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过程控制课后习题答案..

第1章自动控制系统基本概念

~~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。~~ 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。

~~~~~ 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。

~~~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。

~~~1-11 题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试画出该温度控

制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？并说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。

题1-11图反应器温度控制系统

解该温度控制系统的方块图

题解1-11图反应器温度控制系统方块图

其中，被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；操纵变量：冷却水流量。

可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。

若当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时，其测量值与给定值比较，获得偏差信号，经温度控制器运算处理后，输出控制信号去驱动控制阀，使其开度增大，冷却水流量增大，这样使反应器内的温度降下来。所以该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环控制系统。

1-12 题1-11图所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控变量影响的？

解：当反应器内的温度超过给定值（即升高）时，温度测量元件测出温度值与给定值比较，温度控制器TC将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增大，从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来，这样克服干扰作用对被控变量影响1-13 按给定值形式不同，自动控制系统可分哪几类？

解：按给定值形式不同，自动控制系统可以分为以下三类：

?定值控制系统——给定值恒定的控制系统。

?随动控制系统（自动跟踪系统）——给定值随机变化的系统。

?程序控制系统——给定值按一定时间程序变化的系统。

~~~~~1-19 某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10)℃。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题1-19图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超

调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间（被控温度进入新稳态值的±1%（即900?（±1%）=±9℃）的时间），并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？

题1-19图温度控制系统过渡过程曲线

解最大偏差A=950-900=50（℃）；

超调量B=950-908=42（℃）；

由于B'=918-908=10（℃），所以，衰减比n=B:B'=42:10=4.2；

余差C=908-900=8℃；

振荡周期T=45-9=36(min)；

过渡时间t s=47min。

因为A=50℃<80℃，C=8℃<10℃，所以，该控制系统能满足题中所给的工艺要求。

~~~~~ 1-20 题l-20(a) 图是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么？现因生产需要，要求出口物料温度从80℃提高到81℃，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如题1-20(b) 图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81℃）。

题1-20图蒸汽加热器温度控制

解蒸汽加热器温度控制系统的方块图如下图所示。

题解1-20图蒸汽加热器温度控制系统方块图其中：被控对象是蒸汽加热器；被控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量。可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变化；加热蒸汽的压力、温度的变化；环境温度的变化等。

该系统的过渡过程品质指标：

最大偏差A =81.5-81=0.5（℃）；

由于B =81.5-80.7=0.8（℃），B '=80.9-80.7=0.2（℃），所以，衰减比n =B :B '=0.8:0.2=4；余差C =80.7-81= -0.3（℃）。

2-1什么是对象特性？为什么要研究对象特性？

解对象特性就是的对象的输出-输入关系。

研究对象的特性，就是用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系。当采用自动化装置组成自动控制系统时，首先也必须深入了解对象的特性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制质量的要求，设计合理的控制系统，选择合适的被控变量和操纵变量，选用合适的测量元件及控制器。在控制系统投入运行时，也要根据对象特性选择合适的控制器参数(也称控制器参数的工程整定)，使系统正常地运行。被控对象的特性对自动控制系统的控制质量的影响很大，所以必须对其深入研究。

2-2 何为对象的数学模型？静态数学模型与动态数学模型有什么区别？

解对象特性的数学描述（方程、曲线、表格等）称为对象的数学模型。

稳态数学模型描述的是对象在稳态时的输入量与输出量之间的关系；动态数学模型描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况。稳态与动态是事物特性的两个侧面，可以这样说，动态数学模型是在稳态数学模型基础上的发展，稳态数学模型是对象在达到平衡状态时的动态数学模型的一个特例。

2-8 反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？

解：放大系数K 、时间常数T 和滞后时间τ

放大系数K 在数值上等于对象（重新）处于稳定状态时的输出变化量与（引起输出变化的）输入变化量之比，即

对象的放大系数K 越大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大，或被控变量对这个量的变化就越灵敏，所以，K 实质上是对象的灵敏度。

时间常数T 是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间；或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始变化速度变化，达到新的稳输入量的变化量

输出量的变化量=K

态值的时间。

时间常数越大，被控变量的变化也越慢，达到新的稳态值所需的时间也越大

对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即而迅速地变化的现象称为滞后现象；或输出变量的变化落后于输入变量的变化的现象称为滞后现象。滞后现象用滞后时间τ表示。

对象的滞后时间τ，使对象的被控变量对输入的变化响应滞后，控制不及时。

2-11 已知一个对象特性是具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为5min ，放大系数为10，纯滞后时间为2min ，试写出描述该对象特性的一阶微分方程式。

解该对象特性的一阶微分方程为

)(10)2()2(5t x t y dt

t dy =+++ 2-12 如题2-12图所示的RC 电路中，已知R ＝5k Ω，C ＝2000μF 。试画出e i 突然由0阶跃变化到5V 时的e o 变化曲线，并计算出t ＝T 、t ＝2T 、t ＝3T 时的e o 值。

题2-12图 RC 电路解 RC 电路的微分方程为

i o o e e dt

de T

=+ 当e i =5V 时，微分方程的解为 e o =5(1-e -t/T ) = 5(1-e -t/10) (V)

（该系统的时间常数T=RC =5?103?2000?10-6=10s ）

当t=T 时， e o =5(1-e -T/T )= 5(1-e -1)=3.16V ；

当t=2T 时，e o =5(1-e -2T/T )= 5(1-e -2)=4.32V ；

当t=3T 时，e o =5(1-e -3T/T )= 5(1-e -3)=4.75V 。

题解2-12图 RC 电路的阶跃响应曲线

~~~~2-13 已知一个简单水槽，其截面积为0.5m 2，水槽中的液体由正位移泵抽出，即流出流量是恒定的。如果在稳定的情况下，输入流量突然在原来的基础上增加了0.1m 3/h ，试画出水槽液位?h 的变化曲线。

