给水排水工程仪表与控制课后习题答案

《给排水工程仪表与控制》第二版思考题与习题答案

第一章

1.自动控制系统的作用是什么？与人工控制系统有什么共同点？有什么差别？

2．自动控制系统有哪些基本组成部分?各部分的作用是什么？

答：一个自动控制系统只要由以下基本见构成：①整定文件：也称给定文件，给出了被控量应取的值②测量元件：检测被控量的大小③比较文件：用来得到给定值与被控量之间的误差④放大元件：用来将误差信号放大，用以驱动执行机构⑤执行元件：用来执行控制命令，推动被控对象⑥校正元件：用来改善系统的动静性能⑦能源元件：用来提供控制系统所需的能量。

3．自动控制系统由哪些形式？

答：(1)闭环控制;(2)开环控制；(3)复合控制。

4．方块图和传递函数有什么作用？

答：方块图和传递函数是自动化理论的重要基础。通过方块图可以直接看出各环节的联系，及环节对信号的传递过程；而传递函数可以用来描述环节或自动控制系统的特性，将输入----输出关系一目了然表示出来。

5. .分析各种典型环节的动态特性极其特点。

①比例环节也称放大环节，特点是当输入信号变化时输出信号会同时以一定的比例复现输入信号的变化。传递函数：G（s）=k（k为放大系数），Y（s）=KX（s）,y(t)=kx(t)。②一阶环节也称一阶惯性环节，当输入信号做阶跃变化后，输出信号立刻以最大速度开始变化，曲线斜率最大，而后变化速度开始放慢，并越来越慢，最后达到一个新的稳定状态。传递函数：G(s)=k/Ts+1,X(s)=A/S(xu=A)。③积分环节：只要有输入信号存在，输出信号就一直等速的增加或减小，随着时间而积累变化。传递函数：G（s）=k/b*s Y(s)=kX(s)/TiS y(t)=k/Ti ∫x(t)dt。④微分环节：微分作用的输出变化与微分相同和输入信号的变化速度成比例而与输入信号大小无关，即输入信号变化速度愈快，微分时间越长，微分环节输出信号也愈大。传递函数：G(s)=Td*S，Y(s)=Td*S*X(s)，y(t)=Td*dx(t)/dt。⑤纯滞后环节：当输入信号产生一个阶跃变化时，他的输出信号即不是立刻反应输入信号的变化，也不是慢慢的反应，而是要经过一段纯滞后时间以后才等量的复现输入信号的变化。传递函数：G(s)=e﹣zs，Y （s）=e﹣zs*X(s) y(t)=x(t-τ)。

6．评价自动控制系统的过渡过程有哪些基本指标？

答：评价自动控制系统的过渡过程基本指标有：(1)最大偏差A；(2)过渡时间ts;(3)余差C；

(4)衰减比；(5))振荡周期Tp.

7.有哪些常用控制方式？

答：常用控制方式有：(1)位式控制；(2)比例控制；(3)比例积分控制；(4)比例积分微分控制。

8.比例、积分、微分控制有哪些作用？如何应用？

9．逻辑代数有哪些基本运算？有哪些基本性质？

答：逻辑代数基本运算有：(1)单变量运算:‘‘非’’函数，‘‘是’’函数；(2)双变量(多变量)运算：‘‘与’’函数，‘‘或’’函数。

基本性质为：置换律、结合律。

10.真值表如何建立？

11卡诺图如何绘制？怎样由卡诺图建立或简化逻辑表发式？

答：1.

2. 基本方法是：化步伐逻辑关系式或真值表中的各项对应地填入图中，标为‘‘1’’，余下的空格填为‘‘0’’；当响铃的偶数个格(对称的)皆为‘‘1’’时，就可将之合并简化为逻辑表达式的一项，其余变量之间为逻辑乘关系，其余‘‘0’’项不考虑。

12.如何用逻辑分析的方法解决双位控制问题？

13.现代控制理论面临的问题是什么？

14．智能控制系统的基本功能和特点是什么？

答：智能控制系统的基本功能是：(1)容错性；(2)多模态性；(3)全局性；(4) 混合模型和混合计算；(5)学习和联想记忆能力；(6)动态自适应性；(7)组织协调能力。特点：

第二章

1、检测仪器有哪些基本部分组成？各有什么作用？

答：检测仪器的基本组成部分有传感器、变换器、显示器以及连接它们的传输通道。

传感器的作用：感受到被检测参数的变化，直接从对象中提取被检测参数的信息，并转换成一相应的输出信号。变换机的作用：将传感器的输出信号进行远距离传送、放大、线性变化货转变成统一的信号，供给显示器等。显示器的作用：想观察者显示被检测数值的大小。传输通道的作用：连接仪表的各个环节，给各环节的输入和输出提供通道。

2、检测仪表的性能指标是什么？简述重要性能指标。

答：仪表的性能指标是评价仪表性能的好坏、质量优劣的重要依据，它也是正确选择和使用仪表，以达准确检测之目的所必须的具备和了解的知识。详见P71-77。

3、水质自动监测站点如何选择？

答：在主要污染部分的上游设对照子站，监测本区域污染前的水质状况；在主要污染部分设立污染监测子站，监测本地区货城市对河流的污染程度，并追踪污染情况的变化；在主要污染区的下游，设立水质自净情况监测子站，检查水的自净情况以及带给下游的污染物程度。详见P108-109

4、PH测量的基本方法和原理是什么？

答：PH测量的基本方法：电极电位法。原理是：PH计其主体是一个精密电位计，将电极插在被测溶液中，组成一个电化学原电池，通过测量原电池的电动势并直接用pH值表示出来。酸度计种类繁多，但其结构均由电极系统和高阻抗的电子管或晶体管直流毫伏计两部分组成。电极与待测溶液组成原电池，以毫伏计测量电极间的电位差，电位差经放大电路放大后，由电流表或数码管显示。

5、溶解氧测量的基本方法和原理是什么？

答：碘量法：在水中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中的溶解氧将二价的锰氧化成四价锰，并生成氢氧化物沉淀。加酸后，沉淀溶解，四价锰又可氧化碘离子而释放出与溶解氧量相当的游离碘。以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘，可计算出溶解氧含量。高锰酸钾法：用高锰酸钾氧化亚铁离子，消除干扰，过量的高锰酸钾用草酸钠溶液除去，生成的高价铁离子用氟化钾掩蔽。

叠氮化钠修正法：叠氮化钠在酸性条件下将亚硝酸根分解破坏。

膜电极法：氧敏感膜电极浸没在电解质溶液中的两个金属电极和氧选择性半透膜组成。氧半透膜只允许透过半透膜和其他气体，而几乎完全阻挡水和溶解性固体。透过膜的氧在阴极上还原，产生的扩散电流与水样中氧的浓度成正比，将浓度信号变成电信号，由电流计读出。电导测定法：利用非导电元素或化合物与溶解氧反应产生能导电的离子，如氧化氮气与溶解氧生成硝酸根离子，增加电导率，即可求得溶解氧含量。

6、色度测量的基本方法和原理是什么？

答：未找到

7、浊度测量的基本方法和原理是什么？

答：浊度测量的基本方法：透光测定法，散色光测定法，透射光和散射光比较测定法，表面散射光法。原理都是光电光度法。

8、生化需氧量测量的基本方法和原理是什么？

答：生化需氧量（BOD）测量的基本方法：五天培养法、检压法、库伦法、微生物电极法等。五天培养法：水样经过稀释后，在（20±1℃）条件下培养5天，求出培养前后水样中溶解

