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《测试技术》(第二版)课后习题答案-_复习过程

《测试技术》(第二版)课后习题答案-_复习过程
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过程控制工程课后作业 答案

第一章纸质作业答案 一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量与阀杆行程之间的关系。 调节阀的流量特性有线性型,等百分比型,快开型,抛物线型 调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑,利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性,从而使整个广义对象的特性近似为线性。 二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统,也成为单回路控制系统。 简单控制系统的典型方块图为 三.按照已定的控制方案,确定使控制质量最好的控制器参数值。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解: (1) 选择流出量 Q为操纵变量,控制阀安装在流出管线上, o 贮槽液位控制系统的控制流程图为 (2) 被控对象:液体贮槽

被控变量:贮槽液位 操纵变量:贮槽出口流量 主要扰动变量:贮槽进口流量 五、解: (1) 选择流入量 Q为操纵变量,控制阀安装在流入管线上, i 贮槽液位控制系统的控制流程图为 为了防止液体溢出,在控制阀气源突然中断时,控制阀应处于关闭状态,所以应选用气开形式控制阀,为“+”作为方向。 操纵变量即流入量 Q增加时,被控变量液位是上升的,故对象为“+”作用方向。由于 i 控制阀与被控对象都是“+”作用方向,为使控制系统具有负反馈作用,控制器应选择反作用。 (2) 选择流出量 Q为操纵变量,控制阀安装在流出管线上, o 贮槽液位控制系统的控制流程图为

为了防止液体溢出,在控制阀气源突然中断时,控制阀应处于全开状态,所以应选用气关形式控制阀,为“-”作为方向。 操纵变量即流出量 Q增加时,被控变量液位是下降的,故对象为“-”作用方向。由于 o 控制阀与被控对象都是“-”作用方向,为使控制系统具有负反馈作用,控制器应选择反作用。 六、(1)加入积分作用后,系统的稳定性变差,最大动态偏差增大、余差减小 加入适当的微分作用后,系统的稳定性编号,最大动态偏差减小,余差不变。 (2)为了得到相同的系统稳定性,加入积分作用后应增大比例度,加入微分作用后应适当的减小比例度。 第二章纸质作业答案 一.由两个控制器组成,分别接受来自被控对象不同部位的测量信号。一个控制器的输出作为下一个控制器的给定值,后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构来看,两个控制器是串级工作的,称为串级控制系统。 方框图如下 二.答: 前馈控制系统方块图

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

过程控制系统习题答案

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? 过程控制系统一般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?常见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。 为什么热电阻常见三线制接法?试画出其接线原理图并加以说明。

电阻测温信号经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。 大幅度的零点调整叫零点迁移。实用价值是:有些工艺的参数变化范围很小,例如,某设备的温度总在500~1000度之间变化。如果仪表测量范围在0 ~1000度之间,则500℃以下测量区域属于浪费。因为变送器的输出范围是一定的。可经过零点迁移,配合量程调整,使仪表的测量范围在500~1000℃之间,可提高测量精度。

过程控制作业答案最新版本

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 H Q Q Q F t -+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F t ??-?-?= 而22h Q R ??= , 33 h Q R ??=, 代入增量关系式,则有23123 ()d d R R h h F Q t R R +??+=? (2)两边拉氏变换有: 23 123 ()()()R R FsH s H s Q s R R ++ =

故传函为: 23232 3123 ()()()11R R R R H s K G s R R Q s Ts F s R R +=== +++ K=2323 R R R R +, T=23 23R 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。因为其直观易控制,是加热系统的控制目标。 操作变量:蒸汽流量。因为其容易通过控制阀开闭进行调整,变化范围较大且对被 控变量有主要影响。 (3)由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态,所以控制阀选择气关式。控制 器选择正作用。 2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统,要求锅炉不能烧干。试画出该系统的框图,判断控制阀的气开、气关型式,确定控制器的正、反作用,并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时,该控制系统是如何克服干扰的? 解:系统框图如下:

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 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。 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。 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。 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

(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

《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-=

过程控制系统与仪表习题答案

第3章 习题与思考题 3-1 什么是控制器的控制规律控制器有哪些基本控制规律 解答: 1)控制规律:是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2)基本控制规律:位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。 3-2 双位控制规律是怎样的有何优缺点 解答: 1)双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负,控制器的输出为最大或最小。 2)缺点:在位式控制模式下,被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡,无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值,相应的控制阀也只有两个极限位置,总是过量调节所致。 3)优点:偏差在中间区内时,控制机构不动作,可以降低控制机构开关的频繁程度,延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差 解答: 产生余差的原因:比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系: 为了克服扰动的影响,控制器必须要有控制作用,即其输出要有变化量,而对于比例控制来讲,只有在偏差不为零时,控制器的输出变化量才不为零,这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差 解答: 1)积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分:? =edt T y 11 2)当有偏差存在时,输出信号将随时间增大(或减小)。当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间试述积分时间对控制过程的影响。 解答:

1)?=edt T y 1 1 积分时间是控制器消除偏差的调整时间,只要有偏差存在,输出信号将随时间增大(或减小)。只有当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上。 2) 在实际的控制器中,常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱,在数值上,T i =1/K i 。显然,T i 越小,K i 就越大,积分作用就越强,反之亦然。 3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4~20mA ,若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ,某时刻,输入阶跃增加,试问经过5min 后,输出将由5mA 变化为多少 解答: 由比例积分公式:??? ? ??+=?edt T e P y 111分析: 依题意:%1001==p K p ,即K p =1, T I = 2 min , e =+; 稳态时:y 0=5mA , 5min 后:mA edt T e P y y )7.05()52.02 12.0(151110±=??±±?+=???? ??++ =? 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响调整比例度时要注意什么问题 解答:P74 1)控制器的比例度P 越小,它的放大倍数p K 就越大,它将偏差放大的能力越强,控制力也越强,反之亦然,比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现。 2)比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数,还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的,超出这个量程的比例输出是不可能的。 所以,偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程(16mA ),避免控制器处于饱和状态。 3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么为什么常用实际为分控制规律 解答:

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 P15 2-1. (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。 LT LC 1 Q 2 Q 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=17min

最新过程控制练习题(带答案)

练习题 一、填空题1.定比值控制系统包括:(开环比值控制系统)、(单闭环比值控制系统)和(双闭环比值控制系统)。 2.控制阀的开闭形式有(气开)和(气关)。3.对于对象容量滞后大和干扰较多时,可引入辅助变量构成(串级)控制系统,使等效对 象时间常数(减少),提高串级控制系统的工作频率。 4.测量滞后包括测量环节的(容量滞后)和信号测量过程的(纯滞后)。5.锅炉汽包水位常用控制方案为:(单冲量水位控制系统)、(双冲量控制系统)、(三冲量控制系统)。 6.泵可分为(容积式)和(离心式)两类,其控制方案主要有:(出口直接节流)、(调节泵的转速)、(调节旁路流量)。 7.精馏塔的控制目标是,在保证产品质量合格的前提下,使塔的总收益最大或总成本最小。具体对一个精馏塔来说,需从四个方面考虑,设置必要的控制系统,分别是:物料平衡控制、(能量平衡控制)、(约束条件控制)和(质量控制)。 1.前馈控制系统的主要结构形式包括:单纯的前馈控制系统、(前馈反馈控制系统)和(多变量前馈控制系统)。 2.反馈控制系统是具有被控变量负反馈的闭环回路,它是按着(偏差)进行控制的;前馈控制系统是按(扰动)进行的开环控制系统。 3.选择性控制系统的类型包括:(开关型)、(连续型)和(混合型)。 4.常用控制阀的特性为(线性)、(快开)、(对数)、和(抛物线)特性。 5.阀位控制系统就是在综合考虑操纵变量的(快速性)、(经济性)、(合理性)、和(有效性)基础上发展起来的一种控制系统。 6.压缩机的控制方案主要有:(调速)、(旁路)和节流。 7.化学反应器在石油、化工生产中占有很重要的地位,对它的控制一般有四个方面,分别是:物料平衡控制、(能量平衡控制)、(质量控制)和(约束条件控制)。 二、简答题1.说明生产过程中软保护措施与硬保护措施的区别。 答:所谓生产的软保护措施,就是当生产短期内处于不正常情况时,无须像硬保护措施那样硬性使设备停车,而是通过一个特定设计的自动选择性控制系统,以适当改变控制方式来达到自动保护生产的目的。这样就可以减少由于停车而带来的巨大经济损失。而硬保护措施将使得生产设备停车。 2.前馈控制主要应用在什么场合?答:前馈控制主要用于下列场合: (1)干扰幅值大而频繁,对被控变量影响剧烈,单纯反馈控制达不到要求时;(2)主要干扰是可测不可控的变量; (3)对象的控制通道滞后大,反馈控制不及时,控制质量差时,可采用前馈一反馈控制系统,以提高控制质量。 3.怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律? 答:串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量,对主变量要求较高,一般不允许有余差,所以主控制器一般选择比例积分控制规律,当对象滞后较大时,也可引入适当的微分作用。 串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中,副变量是不断跟随主控制器的输出变化而变化的,所以副控制器一般采用比例控制规律就行了,必要时引入适当的积分作用,而微分作用一般是不需要的。

过程控制-李文涛-课后习题答案

不知道谁弄的 和我们要求的课后作业相似度很大,值得参考,另外答案准确度应该还行。 T1.6 (1)最大偏差A —被控变量偏离给定值的最大数值 (给定值为800) A=843-800=43 C 超调量B —第一个波峰值与新稳定值之差 B=843-808=35C 衰减比B1:B2 — 相邻两个波峰值之比 ( 843-808)/(815-808)=5 余差值 被控变量的新稳定值与给定值之偏差C=808-800=8C 振荡周期 过渡过程同向两个波峰间间隔时间为周期T=20-5=15min 工艺规定的操作温度为800±9) C ,表示给定值为800C ,余差为9C ,由(1)得出的最大偏差A=43C <50C ,余差C=8C <9C ,所以该系统满足要求。 T2.8 (1 ) (2)由图可知: ,22030250,30s T s 10%)10*196/()0196(/)]0()([ x y y k (阶跃扰动为稳态值的10%,即k=10) (P36)计算法:阶跃响应表达式)(/)()(0 y t y t y )(0)(10)2()( t t e t T t y (1.1)

选取t1=140s,t2=250s 对应)2(),1(0 0t t h h ,其中t2>t1> 由式(1.1)可得e h T t t ) 21(01)1( ,e h T t t )22(01)2( 取自然对数并联立求解,得)] 2(1ln[)]1(1ln[1200t t t t T h h ; (1.2) )] 2(1ln[)]1(1ln[)] 2(1ln[1)]1(1ln[20000t t t t t t h h h h (1.3) 为计算方便,选取632.0)2(,39.0)1(00 t t h h 代入式(1.2)和(1.3)则 T=2(t2-t1)=s 220)140250(2 ; s t t 302501402212 ; 10%)10*196/()0196(/)]0()([ x y y k 。 T3.9 (1)影响物料出口温度的主要因素有:蒸汽压力、流量,冷物料温度、压力、流量。 (2)被控参数选热物料的出口温度,因为它直接决定着产品的质量;调节参数选蒸汽流量,因为它可以控制。 (3)从工艺安全和经济性的角度考虑,应该保证在系统发生故障时,调节阀处于闭合状态,避免因换热器温度过高而发生损坏和不必要的浪费。所以选择气开式。 (4) 被控参数为热物料的出口温度,因此调节规律选择PID 。温度变送器Km 为"+";调节阀为气开,即Kv 为"+";对于被控对象,当阀门开度增大时,热物料的出口温度升高,即K0为"+"。由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+",所以调节器的Kp 为"+",即为反作用。 (5) T3.10 大修后变送器的量程由500℃变为300-200=100℃,变送器的放大倍数将发生变化,从而导致广义对象特性放大倍数发生变化: 032.005004200 K ,00516.0200 300420'K K 系统的过渡过程将会发生变化,系统可能不稳定,此时,应该减小PID 调节器的比例放大系数,使p p K K 51' ,以

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

过程控制习题与答案

第1章绪论思考题与习题 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:控制器,被控对象,执行机构,检测变送装置。 1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动(干扰)量、设定(给定)值和偏差的含义? 解答: 被控对象自动控制系统中,工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。 被控变量被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。 操纵变量受控制器操纵的,用以克服扰动的影响,使被控变量保持设定值的物料量或能量。扰动量除操纵变量外,作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。 设定值被控变量的预定值。 偏差被控变量的设定值与实际值之差。 1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪几类? 解答: 按照设定值的不同形式又可分为: 1.定值控制系统定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统.定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响,使被控变量最终回到设定值或其附近.以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言. 2.随动控制系统随动控制系统的设定值是不断变化的.随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地,准确无误地跟踪设定值的变化而变化 3.程序控制系统程序控制系统的设定值也是变化的,但它是一个已知的时间函数,即设定值按一定的时间程序变化。 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?为什么说研究控制系统的动态比其静态更有意义? 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。 在自动化工作中,了解、研究控制系统动态比其静态更为重要。因为在生产过程中,干扰是客观存在的,是不可避免的。在扰动引起系统变动后,就需要通过控制装置不断地施加控制作用去消除干扰作用的影响,使被控变量保持在工艺生产所规定的技术指标上,以满足过程控制的要求。一个正常工作的自动控制系统,时时刻刻都受到扰动的频繁作用,总是处在一种频

过程控制练习题带答案

练习题 一、填空题 1.定比值控制系统包括:(开环比值控制系统)、(单闭环比值控制系统)和(双闭环比值控制系统)。 2.控制阀的开闭形式有(气开)和(气关)。 3.对于对象容量滞后大和干扰较多时,可引入辅助变量构成(串级)控制系统,使等效对象时间常数(减少),提高串级控制系统的工作频率。 4.测量滞后包括测量环节的(容量滞后)和信号测量过程的(纯滞后)。 5.锅炉汽包水位常用控制方案为:(单冲量水位控制系统)、(双冲量控制系统)、(三冲量控制系统)。 6.泵可分为(容积式)和(离心式)两类,其控制方案主要有:(出口直接节流)、(调节泵的转速)、(调节旁路流量)。 7.精馏塔的控制目标是,在保证产品质量合格的前提下,使塔的总收益最大或总成本最小。具体对一个精馏塔来说,需从四个方面考虑,设置必要的控制系统,分别是:物料平衡控制、(能量平衡控制)、(约束条件控制)和(质量控制)。 1. 前馈控制系统的主要结构形式包括:单纯的前馈控制系统、(前馈反馈控制系统)和(多变量前馈控制系统)。 2. 反馈控制系统是具有被控变量负反馈的闭环回路,它是按着(偏差)进行控制的;前馈控制系统是按(扰动)进行的开环控制系统。 3. 选择性控制系统的类型包括:(开关型)、(连续型)和(混合型)。 4. 常用控制阀的特性为(线性)、(快开)、(对数)、和(抛物线)特性。 5. 阀位控制系统就是在综合考虑操纵变量的(快速性)、(经济性)、(合理性)、和(有效性)基础上发展起来的一种控制系统。 6. 压缩机的控制方案主要有:(调速)、(旁路)和节流。 7. 化学反应器在石油、化工生产中占有很重要的地位,对它的控制一般有四个方面, 分别是:物料平衡控制、(能量平衡控制)、(质量控制)和(约束条件控制)。 二、简答题 1.说明生产过程中软保护措施与硬保护措施的区别。 答:所谓生产的软保护措施,就是当生产短期内处于不正常情况时,无须像硬保护措施那样硬性使设备停车,而是通过一个特定设计的自动选择性控制系统,以适当改变控制方式来达到自动保护生产的目的。这样就可以减少由于停车而带来的巨大经济损失。而硬保护措施将使得生产设备停车。 2.前馈控制主要应用在什么场合? 答:前馈控制主要用于下列场合: (1)干扰幅值大而频繁,对被控变量影响剧烈,单纯反馈控制达不到要求时; (2)主要干扰是可测不可控的变量; (3)对象的控制通道滞后大,反馈控制不及时,控制质量差时,可采用前馈一反馈控制系统,以提高控制质量。 3.怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律? 答:串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量,对主变量要求较高,一般不允

过程控制作业题答案

《过程控制系统》思考题 一. 1.什么叫串级控制系统?绘制其结构方框图。 串级控制系统是由两个控制器的串接组成,一个控制器的输出做为另一个控制器的设定值,两个控制器有各自独立的测量输入,有一个控制器的给定由外部设定。 2.与单回路控制系统相比,串级控制系统有哪些主要特点? 多了一个副回路,形成双闭环。特点:主控制器输出改变副控制器的设定值,故副回路构成的是随动系统,设定值是变化的。在串级控制系统中,由于引入了一个副回路,不仅能及早克服进入副回路的扰动,而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用,主调节器具有“细调”的作用,从而使其控制品质得到进一步提高。 3.为什么说串级控制系统由于存在一个副回路而具有较强的抑制扰动的能力? ①副回路的快速作用,对于进入副回路的干扰快速地克服,减小了干扰对主变量的影响; ②引入副回路,改善了副对象的特性(减小副对象的相位滞后),提高

了主回路的响应速度,提高了干扰的抑制能力; ③副回路可以按照主回路的要求对副变量进行精确控制; ④串级系统提高了控制系统的鲁棒性。 4.串级控制系统在副参数的选择和副回路的设计中应遵循哪些主要原则? ①将主要干扰包括在副回路; ②副回路尽量包含多的干扰; ③为保证副回路的快速响应,副对象的滞后不能太长; ④为提高系统的鲁棒性,将具有非线性时变部分包含于副对象中; ⑤需要对流量实现精确的跟踪时,将流量选为副对象。 5.串级控制系统通常可用在哪些场合? * 应用于容量滞后较大的过程 * 应用于纯时延较大的过程 * 应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程 * 应用于参数互相关联的过程 * 应用于非线性过程 6.前馈控制与反馈控制各有什么特点?绘制前馈控制系统结构方框图。 前馈:基于扰动来消除扰动对被控量 的影响; 动作“及时” ;

机械控制工程基础课后答案

1-1机械工程控制论的研究对象与任务是什么? 解机械工程控制论实质上是研究机械一r_程技术中广义系统的动力学问题。具体地讲,机械工程控制论是研究机械工程广义系统在一定的外界条件作用下,从系统的一定初始条件出发,所经历的由内部的固有特性所决定的整个动态历程;研究这一系统及其输入、输出二者之间的动态关系。 机械工程控制论的任务可以分为以下五个方面: (1)当已知系统和输人时,求出系统的输出(响应),即系统分析。 (2)当已知系统和系统的理想输出,设计输入,即最优控制。 (3)当已知输入和理想输出,设计系统,即最优设计。 (4)当系统的输人和输出己知,求系统的结构与参数,即系统辨识。 (5)输出已知,确定系统,以识别输入或输入中的有关信息,即滤波与预测。 1.2 什么是反馈?什么是外反馈和内反馈? 所谓反馈是指将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端,并与输人信号共同作用于系统的过程,称为反馈或信息反馈。 所谓外反馈是指人们利用反馈控制原理在机械系统或过程中加上一个人为的反馈,构成一个自动控制系统。 所谓内反馈是指许多机械系统或过程中存在的相互藕合作用,形成非人为的“内在”反馈,从而构成一个闭环系统。 1.3 反馈控制的概念是什么?为什么要进行反馈控制? 所谓反馈控制就是利用反馈信号对系统进行控制。 在实际中,控制系统可能会受到各种无法预计的干扰。为了提高控制系统的精度,增强系统抗干扰能力,人们必须利用反馈原理对系统进行控制,以实现控制系统的任务。 1.4闭环控制系统的基本工作原理是什么? 闭环控制系统的基本工作原理如下: (1)检测被控制量或输出量的实际值; (2)将实际值与给定值进行比较得出偏差值; (3)用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。 这种基于反馈原理,通过检测偏差再纠正偏差的系统称为闭环控制系统。通常闭环控制系统至少具备测量、比较和执行三个基本功能。 1.5对控制系统的基本要求是什么? 对控制系统的基本要求是稳定性、准确性和快速性。 稳定性是保证控制系统正常工作的首要条件。稳定性就是指系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。 准确性是衡量控制系统性能的重要指标。准确性是指控制系统的控制精度,一般用稳态误差来衡量。 快速性是指当系统的输出量与输入量之间产生偏差时,系统消除这种偏差的快慢程度。

过程控制主要习题参考答案

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。 解:(1)根据动态物料平衡关系,流入量=流出量: B B n ' = B B B '-= ?dt dh )Q Q (Q 321=+-

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