解这是一个积分对象，则

??====?t t dt A Q dt Q A h 2.05

.01.0111(m)

题解2-13图水槽液位?h 的变化曲线

~~~~~2-14 为了测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间（假定为t 0=0）突然将燃料气流量从2.5t/h 增加到3.0t/h ，重油出口温度记录仪得到的阶跃反应曲线如题2-14图所示。假定该对象为一阶对象，试写出描述该重油预热炉特性的微分方程式（分别以温度变化量与燃料量变化量为输出量与输入量），并解出燃料量变化量为单位阶跃变化量时温度变化量的函数表达式。

题2-14图重油预热炉的

解

（输入）燃料变化量

??≥=<=0min),/(6/50)/(5.0;0,0)(t kg h t t t x 由题图知,该系统属于一阶系统，输出量(温度)的变化量y(t)相对于输入(燃料)变化量x(t)的关系(方程)为

)()()(t Kx t y dt

t dy T =+ 当x (t)=A =50/6(kg/min)=const.时，方程的解为

y(t)=KA(1-e -t/T )℃

由题图知，y(∞)=KA =150-120=30℃,则

K =30/A =30/(50/6)=3.6(℃/(kg/min))

首先不考虑延迟，y(t)的变化从t 0=2min 开始，到t 1=8min 时，实际变化时间t=6min ，由题图知

y(t)=y(6)=30(1-e -6/T )=145-120=25（℃）

由此解出 T=3.35(min)

所以

y(t)=30(1-e -t/3.35)℃

若考虑滞后时间 τ=2min ，则

()???≥-=-<=--min 2),1(30)(min;2,035.3/)2(t e

t y t t y t ττ 微分方程为

)(6.3)2()2(35.3t x t y dt

t dy =+++ττ 系统的特性参数是系统的固有特性，不会随输入信号的变化而变化，因此，前面求解过程中所确定的K 和T 的值是不变的。所以，当燃料变化量x (t)=A =1时，温度变化量的函数表达式为

y τ(t)=y(t -τ)=3.6(1-e -(t -2)/3.35)℃

3-1 什么叫测量过程？

解测量过程就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程

3-5 某一标尺为0~1000℃的温度仪表出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分别为：

(1)求出该温度仪表的最大绝对误差值；

(2)确定该温度仪表的精度等级；

(3)如果工艺上允许的最大绝对误差为±8C ，问该温度仪表是否符合要求？

由以上数据处理表知，最大绝对误差：+6℃；

(2)仪表误差：%6.0%1001000

6max ±=?±=δ，仪表的精度等级应定为1.0级；

(3)仪表的基本误差：?m =1000?(±1.0%)=±10℃, 该温度仪表不符合工艺上的误差要求。

(1)求出该压力表的变差；

(2)问该压力表是否符合1．0级精度？

解（1）校验数据处理：

由以上数据处理表知，该压力表的变差：1.2%；

（2）仪表误差：%5.0%10010

005.0max ±=?±=δ；但是，由于仪表变差为1.2%>1.0%，所以该压力表不符合1.0级精度。

3-7．什么叫压力？表压力、绝对压力、负压力(真空度)之间有何关系？

解（1）工程上的压力是物理上的压强，即P=F/S （压强）。

（2）绝对压力是指物体所受的实际压力；

表压力=绝对压力-大气压力；

负压力（真空度）=大气压力-绝对压力

3-10．作为感受压力的弹性元件有哪几种？

解弹簧管式弹性元件、薄膜式弹性元件（有分膜片式和膜盒式两种）、波纹管式弹性元件。

3-11．弹簧管压力计的测压原理是什么？试述弹簧管压力计的主要组成及测压过程。解：（1）弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生变形，使其自由端产生相应的位移，只要测出了弹簧管自由端的位移大小，就能反映被测压力p 的大小。

（2）弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管（测量元件），放大机构，游丝，指针，表盘。

（3）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力时，压力使弹簧管产生很小的位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从而带动指针在表盘上指示出当前的压力值。

~~~3-14 电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点？

解见教材第3章3.2.5节。当差动电容传感器的中间弹性膜片两边压力不等时，膜片变形，膜片两边电容器的电容量变化（不等），利用变压器电桥将电容量的变化转换为电桥输出电压的变化，从而反映膜片两边压力的差异（即压差）。