氧含量，二者的差值记为BOD5。如果水样的五日生化需氧量未超过7mg/L，则不必进行稀释，可直接测定。

检压法：将水样置于装有一个以CO2吸收剂小池的密闭培养瓶中，当水样中的有机物被微生物氧化分解时，消耗的溶解氧则由气体管中的氧气补充，产生的CO2又被吸收池中的吸收剂吸收，结果导致密闭系统的压力降低，用压力计测出的压力降低值来求出水样中的BOD值，在实际测量中，先用葡萄糖—谷氨酸标准溶液校正压力计，即可从压力计中直接读出水样的BOD值。

9、化学需氧量（COD）测量的基本方法和原理是什么？

答：基本方法有：重铬酸钾法，碱性高锰酸钾法，酸性高锰酸钾法

重铬酸钾法：水在酸性溶液中加热回流2h，一定量的重铬酸钾氧化水中的还原物质，过量的重铬酸钾以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。

酸性高锰酸钾法：水样在酸性条件下，加入高锰酸钾溶液，使水中有机物被氧化，剩余的高锰酸钾以草酸回滴，然后根据实际消耗的高猛酸钾计算出化学耗氧量。

碱性高锰酸钾法：在碱性溶液中，高锰酸钾氧化水中的还原性物质，酸化后，加入过量的草酸钠溶液，再用高锰酸钾溶液滴定至微红色。

10、紫外（UV）吸收测量的基本方法和原理是什么？

答：测定方法：分光光度法，原理：选一定波长的光照射被测物质溶液，测其吸光度，再依据吸光度计算出被测组份的含量。

11．流量测量仪表有哪些类型?在给水排水工程中常用的有哪些？

答：1.节流流量计，2.容积流量计，3.面积流量计，4.叶轮流量计，5.电磁流量计，6.超声波流量计，7.量热式流量计，8.毕托管，9.层流流量计，10.动压流量计，11.质量流量计，12.流体震动流量计，13.激光多普勒流量计。在给水排水常用的有压差流量计，超声流量计，浮子流量计，明渠流量计，电磁流量计。

12.超声波流量计的基本原理是什么？超声波流量计有什么特点？

答：原理：超声波流量计是通过检测流体流动时对超声束的作用，以测量体积流量的的仪表。特点：超声流量计可作非接触测量。夹装式换能器超声流量计可无需停流截管安装，只要在即设管道外部安装换能器即可。这是超声流量计在工业用流量仪表中具有的独特优点，因此可作移动性测量，适用于管网流动状况评估测定超声波流量计为无流动阻挠测量，无额外压力损失。超声波流量计适用于大型圆形管道和矩形管道，且原理上不受管径限制，其造价基本上与管径无关。对于大型管道带来方便，在无法实现实流试验的情况下是优先考虑的选择方案。超声流量计可测量非导电性液体，在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。

13.明渠流量仪表的基本原理是什么？

14．可编程控制器的基本组成？

答：硬件组成：1.中央处理单元，2.存储器，3.输入输出单元，4.通信接口，5.智能接口模块，6.编程装置，7.电源，8.其他外部设备。软件组成：系统程序和用户程序。

15．PLC控制系统与电器控制系统比较有什么特点？

答：1.可靠性高抗干扰能力强，2.编程简单实用方便，3.功能完善通用性强，4.设计安装简单维护方便，5.体积小重量轻能耗低。

16．PLC的性能指标是什么?有哪些发展趋势？

答：PLC的性能指标：1.存储容量，2.I/O点数，3.扫描速度，4.指令的功能与数量，5.内部元件的种类与数量，6.特殊功能单元，7.课扩展能力。发展趋势：1.向高速度、大容量方向发展，2.向超大型、超小型两个方向发展，3.PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力，4.增强外部故障的检测与处理能力，5.编程语言多样化。

17．给水排水工程自动化常用的执行设备有哪些类？各有什么作用？

答：各种泵与各种阀门。泵取水排水，阀门控制流量

18．往复泵与离心泵的工作特性、调节特性有什么差别？各有什么特点?

答：（1）往复泵的瞬时流量取决于活塞面积与活塞瞬时运动速度之积，由于活塞运动瞬时速度的不断变化，使得它的流量不均匀，但是在一段时间内输送的液体量却是固定的，仅取决于活塞面积、冲程和往复频率。往复泵可用旁路阀调节流量，泵的送液量不变，只是让部分被压出的液体返回贮池，使主管中的流量发生变化。流量调节也可以采用改变电机转速，从而改变柱塞往复运行速度的方式或冲程长度，即调节行程百分比的方式进行。这两种方式都易于实现自动化控制。（2）离心泵：对应不同的转速，有不同的水泵特性曲线，各种转速下的水泵特性曲线组成一个特性曲线族；在不同转速的水泵特性曲线之间，存在效率相等的相似工况点，将这些等效率点连成线，则构成等效率曲线及等效率曲线族

19．离心泵的阀门调节与变速调节有那些差别？

答：变速调节改变水泵的特性曲线，阀门调节则是改变管路特性曲线。变速调节是一种节能的调节方式，阀门调节时一种耗能的调节方式。

20．调节阀与电磁阀的作用是各是什么？

答：在各类阀门中，电磁阀起对管路的通断控制作用，相当于管路开关；调节阀起流量的调节作用，改变调节阀的开启度就可以改变通过的流量。

21．调节阀有哪些常见类型？何为调节阀的理想特性与工作特性？

答：按阀体与流通介质的关系可将调节阀分为直通式和隔膜式，按阀门控制信号的种类可分为气动与电动调节阀。在阀前后压差恒定时得到的流量特性称为理想流量特性，在实际应用中，阀前后的压差即在调节阀上的压力降都是随流量变化的，此时的流量特性就是工作流量特性。

第三章

1.对水泵及管理系统调节的意义是什么？

答：管道系统是给水排水工程的重要组成部分，水泵更是极为常见的给水排水设备。以给水工程为例，输配水管网担负着输送、分配水的任务，它的造价占给水系统总造价的主要部分;管道系统往往是由水泵加压供水的有压系统，与水泵及水泵站的关系密切，它的运行费用在给水系统运行费用构成中占第一位。采取技术措施，合理地调节水泵、管道系统工况，保证用户的用水要求，并最大限度地节约能耗、降低费用，是十分重要而有意义的工作。

2.水泵工况调节有哪些类型？

答：（1）通过水泵出水口管路上的阀门来改变管路特性，实现水泵工况点的调节;

