差率要求高.同时要求调速范围大（D 大 S 小）时.只能 用闭环调速系统。 ③和负载匹配情况： 一般要求：恒功率负载用恒功率调速.恒转矩负载用恒转矩调速。 问题1-3：请比较直流调速系统、交流调速系统的优缺点.并说明今后电力传动系统的发展的趋势. * 直流电机调速系统优点：调速范围广.易于实现平滑调速.起动、制动性能好.过载转矩大.可靠性高.动态性能良好。缺点：有机械整流器和电刷.噪声大.维护困难；换向产生火花.使用环境受限；结构复杂.容量、转速、电压受限。 * 交流电机调速系统（正好与直流电机调速系统相反）优点：异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、造价低廉.使用环境广.运行可靠.便于制造大容量、高转速、高电压电机。大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。 缺点：调速性能比直流电机差。 * 发展趋势：用直流调速方式控制交流调速系统.达到与直流调速系统相媲美的调速性能；或采用同步电机调速系统. 问题1-4：直流电机有哪几种？直流电机调速方法有哪些?请从调速性能、应用场合和优缺点等方面进行比较. 哪些是有级调速？哪些是无级调速？ 直流电动机中常见的是有换向器直流电动机.可分为串励、并励、复励、他励四种.无换向器 直流电动机属于一种特殊的同步电动机。 根据直流电机的转速速。n U IR K e 公式.调速方法有变压调速、变电阻调速和变转差率调 调压调速：调节电压供电电压进行调速.适应于：U≤U nom.基频以下.在一定范围内 无级平滑调速。弱磁调速：无级.适用于Φ≤Φnom.一般只能配合调压调速方案.在基频以上(即 4