其特点：输出信号与压差成正比；应用范围广，可用于表压、差压、流量、液位等的测量。

~~~·试简述智能型变送器的组成及特点？

答：智能型变送器的特点是：(1)可进行远程通信，利用手持通信器，可对现场变送器进行各种运行参数的选择与标定；(2)精确度高，使用与维护方便；(3)通过编制各种程序，使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能，因而提高了变送器的精确度，简化了调整、校准与维护过程；(4)促使变送器与计算机、控制系统直接对话，(5)长期稳定工作能力强，每五年才需校验一次。

3-15 某压力表的测量范围为0～1MPa ，精度等级为1.0级，试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为0.5MPa 时，标准压力计上读数为0.508MPa ，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？

解压力表允许的最大绝对误差为

?max =1.0MPa ?1.0%=0.01MPa

在校验点0.5MPa 处，绝对误差为

?=0.5-0.508=-0.008(MPa)

该校验点的测量误差为

%57.1%100508

.0008.0-=?-=δ 故该校验点不符合1.0级精度。

3-16．为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？

解（1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。

（2）由于仪表的基本误差?m 由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。

3-17 如果某反应器最大压力为0.8MPa ，允许最大绝对误差为0.01MPa 。现用一台测量范围为0~1.6MPa ，精度为l.0级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0~1.0MPa ，精度为1.0级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。

解用0~1.6MPa 、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差

?1max =1.6MPa ?1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允许值)

该表不符合工艺上的误差要求。

用0~1.0MPa 、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差

?2max =1.0MPa ?1.0%=0.01MPa>0.01MPa(允许值)

该表符合工艺上的误差要求。

3-18 某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.1~1.6MPa ，工艺要求就地观察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的±5％，试选择一台合适的压力计(类型、

测量范围、精度等级)，并说明其理由。

解空压机缓冲器内压力为稳态压力，其工作压力下限p min =1.1MPa ，工作压力上限p max =1.6MPa 。设所选压力表量程为p ，则根据最大、最小工作压力与选用压力表量程关系，有

)(13.26.1343443max max MPa p p p p =?=≥?≤ )(3.31.13331min min MPa p p p p =?=≤?≥

根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150型、测量范围为0~2.5MPa 的电接点压力表。

根据测量误差要求，测量的最大误差为

?max ≤1.1?5%=0.055(MPa)

则所选压力表的最大引用误差应满足

%2.2%1000

5.2055.0max =?-≤δ 要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。

3-19 某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa ，要求误差不超过0.4MPa ，试选用一台就地指示的压力表(给出型号、测量范围、精度等级)。

解合成塔控制压力14MPa 为高压，设所选压力表的量程为p ，则

)(3.23143

5MPa p ≈?≥ 根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150型、测量范围为0~25MPa 的电接点压力表。

根据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满足

%6.1%10025

4.0max =?≤δ 要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。

3-20 现有一台测量范围为0~1.6MPa ，精度为1.5级的普通弹簧管压力表，校验后，

试问这台表合格否？它能否用于某空气贮罐的压力测量（该贮罐工作压力为0.8~1.0MPa ，测量的绝对误差不允许大于0.05MPa ）？

解压力表的校验

表3-1 压力表的校验数据及其数据处理结果

仪表的最大引用误差（从绝对误差和升降变差中选取绝对值最大者做为?m ，求仪表的最大引用误差）

%25.1%1006

.1020.0%100max ±=?±=??±

=?S F m P δ 所以，这台仪表1.5级的精度等级合格。

空气贮罐的压力属稳态压力，且p max =1.0MPa <1.6?2/3MPa ；p min =0.8MPa >1.6?1/3MPa ；最大误差?max =1.6?1.5%=0.024MPa <0.05MPa 。所以这台仪表能用于该空气贮罐的压力测量。

3-24．什么叫节流现象？流体经节流装置时为什么会产生静压差？

解：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁，流体的静压力产生差异的现象，称为节流现象。

流体经节流装置时，由于节流装置前后流体截面的该变，造成流体流速的改变，从而产生节流装置前后的压力差。

3-28 为什么说转子流量计是定压式流量计？

解：转子流量计测量流体流量时，转子前后流体压力的压差?p 为一常数，即

()A

g V p p p f t ρρ-=-=?21=const.（恒量） 3-32 用转子流量计来测气压为0.65MPa 、温度为40℃的CO 2气体的流量时，若已知流量计读数为50L/s ，求CO 2的真实流量（已知CO 2在标准状态时的密度为1.977kg ／m 3）。

解由题知：p 0=0.101325MPa ，p 1=0.65+0.101325=0.751325(MPa)；T 0=293K ，

T 1=273+40=313（K ）；ρ0=1.293kg/Nm 3；ρ1=1.977kg/Nm 3，Q 0=50L/s 。则 )/(10550313

101325.0977.1293751325.0293.101010101s L Q T p T p Q =?????=?????=ρρ 3-33 用水刻度的转子流量计，测量范围为0～10L/min ，转子用密度为7920kg ／m 3的不锈钢制成，若用来测量密度为0.831kg ／L 苯的流量，问测量范围为多少？若这时转子材料改为由密度为2750kg ／m 3的铝制成，问这时用来测量水的流量及苯的流量，其测量范围各为多少？

解由题知ρt =7920kg ／m 3，ρf =0.831kg ／L=831kg ／m 3，ρW =1000／m 3，Q 0=10 L/min 测苯的流量的修正系数为

()()9.01000

)8317920(831)10007920(≈?-?-=--=w f t f w t Q K ρρρρρρ Q r =Q 0/K Q =10/0.9≈11.1(L/min)

所以，苯的流量测量范围为0～11.1L/min 。

当转子材料改为铝时，ρr =2750kg ／m 3，此时测水的流量的修正系数为

()()21000

2750)10007920(≈--=--=w r w t rQ K ρρρρ Q r0=Q 0/K rQ =10/2=5(L/min)

所以，此时测水的流量的测量范围为0～5L/min

测苯的流量的修正系数为 ()()87.01000

)8312750(831)10002750(=?-?-=--=w f r f w r fQ K ρρρρρρ Q r f =Q r0/K f Q =5/0.87=5.75（L/min ）

所以，此时测苯的流量的测量范围为0～5.75L/min 。

3-36 涡轮流量计的工作原理及特点是什么？

解：（1）涡轮流量计的工作原理：流体在管道中流动时使叶轮旋转，转速与流体的流速成线性关系，磁电感应转换器将叶轮的转速转换成相应的电脉冲信号，反映流体流速的大小。流速与管道截面的乘积就是流体的流量。

（2）涡轮流量计的特点：安装方便、测量精度高、可耐高压、反应快、便于远传、不受干扰、容易磨损等特点。

3-37 电磁流量计的工作原理是什么？它对被测介质有什么要求？

解电磁流量计的工作原理是基于管道中的导电流体在磁场中流动时切割磁力线而产生感应电动势的电磁感应原理，流体的流速越大，感应电动势也越大，感应电动势与流量成正比。电磁流量计只能用来测量导电液体的流量。

3-46 什么是液位测量时的零点迁移问题？怎样进行迁移？其实质是什么？

解（1）当被测容器的液位H=0时，差压液位计所感受的压差?p ≠0的现象，称为液位测量时的零点迁移，

3-48 测量高温液体(指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况)时，经常在负压管上装有冷凝罐(见题3-19图)，问这时用差压变送器来测量液位时，要不要迁移？如要迁移，迁移量应如何考虑？

题3-19图高温液体的液位测量

解：差压液位计正压室压力

p 1=ρgh 1+ ρgH +p 0

负压室压力

p2=ρgh2+ p0