（2）改变水泵的转速,从而改变水泵的特性曲线，实现水泵工况点的调节。

3.双位控制系统的优缺点有哪些？

答：优点：高效节能；延长设备使用寿命；功能齐全。缺点：精度低，水压波动较大。

4.水泵的调速术有那些？常用的有那些？

答：（1）串级调速；（2）液力耦合器调速；（3）变频调速。常用的是变频调速。5.变频调速的原理与特点是什么？

答：原理：它通过改变水泵工作电源频率的方式改变水泵的转速。

特点：调节精度高；可以实现水泵的“软启动”。

6.何为水泵的“软启动”？

答：水泵从低频电源开始运转，即由低速下逐渐升速，直至达到预定工况，而不是按照常规一启动就迅速达到额定转速。

7.恒压给水系统的压力控制点有哪些设置方式，各有什么特点？

答：方式设置：（1）将控制点设在最不利点处，直接按最不利点水压进行工况调节；（2）将控制点设于水泵出口，按该点的水压进行工况调节，间接地保证最不利点的水压稳定。

特点：扬程浪费，工程管理方便

8.气压给水系统中，气压罐的安装位置对系统的工作特性有什么影响？

9.污水泵站组合运行有什么意义？

答：在污水提升泵站中，使用微机控制变速与定速水泵组合运行，可以保持进水位的稳定，降低能耗，提高自动化程度。

10.给水监控与调度系统的基本功能与常见组成方式是什么？

答：基本功能：（1）集中监控与控制；（2）预测咨询系统；（3）设备管理与运转台账；（4）管路台账；（5）管网计算与工况分析。

组成方式：自主控制子系统、管网事故处理子系统、设备管理子系统、预测子系统等。11.自动控制系统可以采取哪些抗干扰措施？

答：（1）供电电源；（2）信号传输；(3)所有I/O信号（开关量信号）均经光电隔离设施；（4）配电箱、工作台等电气设备外壳均接保护地，计算机系统采用一点接地、系统浮空措施，控制共模干扰；（5）计算机系统的稳压电源具有过压、欠压和过流保护能力；前置机掉电，数据能持续保存24h，系统掉电数据存贮时间<10min；（6）软件设计按工艺条件划分模块，并有数据纠错、虑错和改错技术。

第四章

1 混凝控制的目的与意义是什么？

目的：是水中的混浊物质聚结形成具有一定力度及表面特性的絮凝体，为沉淀或过滤去除创造良好的条件。

意义：在保证效果的前提下，节约混凝剂消耗，是降低净水成本的重要措施，经济意义十分重大。

2 混凝控制技术有哪些类型？

经典目测法烧杯试验法模拟滤池法数学模型法胶体电荷控制法

3 数学模型混凝控制技术的特点是什么？数学模型是如何建立的？

数学模型法是以若干原水水质，水量参数为变量，建立其与投药量之间的相关函数，即数学模型，计算机系统自动采集参数数据，并按此模型自动控制投药。

数学模型的建立包括两方面的内容：一，模型参数的选取，这往往要综合多年的生产经验、混凝试验、数学统计检验以及参数的可测性等因素确定；二，模型中各项系数的确定，，这可以根据多年的运行资料，有统计分析确定，也可以对长期烧杯实验的结果进行统计分析确定，然后再生产上加以修正。

4流动电流混凝控制技术的特点是什么？其基本组成是什么？

特点：单因子控制小滞后系统中间参数控制

基本组成：检测，控制，执行三大部分

5 流动电流的基本原理和检测原理是什么？流动电流参数有哪些基本特性？

基本原理：指在外力作用下，液体相对于固体表面流动而产生的电场的现象。

检测原理：1966年，GERDES发明了活塞式“流动电流检测器”，可以用于检测水样中胶体粒子的荷电特性。检测器由检测水样的传感器和检测信号的放大处理器两部分构成。传感器主要由圆形检测室、活塞和环形电极组成，活塞和检测室内壁之间的缝隙构成一个环形毛细空间。当活塞在电机驱动下作往复运动时，水样中的微粒附着在“环形毛细管”壁上形成一个微粒“膜”，水流的运动带动微粒“膜”扩散层中反离子运动，从而在“环形毛细管”的表面产生交变电流，此电流由检测室两端的环形电极收集并经放大处理后输出。

基本特性: 表征水中胶体杂质表面电荷特性。

6 透光率脉动的产生与检测仪的原理是什么？

如果悬浮液是连续流动的，并且每次被检测的体积相同，则在该体积内的颗粒数目由于同样原因也随机变化，且遵循泊松分布。在连续式浊度仪中，样品体积内颗粒数目的随机变化会导致浊度的脉动。

当悬浮液连续流过时，光束内的真实颗粒数将在平均颗粒数V的周围随机变化，透射光强度也产生相应的脉动。对于很小的样品体积，因为颗粒数量的变化，有可能得到明显的透射光强度脉动。

7 高浊度水混凝控制有哪些技术？各有什么特点？

泥沙颗粒比表面积法所用仪器设备比较复杂，检测时间长，难于实现在线自动控制。

数学模型法需要大量实验数据，通过数理统计方法求出，另外计算公式也属于经验公式，控制起来会有偏差。

透光脉动絮凝检测技术的应用可以利用透光脉动絮凝检测装置检测其絮凝情况并控制投药量，从而成为新的高浊度水絮凝控制方法。

8 絮体影像混凝投药控制技术有什么特点？

沉淀水浊度与原水混凝后形成的絮凝体特征和沉淀情况有关，絮体形成得越好，沉淀越充分，沉淀水浊度越低。絮体粒径增加时，体积质量相应减小。

絮体的大小、形状可以反映在絮体图像上，通过分析絮体的图像，可以得到一个与沉淀水浊度相关性很好的参量

9 对比分析现有混凝投药控制技术各有什么优缺点？

经验目测法正在各种先进的技术所取代，烧杯实验法也不适于工业过程的连续控制二只宜作

为实验室评价的一种手段。模拟滤池法是适用于一些特定场合的有一定发展前途的方法。数学模型法是投药控制技术上的一个重要进展，能迅速响应原水水质及水量参数的变化，滞后小，但可靠性差。流动电流法则以检测的连续性而独具特色，加之其系统的简单性与应用的灵活性、可靠性等特点，在国内外已获成功的应用，为混凝投药控制技术的发展展现了光明的前景

10混凝投药智能复合控制技术特点是什么？

水处理加药过程控制的最终目标，是通过对原水水质水量参数的分析，在线实时改变药剂的投加量，使出水满足各项水质指标，即通过不同的控制方法或控制算法，建立起怨谁参数与投药量之间的关系。由于絮凝过程是一个复杂的物理、化学过程，其复杂性不仅仅表现在高维性上，更多的则是表现在系统信息的模糊性、不确定性、偶然性和不完全性上，目前还很难通过对其化学反应机理的研究，准确地建立过程的数学模型。人工智能的逻辑推理、启发式知识、专家系统等正是解决难以建立精确数学模型的控制问题的最为有力的工具，将其应用于非线性混凝投药控制系统的动态建模和辨识可不受非线性类型的限制。

11 沉淀池控制主要有哪些内容？

沉淀池的运行控制主要是，主要是沉淀池的排泥的控制。

12沉淀池排泥控制有哪些方法？

按池底积泥集聚程度控制按沉淀池的进水浊度、出水浊度，建立积泥量数学模型，计算积泥量达到一定程度后自动排泥，并决定排泥历时根据生产运行经验，确定合理的排泥周期、排泥历时，进行定时排泥。

13滤池控制的基本内容是什么？

滤池的自动控制基本上包括过滤、反冲洗两个方面，其中以反冲洗为主，由于各种滤池的构造、原理、反冲洗方式等不同，控制内容与方法也有差别。

14滤池反冲洗的开始与结束各有哪些控制参数？如何应用这些参数实施控制？

开始：率后水浊度监控滤池水头损失监控定时控制

结束：反冲洗浊度监控定时控制

上述滤池反冲洗的开始与结束的控制方式可以交叉组合应用，也可以将几种方式共同应用，当其中的条件之一达到时，即应当开始或结束反冲洗。另外，控制系统还应具有随时人工指令强制反冲洗的功能。

