过程控制课后答案5
过程控制作业答案（精品）
第一章 概述1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。
控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？a.衰减比和衰减率：稳定性指标；b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标；c.余差：稳态准确性指标；d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。
第二章 过程控制系统建模方法习题2.10某水槽如图所示。
其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。
要求：（1） 写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程；（2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。
（1）物料平衡方程为123d ()d HQ Q Q Ft-+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F t∆∆-∆-∆= 而22h Q R ∆∆=， 33hQ R ∆∆=， 代入增量关系式，则有23123()d d R R hh F Q t R R +∆∆+=∆ （2）两边拉氏变换有：23123()()()R R FsH s H s Q s R R ++=故传函为：232323123()()()11R R R R H s KG s R R Q s Ts F s R R +===+++ K=2323R R R R +, T=2323R R F R R +第三章 过程控制系统设计1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料达到所需温度后排出。
试问：（1） 影响物料出口温度的主要因素有哪些？（2） 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？（3） 如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器的正反作用？解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量（2）被控变量：物料出口温度。
过程控制技术课后作业答案详解
过程控制与自动化仪表课后作业详解第一章 P152-1. （1）简述图1-6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
LTLC1Q 2Q A图1-6 控制系统流程图答：1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液位控制器来控制调节阀，从而调节Q 1（流量）来实现液位控制的作用。
2）框图如图1-7所示：控控控LC控控控控控控控A控控控控LT_2()Q t ()1Q t ()r t ()e t ()u t h图1-7 控制系统框图3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e (t )、控制量u (t )；执行器输入输出分别为：控制量u (t )、操作变量Q 1 (t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量Q 1 (t ) 、扰动量Q 2 (t ) ，被控量h ；所用仪表为：控制器（例如PID 控制器）、调节阀、液位测量变送器。
2-3某化学反应过程规定操作温度为800℃，最大超调量小于或等于5％，要求设计的定值控制系统，在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图所示。
要求：1）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间； 2）说明该系统是否满足工艺要求。
答：1）稳态误差：e(∞)=810-800=10衰减比：n=B 1/B 2=(850-810)/(820-810)=4 最大超调量：σ=(850-810)/810=4.9%假设以系统输出稳定值的2%为标准，则810*2%=16.2，则 过渡过程时间：ts=17min2）由于规定操作温度为800︒C ，而系统稳态值为810︒C 所以不满足工艺要求。
第二章P711-3 某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ 所以仪表精度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：%22.0%10010010002±=⨯-±=δ仪表精度等级至少0.2以上。
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第一章思考题及习题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?答：所谓“通道”，就是某个参数影响另外一个参数的通路，这里所说的控制通道就是控制作用(一般的理解应当是控制器输出)U(s)对被控参数Y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量，然后控制变量通过被控对象再影响被控参数，即广义对象上的控制通道)。
同理，干扰通道就是干扰作用F(s)对被控参数Y(s)的影响通路。
干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。
控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示1.2如何选择控制变量?答：①所选控制变量必须是可控的。
②所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数。
③所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小。
④所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。
⑤所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。
⑥在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。
一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制变量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?答：当G c(s)=K c时，即控制器为纯比例控制，则系统的余差与比例放大倍数成反比，也就是与比例度δ成正比，即比例度越大，余差也就越大。
K c增大、δ减小，控制精度提高(余差减小)，但是系统的稳定性下降。
1.4 4：1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么?答：衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间T i放在最大，微分时间T d放在最小，比例度放于适当数值(一般为100%)，然后使δ由大往小逐渐改变，并在每改变一次δ值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。
如果衰减比大于4：1，δ应继续减小，当衰减比小于4：1时δ应增大，直至过渡过程呈现4：1衰减时为止。
过程控制系统作业答案(全)
串级控制系统
2、某一温度-压力串级控制系统采用两步法整 定控制器参数，测得4：1衰减过程的参数为： δ 8% 、 100 s 、δ 40% 、 T 10 s T 主控制器采用PI控制规律，副控制器采用P控 制，确定系统整定参数。
s1
s1
s2
s2
（1）4:1衰减法参数整定表
（2）临界比例度法参数整定表
74
R Z —
E
Wc(s)
M
s Wo(s)e
C +
Smith预估补偿器
Ws(s)
S +控制框图，其中Wo(s)为一 阶惯性。根据此图。 (1)推导Smith补偿器Ws(s)。 (2)设M点为阶跃信号，试定性画出C、S、Z点 波形。 (3)Smith补偿器的滞后补偿是针对系统输出C 还是对反馈Z？ 滞后补偿是针对反馈Z。
K R1 R 2 R1 R 2 R1 R 2 R1 R 2
R1 R 2 K R1 R 2 1 R1 R 2 Cs Qi ( s ) Ts 1 Cs 1 R1 R 2 R1 R 2 H (s) 1 1
T
C
串级控制系统
1、下图为造纸系统某一工艺段的温度串级控 制系统，以保持网前箱出口温度稳定。 （1）画出该控制系统的方框图。
串级控制系统
（2）如工艺要求在故障情况下切断蒸汽的供应，试 选择蒸汽阀的气开和气关方式。 答：气开阀。 （3）确定主副温度调节器的正反作用。 答：主控制器反作用；副控制器反作用。 （4）结合图，试说明为什么串级控制方案比网前箱 出口温度单回路控制方案控制效果好。 答：该方案在滞后时间较小的混合箱出口设置了副温 度传感器，组成混合箱出口副温度控制器，把主要干 扰纳入了副回路，副回路通道短，滞后时间小，控制 作用及时，能够有效提高控制质量。
《过程控制》课后习题答案
第一章思考题与习题1.1 下列系统中哪些属于开环控制，哪些属于闭环控制？①家用电冰箱②家用空调器③家用洗衣机④抽水马桶⑤普通车床⑥电饭煲⑦多速电风扇⑧高楼水箱⑨调光台灯开环控制：③家用洗衣机⑤普通车床⑦多速电风扇⑨调光台灯闭环控制：①家用电冰箱②家用空调器④抽水马桶⑥电饭煲⑧高楼水箱1.2 图1-14所示为一压力自动控制系统，试分析该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和扰动变量是什么？画出该系统的框图。
图1-14 压力自动控制系统图1-15 加热炉温度自动控制系统被控对象：容器P被控变量：罐内压力操纵变量：物料输入流量扰动变量：出口流量系统框图如下：1.3 图1-15所示是一加热炉温度自动控制系统，试分析该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和扰动变量是什么？画出该系统的框图。
被控对象：加热炉被控变量：炉内温度操纵变量：燃料流量扰动变量：进料量系统框图如下：1.4 按设定值的不同情况，过程控制系统分为哪几类？过程控制系统分为三类：定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
1.5 什么是过程控制系统的过渡过程？有哪几种基本形式？过程控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为过程控制系统的过渡过程。
控制系统过渡过程有五种基本形式：发散振荡、单调发散、等幅振荡、衰减振荡和单调衰减。
1.6 某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-16所示。
试分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和调整时间（设定值为200℃）。
图1-16 题1.6图最大偏差：30℃余差：5℃衰减比：5：1振荡周期：15min调整时间：22min第二章思考题与习题2.1 求取图2-55所示电路的传递函数，图中物理量角标i代表输入，o代表输出。
a）b）图2-55 习题2.1图a）（由分压公式求取）上式中，，。
b）上式中，，2.2 惯性环节在什么条件下可近似为比例环节？又在什么条件下可近似为积分环节？惯性环节在T很小的时候可近似为比例环节；T很大的时候条可近似为积分环节。
过程控制系统 (王树青 著) 化学工业出版社(2)
y(∞) − y(0)
网
案 取 y * (t1 ) = 0.283 查表得 t1 = 5
答 y * (t2 ) = 0.632 查表得 t2 = 10.6
T=1.5(t 2 -t 1 )=8.4 τ =t 2 -t 0 -T=2.2
后 G(S)= 5 e−2.2s 课8.4S +1
Kp=1.4
出现等幅震荡，而控制器为 PI,故将 Kp 调为 0.6，Ti=20。 Kp=0.6 Ti=20 网 案 答 后 课
Gc1 (S )
Gm1(S )
2)由图可得 Y (S ) = G pd + G ff Go1 A 其中 A=
Gc2G pcGo2
F (S ) 1 + AGc1Gm1Go1
1 + Gc2G pcGo2Gm2
由不变性原理 F(S) ≠ 0,Y(S)=0
即 G pd + G ff Go1 A = 0
G ff
课 P1
P2 K v2
P：被控变量 储罐：被控对象 U：控制变量 进气流量：操纵变量 P1，P2，出气流量：扰动变量 被控变量：被控对象需要维持在其理想值的工艺变量，也是测量变松的输入。 控制变量：控制器的输出电信号。 操作变量：执行器的操作对象，对被控变量有影响。
扰动变量：影响被控变量的变量（除了操作变量）。
w. Kc1 = 0.5K max Kc2 = 0.4K max = 0.6K c1 KC3 = 0.6K max = 1.2Kc1
da 4-5
w.kh K
=
[ y(∞) − y0 ] [ ymax −
∆u [umax − u0 ]
y0 ]
=
15 100
自动化仪表与过程控制部分课后习题答案
绪论0-1自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表: 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表0-2 P5 第二段0-3 P5~60-4 一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高x/(100+100)=0.5% x=1摄氏度1-4定义：第十五页第二段工业上会出现共模干扰是因为现场有动力电缆，形成强大的磁场。
造成信号的不稳。
共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号，是被测信号的地和数字电压表的地之间不等电位，由两个地之间的电势即共模干扰源产生的在现场中，被测信号与测量仪器间相距很远。
这两个地之间的电位差会达到几十伏甚至上百伏，对测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏仪表共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，共模干扰幅度大、频率高、还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。
消除共模干扰的方法包括：（1）采用屏蔽双绞线并有效接地（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线（4）不要和电控锁共用同一个电源（5）采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)1-6硅：被测介质的压力直接作用与传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应与这一压力的标准测量信号。
差：电容式压力变送器主要由完成压力/电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制4-20mA电子线路板构成，当进程压力从从测量容室的两侧（或一侧）施加到隔离膜片后，经硅油灌充液传至容室的重心膜片上，重心膜片是个边缘张紧的膜片，在压力的作用下，发生对应的位移，该位移构成差动电容变化，并经历电子线路板的调理、震荡和缩小，转换成4-20mA信号输入，输入电流与进程压力成反比。
优点：他们不存在力平衡式变送器必须把杠杆穿出测压室的问题1-9 1、热导分析仪的工作原理热导式气体分析仪多采用半导体敏感元件与金属电阻丝作为热敏元件，将其与铂线圈烧结成一体，而后与对气体无反应的补偿元件，共同形成电桥电路，也就是热导式气体分析仪的测量回路，对热导系数进行测量。
(完整版)过程控制与集散系统课后习题答案
rt1y 3y )(∞y st y0图1.3 过程控制系统阶跃响应曲线1-1过程控制系统中有哪些类型的被控量温度、压力、流量、液位、物位、物性、成分1-2过控系统有哪些基本单元构成，与运动控制系统有无区别被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他部件过程控制，是一种大系统控制，控制对象比较多，可以想象为过程控制是对一条生产线的控制，运动控制是生产线内某个部件的具体控制。
1-4衰减比和衰减率衰减比等于两个相邻同向波峰值之比。
衡量振荡过程衰减程度的指标。
衰减率是经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数。
衡量振荡过程衰减程度的另一种指标。
一般希望过程控制系统的衰减比η=4:1～10:1,相当于衰减率Ψ=0.75到0.9。
若衰减率Ψ =0.75,大约振荡两个波系统进入稳态。
1-5最大动态偏差和超调量有何异同最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量，表现在过渡 过程开始的第一个波峰（y1）。
最大动态偏差是衡量过程控制系统动态准确性的指标。
超调量为最大动态偏差占被控量稳态值的百分比。
余差是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值与设定值的差值。
余差是过程控制系统稳态准确性的衡量指标。
调节时间ts 是从过渡过程开始到结束的时间。
理论上应该为无限长。
一般认为当被控量进入其稳态值的5%范围内所需时间 就是调节时间.调节时间是过程控制系统快速性的指标。
振荡频率β是振荡周期的倒数。
在同样的振荡频率下，衰减比越大则调节时间越短； 频率越高，调节时间越短。
振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控 制系统快速性的指标。
过程控制的目标 安全性 稳定性 经济性过程工业的特点 强调实时性和整体性/全局优化的重要性/安全性要求过程控制系统的特点 / 被控过程的多样性 / 控制方案的多样性/被控过程属慢过程、多参数控制/定值控制/过程控制多种分类方法 过程控制系统的性能指标/稳定性、准确性/快速性2-1什么是对象的动态特性，为什么要研究它研究对象特性通常以某种形式的扰动输入对象，引起对象输出发生相应的变化，这种变化在时域或者频域上用微分方程或者传递函数进行描述，称为对象的动态特性。
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第五章
5.6解：
① 由于主、副流量都会发生变化，因此采用双闭环比值控制方案。
② 选择带开方器的差压式流量计。
根据生产工艺要求21K=F F =2.5/4，
折算成仪表的比值系数为：1max 2max F 2.5625K =K = 1.35F 4290
'⋅= ③ 根据工艺要求，为了在故障时保证产品质量，应该选择气开式调节阀（静态放大系数为“+”）。
同时，对于主、副两个对象，增大调节阀开度，则流量增加，因此主、副对象的放大系数为“+”，流量变送器的放大倍数为“+”。
根据主、副环放大倍数符号位“+”的原则，主、副调节器符号应为“+”，故选择反作用。
5.7解：
由于使用的是未开方的差压式流量计，因此仪表的比值系数为：
1147140105.12
22max 2max 12122max 2max 12=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫
⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛='F F F F F F K K。