正、负压室的压差

?p=p1-p2= ρgH-(h2-h1) ρg

H=0时，?p= -(h2-h1) ρg。

这种液位测量时，具有“负迁移”现象，为了使H=0时，?p=0，该差压变送器测液位时需要零点迁移，迁移量为(h2-h1) ρg

3-54 什么是热电偶的热电特性？热电偶的热电势由哪两部分组成？

解：（1）将两种不同的导体（金属或合金）A和B组成一个闭合回路（称为热电偶），若两接触点温度(T、T0)不同，则回路中有一定大小电流，表明回路中有电势产生，该现象称为热电动势效应或塞贝克（Seebeck）效应。回路中的电势称为热动势，用E AB(T，T0)或E AB(t，t0).

（2）热电偶的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。

3-22．常用的热电偶有哪几种？所配用的补偿导线是什么？为什么要使用补偿导线？并说明使用补偿导线时要注意哪几点？

解：（1）常用的热电偶有如下几种：

（2）所配用的补偿导线如下：

（3）用廉价的补偿导线代替热电偶使冷端远离热端不受其温度场变化的影响并与测量电路相连接。使用补偿导线时要注意：在一定的温度范围内，补偿导线与配对的热电偶具有相同或相近的热电特性；保持延伸电极与热电偶两个接点温度相等。

3-56 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？

解：（1）热电偶的热电势只有当T0（或t0）恒定是才是被测温度T（或t）的单值函数。热电偶标准分度表是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。若T0≠0℃，则应进行冷端补偿和处理。

（2）冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度

自动补偿法等。

3-57试述热电偶温度计、热电阻温度计各包括哪些元件和仪表？输入、输出信号各是什么？

解：热电偶温度计由热电偶（感温元件）、显示仪表和连接导线组成；输入信号是温度，输出信号是热电势。

热电阻温度计由热电阻（感温元件）、显示仪表和连接导线组成；输入信号是温度，输出信号是电阻。

3-58 用K型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mV，冷端（室温）为25C，求设备的温度？如果改用E型热电偶来测温，在相同的条件下，E热电偶测得的热电势为多少？

解用K型热电偶测温时，设设备的温度为t，则E(t，25)=20mV，查K型热电偶分度表，E(25，0)=1.000mV。根据中间温度定律，

E(t，0)= E(t，25)+ E(25，0)=20+1.0=21.000 mV

反查K型热电偶分度表，得t=508.4℃

若改用E型热电偶来测次设备温度，同样，根据中间温度定律，测得热电势为

E E(508.4，25)= E K(508.4，0)-E K(25，0)=37678.6-1496.5=36182.1μV≈36.18mV。

3-59 现用一支镍铬-铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为30℃，显示仪表的机械零位在0℃时，这时指示值为400℃，则认为换热器内的温度为430℃对不对？为什么？正确值为多少度？

解认为换热器内的温度为430℃不对。

设换热器内的温度为t，实测热电势为E(t，30)，根据显示仪表指示值为400℃，则有E(t，30)= E(400，0)，由中间温度定律并查镍铬-铜镍（E型）热电偶分度表，有E(t，0)= E(t，30)+ E(30，0)= E(400，0)+ E(30，0)=28943+1801=30744μV

反查镍铬-铜镍热电偶分度表，得换热器内的温度t=422.5℃

3-60．试述热电阻测温原理？常用测温热电阻有哪几种？热电阻的分度号主要有几种？相应的R0各为多少？

解：（1）热电阻测温原理：电阻－温度效应，即大多数金属导体的电阻值随温度而变化的现象。

（2）常用测温热电阻有：铂热电阻和铜热电阻。

（3）铂热电阻的分度号主要有：

? Pt100，（R0=100Ω）；

? Pt50，（R0=50Ω）；

? Pt1000，（R0=1000Ω）；等

铜热电阻的分度号主要有：

? Cu100，（R0=100Ω）；

? Cu50，（R0=50Ω）；等

3-62 用分度号为Ptl00铂电阻测温，在计算时错用了Cul00的分度表，查得的温度为140℃，问实际温度为多少？

解查Cul00的分度表，140℃对应电阻为159.96Ω，而该电阻值实际为Ptl00铂电阻测温时的电阻值，反查Ptl00的分度表，得实际温度为157℃

3-63 用分度号为Cu50、百度电阻比W (100)=R 100/R 0=1.42的铜热电阻测某一反应器内温度，当被测温度为50℃时，该热电阻的阻值R 50为多少？若测某一环境温度时热电阻的阻值为92Ω，该环境温度为多少？

解分度号为Cu50、百度电阻比W (100)=1.42的铜热电阻，其R 0=50Ω，R 100=50?1.42=71Ω。则该铜热电阻测温的灵敏度k 为

21.00

1005071=--=k (Ω/℃) 被测温度为50℃时，电阻值R 50=50Ω+0.21Ω/℃?50℃=60.5Ω。

当测某一环境温度时，若热电阻的阻值R t =92Ω，则对应的环境温度为

t =(92-50)/0.21=200℃。

第4章显示仪表

4-10 对于标尺始端为0℃的电子电位差计，当热电偶的热端为0℃，冷端为25℃时，问这时应指示多少度？输入信号为多少？若热端为0℃，冷端也为0℃时，这时应指示多少度？输入信号为多少？

解当热电偶的热端为0℃，冷端为25℃时，应指示0℃；

输入信号为E (0，25)= -E (25，0)。

若热端为0℃，冷端也为0℃时，这时应指示0℃；输入信号为E (0，0)=0。

4-12 如题4-12图所示热电偶测温系统，热电偶的型号为K ，请回答：

(1)这是工业上用的哪种温度计？

(2)显示仪表应采用哪种仪表？该仪表的输入信号是多少？应指示多少温度？

题4-12图热电偶测温系统图

解（1）这是工业上用的热电偶温度计。

（2）显示仪表应采用XCZ-101型动圈式显示仪表或电子电位差计显示仪表；仪表的输入信号是K 型热电偶的热电势E(600，25)，

E (600，25)= E (600，0) - E (25，0)=24902 -1000=23902（μV ）；

指示温度应为600℃（显示仪表内具有冷端温度自动补偿，能直接显示被测温度）。 4-13 测温系统如题4-13图所示。请说出这是工业上用的哪种温度计？已知热电偶为K ，但错用与E 配套的显示仪表，当仪表指示为160℃时，请计算实际温度t x 为多少度？（室温为25℃）

题4-13图测温系统图

解这是工业上用的热电偶温度计。

当与E 型热电偶配套的显示仪表指示为160℃、室温为25℃时，显示仪表的输入信号应为E 型热电偶在热端为160℃、冷端为25℃时的热电势E E (160，25)。而显示仪表外实际配用的是K 型热电偶，其输入的热电势E E (160，25)，实际应为K 型热电偶在热端为t x ℃、冷端为25℃时的热电势E K (t x ，25)，即E K (t x ，25)= E E (160，25)。

E E (160，25)= E E (160，0) - E E (25，0)

查E 型热电偶分度表E E (160，0) = 10501μV ，E E (25，0)=1496.5μV ，则

E E (160，25)=10501-1496.5=9004.5μV

E K (t x ，0) =E K (t x ，25)+ E K (25，0)

=9004.5+1000(查K 型热电偶分度表)

=10004.5（μV ）

反查K 型热电偶分度表，得t x =246.4℃

4-14 试述电子自动平衡电桥的工作原理？当热电阻短路、断路或电源停电时，指针应指在什么地方？为什么？

解电子自动平衡电桥的原理电路如下图所示。

题解4-14图电子平衡电桥测温原理图

当被测温度为测量下限时，R t 有最小值及R t0，滑动触点应在R P 的左端，此时电桥的平衡条件是

R 3（R t0+R P ）=R 2R 4 （1）

当被测温度升高后，热电阻阻值增加?R t ，滑动触点应右移动才能使电桥平衡，此时电桥的平衡条件是

R 3（R t0+?R t +R P -r 1）=R 2(R 4+ r 1) （2）

用式（1）减式（2），则得

?R t R 3- r 1R 3= R 2r 1

即

t R R R R r ?+=3

231 （3）从上式可以看出：滑动触点B 的位置就可以反映热电阻阻值的变化，亦即反映了被测温度的变化。并且可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系。

当热电阻短路时，R t =0，为了使电桥平衡，指针应尽可能地向左滑动，直至始端；当热电阻断路时，R t =∞，为了使电桥平衡，指针应尽可能地向右滑动，直至终终端；当电源

停电时，指针指在任何位置，电桥输出都为0，（电桥“平衡”）。

4-19 有一分度号为Cul00的热电阻，接在配分度号为Ptl00的自动平衡电桥上，指针读数为143℃，问所测实际温度是多少?

解温度为143℃时，分度号为Ptl00的热电阻阻值（查Ptl00分度表）为154.70Ω。而自动平衡电桥上实际接的是分度号为Cul00的热电阻，利用154.70Ω查Cul00分度表，得所测实际温度为128℃。

4-20有一配K 分度号热电偶的电子电位差计，在测温过程中错配了E 分度号的热电偶，此时仪表指示196℃，问所测的实际温度是多少?此时仪表外壳为28℃。

解电子电位差计指示196℃，输入信号为

E K (196，28)= E (196，0)- E (28，0)=7.977-1.122=6.855(mV)，

而该热电势实际是由E 型热电偶提供的。设所测的实际温度为t ，则有

E E (t ，0)= E E (t ，28)- E E (28，0)= E K (196，28)+ E E (28，0)=6.855+1.679=8.534(mV) 查E 型热电偶分度表，得所测的实际温度为t =132.2℃

第5章自动控制仪表