反冲洗进行的方式有采用各种滤池连续顺序进行的，也有采用各格滤池分别按各自的条件控制、独立进行反冲洗的。

一般在生产上不允许多格滤池连续顺序进行的，在控制系统上应当采取相应的限制措施。15 氯气的投加控制系统如何组成？有哪些控制形式？

根据负压投加的原理，真空加氯系统由气液分离器、真空调节器、加氯机、取样泵、与氯分析仪、水射器、楼率检测仪等组成。

流量比例前馈控制余氯反馈控制复合循环控制其他控制方式

16供水企业监视控制和数据采集系统的总体结构是什么？

城市自来水SCADA系统可划分为5个组成部分：公司控制中心、水厂分控中心、管网测压站、管网加压站和水源井监控站

第五章

1、为什么要进行污水处理厂水质水量的检测？

在污水处理场中，为了能使处理系统的运行安全可靠，获得合格的处理水，或者运行中出现故障处理水质恶化中，能采取有效措施；还包括遵照有关法规对处理厂排出物的检测与记录，以及为了在扩建与改造时提供有用的资料和统计值等。

2、污水处理厂的常规检测项目有哪些？这些检测项目对污水处理厂的运行和控制有何意义？

常规检测项目：（1）流量与其他有关量：○1各处理设施的进水流量○2沉砂池的水位○3沉砂量、筛渣量○4初次沉淀池的排泥量○5供气量，气水比，单位曝气池容积的供气量○6回流污泥量，回流比○7剩余污泥量○8浓缩污泥量○9消化气产量、循环气量⑩投药量（混凝剂等）、投药率○

11

14燃料用量（重油、消化气

13各种设施与设备的耗电量○

滤饼或脱水污泥重量○12其他杂用水量○

15焚烧的灰分量

等）○

（2）污水与污泥的质：水温、pH值、ss、 vss 、DO、BOD、COD、有机氮、总磷、污水沉降比等指标

意义：

3、取样位置对检测结果有何影响？举例说明。

沉砂池：了解进入污水处理厂污染物总量的最重要场所，取水应避开返回废水，为了避开大块的漂浮物，应当从水面以下50cm处取样并迅速移至试样瓶；

初次沉淀入口池：进口浓度高，其浓度变化受其他处理设施排水泵的运行时间的影响很大，应当增加取样次数；

初次沉淀出口：沉淀后污水能较好的混合，可以说曝气池入口是最好的取样位置；

曝气池内：不同位置的水样检测值大不相同，应当依次从其进口至出口几个位置取样。鼓风

曝气时，在扩散器上释放气泡的位置附近取样；机械搅拌时，在稍微远离搅拌叶片处取样；回流污泥泵：短时间浓度可能变化很大，应短时间内取样；

二次沉淀池出口或排放口：每个二次沉淀池出水ss浓度不同，在汇集各池出水渠道或排放口钱计量槽取样；

4、仪表设备的安装位置取决于哪些因素？你认为本书图5.2和图5.3给出污水和污泥处理系统的典型的仪表安装示意图中的仪表安装在将来还应当如何改进和完善？

检测方法和检测设备的质量和可靠性，还要考虑湿度、腐蚀气体、可燃性气体、振动等周围环境，传送距离，产生误差的可能性等影响因素，海英注意不同检测设备对环境条件与场所的特殊要求，以及检测设备与控制设备的接口对检测场所的要求等。

5 、在选择仪表类型与检测方法时，应综合考虑那些因素与条件？当有些因素相互矛盾时，应如何考虑？

答：应考虑因素与条件：（1）检测的目的（2）检测的环境条件（3）检测精度、重现性与响应性（4）维护管理性（5）检测对象的特殊性（6）各种信号的特征（7）检测范围当有些因素相互矛盾时，应：根据仪表设备的设计安装的基本原则与注意事项，来选择最合适的检测方法必要的最小限度的仪表设备，使之既能满足工艺设计与自动控制提出的检测要求，又尽可能降低建设与运行费用。

6、你认为表5.3和表5.4给出的不同处理设施的的各种检测项目中，哪些是必需的？哪些不是绝对必需的？

答：表5.3中

必需的：（1）量的检测中：各处设施的进水流量；初次沉淀池的排泥量；曝气池的供气量，气水比，单位曝气池容积的供气量；回流污泥量，回流比；剩余污泥量；浓缩污泥量；污泥消化池的消化气产量、循环气量（即搅拌用气量）；各种设施与设备的耗电量。（2）质的检测中：水温；pH值；消化池内的温度；DO；COD；混合液污泥浓度（MLSS）；污泥沉降比（SV）。其余的为不是绝对必需的。

表5.4中

必需的：？

7流量的检测在污水处理厂的管理中有何重要意义？在各种流量计中，选择最适宜的流量计应当综合考虑哪些因素？

答：意义：流量是污水处理行业生产过程中常用的过程控制参数，时污水处理行业一个重要的生产技术指标。

应考虑因素：检测设备与检测方法是否得当，对检测精度、可靠性与经济性都有不可忽视的影响。检测方法应当与其检测目的、设备的使用条件以及安装位置的环境相适应，并便于维护管理。首先，检测方法应因其检测对象不同而异，因检测仪表的传感器大都安装在现场，所以要对其腐蚀、温度、天气、悬浮物的附着和沉积，以及其他因素等外部条件予以充分注意。

8.简述巴氏计量槽的工作原理，为什么在污水处理厂的最终出水管渠中经常采用巴氏计量槽来计量其总处理水量？

答：巴氏计量槽的工作原理是有收缩喉道的明渠，根据水渠推算其流量。因为他具有水头损失小，由SS造成堵塞的可能性小，运行管理简单，费用不昂贵

9.在污泥浓度的检测方式中，光学式检测仪和超声波式检测仪的各自工作原理是什么？在使用中分别应注意哪些事项？

答：光学式检测仪又分为投射光式、散射光式、和投射光式，投射光式检测仪将装有式样的测定管夹在对置的一对光源和受光器中间，照射在试样上的光被SS吸收并散射，到达受光器的透射量发生衰减。根据受光器得到的透光亮与SS浓度的相关关系检测MLSS。散射光式检测仪从光源发射到试样的光因SS存在而形成散射，根据受光器接收的散射光量与SS浓度的相关关系，检测MLSS浓度。透光散射光式检测仪根据受光器得到的透光量与SS浓度的相关关系来检测MLSS浓度。

在使用光学式检测仪时应注意以下事项：

1.免由于检视窗口的污染引起的检测误差，应当定期清洗。

2.了避免由于来自上方直射日光等强光的射入引起的误差，检测仪的传感部分常常放置在水面以下30~50cm处。

3.于MLSS检测仪是根据光学原理测定MLSS浓度，当被检测的混合液颜色变化影响透光率变化时，宜使用受其影响较小的透光散射光式检测仪。

4.对MLSS检测仪进行校正时，将MLSS的手分析值和MLSS检测仪的测定值进行比较，并作成相关关系的曲线图，用来校正检测仪。手分析某一被检测试样后，依次稀释该试样，并求出与MLSS检测仪测定值之间的相关关系，来校正MLSS检测仪。

超声波式检测仪的工作原理是将一对超声波发射器与接收器相对安装在测定管两侧，超声波在传播时被污泥中的固形物吸收和分散而发生衰减，其衰减量与污泥浓度称正比，通过测定超声波的衰减量来检测污泥浓度。

使用超声波式检测仪应注意的事项如下：

1.气泡将异常地增大超声波的衰减量而引起检测误差。若气泡较多时，应当采用带有加压消泡装置的检测仪，消泡后再检测。另外，也要注意由于污泥的腐败或搅拌后空气卷入污泥中，使消泡困难，难于去除气泡对检测值影响的情况。

