轮机自动化考试-基础知识

自动控制基础知识15.评定定值控制系统动态过程品质有哪些指标?调节器控制作用强弱对这些指标有何影响?答：(l)最大动态偏差m ax e ，这是动态精度指标，调节作用强，m ax e ↓，动态精度高；(2)衰减率ϕ，这是稳定性指标，调节作用强，ϕ↓，稳定性降低；(3)振荡次数N 。

这也是稳定性指标，调节作用强，N ↑，稳定性降低；(4)过渡过程时间ts:这是系统反应快慢的指标，调节作用太强或太弱都会使ts ↑。

(5)静态偏差ε，这是静态精度指标，调节作用强，ε↑，静态精度高。

16.评定改变给定值的控制系统动态过程品质有哪些指标?调节器控制作用强弱对这些指标有何影响?答：(1)超调量P σ,这是稳定性指标，调节作用强,P σ↑，稳定性降低。

(2)上升时间tr,这是系统反应快慢的指标，调节作用强，系统反应快，tr ↓；(3)峰值时间tp,这也是系统反应快慢的指标，调节作用强，系统反应快，tr ↓；(4)振荡次数N 。

这是稳定性指标，调节作用强，N ↑，稳定性降低;(5)过渡过程时间ts 。

这是系统反应快慢的指标，调节作用太强或太弱，都会使ts ↑；(6)静态偏差ε，这是静态精度指标，调节作用强，ε↑，静态精度高。

17. 有一单容控制对象，被控量是h ，试分别写出它受到一个Δu 的阶跃扰动瞬间，输出量Y 及输出量变化速度的表达式，并说明这两个表达式的物理意义，画出飞升曲线。

答： (l)输出量：)1()(T te K t h --∆⋅=μ意义：由于t=0时，h=0，这说明，在对单容控制对象施加扰动瞬间，不管扰动量有多大，初始时刻，输出都没有变化，这表明了控制对象具有惯性的特点；（2）扰动瞬间变化速度：0t dhK dt T=⋅∆μ=意义：这是被控量上升速度最大的时刻，因为在阶跃响应的飞升曲线上，过t=0时刻作曲线切线的斜率最大。

图3 单容控制对象飞升曲线18.写出各种调节规律优缺点、参数调整及适用场合。

答：各种调节器的优缺点、参数调整及适用场合如下表。

名称优缺点参数调整适应场合双位式优：结构简单缺：精度差上下限值调整通过改变销钉位置来进行控制质量要求不高的场合，如蒸汽压力控制，液位控制等。

比例（P）优：结构简单，调节快，缺：精度差存在静态偏差比例带PB，PB↑，比例作用减小精度要求不高的场合，如液位、压力控制。

积分（I）优：精度高，无差调节缺：振荡性强积分时间T I，T I↑，积分作用减弱实际中不单独使用。

比例积分（PI）优：精度高，无差调节；调节迅速，无滞后缺：最大动态偏差较大比例带PB，积分时间T I。

由于积分作用，PB要比纯比例调节值高20％对精度要求高的场合使用。

应用最广，多数系统可使用。

微分（D）优：能超前调节缺：对静差无作用微分时间T D，T D↑，微分作用增强实际中不单独使用。

液位系统不适用比例微分（PD）优：能超前调节调节迅速缺：存在静差比例带PB，微分时间T D。

PB可以比纯比例调节值低20％对惯性大，延迟时间长的系统适应比例积分微分（PID）优：能超前调节，调节迅速，精度高，性能完美缺：系统复杂，成本高，比例带PB，积分时间T I，微分时间T D。