~~~5-1 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？

解控制器的控制规律是指控制器的输出信号p 与输入信号e 之间的关系，即

)()(x z f e f p -==

控制器的基本控制规律有：位式控制（其中以双位控制比较常用）；比例控制(P)；积分控制(I)；微分控制(D)。

~~~~5-4 何为比例控制器的比例度？一台DDZ —Ⅱ型液位比例控制器，其液位的测量范围为0~1.2m ，若指示值从0.4m 增大到0.6m ，比例控制器的输出相应从5mA 增大到7mA ，试求控制器的比例度及放大系数。

解比例控制器的比例度就是指控制器的输入变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，用式子表示为：

%100min max min max ????

? ??--=p p p x x e δ 式中 e ——输入变化量；

p ——相应的输出变化量；

min max x x -——输入的最大变化量，即仪表的量程；

min max p p -——输出的最大变化量，即控制器输出的工作范围。

根据题给条件，该控制器的比例度为

%3.83%1000

105702.14.06.0=?----=δ 对于单元组合仪表，其放大系数为

K P =1/δ=1/83.3%=120%

~~~~5-5 一台DDZ —Ⅲ型温度比例控制器，测量的全量程为0～1000℃，当指示值变化100℃，控制器比例度为80％，求相应的控制器输出将变化多少？

解 %806.101000100420min max min max ==-?-=--?=p

p x x p p p e δ 控制器的输出变化量 p =1.6/80%=2(mA)

5-9 一台具有比例积分控制规律的DDZ —Ⅱ型控制器，其比例度δ为200％，稳态时输出为5mA 。在某瞬间，输入突然变化了0.5mA ，经过30s 后，输出由5mA 变为6mA ，试问该控制器的积分时间T I 为多少？