2.有加压消泡装置时，应定期检查加压机构和空气压缩机，排出空气罐中的水。

3.由于季节变化而引起污泥颗粒形状的变化，或者由于污泥混合后不均质的情况，应用正常的污泥检测结果来校正。

4.加压消泡装置时，由于其检测是按更换污泥——加压——检测的程序进行，每检测一次约需要5min左右，因此，当泵是间歇运行时，如果随着泵的启动开始检测的话，能够顺利地更换需要检测的污泥。

10.简述COD自动检测仪，UV计，TOC自动检测仪和TOD自动检测仪的工作原理。

答：COD自动检测仪是将指定的检测步骤自动化了的仪器，每隔1~2h间歇自动检测，根据氧化分解的条件有酸性法检测仪和碱性法检测仪。

UV计利用溶解性有机物吸收紫外线范围波长光的特性，将水样连续送进测定瓶，用紫外线照射，然后根据其吸光度来检测其污染程度。

TOC 自动检测仪工作原理是在水样中加酸，用氮气吹脱水中的无机碳，然后在高温与催化剂存在的条件下，使水样通过含有一定氧浓度的载流气体进行燃烧，用非分散型红外线分析仪检测气体燃烧炉中的CO2浓度，据此求出水样中有机碳浓度。

TOD自动检测仪的原理是将水样和含有一定量氧的载流气体一样，送入高温加热后的催化剂填充燃烧管中，使水样中的有机物氧化分解，然后测定消耗的氧量。

11、呼吸仪可以测定活性污泥的呼吸速率，呼吸速率是单位时间单位体积的微生物所消耗的溶解氧的量。呼吸速率反映了活性污泥最重要的两个生化过程：微生物的生长和底物的消耗。呼吸仪也可成为BOD监测仪，但不要与BOD5相混淆，因为呼吸仪是在几分钟内使用适应废水性质的微生物来测定其所消耗的溶解氧的量。

12．简述上述几种有机物自动检测仪的主要特点和TOD自动检测仪的工作原理。

13．为什么要在检测过程中进行信号的变换？简述电气式变换器的工作原理和信号接收器的功能及组成？

进行信号变换器是为了把传感器输出的流量，液位、浓度与温度等检测值，转变成电信号、空气压力、或油压信号（第一次转换）达到对于指示、记录、调节等都方便的标准，保持原

样再转换成其他信号（第二次转换）。

14、简述ICA技术的运行目标、ICA技术发展的限制因素和促进性因素.

控制目标有：（1）维持污水厂连续运行（2）满足排放标准（3）降低运行费用（4）实现污水处理厂的综合运行，通过耦合几个过程来降低污水处理厂的干扰，工艺的综合运行将使得最优化利用反应器体积和系统总体优化成为可能。

限制因素有：（1）行业和国家立法较差或要求放松（2）不完善的教育——培训——理解体系（3）对污水处理工业缺乏信赖和接受度（4）风险投资者或组织机构之间缺乏合作（5）缺乏应用ICA技术带来的经济利益的认识（6）测量工具不可靠、不稳定（7）污水处理厂设计存在限制性因素，排水收集系统不完善（8）ICA技术缺乏一定的透明度（9）缺乏软件和仪器的行业规范。

促进因素有：（1）逐渐严格的污水排放标准（2）对降低污泥产量的要求（3）经济的驱动力（4）降低能量消耗和（或）增加能量产出的要求（5）污水处理厂逐渐复杂化的要求（6）新处理思想的出现（节约用地、污水回用）；（7）新型、高科技技术的出现（如计算机、传感器、通讯技术和网络）

第六章

1．绘图并简要说明污水处理厂的常用监视控制方式及各自特点。

答：①个别监视操作方式：在对主要设备和处理过程进行直接监视的同时，一般又在现场进行操作的方式②集中监视个别操作方式：这种控制方式由于具有能够在中央控制室监视整个处理系统运行状态的功能。③集中监视个控制（别操）方式：建立一个对设施整体进行监视

及操作的中央监视室，进行集中监视控制④分区监视分散控制方式：将有关设施分成几个系统，或者分成子系统，分别建立分区监视室，进行集中监视和操作方式。⑤集中监视分散控制方式：在中央监视室一个地方集中进行，分散进行布置的方式⑥集中管理式分区监视分散控制方式：这一种方式增加能够指挥设施总体运行的总管理功能的方式。在这种方式的分区监视室的集中监视室的控制动能只在中央的总管理功能不能实现时作为备用监视控制系统考虑，平时不进行监视

2、在选择污水处理监视控制方式时，应当考虑哪些因素与条件，这些因素对其选择有何影响？

答：（1）处理厂的规模（2）处理场的工艺布置（3）工艺流程（4）扩建可能性（5）管理体制（6）经济因素

3.选择污水处理厂监视控制项目时，为什么除了首先考虑处理厂的规模、管理体制、节省

人力和自动化程度等因素之外，还要从可靠性和经济性等方面予以充分的注意？

答：

4. 简述监视操作盘的类型和各自特点。

答:1.单面框架式是具有台式操作盘和单面垂直屏式监视盘两种功能的仪表盘。由于上面垂直部分高度增大，可使整体尺寸缩小。特别适合因安装场地紧张需要小型盘的情况。

2.双面框架式是具有台式操作盘和单面屏式监视盘两种功能的仪表盘。监视室内的配线均作为室内配线处理

3.附带有crt显示的控制台当集中监视的项目太多，不能用图解盘系统进行充分监视时，可用crt显示进行监视。因在crt显示的1个画面中的项目受到限制，所以把所有的设备按系统，分区，功能进行分类显示。根据操作员或自动信号显示需要的图像。因此，为了日常监视和crt的备用，通常与简易图解盘或小型图解盘组合使用。

5、简述三种最基本的控制方式，以及这些方式组合与发展而成的模糊控制、神经控制和专家控制的基本思想和各自特点。

答：三种控制的基本方式分别为顺序控制，反馈控制，前馈控制

模糊控制是以模糊集合论，模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。在控制投加混凝剂量和控制泵的运行台数等实际运行中，都有应用模糊控制的实例。神经控制它是基于人类的神经网络的控制，也称神经网络控制，它能模拟人的思考方式来思考，学习和判断的一种控制方式。基于神经网络的智能模拟用于控制，是实现智能控制的一种重要形式。专家系统它是应用以专家的知识和经验为基础的专家系统的控制方式。可以

认为，专家系统是一个具有大量专门知识和经验的程序系统。它应用于人工智能技术，根据一个或多个人类专家提供的特殊领域知识和经验进行推理和判断，模拟人类专家做决策的过程来解决那些需要专家才能解决的复杂问题。简言之，专家系统是一种计算机程序，它能以专家的水平完成专门的而一般又是困难的专业任务，包括控制问题。

7. 绘图并说明污水处理厂的计算机控制系统，简要说明计算机控制系统的基本组成、特点和控制过程。

答：计算机控制系统是由硬件和软件组成，硬件包括主机，通用外部设备，接口与输入输出通道。软件包括各种系统软件和应用软件。

特点：1.出入计算机的信号均为二进制数字信号，因此需要d/a和ad ad和da 两个转换过程将对系统的静态和动态性能产生影响。这是计算机控制系统碰到的一个特殊问题。2. 控制信号通过软件加工处理，充分利用了计算机的运算，逻辑判断和记忆功能，因而改变控制算法只要改编程序而不必改动硬件电路

控制过程 1实时数据采集，即对被控制量的瞬时值进行检测和输入、2实施决策：对实时的设定值和被控制的数量进行已定的控制规律运算，决定下一步的控制过程 3 实时控制：根据决策，适时的对执行机构发出控制信号