适用于对象容量滞后和惯性较大、不允许有静差的系统。

19.写出各种P、PI、PID调节器特性、影响参数及阶跃响应。

答：比例P：1()()()PP t K e t e tPB=⋅=⋅影响参数：比例带PB，PB↑，比例作用减小阶跃响应：比例积分PI：11()()(1)P Pi i ie t p K e edt K e dt eT T PB T =+=+=+⎰⎰影响参数：比例带PB，PB↑，比例作用减小；积分时间Ti ，Ti↑，积分作用减弱阶跃响应：比例积分微分PID：11111 ()()Pi d i dde de P K e e dt e e dtT T dt PB T T dt =+⋅+=+⋅+⎰⎰影响参数：比例带PB，PB↑，比例作用减小；积分时间Ti ，Ti↑，积分作用减弱；微分时间TD ，TD↑，微分作用增强阶跃响应：20.在双位系统中，用压力继电器检测压力信号，若压力下限调在0.45MPa ，幅差旋纽调在3档，则压力上限值为多少？（幅差范围0.07~0.25MPa ）答：10)07.025.0(07.0x P P P L H -+=-=∆3,0.45L x P MPa ==则，0.574H P MPa =M58型 B 位 波纹管5为 测量 波纹管 波纹管12为 给定波纹管 波纹管4为 正反馈波纹管 波纹管9为 负反馈波纹管 比例带调整杆与正负反馈波纹管重合 PB=0%比例带调整杆与测量给定波纹管重合 PB=无穷大顺时针转动比例带调整杆 PB ↓ 比例作用增大比例带PB 调整时通过改变比例阀Rf 的开度实现。

开大比例阀 综合负反馈作用弱，比例作用强，比例带PB 小。

关小比例阀，综合负反馈作用强，比例作用弱，比例带PB 大。

开大积分阀 Ti 小 积分作用强。

（改变积分阀Ri ）开大微分阀 Td 小 微分作用弱。

（改变微分阀Rd ）．什么叫气容?定容气室和弹性气室有什么不同?为什么?答:气容用来表示气体容室贮存空气最的能力，即气体容室内每升高单位压力所需增加的空气贮存量，用C表示气容，则dm cdp定容气容C是常数，因为气室容积不变，故每升高单位压力其空气的增加量不变。

弹性气室气容不是常数，因压力不同气室内波纹管伸长程度不同，故其容积是改变的，其气容不同，储存空气量的能力也不同。

8.在气动仪表中，节流盲室常置于什么环节中?它起什么作用?答:在气动仪表中，常把节流盲室置于正反馈回路中。

用它可得到积分作用，通过调整节流盲室的可调气阻，来整定积分时间。

9.在气动仪表中，比例惯性环节是怎样实现的?它常置于仪表的什么环节中?起什么作用?答:在气动仪表中，比例惯性环节是由弹性气室再并联一个节流阀组成的，它常置于仪表的负反馈回路中，可实现实际微分作用，通过调整比例惯性环节的节流阀可整定微分时间Td。

12.QXZ型气动色带指示仪有什么功能?其零点和量程如何调整?答：QXZ型色带指示仪功能有：（1）用遮光板使其明暗分界面来显示锅炉水位的实际值，能对锅炉水位的上、下限水位发报警信号。

（2）凋零。

当锅炉水位达到允许下限水位时，指示仪应指示0，若不能为0，通过调整调零弹簧，改变挡板初始开度，使指针指在0上。

（3）调量程。

随着锅炉水位的上升，指针指示的读数增大，当水位达到允许上限水位时，指针应指在100％上。

若不指100％，则可通过上下移动测量波纹管对虽程进行粗调，通过微调螺钉，改变传动带作用支点对量程进行微调。

13.在QXZ型气动色带提示仪中，阻尼阀与反馈气室组成什么环节?作用是什么? 在显示锅炉水位中，阻尼阀开度大小的依据是什么?答：阻尼阀与反馈气室组成一阶惯性环节，对测量信号的变化起阻尼延时作用，以防止指示仪指针振荡，在显示锅炉水位中，调整阻尼阀的开度，使惯性环节的时间常数T接近于船舶的摇摆周期。