解控制器的放大倍数

K P =1/δ=1/200%=0.5

控制器的输入变化量为A=0.5mA ；控制器的输出变化量为?p=6-5=1(mA)，经历时间t=30s 。由

At T K A K p I

P P +

=? 得 )(105

.05.01305.05.0s A K p At K T P P I =?-??=-?= 5-10 某台DDZ —Ⅲ型比例积分控制器，比例度δ为100％，积分时间T I 为2min 。稳态时，输出为5mA 。某瞬间，输入突然增加了0.2mA ，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化到多少？

解控制器的放大倍数

K P =1/δ=1/100%=1

控制器的积分时间T I =2min ，稳态输出p 0=5mA ；控制器的输入变化量为A =0.2mA 。经历时间t=5min 。则输出变化量

)(7.052.02

12.01mA At T K A K p I P P =??+?=+=? 所以，经历时间5min 后，控制器的输出为

p =p 0+?p =5+0.7=5.7(mA)

~~~5-12 试写出比例积分微分（PID ）三作用控制规律的数学表达式。

解 PID 控制器的控制规律的数学表达式为

???? ?

?++=?dt de T edt T 1e K p D 1P 其中，e —输入变化量；p —相应的输出变化量；K P —放大倍数；T I —称为积分时间；T D —微分时间。

5-13 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点。

解比例控制规律的特点是反应快，控制及时；存在余差(有差控制)

积分控制规律的特点是控制动作缓慢，控制不及时；无余差(无差控制)

微分控制规律的特点是控制响应快，故有超前控制之称；但它的输出不能反映偏差的

大小，假如偏差固定，即使数值很大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除偏差，所以不能单独使用这种控制器，它常与比例或比例积分组合构成比例微分或比例积分微分控制器。

5-26 请写出下面对应的ACMY-S80的STL 指令

解（1）LD 00000 （2）LD 00000

OR 00003 LD 00002

LD NOT 00001 OR 00005

OR NOT 00004 LD 00003

AND LD OR NOT 00006

AND 00002 AND LD

OUT -01000 OR LD

AND 00001

OUT 01000

第 6章执行器

~~~6-1 气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？

解气动执行器由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据输入控制信号的大小产生相应的推力F 和直线位移l ，推动控制机构动作，所以它是将控制信号的大小转换为阀杆位移的装置；控制机构是执行器的控制部分，它直接与操纵介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。

~~~~6-4 试分别说明什么叫控制阀的流量特性和理想流量特性？常用的控制阀理想流量特性有哪些？

解控制阀的流量特性是指操纵介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系：

? ??=L l f Q Q max 式中，相对流量Q/Q max 是控制阀某一开度时流量Q 与全开时流量Q max 之比；相对开度l /L 是控制阀某一开度行程l 与全开行程L 之比。

在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。主要有：

?直线流量特性 ??

????-+=L l R R Q Q )1(11max ； ?等百分比（对数）流量特性 ???

??-=1max L l R Q Q ；

?抛物线流量特性 ()()2

1max max ???

? ??=Q Q K L l d Q Q d ； ?快开流量特性 2max )1(11??

????-+=L l R R Q Q 等四种。

~~~~6-7 什么叫控制阀的可调范围？在串、并联管道中可调范围为什么会变化？解控制阀的可调范围（可调比）是其所能控制的最大流量Q max 与最小流量Q min 的比值，即 min

max Q Q R = 在串、并联管道中，由于分压和分流作用，可调范围都会变小。

6-8 已知阀的最大流量Q max ＝50m 3/h ，可调范围R ＝30。

（1）计算其最小流量Q min ，并说明Q min 是否就是阀的泄漏量。

（2）若阀的流量特性为直线流量特性，问在理想情况下阀的相对行程l /L 为0.2及0.8时的流量值Q 。

（3）若阀的流量特性为等百分比流量特性，问在理想情况下阀的相对行程为0.2及0.8时的流量值Q 。

解（1）由m i

n m a x Q Q R =，得)/(67.130503max min h m R Q Q ≈==。Q min 不是阀的泄漏量，而是比泄漏量大的可以控制的最小流量。（2）由直线流量特性??????-+=L l R R Q Q )1(11max ，得??

????-+=L l R R Q Q )1(1max ， ?l /L= 0.2时，[])/(33.112.0)130(1305032.0h m Q =?-+= ?l /L= 0.8时，[])/(33.408.0)130(130

5038.0h m Q =?-+= （3）由等百分比流量特性??? ??-=1max L l R Q Q ，得??? ??-?=1max L l R Q Q ，

?l /L= 0.2时，())/(29.330

50312.02.0h m Q =?=- ?l /L= 0.8时，())/(32.2530

50318.08.0h m Q =?=- 6-9阀的理想流量特性分别为直线流量特性和等百分比流量特性，试求出在理想情况

下，相对行程分别为l /L ＝0.2和0.8时的两种阀的相对放大系数()

相对K L l d Q Q d =??? ??max 。（阀

自动控制原理课后习题答案

1.2根据题1.2图所示的电动机速度控制系统工作原理（1）将a,b 与c,d 用线连接成负反馈系统；（ 2）画出系统框图。 c d + - 发电机解：（1） a 接d,b 接c. （2）系统框图如下 1.3题1.3图所示为液位自动控制系统原理示意图。在任何情况下，希望页面高度c 维持不变，说明系统工作原理并画出系统框图。

解：工作原理：当打开用水开关时，液面下降，浮子下降，从而通过电位器分压，使得电动机两端出现正向电压，电动机正转带动减速器旋转，开大控制阀，使得进水量增加，液面上升。同理，当液面上升时，浮子上升，通过电位器，使得电动机两端出现负向电压，从而带动减速器反向转动控制阀，减小进水量，从而达到稳定液面的目的。系统框图如下： 2.1试求下列函数的拉式变换，设t<0时，x(t)=0: (1) x(t)=2+3t+4t 2 解： X(S)= s 2 +23s +38 s