8、简述按功能分类的四种计算机控制系统—操作指导控制系统、直接数字控制系统、计算机监督控制系统的和分布式控制系统的结构、工作原理和特点。

答：一．操作指导控制系统

1.结构：见课本图6.4

2.工作原理：在计算机的指挥下，定期地对生产过程中的参数作巡回检测，并对其进行处理、分析、记录及参数越限警报等。

3.特点：计算机不直接参与过程控制，而是有操作人员（或别的控制装置）根据测量结果改变设定值或进行必要的操作。计算机的结果可以帮助、指导人的操作。

二．直接数字控制系统

1.结构：见课本图6.5

2.工作原理：就是用一台计算机对多个被控制参数进行巡回检测，检测结果与设定值进行比较，再按已确定的控制规律（例如PID规律或直接数字控制方法）进行控制计算，然后输出到执行机构对被控制对象进行控制，是被控制参数稳定在设定值上

3.特点：与DPS相比有以下几个特点。

a）、计算机参与了直接控制，系统经计算及构成了闭环，而DPS中是通过人工或别的装

置来控制，计算机与对象为形成闭环。 b）设定值是预先设定好后送给或存入计算机内的，控制过程中不变化。

三．计算机监督控制系统

1.结构：见课本图6.6和6.7

2.工作原理：在计算机监督系统中，不断检测被控制对象的参数，计算机根据给定的工艺数据、管理命令和控制规律，计算出最优设定值送给模拟调节器或DDC计算机，最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作情况。

3.特点：SCC系统较DDC系统更接近被控制过程变化的实际情况，它不仅可以进行设定值控制，同时还可以进行顺序控制、最优控制与自适应控制等。但是，由于被控制过程的复杂性，其数学模型的建立比较困难，所以，如果此时根据数学模型计算最有设定值，很难实现SCC系统。

四.分布式控制系统

1结构;见课本图6.8

2.工作原理：是以微型计算机为主的连接结构，主要考虑信息的存取方法、传输延迟时间、信息吞吐量、网络扩展的灵活性、可靠性与投资等因素。

3特点：a）分散性。 b）集中性。 c）有通讯功能。

9、在进行污水处理厂计算机系统的规划和设计时，应当综合考虑哪些因素？为什么？为此基础上如何考虑选择具体的设备。

答：1.应充分考虑处理厂规模与总体规划、平面布置、工艺特点、管理体制、操作人员的技术水平、投资、监视控制方式、投资与分期建设设施等各方面的情况。

2.见课本337页

10、在污水泵站自动控制的设计与运行，分别应注意哪些问题?

11、在什么条件与情况下，宜采用污水泵站的远距离监视控制，在其检查与维护时应注意哪些问题？

答：一般在污水泵站与污水处理厂的设置地点不同时，宜采用污水泵站的远距离的监视控制，在检查和维护时应注意一下事项：

在拔出或插入印刷电路板时，应切断电源，使其电压为零后再进行。

无论集成电路印刷版的导电部分是否有电，都不准用手去触摸。

在焊接电路板时，不仅要把需要焊接的印刷版电路板拔下，还应当将其他的有关联的印刷电路板拔下。

为了防止输入输出端的错误和其他短路现象，测定时必须使用专用的适配器。

因为运转中有时会出现误动作，因此不要接测定器。

由于电泳等波动，IC易于损坏，不要用电铃或其他蜂鸣器等检查IC电路的配线。

12、你认为在本书中介绍的排水泵站计算机控制与管理系统的应用实例中，还存在什么问题，应当如何改进和加以改善？

答：存在的问题：1：该微机控制与管理系统中所采用的一些自动化检测设备、仪表、阀门的功能和精度目前还很不完善，在实际应用中达不到预期的效果，误差很大；2：仪器设备的维护难度大；3：限于经费没有配套的交流调速设备。改进与完善：提高仪器设备的测量精度和质量，降低维护费用，进行我国自主研发设计制造自动化控制系统。

13、说明曝气池、DO浓度、消化液回流量、污泥回流量、污泥排放量、外碳源投加量和分段进水等控制变量对硝化反应、反硝化反应、生物除磷、COD去除、微生物种群和污泥沉淀性以及运行费用的影响。

14、简要说明厌氧消化过程的控制目标、主要控制变量和如何对系统进行优化？

15、比较SBR法设定时间控制和实时控制的不同，说明实现SBR法实时控制的意义和如何实现SBR法实时控制？

16、简要说明生物除磷的主要影响因素以及如何实现生物除磷工艺的优化？

17.绘图说明初次沉淀池排泥的自动控制策略，这种控制策略有什么好处？

图见385页右下角

这种自动控制方式更先进，可靠性更好，它既能避免污泥积累过多引起的堵塞问题，又能防止排除的污泥浓度过低及含水率高等问题；尤其对于污水量很大且难于选择排泥周期的初次沉淀池，更能显示其优越性。

18、比较曝气池供氧量控制中几种控制方法的优缺点，再比较两种定DO浓度的优缺点？

19.在几种不同的回流污泥量控制方式中，哪一种方式最容易实现，哪一种方式能使出水水质的波动最小，哪一种或几种方法难于完全实现？

答：定回流污泥量控制最容易实现，定MLSS浓度控制能使出水水质的波动最小，与进水量成比例控制、定F/M控制难于完全实现。

20.简述几种污泥排放量控制系统策略的基本思想，排泥控制对出水水质和供气量控制有何影响？为什么？

答：有以下几种控制策略：

1）定污泥排放量控制

根据计算或经验每日都排放一定量的污泥，在操作是每日可排放一次或数次，以至于可以连续排放，排放时应当用MLSS浓度监测仪和流量计来计量。

2）间歇定时排泥控制

每隔一定的时间t排放污泥一次，使曝气池中的MLSS至某一设定的最小浓度为止其中两次排泥的间隔时间t为一常数。

3）定污泥龄控制

通过连续控制排泥量维持污泥龄不变的控制方法。

4）随即排泥控制

根据进水水质水量的变化情况及出水质量的要求，通过随进地排放污泥有目的控制MLSS 浓度的非定量非定时的一种排泥控制方法。

污泥排放控制直接影响到出水水质以及供气量的控制。因为污泥排放是二次沉淀池的主要控制因素，直接决定二次沉淀池的运行状态，而二次沉淀池的运行状态直接关系到处理水的质量，其中它的运行状态如何与曝气池控制密切相关，从而影响到供气量的控制。

21、简述污泥浓缩池的几种控制方法，比较其优缺点。

答：1）用计时器控制排泥泵的启动和停止。

2）用计时器和预置计数器控制每日排出一定量的浓缩污泥。

3）用计时器控制排泥泵的启动，用污泥浓度计检测污泥浓度降低至某一设定浓度时停泵。4）用计时器控制泵的启动，用污泥浓度计、流量计和预置计数器控制每次都排出一定量的固形物时停泵。

大型污水处理厂常采用控制方法（1），小型污水处理一般采用控制方法（2），用污泥浓度检测仪的控制方法(3)和（4）。

22．简述厌氧消化池自动控制的基本思想，除此之外，消化池的控制还受哪些因素的影响？答:1）污泥投配与排出的控制: 一般用水位计、流量计与顺序控制器的系统，对向消化池投加生污泥、向二级消化池头配熟污泥、排出上清液和排出消化后的熟污泥等，都采用定容积流量控制。

