过程与控制部分课后题答案

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1

100%()

y y σ=

⨯∞（2）什么是过程控制系统？试用方框图表示其一般组成。

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。

过程控制系统的一般性框图如图1-1所示： 图1-1 过程控制系统的一般性框图 （3）单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？ 答：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。

1）模拟仪表的信号：气动0.02 ~0.1MPa ；电动Ⅲ型：4~20mADC 或1~5V DC 。 2）数字式仪表的信号：无统一标准。 （4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。 答：加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示：

图1-2 加热炉过程控制系统流程

（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？

答：1）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。 2）各自定义为：衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 超调量σ：第一个波峰值

1

y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数：

最大动态偏差A ：在设定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度；

静差，也称残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差； 调节时间s

t ：系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的5%±（2%±）范围内所需要的时间；

振荡频率

n

ω：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；

上升时间p t

：系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间；

峰值时间

p

t ：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。

（9）两个流量控制系统如图1-4所示。试分别说明它们是属于什么系统？并画出各自的系统框图。 图1-4 两个流量控制回路示意图

答：系统1是前馈控制系统，系统2是反馈控制系统。系统框图如图1-5如下：

控制器

r(t)执行器

被控过程

检测变送装置

y(t)

_

f(t)

e(t)u(t)

q(t)

z(t)

TC

PC

给定值

阀

管道

加热炉

热油出口温

度

PT

燃油压力

_

TT

_

干扰2

干扰1AC AT

燃油

PT

PC

TC

TT

引风机烟气

冷油入口

热油出口

火嘴

送风机

空气

系统1 系统2 图1-5 两个流量控制回路方框图

（10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？

答：1）不是这样。 2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。 （11）构成安全火花型防爆控制系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？

答：1）是的。 2）因为安全火花型防爆系统必备条件之一为：现场仪表必须设计成安全火花型。 2．综合练习题

（3）某化学反应过程规定操作温度为80±5℃，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1-8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）由上图可得y(∞) = 81℃，设定值r=80℃, B1=85−81=4,B2=82−81=1 稳态误差e(∞) = r − y(∞) =80℃-81℃= −1℃

衰减比：，

最大超调量： 过渡过程时间ts ：大概在18min 左右。

2）虽然该系统最大超调满足要求，然而在规定操作温度为80℃，而最后趋于稳定的值却为81℃，因此不满足工艺要求。

（4）图1-9所示为一类简单锅炉汽泡水位控制流程图，试画出该控制系统框图，并说明其被控过程、被控参数、控制参数和干扰参数各是

什么？

图1-9 锅炉汽泡水位控制流程图 答：1）控制系统框图如图1-10所示：

图1-10 锅炉汽泡水位控制框图

2）被控过程：加热器+汽包； 被控参数：汽包水位； 控制参数：上水流量； 干扰参数：蒸汽流量变化。 1．基本练习题

（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

所以仪表精度等级为0.4级 （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：仪表精度等级至少为0.001级。 或者0.002

（5）有一台DDZ-Ⅲ型两线制差压变送器，已知其量程为20~100kPa ，当输入信号为40kPa 和80kPa 时，变送器的输出分别是多少？ 答： 由题可得：变送器输出的分别是8mA 和16mA 。 LT

LC

蒸汽

汽包

加

热室

水

12

4

4:11B n B =

==()()8581100%100% 4.938%

()81p y t y y δ-∞-=⨯=⨯=∞液位控制器

上水调节阀汽包

液位变送器

液位设定

-蒸汽流量变化

实际液位

%4.0%100500

2

±=⨯±=δ测量变送

被控过程

执行器测量变送

被控过程

执行器