(2) x(t)=5sin2t-2cos2t 解：X(S)=5 422+S -242+S S =4 2102+-S S (3) x(t)=1-e t T 1- 解：X(S)=S 1- T S 11+ = S 1-1 +ST T = ) 1(1 +ST S (4) x(t)=e t 4.0-cos12t 解：X(S)=2 212 )4.0(4 .0+++S S 2.2试求下列象函数X(S)的拉式反变换x(t)： (1) X(S)= ) 2)(1(++s s s 解：= )(S X )2)(1(++s s s =1 122+-+S S t t e e t x ---=∴22)( (2) X(S)=) 1(1 522 2++-s s s s 解：=)(S X ) 1(1522 2++-s s s s =15 12+-+S S S

统计过程控制(SPC)考试试题(含答案)

统计过程控制（SPC 课程培训测试题部门：___________ 姓名：______________________ 分数：__________________ 一、名词解释： 1变差：过程的单个输出之间不可避免的差别；变差的原因可分为两类：普通原因和特殊原因。 3.1固有变差：仅由普通原因造成的过程变差，由？ = R/d 2来估计。 3.2总变差：由普通原因和特殊原因共同造成的变差，用?S来估计。 2、特殊特性：可能影响安全性或法规的符合性、配合、功能、性能或产品后续生产过程的产品特性或制造过程参数。 3、标准差：过程输出的分布宽度或从过程中统计抽样值（例如：子组均值）的分布宽度的量度，用希腊字母或字母s（用于样本标准差）表示。 4、控制限：控制图上的一条线（或几条线），作为制定一个过程是否稳定的基础。如有超出了控制极限变差存在，则证明过程受特殊因素的影响。控制限是通过过程数据计算出来的，不要与工程的技术规范相混淆。 5、过程能力：一个稳定过程的固有变差（6? : R/d2 ）的总范围。 6、C pk （稳定过程的能力指数）：为一稳定过程【某一天、某一班次、某一批、某一机台其组內的变差（R-bar/d2 or S-bar / C4 ）】下的“能力指数”，计算时须同时考虑过程数的趋势及该趋势接近于规格界限的程度。即：通常定义为CPU 或CPL中的最小值。 7、P pk（性能指数，即初期过程的性能指数）：为试生产阶段一项类似于Cpk的能力指数，某一产品长期监控下的“能力指数”；但本项指数的计算，是以新产品的初期过程性能研究所得的数据为基础。即：通常定义为PPU或PPL中的最小值。 8 PPM（质量水准，即每百万零件不合格数）：指一种根据实际的有缺陷材料来反映过程能力的一种方法。PPM数据常用来优先制定纠正措施。

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

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。

过程控制期末试题及其答案学习资料

过程控制期末试题及其答案

1.控制系统对检测变送的基本要求是___准确___、__迅速__和可靠 2.从理论上讲，干扰通道存在纯滞后不影响系统的控制质量。 3.离心泵的控制方案有直流节流法、改变泵的转速n 改变旁路回流量。效率最差的是改变旁路回流量。 4.随着控制通道的增益K o的增加，控制作用___增强_______，克服干扰能力___最大______,最大偏差_____减小_____系统的余差减小 5.控制器的选择包括结构材质的选择、口径的选择、流量特性的选择和正反作用的选择。 6.防积分饱和的措施有对控制器的输出限幅、限制控制器积分部分的输出和积分切除法。 7.如果对象扰动通道增益K f增加，扰动作用__增强__,系统的余差__增大__,最大偏差_增大___。 8.简单控制系统的组成，各部位的作用是什么？解答：简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。控制器的作用是接受检测装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置

9.气动执行器由__调节__机构和执行机构两部分组成，常用的辅助装置有 __阀门__定位器和手轮机构。 10.调节系统中调节器正反作用的确定依据是保证控制系统成为负反馈。 11.被控变量是指工艺要求以一定的精度保持__恒定 _或随某一参数的变化而变化的参数。 12.反应对象特性的参数有放大倍数、时间常数、和纯滞后时间。 13.自动调节系统常用参数整定方法有哪些？常用的参数整定方法有!经验法*衰减曲线法*临界比例度法*反应曲线法) 动态特性参数法，稳定边界法，衰减曲线法，经验法。 14.检测变送环节对控制系统的影响主要集中在检测元件的滞后和信号传递的滞后问题上。 15.什么是对象数学模型，获取模型的方法有哪些？答：对对象特性的数学描述就叫数学模型。机理建模和实验建模系统辨识与参数估计。解析法）和（实验辨识法）机理建模：由一般到特殊的推理演绎方法，对已知结构、参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，根据对象或生产过程的内部机理，经过合理的分析简化而建立起描述系统各物理量动静态性能的数学模型。实验建模步骤：1确定输入变量与输出变量信号；2测试；3对数据进行回归分析。 16.简述被控量与操纵量的选择原则。. 答：一、(1) 被控量的选择原则: ①必须尽可能选择表征生产过程的质量指标作为被控变量;

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。

自动控制原理课后答案(第五版)

第一章 1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。图1-2 液位自动控制系统解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度不变。工作原理：当电位电刷位于中点（对应 r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度r c ，一旦流入水量或流出水量发生变化时，液面高度就会偏离给定高度 r c 。当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度 r c 。反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度 r c 。系统方块图如图所示：

1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统（１） 222 )()(5)(dt t r d t t r t c ++=；（２）)()(8) (6)(3)(2 233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++；（３） dt t dr t r t c dt t dc t ) (3)()()(+=+；（４）5cos )()(+=t t r t c ω；（５）?∞-++=t d r dt t dr t r t c τ τ)(5)(6)(3)(；（６）)()(2 t r t c =；（７）???? ?≥<=.6),(6,0)(t t r t t c 解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2 ()r t ，所以该系统为非线性系统。（2）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。（3）该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，所以该系统为线性系统，但第一项 () dc t t dt 的系数为t ，是随时间变化的变量，因此该系统为线性时变系统。（4）因为c(t)的表达式中r(t)的系数为非线性函数cos t ω，所以该系统为非线性系统。（5）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。（6）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，表示二次曲线关系，所以该系统为非

(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=

自动控制原理_课后习题及答案

第一章绪论 1-1试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答：1开环系统 (1)优点:结构简单，成本低，工作稳定。用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。 (2)缺点：不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。它是一种按偏差调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。 1-2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？试举例说明之。解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。闭环控制系统常采用负反馈。由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。 1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非线性，定常，时变）？（1）（2）（3）（4）（5）

（6）（7）解答：（1）线性定常（2）非线性定常（3）线性时变（4）线性时变（5）非线性定常（6）非线性定常（7）线性定常 1-4如图1-4是水位自动控制系统的示意图，图中Q1，Q2分别为进水流量和出水流量。控制的目的是保持水位为一定的高度。试说明该系统的工作原理并画出其方框图。题1-4图水位自动控制系统解答： (1) 方框图如下： ⑵工作原理：系统的控制是保持水箱水位高度不变。水箱是被控对象，水箱的水位是被控量，出水流量Q2的大小对应的水位高度是给定量。当水箱水位高于给定水位，通过浮子连杆机构使阀门关小，进入流量减小，水位降低，当水箱水位低于给定水位时，通过浮子连杆机构使流入管道中的阀门开大，进入流量增加，水位升高到给定水位。 1-5图1-5是液位系统的控制任务是保持液位高度不变。水箱是被控对象，水箱液位是被控量，电位器设定电压时（表征液位的希望值Cr）是给定量。

过程控制系统试卷及答案

过程控制系统试卷C卷一、填空题（每空1.5分）（本题33分） 1、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环组成。 2、过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3、压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测。 4、气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。 7、积分作用的优点是可消除稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统稳定性下降。 8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭环比值控制和变比值控制三种。 9、造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。二、名词解释题（每小题5分）（本题15分） 1、过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2、串级控制系统：值采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 3、现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。三、简答题（每小题8分）（本题32分） 1、什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？答：PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为：（1）比例参数KC，作用是加快调节，减小稳态误差。（2）积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度（3）微分参数Kd，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。 2、前馈与反馈的区别有哪些？答：（1）控制依据：反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”，前馈控制是“基于扰动消除扰动对被控量的影响”。

自动控制原理课后习题答案

. 第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答：自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。 < 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。答：自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的精度

过程控制试题库及答案

过程控制期末试题库（适用于沈阳建筑大学自动化专业期末考试）一、填空题（本题共计10分，包括3小题，10个填空，每空1分） 1．一般一个简单控制系统由（检测/变送）装置、（被控对象）、（调节）器和（执行）机构组成。 2．过程控制系统常用的参数整定方法有：（经验法）、（衰减曲线法）、（稳定边界法/临界比例度法）和（响应曲线法）。 3．在PID调节器中，调节器的Kc越大，表示调节作用（越强），Ti值越大，表示积分作用（减弱），Td值越大表示微分作用（增强）。 4．常见的过程计算机控制系统分为下列几种典型形式：（操作指导控制系统）、直接数字控制系统、（监督计算机控制系统）、（集散控制系统）和现场总线控制系统。 5．在闭环控制系统中，根据设定值的不同形式，又可分为定值控制系统，随动控制系统和程序控制系统。 1）定值控制系统特点：设定值是（固定不变）；作用：保证在（扰动）作用下使被控变量始终保持在设定值上。 2）随动控制系统特点：设定值是一个（变化量）；作用：保证在各种条件下系统的输出（及时跟踪设定值变化）。 3）程序控制系统特点：设定值是一个（按一定时间程序变化的时间函数）；作用：保证在各种条件下系统的输出（按规定的程序自动变化）。 6．热电偶温度计的基本组成部分部分是（热电偶）、（测量仪表）、（连接热电偶）和（测量仪表的导线）。 7．串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器的广义对象特性，容许（副）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。 8．定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。二、选择题（本题共计10分，包括5小题，每题2分） 1.由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来（C）:

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。

过程控制试题及标准答案

三:简答题３2分 1.什么是ＰID,它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？答： PＩD是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为: （1)比例参数KC,作用是加快调节，减小稳态误差。（２)积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度（3）微分参数Kｄ，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用,减少超调量,减少调节时间。 2．正反方向判断气开气关,如何选择？Ｐ８４答：所谓起开式,是指当气体的压力信号增大时,阀门开大；气关式则相反,压力增大时，阀门关小。气动调节阀气开气关形式的选择,主要从工艺生产的安全来考虑的。详见例题3-5 气开气关调节阀的选择主要是从生产安全角度和工艺要求考虑的,当信号压力中断时应避免损坏设备和伤害操作人员。如阀门处于开的位置时危害性小，则应选气关式反之选用气开式。 3．控制器正反方向判断 P133 答:所谓作用方向,就是指输入作用后，输出的变化方向。当输入增加时，输出也增加，则成该环节为“正环节”,反之，当输入增加时,输出减少，则称“反作用”。具体步骤（1）,判断被控对象的正／反作用那个方向，主要由工艺机理确定。 (2）确定执行器的正/反作用方向由安全工艺条件决定。（3)确定广义对象的正/反作用方向（4)确定执行器的正／反作用方向 4.串级系统方框图Ｐ17６及特点是什么? 答:特点（1）减小了被控对象的等效时间常数;(2）提高了系统工作频率;(３）对负载变化有一定的自适应能力。５.前馈反馈的区别有哪些? 答:（1）控制依据：反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”，前馈控制是“基于扰动消除扰动对被控量的影响”。（2）控制作用发生时间方面:反馈控制器的动作总是落后于扰动作用的发生,是一种“不及时”的控制；扰动发生后,前馈控制器及时动作。

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