2）搅拌控制: 分为机械搅拌方式与消化气搅拌方式

3）温度控制: 有热交换式和蒸汽直接加热式.有硝化池内的温度、污泥的投配和搅拌以及HRT、SRT、氧化还原电位、Ph值及酸碱度、温度、厌氧活性污泥、废水成分、负荷率与发酵状态、解除状态和营养元素等。

过程控制系统习题答案

什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电 桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。

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

化工仪表及自动化课后答案

1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自 动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。 ?? 实现化工生产过程自动化的意义： （1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。 （2）减轻劳动强度，改善劳动条件。 （3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。 2、化工自动化主要包括哪些内容？ 一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。 1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？ 解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。 4、自动控制系统主要由哪些环节组成？ 自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。 1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。 题1-5图加热器控制流程图 解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07； TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03； FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。 6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-30 7、TRC-303、FRC-305所代表的意义。 PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07； TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03； FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？ 解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器； 控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去 执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。 7.方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。 1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？ 解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。 被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。 给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。 操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。或实现控制作用的变量。 操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。 8.测量元件与变送器：用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号、电压、电流信号等）；控制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保 持的给定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号送住执行器。执行器：能自动地根据控制器送来 的信号值相应地改变流入（或流出）被控对象的物料量或能量，从而克服扰动影响，实现控制要求。 Ex9.被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做~。被控变量：被控对象

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。

过程控制系统与仪表 习题答案 王再英

过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编著 习题与思考题解答 机械工业出版社

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

过程控制与集散系统课后习题答案

r t 1 y 3 y ) (∞y s t y 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；当衰减比相同时，则振荡 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。 动态特性：被控参数随时间变化的特性y(t) 研究被控对象动态特性的目的是据以配合合适的控制系统，以满足生产过程的需求。 2-2描述对象动态特性的方法有哪些 参数描述法 /传递函数描述/差分方程描述/状态空间描述 非参数描述法---响应曲线/阶跃响应/脉冲响应/频率响应/噪声响应:白噪声、M 序列 2-3过控中被控对象动态特性有哪些特点 1)对象的动态特性是不振荡的 2）对象动态特性有延迟 3）被控对象本身是稳定的或中性稳定的 2-4单容对象放大系数K 和时间常数T 各与哪些因素有关，K 、T 大小对动态特性的 影响 T 反映对象响应速度的快慢 K 是系统的稳态指标/K 大，系统的灵敏度高 2-5对象的纯滞后时间产生的原因是什么 纯延迟现象产生的原因是由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一定距离。 具有自平衡能力的双容对象的传递函数1 )()()()(21221+++= ??= s T T s T T K s U s H s G 有纯延迟时 s e s T T s T T K s U s H s G 01 )()()()(21221τ-+++=??= 具有自平衡能力的多容对象 若还有纯延迟 4 PID 调节原理 4-1，P 、I 、D 控制规律各有何特点，那些是有差、无差调节，为了提高控制系统的稳定性，消除控制系统的误差，应该选择那些调节规律 P 调节中，调节器的输出信号u 与偏差信号e 成比例 u = Kp e P 调节对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后 有差调节,(放大系数越小，即比例带越大，余差就越大) 比例带δ大,调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间也很长 比例调节的特点： （1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u = K e （2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。 （3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。 若对象较稳定,则比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反应速度加快 积分调节（I 调节) 调节器的输出信号的变化速度du/dt 与偏差信号e 成正比，或者说调节器的输出与偏差信号的积分成正比， 只要偏差存在，调节器的输出就会不断变化 积分调节作用能自动消除余差./无差调节 稳定作用比P 调节差 滞后特性使其难以对干扰进行及时控制 增大积分速度，调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低 微分调节（D 调节） 调节器的输出u 与被调量或其偏差e 对于时间的导数成正比 微分调节只与偏差的变化成比例，变化越剧烈，由微分调节器给出的控制作用越大 微分调节主要用于克服调节对象有较大的传递滞后和容量滞后 012345678 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8Step Response Time (sec) A m p l i t u d e K=0.2K=1K=10K=100 调节作用用以减少偏差。 比例作用大，可以加快调节，减少误差 但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 Time (sec) A m p l i t u d e Ti=1Ti=5Ti=10Ti=inf 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。 积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti ，Ti 越小，积分作用就越强。反之Ti 大则积分作用弱。 加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。 积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI 调节器或PID 调节器。 Time (sec) A m p l i t u d e Td=0.5Td=1Td=10Td=0 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作 % 100) (1 ?∞=y y σ)()(∞-=∞y r e 31y y =η1 3 1 y y y -=ψp π β2=

《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-=

(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

过程控制15章习题答案

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τ0。 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。随着δ减小，系统的稳定性下降。 1.5图1-42为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。试问：影响物料出口温度的 主要因素有哪些？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？如果物 料在温度过低时会凝结，应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的正反作用？ 答：影响物料出口温度的因素主要有蒸汽的流量和温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和入口温度。 被控变量应选择物料的出口温度，操纵变量应选择蒸汽流量。物料的出口温度是工艺要求的直接质量 指标，测试技术成熟、成本低，应当选作被控变量。可选作操纵变量的因数有两个：蒸汽流量、物料 流量。后者工艺不合理，因而只能选蒸汽流量作为操纵变量。控制阀应选择气关阀，控制器选择正作用。 1.6 图1-43为热交换器出口温度控制系统，要求确定在下面不同情况下控制阀的开闭形式及控制器的正反作用： 被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚； 被加热物料在温度过低时会发生凝结； 如果操纵变量为冷却水流量，该地区最低温度 在0℃以下，如何防止热交换器被冻坏。 答：控制阀选气开阀，选反作用控制器。 控制阀选气关阀，选正作用控制器。 控制阀选气关阀，选反作用控制器。 1.7 单回路系统方块图如图1-44所示。试问当系统中某组成环节的参数发生变化时，系统质量会有何变化？为什么？ （1）若T0增大；（2）若τ0增大；（3）若Tf增大；（4） 若τf增大。 答：（1）T0 增大，控制通道时间常数增大，会使系统的工作频 率降低，控制质量变差； （2）τ0 增大，控制通道的纯滞后时间增大，会使系统控制不 及时，动态偏差增大，过渡过程时间加长。 （3）Tf 增大，超调量缩小1/Tf倍，有利于提高控制系统质量； （4）τf 增大对系统质量无影响，当有纯滞后时，干扰对被控 变量的影响向后推迟了一个纯滞后时间τf 。 第二章串级控制系统 2．1 与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点？ (1) 串级系统由于副回路的存在, 使等效副对象时间常数减小，改善了对象的特性,使系统工作频率提高。

化工自动化及仪表习题与答案 华理

《化工自动化及仪表》补充习题与答案 1.某物料加热后与添加料混合，工艺要求混合时物料温度θo稳定，工艺采用改变换热器 蒸汽流量Qs来稳定罐内温度θo 。影响θo的因素有：阀前蒸汽压力Ps，冷物料流量Qi和温度θi ，环境温度θc等。 1）画出温度控制系统的方块图； 2）指出该控制系统的被控变量、操纵变量、被控对象及扰动； 3）若蒸汽阀前压力Ps突然变大时，简述该系统的控制过程。 解： 添加剂 1）略 2）罐内温度θo ；蒸汽流量Qs；混合罐；阀前蒸汽压力Ps，冷物料流量Qi和温度θi ，环境温度θc 3）Ps↑→Qs↑→θo↑→ e↑→ Qs↓ 2. 图a为流量控制系统，主要克服阀前压力P1波动来稳定流量Q1 。图 b是储槽液位控制 系统，主要克服Q2流量变化的扰动，保持液位稳定。 1）指出两图中的各控制系统的被控变量、操纵变量、被控过程及主要扰动； 2）若采用图a系统来控制液位，试比较与图b系统的不同点。 图a 图b 解：1)图a：Q1；Q1；管道；P1 图b：h；Q1；储液槽；Q1、Q2 2)前馈a：开环控制，控制及时 b：闭环控制，控制不及时 3．某换热器的温度控制系统（设定值是30℃）在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示。试分别求出衰减比、最大偏差、余差、回复时间。