14.气动变送器是由哪两部分组成的?各起什么作用?答:气动变送器是由测量部分和气动转换部分组成的。

测量部分是把测量信号成比例地转变成轴向推力；气动转换部分是把测量信号成比例的转变成0.02～0.1MPa的气压信号，作为仪表的输出。

15.在气动单杠杆差压变送器中。

测量膜盒是怎样组成的?它的作用是什么?为什么有的测量膜盒大，有的测量膜盒小?答:把两组金属膜片用滚焊的办法焊接在基座和硬芯上，膜片之间抽成真空，然后充注硅油，充满硅油的作用是传递轴向力及对金属膜片的移动起阻尼作用，硬芯上加装密封圈，防止在单向受力的情况下，把膜片压坏，测量膜盒的作用是把正、负压室所承受的压差信号。

△p 转换成轴向推力，F 是膜盒的有效面积，测量膜盒大小反映了其有效面积的大小，测量膜盒越大，即F 大，则测量的压差信号△p 数量级越小，如微差压变送器；测量膜盒越小，即F 小，则侧量的压差信号△p 数量级越大，如高差压变送器。

16.简述单杠杆差压变送器的工作原理？答：当变送器处于平衡状态时，测量力矩与反馈力矩相等，可用下式表示为：M 测=M 反即：21F l p F l p ⋅⋅=⋅⋅∆测出膜 12F l p p K p F l ⋅=⋅∆=⋅∆⋅膜出单测 式中：K 单—单杠杆差压变送器的放大系数（比例系数）。

可见，差压变送器的输出 P 出与测量信号△P之间是一一对应关系。

17.简述对气动单杠杆差压变送器调零和调量程的必要性及过程?答：所谓差压变送器的调零是指，当输入的测量信号△P=0 时，变送器的输出应该为0.02MPa。

如果不等于 0.02MPa 。

调零时，使正、负压室均通大气或彼此相通为此，使输入△P=0，然后通过调整调零弹簧8, 改变挡板与喷嘴之间的初始开度，直到△P=0,P出=0.02MPa为止。

这就是调零的操作步骤。

所谓调量程是指，当测量信号达到所要测量的最大值时，变送器的输出应该为P出=0.1MPa 。

如果不等于0.1MPa,则需要通过上下移动反馈波纹管来调量程。

由于输出压力最大值为0.1MPa，所以K单越小，△P 就要越大，也就是测量值的变化范围越大，即说量程增大了。

一般来说在单杠杆差压变送器已经造好后 ,测量膜盒和反馈波纹管的面积以及测量膜盒距支点的长度都是固定不变的。

所以在 K单的表达式中，只有l2的大小是可调的，即松开锁紧螺母11和缩紧螺钉2后可沿主杠杆上下移动反馈波纹管 10。

上移波纹管 10,l2增大 ,K单减小 , 可增大量程。

下移波纹管 10,l2减小 ,K单增大 , 则量程将减小。

需要注意的是零点和量程的调整是不可能一步到位的，需数次调整，即先调零位，零位调准后再调量程，然后再调零位，如此反复。

有经验者往往也要经 2~3 次调整才可把零点和量程调准。

此外零点和量程调好后，一定不要忘记把波纹管的锁紧螺母扭紧。

18.什么叫迁移？为何检测锅炉水位采用负迁移？答：而零点迁移则是把测量起始点由零迁移到某一数值(正值或负值)。

当测量起始点由零变为某一正值，称为正迁移；反之，当测量起始点由零变为某一负值，称为负迁移。

如果把参考水位管接正压室，测量水位管接负压室，这时差压变送器输入的压差信号△P为正值，差压变送器是能正常工作的。

但随着锅炉测量水位的上升，△P却减小，变送器输出信号也随之减小。

这样，变送器的输出与锅炉测量水位的变化方向正好相反，显示仪表指示锅炉的水位方向必然相反。

这完全不符合人们的习惯，很容易给管理人员造成错觉。

为了有效解决这个问题，我们可把参考水位管接到差压变送器的负压室上，把测量水位管接到正压室。

现在变送器的输出就可与锅炉测量水位的变化方向一致，即随着测量水位的升高，变送器正压室的压力不断增加。

同时进行负迁移。