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过程控制与自动化仪表(第2版)课后答案1

第一章绪论

2.（1）

解：

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 q1（流量）来实现液位控制的作用。

系统框图如下：

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 q1 (t )；

被控对象的输入输出为：操作变量 q1 (t )、扰动量 q2 (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.（4）

解：

控制系统框图：

蒸汽流量变化液位设定

实际液位

液位控制器上水调节阀汽包

液位变送器

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

第二章过程参数的检测与变送

1.（1）

答：在过程控制中，过程控制仪表：调节器、电/气转换器、执行器、安全栅等。

调节器选电动的因为电源的问题容易解决，作用距离长，一般情况下不受限制；调节精

度高，还可以实现微机化。执行器多数是气动的，因为执行器直接与控制介质接触，常常在

高温、高压、深冷、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、易爆等恶劣条件下工作，选气动的执行

器就没有电压电流信号，不会产生火花，这样可以保证安全生产和避免严重事故的发生。

气动仪表的输入输出模拟信号统一使用 0.02~0.1MPa 的模拟气压信号。

电动仪表的输入输出模拟信号有直流电流、直流电压、交流电流和交流电压四种。各国

都以直流电流和直流电压作为统一标准信号。过程控制系统的模拟直流电流信号为 4~20mA DC，负载 250 ?；模拟直流电压信号为 1~5V DC。

1.（2）

解：

u =K c 'e (t )+

由式 ? =

K C

?100% 可得: K C = 1

比例积分作用下 ?u 可由下式计算得出：

? ? 1

T I ∫

? ?

1 4

2 ∫

0 dt = 3mA u = ?u + u (0) = 3mA + 6mA = 9mA

经过 4min 后调节器的输出 9mA.

2.（5）解：

调节器选气开型。当出现故障导致控制信号中断时，执行器处于关闭状态，停止加热，使设备不致因温度过高而发生事故或危险。

2.（6）解：

（1）直线流量特性：

10% ： 22.7 ? 13.0 13.0

?100% = 74.62%

50% ：

80% ： 61.3 ? 51.7 51.7 90.3 ? 80.6 80.6

?100% = 18.57%

?100%

= 12.03% 线性调节阀在小开度时流量的相对变化量大，灵敏度高，控制作用强，容易产生振荡；而在大开度时流量的相对变化量小，灵敏度低，控制作用较弱。由此可知，当线性调节阀工作在小开度或大开度时，它的控制性能较差，因而不宜用于负荷变化大的过程。（2）对数流量特性

10% ：

50% ：

80% ： 6.58 ? 4.67 4.67 25.6 ? 18.3 18.3 71.2 ? 50.8 50.8

?100% = 40.90%

?100% = 39.89%

?100% = 40.18%

对数流量特性调节阀在小开度时其放大系数 K v 较小，因而控制比较平稳；在大开度工作

时放大系数 K v 较大，控制灵敏有效，所以它适用于负荷变化较大的过程。（3）快开流量特性

10% ： 38.1? 21.7 21.7

?100% = 75.58%

? q = ?

50% ：

84.5 ? 75.8

75.8

?100% = 11.48% 80% ：

99.03 ? 96.13 96.13

?100% = 3.02%

快开流量特性是指在小开度时候就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快达到最大，快开流量特性的调节阀主要用于位式控制。

第四章被控过程的数学模型

1.(4) 解:

(1)由题可以列写微分方程组:

? ??q 1 ? ?q 2 ? ?q 3 =

d ?h dt

? ??q 2 =

? ? ??q 3 =

?h R 2

?h R 3 (2)过程控制框图

(3)传递函数 G 0 (S ) = H (S ) / Q 1 (S )

G 0 (S ) = H (S ) / Q 1(S ) = 1 / (CS +1 / R 2 +1 / R 3 )

2.(1)

解:首先由题列写微分方程 ? d ?h 1 ??q 1 ? ?q 2 = C dt ?

??q 2 ? ?q 3 = C ? ?

??q 2 = ? R 2

?h 2 3

??h = ?h 1 ? ?h 2

消去 ?q 2 、 ?q 3 ，得：

?q 1 ? ?h R 2 = C

d ?h 1

+C ? +1 ? +1 ?S +

⊕= 12.5s 3+2.5s +11.96s 12.5s +2.5s +11.96s a)同理可得出当 F =10，K c =0.48时，则：G (s )== ⊕= 12.5s 3+2.5s 2+1.5920s

12.5s +2.5

s +1.5920s

?h R 2 ?h 2

R 3

= C

d ?h 2 dt

可得： ?q 1 ? 2 ?h R 2 ?h 2 R 3

= C d ?h

dt ? 则有： ?h 2 = ?? C ?

d ?h dt ? ?q 1 + 2 ?h ?

?R 3

消去中间变量 ?

h 2 可得：

C 2 R 3 d 2?h 2 ? 2R 3 ? R 2 ? d ?h ? dt 1 R 2 ?h = ?q 1 + CR 3 d ?q 1

dt 可得： G 0 (s ) = H (s ) Q 1() =

1 + CR 3S ? 2R 3 ? ? R

2 ? 1

R 2

第五章简单控制系统的设计

1.(13)

解:(1)只讨论系统干扰响应时，设定值 T r = 0 。

由 K 01 = 5.4 , K 02 = 1 , K d = 1.48 , T 01＝5 min , T 02＝2.5 min ，则被控对象传递函数：

T =

5.4

(5s ? 1)(2.5s + 1)

扰动传递函数:

Y ( s ) k d ?T

= = F ( s ) 1 + k c ?T 5.4

1.48 ? (5 s ?1)(

2.5 s +1)

5.4

1 + k c ?

(5 s ? 1)(2.5 s + 1)

= 7.992 (5 s ?1)(2.5 s +1) +5.4 ? k c

当

?F = 10 ， K c = 2.4 时，则有： G (s ) =

Y (s ) 7.992

F (s ) 12.5s 2 + 2.5s + 11.96

?Y 1 (s ) = G (s ) ? F 1 (s ) ? ?Y 2 (s ) = G (s ) ? F 2 (s )

?T F = ?Y = Y 1 ? Y 2 = G (s )(F 1 ? F 2 ) = G (s ) ? ?F = ?

7.992 10 79.92 经过反拉氏变换之后可得出：系统干扰响应

T F (t ) = ?6.682 ? e ?0.1t ? cos(0.9730

t ) ? 0.6867? e ?0.1t ? sin(0.9730t ) + 6.682

Y (s ) 7.992

F (s ) 12.5s 2 + 2.5s +1.5920

T F = ?Y = Y 1 ? Y 2 = G (s )(F 1 ? F 2 ) = G (s ) ? ?F =

7.992 10 79.92

经过反拉氏变换之后可得出：系统干扰响应

T F (t ) = 50.20 ? 50.20 ? e ?0.1t ? cos(0.3426t ) ? 14.65? e ?0.1t ? sin(0.3426t )

(2)只讨论系统设定值阶跃响应时，干扰输入 F = 0

G(s) =

已知 ?T r = 2

a）当 K c = 2.4时，Y (s) k c ?T

= =

T r (s) 1 + k c ?T

5.4k c

(5s ?1)(2.5s +1) + 5.4k c

T R = G(s) ? ?T r =反拉氏变换：

5.4 ? 2.4 2 25.92

? =

(5 ?1)(2.5 +1) + 5.4 ? 2.4 s 12.5s3 + 2.5s 2 +11.96s

系统设定值阶跃响应：T R(t) = ?2.167 ? e ?0.1t ? cos(0.9730t ) ? 0.2227?

?0.1t ? sin(0.9730t ) + 2.167

b) 当 K c = 0.48时,

T R = G(s) ? ?T r =

5.4 ? 0.48 2 5.1840

? =

(5s ?1)(2.5s +1) + 5.4 ?0.48 s 12.5s3 + 2.5s2 +1.5920s

系统设定值阶跃响应：T R(t) =3.256 ?3.256 ? e ?0.1?t ?cos(0.3426t) ?0.9505?

?0.1?t ? sin(0.3426? t )

3） K c对设定值响应的影响：增大 K c可以减小系统的稳态误差，加速系统的响应速度。

K c对干扰的影响：增大 K c可以对干扰的抑制作用增强。

2.(6)解:

由图可以得到，? = 40， T0 = 230 ? 40 = 190，

对象增益? K 0 =

39 / (100 ? 0)

0.02 / (0.1 ? 0.02)

= 1.56

对应? =

1 1

K 0 1.56

，再查表得 PI 控制器参数结果。

1.1 ? 40

? = = 1.1?1.56 ? = 0.361；

? T0 190

T1 = 3.3? = 3.3 ? 40 = 132s

1）液位变送器量程减小，由公式 K 0 =?u

y max ? y min

u max ? u min

，此时 Ymax 减小， ?y不变，对象增益 K0放大 1 倍，相应 ?缩小 1 倍。此时查表得到的 ?应加大。

3.(1)

解:

1、被控参数：热水温度

2、控制参数：蒸汽流量

3、测温元件及其变送器选择：选取热电阻，并配上相应温度变送器。

4、调节阀的选择：根据实际生产需要与安全角度的考虑，选择气开阀；调节器选 PID

或 PD 类型的调节器；由于调节阀为气开式（无信号时关闭），故 K v为正，当被控过

程输入的蒸汽增加时，水温升高，故 K 0为正，测量变送 K m为正，为使整个系统中

各环节静态放大系数乘积为正，调节器 K c应为正，所以选用反作用调节器。

第 6 章常用高性能过程控制系统

1.(12)

解:

1）画出控制系统的框图

2）调节阀：气开形式；这是因为当控制系统一旦出现故障，调节阀必须关闭，以便切断

蒸汽的供应，确保设备的安全。

3）主调节器：反作用方式；副调节器：反作用方式。对于副回路， k v气开为正， k02为正， k m 2 为正，所以有 k c 2为正，即副调节器为反作用方式；对于主回路， k v为正， k01为正， k m1为正，所以有 k c1为正，即主调节器为反作用方式。

1.(13)

解:

按 4:1 衰减曲线法测得数据，由表 5-3（P162 页）得：

副调节器采用 P 调节规律，查表得： ? 2 = ? 2 s = 44%

主调节器采用 PID 调节规律，查表得： ?1 = 0.8?1s = 64%， T I = 0.3T1s = 3 min，T D = 0.1T1s = 1 min

2.(4)

(T f

s +1

)G v

(s )

解：

1）前馈－串级复合控制系统:取进料流量 F (s ) 作为前馈信号，经前馈控制器输出控制作用到调节阀。系统框图如下

2）前馈调节器的传递函数：

G B (s ) = ?

G f (s ) G v (s )G 02 (s )G 01(s )

= ?

?? s

?? 0 s

= ?

3）讨论前馈实现的可能性：

1）要求? f > ? 0 ，2）分子阶次不高于分母阶次，这样才物理上可实现。

3.(2)

解：

1、如果冷水流量波动是主要干扰，采用前馈－反馈控制；被控变量为物料出料温度,控制变量蒸汽流量,前馈信号为冷水流量。

2、如果蒸汽压力波动是主要干扰，采用串级控制；主被控变量为物料出料温度, 副被控变量为蒸汽压力,控制变量蒸汽流量。

3、如果冷水流量和蒸汽压力都经常波动，采用前馈－串级控制；主被控变量为物料出料温度, 副被控变量为蒸汽流量或压力,控制变量蒸汽流量, 前馈信号为冷水流量。

第七章

实现特殊工艺要求的过程控制系统

1.（15）解：

（1）A 、B 两阀均采用气开形式，A 阀工作在在 0.02Mpa 到 0.06Mpa 信号段，当信号超过 0.06 Mpa 时，A 阀全开；B 阀工作在 0.06Mpa 到 0.10Mpa 信号段。

（2）由于 A 、B 两个阀都采用气开形式，所以当执行器信号增大时，A 、B 两阀开度变大，所以执行器为正作用形式；而当进入加热炉燃料量增大时，原油温度升高，所以被控对象为正作用形式；所以调节器选择增益为正，反作用形式。（3）控制框图如下：

温度设定

温度控制器

天然气阀

加热炉

原油出口温度

燃料油阀

温度变送器

K⊕q1max 不带开方器时：K=? 2 625

工作原理：当控制器根据温度设定与实际原油出口温度之差运算得到控制信号在 A 阀工作信号段内时，仅 A 阀开启；而当控制信号在 B 阀工作信号段时，则 A 阀全开，B 阀开启。

2．（1）解：

1）选择双闭环的比值控制系统，因为双闭环比值控制能实现主、副回路的抗干扰性能，使主、副流量既能保持一定比值，又能使总物料流量保持平稳。

2）因为流量和压力呈非线性关系

q1:q2 =4 : 2.5 ?K =q2

2.5

= = 0.625

? = ? 0.625? ? = 1.814 ? 290 ?

带开方器时： K ' = K q1max

q2 max = 1.35

3）当出现故障时调节阀关闭，所以选择两调节阀都为气开形式；两调节器选择为反作用。

2．（2）解：

均匀控制系统在调节器参数整定时，比例作用和积分作用均不能太强，通常设置较大的

比例度（较小的比例系数）和较长的积分时间，以较弱的控制作用达到均匀控制的目的。

本题可根据 PI 的调节规律的性质：

对于该系统，有时出现周期很长、衰减很慢的振荡过程。说明了系统的调节参数：比例系数过大导致振荡；周期很长、衰减很慢是由于积分时间大，导致曲线过渡过程很平缓，等

待平衡的时间长。

若加大调节器的比例度（比例系数减小）并不能减小振荡；若减小调节器的比例度（比例系数增大）反而能提高衰减比。对于此现象，因为增加调节器比例度，使控制作用减弱，

在干扰作用下，导致振荡并不能减小；当减小调节器比例度时，控制作用增强，使得动态响

应变快，提高了衰减比。

2.（4）解：

（2）由于裂解气冷却出口温度要求不得低于 15 摄氏度，否则会引起管道阻塞，因此调节阀选择气开形式。

由于调节阀为气开形式，所以为正作用形式；当调节阀开度变大时，釜液流量变大，即为正作用形式，所以流量调节器为反作用形式；而此时裂解气出口温度却下降，即为反作用

形式，因此温度控制器为正作用形式。

由于裂解气冷却后出口温度不得低于 15 摄氏度，因此当温度低于要求温度时，调节器的输出信号减小，要求选择器选中温度控制器，故选择器为低值选择器。

3.（3）解：

系统控制框图如下：

为防止故障状况下，水溢出水槽，调节阀采用气开形式，因此调节阀为正作用形式。又由于当调节阀开度变大时，水流量变大，液位升高，因此被控对象均为正作用。所以液位控

制器、流量控制器均为反作用形式。

第八章复杂过程控制系统

1.（4）解：

本题采用增益矩阵计算法获取相对增益矩阵：

?0.58 0.36 0.36/?0.58 0.36 0.36/?

'≤111∞?≤'111∞??

)

?0.5－0.3/ 1

≤0.40.6?≤0.40.6???

＝'

≤0.2860.714? T

? ? ? ?? ?

? ?

?1 T

?0.6170 0.4583 ?0.0753?

＝?

?0 1 0 ?

??0.3830 ?0.4583 1.0753 ??

从相对增益矩阵可以看出，选用 u1—y1,u2—y2, u3—y3 的变量配对方案，但 u1—y1 和 u3 —y3 间需解耦。

2.（2）解：

由 ?＝K ? H T = K ?

( K ?1 T 得：

? 0.5 －0.3?

? ?

?0.714 0.286?

由增益矩阵可以看出，两个变量之间存在一定的耦合，因此 u1-y1，u2-y2 配对，同时用前馈补偿设计法进行解耦。可得前馈补偿器的数学模型为：

G B 2 (s) = ?G B1(s) = ?

= ? = 0.6

G011(s ) 0.5

= ? = ?0.667 G022 (s ) 0.6

前馈解耦控制框图略。

2.（3）解：

?q1?

= = = =

?? ad ? bc ad ? bc

0.5*1.0

0.5*1.0 ? 0.5* 0.5

= 2

因此： ?q1v = ?1, ?q 2 ? = ?1, ?q 2 v = 2

由增益矩阵可以看出，两变量之间存在耦合现象。需怎样解耦？

第十章

2．（3）图 10-23 所示为锅炉燃烧系统选择性控制。它可以根据用户对蒸汽的要求，自动调节燃烧量和助燃空气量，不仅能维持两者的比值不变，而且能使燃烧量与空气量的调整满足

下述逻辑关系：当蒸汽用量增加时，先增加空气量后增加燃烧量；当蒸汽用量减少时，先减少燃烧量后减空气量。根据上述要求，试确定图中控制阀的气开、气关形式、调节器的正、反作用及选择器的类型，并画出系统框图。

PT 选择器

汽

PC F1T K

选择器

F1C

F2T F2C

料

气

解：燃料阀选气开形式，空气阀选气关形式。

PC 正作用，F1C 反作用，F2C 调节器正作用。

当蒸汽用量增加时，先增加空气量后增加燃烧量，图上面选择器应为高值选择器 HS；

当蒸汽用量减少时，先减少燃烧量后减空气量，图下面选择器应为低值选择器 LS。

系统框图略。

3.（3）

解：

由题可知，当 q 经常发生波动时，可以采取前馈－反馈控制。q 的波动量做为扰动量，对其进

行前馈控制，而将塔底温度做为被控量，蒸汽流量做为控制量。结构框图如下：

进料扰动

前馈补偿器扰动传函温度控制器调节阀再沸器蒸馏塔

温度变送器

调节阀选择气开形式。当调节阀开度变大时，塔底温度升高，即被控对象亦为正作用形式，

因此控制器选择为反作用形式。

如果蒸汽压力也经常波动，则可以采取前馈－串级控制系统。进料扰动

前馈补偿器扰动传函温度控制器压力控制器调节阀蒸汽管线蒸馏塔

压力变送器

温度变送器

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

自动化仪表与过程控制

绪论 ●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表? 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. ●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. ●什么叫两线制变送器?它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分. 答:a.就是将供电的电源线与信号的传输线合并起来,一共只用两根导线.b. 1有利于识别仪表的断电断线等故障2不仅节省电缆布线方便,而且大大有利与安全防爆易抗干扰.3上限值较大,有利于抑制干扰4上下限的比值为5:1与气动仪表信号制对应,便于相互折算,产生较大的磁力c.图. ●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,在量程围的最大误差为多少? 答:模拟式仪表的合理精确度,应该以测量围中最大的绝对误差和该仪表的测量围之比来衡量,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围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摄氏度围精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温围比热电偶低，存在非线性。 b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。 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？答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。

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

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。

自动化仪表与过程控制课后答案

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 自动化仪表与过程控制课后答案自动化仪表与过程控制课后答案 0-1 自动化仪表是指哪一类仪表？什么叫单元组合式仪表？自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表 : 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表 0-2DDZ-II 型与 DDZ-III 型仪表的电压,电流信号输出标准是什么？在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处？ P5 第二段 0-3 什么叫两线制变送器？它与传统的四线制变送器相比有什么优点？试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分？ P5~6 0-4 什么是仪表的精确度？试问一台量程为-100~100C,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？一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高 x/(100+100)=0.5% x=1 摄氏度 1-1 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？什么叫热电偶的分度号？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 1/ 11

(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-=

自动化仪表与过程控制课后答案

自动化仪表与过程控制课后答案 0-1自动化仪表是指哪一类仪表什么叫单元组合式仪表自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表: 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表 0-2DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压,电流信号输出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P5 第二段 0-3什么叫两线制变送器它与传统的四线制变送器相比有什么优点试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分P5~6 0-4什么是仪表的精确度试问一台量程为-100~100C,精确度为级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少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)=% x=1摄氏度 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叫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、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。 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答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。 b、工作原理：应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻，热敏电阻集成温度传感器、半导体温度传感器等，然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号。 c、由铜丝绕制的电阻Rcu安装在热电偶的冷端接线处，当冷端温度变化时，利用铜丝电阻随温度变化的特性，向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿。桥路左臂由稳压电压电源Vz（约5v）和高电阻R1（约10K欧）建立的恒值电流I2流过铜电阻Rcu，在Rcu 上产生一个电压，此电压与热电动势Et串联相接。当温度补偿升高时，热电动势Et下降，但由于Rcu增值，在Rcu两端的电压增加，只要铜电阻的大小选择适当，便可得到满意的补偿。 d、当变送器输出信号Ymin下限值（即标准统一信号下限值）与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移。

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：

自动化仪表与过程控制课后习题答案

●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. ●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. ●什么叫两线制变送器?它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分. 答:a.就是将供电的电源线与信号的传输线合并起来,一共只用两根导线.b. 1有利于识别仪表的断电断线等故障2不仅节省电缆布线方便,而且大大有利与安全防爆易抗干扰.3上限值较大,有利于抑制干扰4上下限的比值为5:1与气动仪表信号制对应,便于相互折算,产生较大的磁力 c.图. ●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

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

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

《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案

西南科技大学成教学院德阳教学点《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案班级：姓名：学号：成绩：一、填空题 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节组成。 2、仪表的精度等级又称准确度级，通常用引用误差作为判断仪表精度等级的尺度。 3、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n 、超调量σ 和过渡过程时间s t ；静态质量指标有稳态误差e ss 。 4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。 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、Smith 预估补偿原理是预先估计出被控过程的数学模型，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后进行补偿。 10、随着控制通道的增益K 0的增加，控制作用增强，克服干扰的能力最大，系统的余差减小，最大偏差减小。 11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后，不影响系统的控制质量。 12、建立过程对象模型的方法有机理建模和系统辨识与参数估计。 13、控制系统对检测变送环节的基本要求是准确、迅速和可靠。 14、控制阀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。 15、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。 16、如果对象扰动通道增益 f K 增加，扰动作用增强，系统的余差增大，最大偏差增大。 17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是通过旁路控制。二、名词解释题 1、衰减比答：衰减比 n 定义为：衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:1～10:1。 2、自衡过程答：当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性。称该类被控过程为自衡过程。 3、分布式控制系统答：分布式控制系统DCS ，又称为集散控制系统，一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系2 1B B n

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

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