30 354575 T/ 解：1）n= 'B B =35 453575--=4 2）|e max |=|B+C |=B-r=75-30=45 3）e （∞）=r-y （∞）=30-35=-5 4）估测：32min 4. 已知某换热器被控变量是出口温度θ，操纵变量是蒸汽流量Q 。在蒸汽流量作阶跃变化时，出口温度响应曲线如图所示。该过程通常可以近似作为一阶滞后环节来处理。试估算该控制通道的特性参数K 、T 、τ。 40 43 解：1）放大系数=40 -43=0.3 2）时间常数的θ所对应的时间） 3）纯滞后τ=1min 5. 如果用K 热电偶测量温度，其仪表指示值是600℃，而冷端温度是65℃，则实际温度是665℃，对不对？若不对，正确值应为多少，为什么？ 解答：不对。 因为E(θ)=E(θ,θ0)+E(θ0,0) 所以600=535+65 正确温度应为535℃ 6. 何谓变送器零点调整、零点迁移和量程调整，试举一例说明之。 7. 热电偶配接温度变送器测温时，为什么除了要确定测量温度的范围外，还需确定分度号？若电动Ⅱ型温度变送器量程为0～150℃，当介质为90℃时，该变送器的输出为多少mA ？若采用电动Ⅲ型温度变送器，量程和介质温度同上，则变送器的输出又为多少mA ？ （设ΔI ∝Δθ） 解：1）每一个分度号与一个热电偶一一对应。

过程与控制部分课后题标准答案

（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? 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1 AC 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

1 100%() y y σ= ?∞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： 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； 测量变送 被控过程 执行器测量变送 被控过程 执行器

自动化仪表与过程控制课后习题答案_(1)

●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表? 1答:a: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.b: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. ●2、DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处? 答:在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDZ-III型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mA直流电流作为标准信号.这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别,且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活. ●4、什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为 0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少? 答:模拟式仪表的合理精确度,应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量,这种比值称为相对百分误差,仪表工

业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.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℃. ●1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么热电偶的分度号?在什么情况下要使用补偿导线? 答:a.当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势,并产生电流.b.铂极其合金,镍铬-镍硅,镍铬-康铜,铜-康铜.c.分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列.d.在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时,自动补偿冷端温度变化,以保证测量精度,为了节约,作为热偶丝在低温区的替代品. ●1-2热电阻测温有什么特点?为什么热电阻要用三线接法? 答:a.在-200到+500摄氏度范围内精度高,性能稳定可靠,不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低,存在非线性.b. 在使用平衡电桥对热电阻进行测量时,由电阻引出三根导线,一根的电阻与电源E相连接,不影响电桥的平衡,另外两根接到电桥的两臂内,他们随环境温度的变化可以相互抵消. ●1-3说明热电偶温度变送器的基本结构.工作原理以及实现冷端温度补偿的方法.在什么情况下要做零点迁移?

控制工程基础课后答案

第二章 2.1求下列函数的拉氏变换 （1）s s s s F 2 32)(23++= （2）4310)(2+-=s s s F （3）1)(!)(+-= n a s n s F （4）36 )2(6 )(2++=s s F （5） 2222 2) ()(a s a s s F +-= （6）)14(21)(2 s s s s F ++= （7）52 1 )(+-= s s F 2.2 （1）由终值定理：10)(lim )(lim )(0 ===∞→∞ →s t s sF t f f （2）1 10 10)1(10)(+-=+= s s s s s F 由拉斯反变换：t e s F L t f ---==1010)]([)(1 所以 10)(lim =∞ →t f t 2.3（1）0) 2()(lim )(lim )0(2 =+===∞ →→s s s sF t f f s t )0()0()()()](['2''0 ' 'f sf s F s dt e t f t f L st --==-+∞ ? )0()0()(lim )(lim '2''0f sf s F s dt e t f s st s --=+∞ →-+∞ +∞→? 1 )2()(lim )0(2 2 2 ' =+==+∞→s s s F s f s (2)2 ) 2(1 )(+= s s F , t te s F L t f 21)]([)(--==∴ ,0)0(2)(22' =-=--f te e t f t t 又，1 )0(' =∴f 2.4解：dt e t f e t f L s F st s --?-==202)(11 )]([)( ??------+-=2121021111dt e e dt e e st s st s

过程控制仪表及控制系统课后习题答案(林德杰) 2

lxc第一章思考题与习题 1－2 图1.6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 '-= ?

控制工程2习题解答

题目已知f t =0.5t ,则其Lftl-【】 答案：C 题目 函数f (t )的拉氏变换L[f(t)]= _________________ 分析与提示：拉氏变换定义式。 答案： 'f (t )e'tdt 题目：函数f t =e^的拉氏变换 L[f(t)]= ________________ 分析与提示：拉氏变换定义式可得，且 f(t)为基本函数。 1 答案：^^ s +a 题目：若 f(t) =t 2e^t ,则 L[f (t)H 【 】 2 (S 2)3 分析与提示：拉氏变换定义式可得，即常用函数的拉氏变换对， L[f(t)] 3 (S 2)3 答案：B 题目：拉氏变换存在条件是，原函数 f(t)必须满足 _________________ 条件。 分析与提示：拉氏变换存在条件是，原函数 f(t)必须满足狄里赫利条件。 答案：狄里赫利 题目：已知f t =0.5t 1 ,则其L Ifd =【】 2 2 A. S 0.5S B. 0.5S 2 A. S 0.5s B. 0.5s 2 C. 1 2S 2 D. 分析与提示：由拉氏变换的定义计算，可得 1 2S 1 Llf d = 0.5 2 S A. C. 2 S -2 D. 2 (S - 2)3

J 1 J 若 FS=——，则 f 0 )=()。 s + a 1 1 f (t) = lim S lim 1 T s+a ι% 丄 a 1 + S 答案: 1 此为基本函数，拉氏变换为 —2。 S 题目: 函数 f t =t 的拉氏变换L[f(t)]= C. 2S 2 S D. 1 2s 分析与提示：由拉氏变换的定义计算， 这是两个基本信号的和， 由拉氏变换的线性性质, 1 1 Llfd= 0.5 2 S S 其拉氏变换为两个信号拉氏变换的和。 答案：C 4s +1 题目：若 F S A -2—,则 Iim f t )=( S +s t -?? )。 A. 1 C. ∞ B. 4 D. 0 分析与提示: 根据拉氏变换的终值定理 f (：：) = lim f (t) = lim SF(S)。即 有 S )0 ! im f (t)τs m o 答案：B s*4 S S 题目：函数f t =e& cos 的拉氏变换L[f(t)]= 分析与提示： 基本函数cos t 的拉氏变换为 S 7 2,由拉氏变换的平移性质可知 S ■ ■ ■ L l -f t I- s +a s ? a 2 ‘2 答案: (s +a f +ω2 题目: 分析与提示: 根据拉氏变换的初值定理 f(0) =Iim f (t) = Iim SF(S)。即有 t 「0 S ]：: f(0) =Iim tτ 分析与提示: