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過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 習(xí)題答案 王再英-

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1、 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 王再英 劉淮霞 陳毅靜 編著 習(xí)題與思考題解答 機(jī)械工業(yè)出版社 第1章 思考題與習(xí)題 1-1 過(guò)程控制有哪些主要特點(diǎn)?為什么說(shuō)過(guò)程控制多屬慢過(guò)程參數(shù)控制? 解答: 1.控制對(duì)象復(fù)雜、控制要求多樣 2. 控制方案豐富 3.控制多屬慢過(guò)程參數(shù)控制 4.定值控制是過(guò)程控制的一種主要控制形式 5.過(guò)程控制系統(tǒng)由規(guī)范化的過(guò)程檢測(cè)控制儀表組成 1-2 什么是過(guò)程控制系統(tǒng)?典型過(guò)程控制系統(tǒng)由哪幾部分組成? 解答: 過(guò)程控制系統(tǒng):一般是指工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的變量是溫度、壓

2、力、流量、液位、成份等這樣一些變量的系統(tǒng)。 組成:參照?qǐng)D1-1。 1-4 說(shuō)明過(guò)程控制系統(tǒng)的分類方法,通常過(guò)程控制系統(tǒng)可分為哪幾類? 解答: 分類方法說(shuō)明: 按所控制的參數(shù)來(lái)分,有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等;按控制系統(tǒng)所處理的信號(hào)方式來(lái)分,有模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng);按控制器類型來(lái)分,有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng);按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所完成的功能來(lái)分,有串級(jí)控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)等;按其動(dòng)作規(guī)律來(lái)分,有比例(P)控制、比例積分(PI)控制,比例、積分、微分(PID)控制系統(tǒng)等;按控制系統(tǒng)組成回路的情況來(lái)分,有單回路與多回路控制系統(tǒng)

3、、開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng);按被控參數(shù)的數(shù)量可分為單變量和多變量控制系統(tǒng)等。 通常分類: 1.按設(shè)定值的形式不同劃分:(1)定值控制系統(tǒng) (2)隨動(dòng)控制系統(tǒng) (3)程序控制系統(tǒng) 2.按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類:(1)反饋控制系統(tǒng) (2)前饋控制系統(tǒng) (3)前饋—反饋復(fù)合控制系統(tǒng) 1-5 什么是定值控制系統(tǒng)? 解答: 在定值控制系統(tǒng)中設(shè)定值是恒定不變的,引起系統(tǒng)被控參數(shù)變化的就是擾動(dòng)信號(hào)。 1-6 什么是被控對(duì)象的靜態(tài)特性?什么是被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性?二者之間有什么關(guān)系? 解答: 被控對(duì)象的靜態(tài)特性:穩(wěn)態(tài)時(shí)控制過(guò)程被控參數(shù)與控制變量之間的關(guān)系稱為靜態(tài)特性。 被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特

4、性:。系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中,被控參數(shù)與控制變量之間的關(guān)系即為控制過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性。 二者之間的關(guān)系: 1-7 試說(shuō)明定值控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)的含義。為什么在分析過(guò)程控制系統(tǒng)得性能時(shí)更關(guān)注其動(dòng)態(tài)特性? 解答: 穩(wěn)態(tài): 對(duì)于定值控制,當(dāng)控制系統(tǒng)輸入(設(shè)定值和擾動(dòng))不變時(shí),整個(gè)系統(tǒng)若能達(dá) 到一種平衡狀態(tài),系統(tǒng)中各個(gè)組成環(huán)節(jié)暫不動(dòng)作,它們的輸出信號(hào)都處于相對(duì)靜 止?fàn)顟B(tài),這種狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)(或靜態(tài))。 動(dòng)態(tài): 從外部擾動(dòng)出現(xiàn)、平衡狀態(tài)遭到破壞、自動(dòng)控制裝置開(kāi)始動(dòng)作,到整個(gè)系統(tǒng) 又建立新的穩(wěn)態(tài)(達(dá)到新的平衡)、調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束的這一段時(shí)間,整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的狀態(tài)和參數(shù)都

5、處于變化的過(guò)程之中,這種狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。 在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中,被控過(guò)程常常受到各種振動(dòng)的影響,不可能一直工作在穩(wěn)態(tài)。只有將控制系統(tǒng)研究與分析的重點(diǎn)放在各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性,才能設(shè)計(jì)出良好的控制系統(tǒng)。 1-8 評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的常用單項(xiàng)指標(biāo)有哪些?各自的定義是什么? 解答: 單項(xiàng)性能指標(biāo)主要有:衰減比、超調(diào)量與最大動(dòng)態(tài)偏差、靜差、調(diào)節(jié)時(shí)間、振蕩頻率、上升時(shí)間和峰值時(shí)間等。 衰減比:等于兩個(gè)相鄰的同向波峰值之比n; 過(guò)渡過(guò)程的最大動(dòng)態(tài)偏差:對(duì)于定值控制系統(tǒng),是指被控參數(shù)偏離設(shè)定值的最大值A(chǔ); 超調(diào)量:第一個(gè)波峰值與最終穩(wěn)態(tài)值y()之比的百分?jǐn)?shù); 殘余偏差C: 過(guò)渡過(guò)程結(jié)束

6、后,被控參數(shù)所達(dá)到的新穩(wěn)態(tài)值y()與設(shè)定值之間的偏差C稱為殘余偏差,簡(jiǎn)稱殘差; 調(diào)節(jié)時(shí)間:從過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始到過(guò)渡過(guò)程結(jié)束所需的時(shí)間; 振蕩頻率:過(guò)渡過(guò)程中相鄰兩同向波峰(或波谷)之間的時(shí)間間隔叫振蕩周期或工作周期,其倒數(shù)稱為振蕩頻率; 峰值時(shí)間:過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始至被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間。 1-10 某被控過(guò)程工藝設(shè)定溫度為900℃,要求控制過(guò)程中溫度偏離設(shè)定值最大不得超過(guò)80℃?,F(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng),在最大階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如圖1-4所示。試求該系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的單項(xiàng)性能指標(biāo):最大動(dòng)態(tài)偏差、衰減比、振蕩周期,該系統(tǒng)能否滿足工藝要求? 解答: 最大動(dòng)態(tài)偏差A(yù):

7、 衰減比n: 振蕩周期T: A<80, 且n>1 (衰減振蕩),所以系統(tǒng)滿足工藝要求。 第2章 思考題與習(xí)題 2-1 某一標(biāo)尺為0~1000℃的溫度計(jì)出廠前經(jīng)校驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù): 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表讀數(shù)/℃ 0 201 402 604 806 1001 求:1)該表最大絕對(duì)誤差; 2)該表精度; 3)如果工藝允許最大測(cè)量誤差為5℃,該表是否能用? 2-2 一臺(tái)壓力表量程為0~10MPa,經(jīng)校驗(yàn)有以下測(cè)量結(jié)果: 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表讀

8、數(shù)/MPa 正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 求:1)變差; 2)基本誤差; 3)該表是否符合1.0級(jí)精度? 2-3 某壓力表的測(cè)量范圍為0~10MPa,精度等級(jí)為1.0級(jí)。試問(wèn)此壓力表允許的最大絕對(duì)誤差是多少?若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來(lái)校驗(yàn)該壓力表,在校驗(yàn)點(diǎn)為5MPa時(shí),標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)上讀數(shù)為5.08MPa,試問(wèn)被校壓力表在這一點(diǎn)上是否符合1級(jí)精度,為什么? 解答: 1)基本誤差= 最大絕對(duì)誤差?max=0.0110=0.1MPa 2)校驗(yàn)點(diǎn)為5 MPa時(shí)的基

9、本誤差: 0.8%<1% ,所以符合1.0級(jí)表。 2-4 為什么測(cè)量?jī)x表的測(cè)量范圍要根據(jù)被測(cè)量大小來(lái)選取?選一臺(tái)量程很大的儀表來(lái)測(cè)量很小的參數(shù)值有什么問(wèn)題? 解答: 1) 2) 2-5 有兩塊直流電流表,它們的精度和量程分別為 1) 1.0級(jí),0~250mA 2)2.5級(jí),0~75mA 現(xiàn)要測(cè)量50mA的直流電流,從準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性考慮哪塊表更合適? 解答: 分析它們的最大誤差: 1)?max=2501%=2.5mA; 2)?max=752.5%=1.875mA; 選擇2.5級(jí),0~75mA的表。 2-11 某DDZ-Ⅲ型溫度變送器輸入量程為2

10、00~1000℃,輸出為4~20mA。當(dāng)變送器輸出電流為10mA時(shí),對(duì)應(yīng)的被測(cè)溫度是多少? 解答: ; T=500。 2-12 試簡(jiǎn)述彈簧管壓力計(jì)的工作原理?,F(xiàn)有某工藝要求壓力范圍為1.20.05MPa,可選用的彈簧管壓力計(jì)精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五個(gè)等級(jí),可選用的量程規(guī)格有0~1.6MPa、0~2.5MPa和0~4MPa。請(qǐng)說(shuō)明選用何種精度和量程(見(jiàn)附錄E)的彈簧管壓力計(jì)最合適? 解答: 1)工作原理: 2)根據(jù)題意:壓力范圍為1.2+0.5 MPa,即允許的最大絕對(duì)誤差?max=0.05 分析選用不同量程的表所需的精度等級(jí): 0~

11、1.6 MPa量程:,可選2.5級(jí)表; 0~2.5 MPa量程:,可選1.5或2.0級(jí)表; 0~4.0 MPa量程:,可選1.0級(jí)表。 量程選擇:被測(cè)最大壓力=1/3~2/3量程上限 0~1.6 MPa量程: 0~2.5 MPa量程: 0~4.0 MPa量程: 綜合分析,選用1.5級(jí)或2.0級(jí),0~2.5 MPa量程的表最合適。 2-13 如果某反應(yīng)器最大壓力為1.0MPa,允許最大絕對(duì)誤差為0.01MPa?,F(xiàn)用一臺(tái)測(cè)量范圍為0~1.6MPa,精度為1級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量,問(wèn)能否符合工藝要求?若采用一臺(tái)測(cè)量范圍為0~1.0MPa,精度為1級(jí)的壓力表,能符合要求嗎?試

12、說(shuō)明其理由。 解答: 工藝要求:最大壓力為1.0MPa,允許最大絕對(duì)誤差為0.01MPa。 分別求出兩臺(tái)儀表的最大允許誤差,進(jìn)行判斷。 1)精度為1級(jí),量程為0~1.6MPa的表,其最大絕對(duì)誤差: ?1.6max=1.61%=0.016 MPa,> 0.01 MPa, 所以不符合要求; 2)精度為1級(jí),量程為0~1.0MPa的表,其最大絕對(duì)誤差: ?1.0max=1.01%=0.01 MPa,= 0.01 MPa, 所以最大誤差符合要求,但是壓力表的最大測(cè)量值應(yīng)≤ 2/3儀表量程,否則壓力波動(dòng)會(huì)使測(cè)量值超出儀表量程。 所以,該表也不符合要求。 2-14 某臺(tái)空壓

13、機(jī)的緩沖器,其工作壓力范圍為1.0~1.6MPa,工藝要求就地觀察罐內(nèi)壓力,并要測(cè)量結(jié)果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的5%。試選擇一塊合適的壓力表(類型、測(cè)量范圍、精度等級(jí)),并說(shuō)明其理由。 解答: 根據(jù)題意知:壓力范圍1.0~1.6MPa, 允許最大誤差:?max=1.6(+5%)=+0.08 MPa 1)量程確定: 應(yīng)滿足工作最大壓力小于儀表量程的2/3處,即1.6 MPa2/3=2.4 MPa 可以選量程為0~2.5 MPa的彈簧壓力表。 2)精度等級(jí)確定: 求出基本誤差,以確定滿足要求的精度等級(jí)。 ,允許的精度等級(jí)為2.5級(jí)。 綜上分析,選擇量程為0~2.5 MPa,精

14、度等級(jí)為2.5級(jí)的彈簧壓力表。 該表的最大絕對(duì)誤差:?max=2.5(+2.5%)=+0.0625 MPa,<0.08 MPa 所以滿足要求。 2-17 什么叫標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置?試述差壓式流量計(jì)測(cè)量流量的原理;并說(shuō)明哪些因素對(duì)差壓式流量計(jì)的流量測(cè)量有影響? 解答: 1)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置:包括節(jié)流件和取壓裝置。 2)原理:基于液體流動(dòng)的節(jié)流原理,利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。 3)影響因素:P47 流量系數(shù)的大小與節(jié)流裝置的形式、孔口對(duì)管道的面積比m及取壓方式密切相關(guān); 流量系數(shù)的大小與管壁的粗糙度、孔板邊緣的尖銳度、流體的粘度、溫度及可壓縮性相關(guān); 流

15、量系數(shù)的大小與流體流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。 2-19 為什么說(shuō)轉(zhuǎn)子流量計(jì)是定壓式流量計(jì)?而差壓式流量計(jì)是變壓降式流量計(jì)? 解答: 1)轉(zhuǎn)子流量計(jì)是定壓式流量計(jì)(P47) 雖然轉(zhuǎn)子流量計(jì)也是根據(jù)節(jié)流原理測(cè)量流量的,但它是利用節(jié)流元件改變流體的流通面積來(lái)保持轉(zhuǎn)子上下的壓差恒定。所以是定壓式。 2)差壓式流量計(jì)是變壓降式流量計(jì)(P45) 是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理,利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置是產(chǎn)生的壓差實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。所以是變壓降式。 2-21 橢圓齒輪流量計(jì)的特點(diǎn)是什么?對(duì)被測(cè)介質(zhì)有什么要求? 解答: 1)特點(diǎn):流量測(cè)量與流體的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān),這是因?yàn)闄E圓齒輪流量計(jì)是依靠被測(cè)介質(zhì)的壓頭推動(dòng)

16、橢圓齒輪旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行計(jì)量的。 粘度愈大的介質(zhì),從齒輪和計(jì)量空間隙中泄漏出去的泄漏量愈小,因此核測(cè)介質(zhì)的粘皮愈大,泄漏誤差愈小,對(duì)測(cè)量愈有利。 橢圓齒輪流量計(jì)計(jì)量精度高,適用于高粘度介質(zhì)流量的測(cè)量。 2)對(duì)被測(cè)介質(zhì)的要求:不適用于含有固體顆粒的流體(固體顆粒會(huì)將齒輪卡死,以致無(wú)法測(cè)量流量)。 如果被測(cè)液體介質(zhì)中夾雜有氣體時(shí),也會(huì)引起測(cè)量誤差。 2-22 電磁流量計(jì)的工作原理是什么?它對(duì)被測(cè)介質(zhì)有什么要求? 解答:P51 1)原理:利用導(dǎo)電液體通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)在兩固定電極上感應(yīng)出電動(dòng)是測(cè)量流速。 2)對(duì)被測(cè)介質(zhì)的要求:導(dǎo)電液體,被測(cè)液體的電導(dǎo)率應(yīng)大于水的電導(dǎo)率

17、(cm),不能測(cè)量油類或氣體的流量。 2-24 超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)是什么? 解答: 超聲波流量計(jì)的非接觸式測(cè)量方式,不會(huì)影響被測(cè)流體的流動(dòng)狀況,被測(cè)流體也不會(huì)對(duì)流量計(jì)造成磨損或腐蝕傷害,因此適用范圍廣闊。 2-25 用差壓變送器測(cè)某儲(chǔ)罐的液位,差壓變送器的安裝位置如圖2-75所示。請(qǐng)導(dǎo)出變送器所測(cè)差壓與液位之關(guān)系。變送器零點(diǎn)需不需要遷移?為什么? 2-26 用法蘭式差壓變送器測(cè)液位的優(yōu)點(diǎn)是什么? 解答:P57 測(cè)量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固等液體的液位,在膜盒、毛細(xì)管和測(cè)量室所組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油,作為傳壓介質(zhì),使被測(cè)介質(zhì)不進(jìn)入毛細(xì)管與變送器,以

18、免堵塞。 可節(jié)省隔離罐。 2-27 試述電容式物位計(jì)的工作原理。 解答: 利用電容器的極板之間介質(zhì)變化時(shí),電容量也相應(yīng)變化的原理測(cè)物位,可測(cè)量液位、料位和兩種不同液體的分界面。 2-28 超聲波液位計(jì)適用于什么場(chǎng)合? 解答:P60 適合于強(qiáng)腐蝕性、高壓、有毒、高粘性液體的測(cè)量。 第3章 習(xí)題與思考題 3-1 什么是控制器的控制規(guī)律?控制器有哪些基本控制規(guī)律? 解答: 1)控制規(guī)律:是指控制器的輸出信號(hào)與輸入偏差信號(hào)之間的關(guān)系。 2)基本控制規(guī)律:位式控制、比例控制、比例積分控制、比例微分控制和比例積分微分控制。 3-2 雙位

19、控制規(guī)律是怎樣的?有何優(yōu)缺點(diǎn)? 解答: 1)雙位控制的輸出規(guī)律是根據(jù)輸入偏差的正負(fù),控制器的輸出為最大或最小。 2)缺點(diǎn):在位式控制模式下,被控變量持續(xù)地在設(shè)定值上下作等幅振蕩,無(wú)法穩(wěn)定在設(shè)定值上。這是由于雙位控制器只有兩個(gè)特定的輸出值,相應(yīng)的控制閥也只有兩個(gè)極限位置,總是過(guò)量調(diào)節(jié)所致。 3)優(yōu)點(diǎn):偏差在中間區(qū)內(nèi)時(shí),控制機(jī)構(gòu)不動(dòng)作,可以降低控制機(jī)構(gòu)開(kāi)關(guān)的頻繁程度,延長(zhǎng)控制器中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。 3-3 比例控制為什么會(huì)產(chǎn)生余差? 解答: 產(chǎn)生余差的原因:比例控制器的輸出信號(hào)y與輸入偏差e之間成比例關(guān)系: 為了克服擾動(dòng)的影響,控制器必須要有控制作用,即其輸出要有變化量

20、,而對(duì)于比例控制來(lái)講,只有在偏差不為零時(shí),控制器的輸出變化量才不為零,這說(shuō)明比例控制會(huì)永遠(yuǎn)存在余差。 3-4 試寫(xiě)出積分控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。為什么積分控制能消除余差? 解答: 1)積分控制作用的輸出變化量y是輸入偏差e的積分: 2)當(dāng)有偏差存在時(shí),輸出信號(hào)將隨時(shí)間增大(或減?。?。當(dāng)偏差為零時(shí),輸出停止變化,保持在某一值上。因而積分控制器組成控制系統(tǒng)可以到達(dá)無(wú)余差。 3-5 什么是積分時(shí)間?試述積分時(shí)間對(duì)控制過(guò)程的影響。 解答: 1) 積分時(shí)間是控制器消除偏差的調(diào)整時(shí)間,只要有偏差存在,輸出信號(hào)將隨時(shí)間增大(或減?。?。只有當(dāng)偏差為零時(shí),輸出停止變化,保持在某一值上。

21、 2) 在實(shí)際的控制器中,常用積分時(shí)間Ti來(lái)表示積分作用的強(qiáng)弱,在數(shù)值上,Ti=1/K i 。顯然,Ti越小,K i 就越大,積分作用就越強(qiáng),反之亦然。 3-6 某比例積分控制器輸入、輸出范圍均為4~20mA,若將比例度設(shè)為100%、積分時(shí)間設(shè)為2min、穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出調(diào)為5mA,某時(shí)刻,輸入階躍增加0.2mA,試問(wèn)經(jīng)過(guò)5min后,輸出將由5mA變化為多少? 解答: 由比例積分公式:分析: 依題意:,即K p =1, TI= 2 min , e=+0.2; 穩(wěn)態(tài)時(shí):y0=5mA, 5min后: 3-7 比例控制器的比例度對(duì)控制過(guò)程有什么影響?調(diào)整比例度時(shí)要注意什么問(wèn)題?

22、 解答:P74 1)控制器的比例度P越小,它的放大倍數(shù)就越大,它將偏差放大的能力越強(qiáng),控制力也越強(qiáng),反之亦然,比例控制作用的強(qiáng)弱通過(guò)調(diào)整比例度P實(shí)現(xiàn)。 2)比例度不但表示控制器輸入輸出間的放大倍數(shù),還表示符合這個(gè)比例關(guān)系的有效輸入?yún)^(qū)間。一表的量程是有限的,超出這個(gè)量程的比例輸出是不可能的。 所以,偏差的變化使控制器的輸出可以變化全量程(16mA),避免控制器處于飽和狀態(tài)。 3-8 理想微分控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么?為什么常用實(shí)際為分控制規(guī)律? 解答: 1) 2)由于理想微分運(yùn)算的輸出信號(hào)持續(xù)時(shí)間太短,往往不能有效推動(dòng)閥門(mén)。實(shí)際應(yīng)用中,一般加以慣性延遲,如圖3-7所示,稱為

23、實(shí)際微分。 3-9 試寫(xiě)出比例、積分、微分(PID)三作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 解答: 3-10 試分析比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點(diǎn),積分和微分為什么不單獨(dú)使用? 解答: 1)比例控制及時(shí)、反應(yīng)靈敏,偏差越大,控制力越強(qiáng);但結(jié)果存在余差。 2)積分控制可以達(dá)到無(wú)余差;但動(dòng)作緩慢,控制不及時(shí),不單獨(dú)使用。 3)微分控制能起到超前調(diào)節(jié)作用;但輸入偏差不變時(shí),控制作用消失,不單獨(dú)使用。 3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪幾部分組成?各組成部分的作用如何? 解答:P79 1)組成如圖3-11所示。 2)作用參照P79。 3-12 DDZ-Ⅲ型控

24、制器的軟手動(dòng)和硬手動(dòng)有什么區(qū)別?各用在什么條件下? 解答: 1)軟手動(dòng)操作是指調(diào)節(jié)器的輸出電流I0與手動(dòng)操作的輸入信號(hào)成積分關(guān)系; 硬手動(dòng)操作是指調(diào)節(jié)器的輸出電流I0與手動(dòng)操作的輸入信號(hào)成比例關(guān)系。 2)軟手動(dòng)操作:系統(tǒng)投運(yùn) 硬手動(dòng)操作:系統(tǒng)故障 3-13 什么叫控制器的無(wú)擾動(dòng)切換?在DDZ-Ⅲ型調(diào)節(jié)器中為了實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換,在設(shè)計(jì)PID電路時(shí)采取了哪些措施? 解答:P84 1)調(diào)節(jié)器進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換后,輸出值不發(fā)生跳動(dòng),即狀態(tài)轉(zhuǎn)換無(wú)沖擊。 2)CM、CI。P85中。 3-14 PID調(diào)節(jié)器中,比例度P、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)分別具有什么含義?在

25、調(diào)節(jié)器動(dòng)作過(guò)程中分別產(chǎn)生什么影響?若將取∞、取0,分別代表調(diào)節(jié)器處于什么狀態(tài)? 解答: 比例度P含義:使控制器的輸出變化滿量程時(shí)(也就是控制閥從全關(guān)到全開(kāi)或相反),相應(yīng)的輸入測(cè)量值變化占儀表輸入量程的百分比。比例作用的強(qiáng)弱取決于比例度的大小。 積分時(shí)間常數(shù)含義:越小,積分作用越強(qiáng);越大積分作用越弱;若將取∞,則積分作用消失。 微分時(shí)間常數(shù)含義:越大,微分作用越強(qiáng);取0,微分作用消失。 3-15 什么是調(diào)節(jié)器的正/反作用?在電路中是如何實(shí)現(xiàn)的? 解答: 1)正作用:偏差=測(cè)量值-給定值; 反作用:偏差=給定值-測(cè)量值。 2)運(yùn)放輸入端的切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的。 3-

26、16 調(diào)節(jié)器的輸入電路為什么要采取差動(dòng)輸入方式?輸出電路是怎樣將輸出電壓轉(zhuǎn)換成4~20mA電流的? 解答: 1)采用差動(dòng)輸入方式,可以消除公共地線上的電壓降帶來(lái)的誤差。 2)參照P83下的輸出電路。 3-18 給出實(shí)用的PID數(shù)字表達(dá)式,數(shù)字儀表中常有哪些改進(jìn)型PID算法? 解答: 1) P91式(3-18) 2)改進(jìn)的算法: 第4章 思考題與習(xí)題 4-1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥主要由哪兩部分組成?各起什么作用? 解答: 1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用:按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào),驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作; 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的作用:由閥芯在閥體

27、內(nèi)的移動(dòng),改變閥芯與閥座之間的流通面積,從而改變被控介質(zhì)的流量。 4-2 試問(wèn)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)有哪些主要類型?各使用在什么場(chǎng)合? 解答: 1)類型:直通單座閥、直通雙座閥。 2)直通單座閥使用場(chǎng)合:小口徑、低壓差的場(chǎng)合; 直通雙座閥使用場(chǎng)合:大口徑、大壓差的場(chǎng)合。 4-4 什么叫調(diào)節(jié)閥的理想流量特性和工作流量特性?常用的調(diào)節(jié)閥理想流量特性有哪些? 解答: 1)理想流量特性:在調(diào)節(jié)閥前后壓差固定的情況下得出的流量特性稱為固有流量特性,也叫理想流量特性。 工作流量特性:在實(shí)際的工藝裝置上,調(diào)節(jié)閥由于和其他閥門(mén)、設(shè)備、管道等串連使用,閥門(mén)兩端的壓差隨流量變化而變化

28、,這時(shí)的流量特性稱為工作流量特性。 2)常用理想流量特性:直線流量特性、等百分比(對(duì)數(shù))流量特性、 快開(kāi)特性 4-6 什么叫調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍?在串聯(lián)管道中可調(diào)范圍為什么會(huì)變化? 解答: 1)可調(diào)范圍:反映調(diào)節(jié)閥可控制的流量范圍,用R=Qmax/Qmin之比表示。R越大,調(diào)節(jié)流量的范圍越寬,性能指標(biāo)就越好。 2)由于串聯(lián)管道阻力的影響。 4-7 什么是串聯(lián)管道中的閥阻比?值的變化為什么會(huì)使理想流量特性發(fā)生畸變? 解答: 1)閥阻比:用閥阻比表示存在管道阻力的情況下,閥門(mén)全開(kāi)時(shí),閥門(mén)前后的最小壓差占總壓力po的比值。 2)在S<1時(shí),由于串聯(lián)管道阻力的影響,使閥門(mén)開(kāi)大時(shí)

29、流量達(dá)不到預(yù)期的值,也就是閥的可調(diào)范圍變小。隨著S值的減小,直線特性漸漸區(qū)于快開(kāi)特性,等百分比特性漸漸趨近于直線特性。 4-8 什么叫氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)式與氣關(guān)式?其選擇原則是什么? 解答: 1)氣開(kāi)式:無(wú)壓力信號(hào)時(shí)閥門(mén)全閉,隨著壓力信號(hào)增大,閥門(mén)逐漸開(kāi)大的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)式。 氣關(guān)式:無(wú)壓力信號(hào)時(shí)閥門(mén)全開(kāi),隨著壓力信號(hào)增大,閥門(mén)逐漸關(guān)小的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)式。 2)選擇原則:從工藝生產(chǎn)安全考慮,一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障、信號(hào)中斷時(shí),調(diào)節(jié)閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)應(yīng)能保證工藝設(shè)備和操作人員的安全。 4-9 如圖4-24所示的蒸氣加熱器對(duì)物料進(jìn)行加熱。為保證控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),加熱器的耐

30、熱材料不被燒壞,試確定蒸氣管道上調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式。 解答: 氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥。 4-11 試述電/氣轉(zhuǎn)換器的用途與工作原理。 解答:P113 1)用途: 為了使氣動(dòng)閥能夠接收電動(dòng)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào),必須使用電/氣轉(zhuǎn)換器把調(diào)節(jié)器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流信換為20~100kPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。 2)原理:在杠桿的最左端安裝了一個(gè)線圈,該線圈能在永久磁鐵得氣隙中自由地上下運(yùn)動(dòng),由電動(dòng)調(diào)節(jié)器送來(lái)得電流I通入線圈。當(dāng)輸入電流I增大時(shí),線圈與磁鐵間產(chǎn)生得吸力增大,使杠桿左端下移,并帶動(dòng)安杠桿上的擋板靠近噴嘴,改變噴嘴和擋板之間的間隙。 噴嘴擋板機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)儀表中最基本的變換和放大環(huán)節(jié),能將擋板對(duì)于

31、噴嘴的微小位移靈敏地變換為氣壓信號(hào)。經(jīng)過(guò)氣動(dòng)功率放大器的放大后,輸出20~l00kPa的氣壓信號(hào)p去推動(dòng)閥門(mén)。 4-12 試述電/氣閥門(mén)定位器的基本原理與工作過(guò)程。 解答:P115 在杠桿上繞有力線圈,并置于磁場(chǎng)之中。當(dāng)輸入電流I增大時(shí),力線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永久磁鐵相作用,使杠桿繞支點(diǎn)O順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)擋板靠近噴嘴,使其背壓增大,經(jīng)氣動(dòng)功率放大器放大后,推動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)使閥桿移動(dòng)。 4-14 電動(dòng)儀表怎樣才能用于易燃易爆場(chǎng)所?安全火花是什么意思? 解答: 1)必須是采取安全防爆措施的儀表,就是限制和隔離儀表電路產(chǎn)生火花的能量。使其不會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)帶來(lái)危險(xiǎn)。 2)安全火花:電路在

32、短路、開(kāi)路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點(diǎn)火能量之下。 4-16 齊納式安全柵的基本結(jié)構(gòu)是什么?它是怎樣限壓、限流的? 解答: 1)結(jié)構(gòu):圖4-19所示。 2)利用齊納二極管的反向擊穿特性進(jìn)行限壓,用電阻進(jìn)行限流。 第5章 思考題與習(xí)題 5-1 什么是被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型? 解答: 被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是描述被控過(guò)程在輸入(控制輸入與擾動(dòng)輸入)作用下,其狀態(tài)和輸出(被控參數(shù))變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 5-2 建立被控過(guò)程數(shù)學(xué)模型的目的是什么?過(guò)程控制對(duì)數(shù)學(xué)模型有什么要求? 解答: 1)目的: 設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)

33、及整定控制參數(shù); 指導(dǎo)生產(chǎn)工藝及其設(shè)備的設(shè)計(jì)與操作; 對(duì)被控過(guò)程進(jìn)行仿真研究; 培訓(xùn)運(yùn)行操作人員; 工業(yè)過(guò)程的故障檢測(cè)與診斷。 2)要求:總的原則一是盡量簡(jiǎn)單,二是正確可靠。階次一般不高于三階,大量采用具有純滯后的一階和二階模型,最常用的是帶純滯后的一階形式。 5-3 建立被控過(guò)程數(shù)學(xué)模型的方法有哪些?各有什么要求和局限性? 解答:P127 1)方法:機(jī)理法和測(cè)試法。 2)機(jī)理法: 測(cè)試法: 5-4 什么是流入量?什么是流出量?它們與控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)有什么區(qū)別與聯(lián)系

34、? 解答: 1)流入量:把被控過(guò)程看作一個(gè)獨(dú)立的隔離體,從外部流入被控過(guò)程的物質(zhì)或能量流量稱為流入量。 流出量:從被控過(guò)程流出的物質(zhì)或能量流量稱為流出量。 2)區(qū)別與聯(lián)系: 控制系統(tǒng)的輸入量:控制變量和擾動(dòng)變量。 控制系統(tǒng)的輸出變量:系統(tǒng)的被控參數(shù)。 5-5 機(jī)理法建模一般適用于什么場(chǎng)合? 解答:P128 對(duì)被控過(guò)程的工作機(jī)理非常熟悉,被控參數(shù)與控制變量的變化都與物質(zhì)和能量的流動(dòng)與轉(zhuǎn)換有密切關(guān)系。 5-6 什么是自衡特性?具有自衡特性被控過(guò)程的系統(tǒng)框圖有什么特點(diǎn)? 解答: 1)在擾動(dòng)作用破壞其平衡工況后,被控過(guò)程在沒(méi)有外部干預(yù)的情況下自動(dòng)恢復(fù)平

35、衡的特性,稱為自衡特性。 2)被控過(guò)程輸出對(duì)擾動(dòng)存在負(fù)反饋。 5-7 什么是單容過(guò)程和多容過(guò)程? 解答: 1)單容:只有一個(gè)儲(chǔ)蓄容量。 2)多容:有一個(gè)以上儲(chǔ)蓄容量。 5-8 什么是過(guò)程的滯后特性?滯后又哪幾種?產(chǎn)生的原因是什么? 解答: 1)滯后特性:過(guò)程對(duì)于擾動(dòng)的響應(yīng)在時(shí)間上的滯后。 2)容量滯后:多容過(guò)程對(duì)于擾動(dòng)的響應(yīng)在時(shí)間上的這種延遲被稱為容量滯后。 純滯后:在生產(chǎn)過(guò)程中還經(jīng)常遇到由(物料、能量、信號(hào))傳輸延遲引起的純滯后。 5-9 對(duì)圖5-40所示的液位過(guò)程,輸入量為,流出量為、,液位為被控參數(shù),水箱截面為,并設(shè)、為線性液阻。

36、 (1)列寫(xiě)液位過(guò)程的微分方程組; (2)畫(huà)出液位過(guò)程的框圖; (3)求出傳遞函數(shù),并寫(xiě)出放大倍數(shù)和時(shí)間常數(shù)的表達(dá)式。 解答: (1) (2)框圖如圖: (3) 5-10 以為輸入、為輸出列寫(xiě)圖5-10串聯(lián)雙容液位過(guò)程的微分方程組,并求出傳遞函數(shù)。 解答: 1)方程組: 2)傳遞函數(shù): 式中: 3)過(guò)程框圖: 5-12 何為測(cè)試法建模?它有什么特點(diǎn)? 解答: 1)是根據(jù)工業(yè)過(guò)程輸入、輸出的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行某種數(shù)學(xué)處理后得到數(shù)學(xué)模型。 2)可以在不十分清楚內(nèi)部機(jī)理的情況下,把被研究的對(duì)象

37、視為一個(gè)黑匣子,完全通過(guò)外部測(cè)試來(lái)描述它的特性。 5-13 應(yīng)用直接法測(cè)定階躍響應(yīng)曲線時(shí)應(yīng)注意那些問(wèn)題? 解答:P139 (1)合理地選擇階躍輸入信號(hào)的幅度 (2)試驗(yàn)時(shí)被控過(guò)程應(yīng)處于相對(duì)穩(wěn)定的工況 (3)要仔細(xì)記錄階躍曲線的起始部分 (4)多次測(cè)試,消除非線性 5-14 簡(jiǎn)述將矩形脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換為階躍響應(yīng)曲線的方法;矩形脈沖法測(cè)定被控過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線的優(yōu)點(diǎn)是什么? 解答:P139~P140 1) 2) 5-15 實(shí)驗(yàn)測(cè)得某液位過(guò)程的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)如下: 0 10 20 40 60 80 100 140 180 2

38、50 300 400 500 600 … 0 0 0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 8.8 11.8 14.4 16.6 18.4 19.2 19.6 … 當(dāng)階躍擾動(dòng)為時(shí): (1)畫(huà)出液位的階躍響應(yīng)曲線; (2)用一階慣性環(huán)節(jié)加滯后近似描述該過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性,確定、、。 解答: (1) (2) 第6章 思考題與習(xí)題 6-1 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由幾個(gè)環(huán)節(jié)組成? 解答: 測(cè)量變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、被控過(guò)程四個(gè)環(huán)節(jié)組成。 6-2 簡(jiǎn)述控制方案設(shè)計(jì)的基本要求。 解答: 安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。 6-3 簡(jiǎn)單歸納控制

39、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。 解答: 1)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì); 2)工程設(shè)計(jì); 3)工程安裝和儀表調(diào)校; 4)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。 6-4 過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括哪些步驟? 解答:P174 (1)熟悉和理解生產(chǎn)對(duì)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求與性能指標(biāo) (2)建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 (3)控制方案的確定 (4)控制設(shè)備選型 (5)實(shí)驗(yàn)(或仿真)驗(yàn)證 6-5 選擇被控參數(shù)應(yīng)遵循哪些基本原則?什么是直接參數(shù)?什么是間接參數(shù)??jī)烧哂泻侮P(guān)系? 解答: 1)原則:必須根據(jù)工藝要求,深入分析、生產(chǎn)過(guò)程,找出對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、生產(chǎn)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、環(huán)境保護(hù)、節(jié)能降耗等具有決定性作用,能較好反映

40、生產(chǎn)工藝狀態(tài)及變化的參數(shù)作為被控參數(shù)。 2)直接參數(shù):能直接反映生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量,又易于測(cè)量的參數(shù) 3)間接參數(shù):與質(zhì)量指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系、易于測(cè)量的變量,間接反映產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際情況。 4)兩者關(guān)系:間接參數(shù)是直接參數(shù)的單值函數(shù)。 6-6 選擇控制變量時(shí),為什么要分析被控過(guò)程的特性?為什么希望控制通道放大系數(shù)要大、時(shí)間常數(shù)小、純滯后時(shí)間越小越好?而干擾通道的放大系數(shù)盡可能小、時(shí)間常數(shù)盡可能大? 解答: 1)控制變量和干擾變量對(duì)被控參數(shù)的影響都于過(guò)程的特性密切相關(guān)。 2)控制通道的靜態(tài)放大系數(shù)K0越大,系統(tǒng)的靜態(tài)偏差越小,表明控制作用越靈敏,克服擾動(dòng)的能力越

41、強(qiáng),控制效果越好。 時(shí)間常數(shù)T0小,被控參數(shù)對(duì)控制變量的反應(yīng)靈敏、控制及時(shí),從而獲得良好的控制品質(zhì)。 純滯后0的存在會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。0值越大,對(duì)系統(tǒng)的影響越大。 3)擾動(dòng)通道的靜態(tài)放大系數(shù)Kf越小,表明外部擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響越小。時(shí)間常數(shù)Tf越大,外部干擾f(t)對(duì)被控參數(shù)y(t)的影響越小,系統(tǒng)的控制品質(zhì)越好。 6-7 當(dāng)被控過(guò)程存在多個(gè)時(shí)間常數(shù)時(shí),為什么應(yīng)盡量使時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開(kāi)? 解答:P182 由自控理論知識(shí)可知,開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中幾個(gè)時(shí)間常數(shù)值錯(cuò)開(kāi),可提高系統(tǒng)的工作頻率,減小過(guò)渡過(guò)程時(shí)間和最大偏差等,改善控制質(zhì)量。 6-8 選擇檢測(cè)變送裝置時(shí)要注意哪些問(wèn)題?怎

42、樣克服或減小純滯后? 解答: 1)P184-1、2、3、4 2)合理選擇檢測(cè)點(diǎn)。 6-9 調(diào)節(jié)閥口徑選擇不當(dāng),過(guò)大或過(guò)小會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題?正常工況下,調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度在什么范圍比較合適? 解答: 1)調(diào)節(jié)閥口徑選得過(guò)大,閥門(mén)調(diào)節(jié)靈敏度低,工作特性差,甚至?xí)a(chǎn)生振蕩或調(diào)節(jié)失靈的情況。 調(diào)節(jié)閥口徑選得過(guò)小,當(dāng)系統(tǒng)受到較大的擾動(dòng)時(shí),調(diào)節(jié)閥工作在全開(kāi)或全關(guān)的飽和狀態(tài),使系統(tǒng)暫時(shí)處于失控工況,這對(duì)擾動(dòng)偏差的消除不利。 2)正常工況下要求調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度在15%-85%之間。 6-10 選擇調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)、氣關(guān)方式的首要原則是什么? 解答: 保證人身安全、系統(tǒng)與設(shè)備安全是調(diào)節(jié)閥開(kāi)

43、、關(guān)作用方式選擇的首要原則。 6-11 調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇依據(jù)是什么? 解答: 確定原則是整個(gè)單回路構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)。 6-12 在蒸氣鍋爐運(yùn)行過(guò)程中,必須滿足汽-水平衡關(guān)系,汽包水位是一個(gè)十分主要的指標(biāo)。當(dāng)液位過(guò)低時(shí),汽包中的水易被燒干引發(fā)生產(chǎn)事故,甚至?xí)l(fā)生爆炸,為此設(shè)計(jì)如圖6-28所示的液位控制系統(tǒng)。試確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)方式和調(diào)節(jié)閥LC正、反作用;畫(huà)出該控制系統(tǒng)的框圖。 解答:見(jiàn)圖2-28 1)調(diào)節(jié)閥:氣關(guān)方式。 2)調(diào)節(jié)器:正作用。 3)框圖: 6-13 在如圖6-29所示的化工過(guò)程中,化學(xué)反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。為使化學(xué)反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行,必須

44、用熱水通過(guò)加熱套加熱反應(yīng)物料,以保證化學(xué)反應(yīng)在規(guī)定的溫度下進(jìn)行。如果溫度太低,不但會(huì)導(dǎo)致反映停止,還會(huì)使物料產(chǎn)生聚合凝固導(dǎo)致設(shè)備堵塞,為生產(chǎn)過(guò)程再次運(yùn)行造成麻煩甚至損壞設(shè)備。為此設(shè)計(jì)如圖6-29所示的溫度控制系統(tǒng)。試確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)方式和調(diào)節(jié)閥的TC正、反作用;畫(huà)出該控制系統(tǒng)的框圖。 解答: 1)調(diào)節(jié)閥:氣開(kāi)式。 2)調(diào)節(jié)器:反作用。 3)框圖: 6-14 簡(jiǎn)述比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點(diǎn)。 解答:P193 1)比例控制:是最簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)規(guī)律,它對(duì)控制作用和擾動(dòng)作用的響應(yīng)都很迅速。比例調(diào)節(jié)只有一個(gè)參數(shù),整定簡(jiǎn)便。比例調(diào)節(jié)的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)存在靜差。 2

45、)積分控制:積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是沒(méi)有靜差。但它的動(dòng)態(tài)偏差最大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng),只能用于有自衡特性的簡(jiǎn)單對(duì)象、很少單獨(dú)使用。 3)微分控制:超前調(diào)節(jié)。 6-21 試比較臨界比例度法、衰減曲線法、響應(yīng)曲線法及經(jīng)驗(yàn)法的特點(diǎn)。 解答:P201 臨界比例度法: 衰減曲線法: 響應(yīng)曲線法: 經(jīng)驗(yàn)法: 6-22 如圖6-30所示熱交換器,將進(jìn)入其中的冷卻物料加熱到設(shè)定溫度。工藝要求熱物料溫度的,而且不能發(fā)生過(guò)熱情況,以免造成生產(chǎn)事故。試設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)熱物料的溫度控制,并確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)方式,調(diào)節(jié)器的正反作用方式,以及調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律。 解答: 1)被控參數(shù)

46、選擇: 熱交換器出口溫度。 2)控制參數(shù)選擇: 載熱介質(zhì)流量。 3)檢測(cè)儀表選擇: 溫度傳感器與溫度變送器。 4)調(diào)節(jié)閥選擇: 流量特性選擇:對(duì)數(shù)流量特性。 氣開(kāi)、氣關(guān)方式選擇:氣開(kāi)。 5)調(diào)節(jié)器選擇: 調(diào)節(jié)規(guī)律選擇:PI或PID。 正反作用方式選擇:反作用方式。 系統(tǒng)各環(huán)節(jié)正、負(fù)符號(hào)判別:被控過(guò)程:+;變送器:+;調(diào)節(jié)閥:+; 根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋條件:各環(huán)節(jié)符號(hào)之積必為“-”,則調(diào)節(jié)器為“-”。 6)畫(huà)出控制系統(tǒng)流程圖:如圖所示。 7)畫(huà)出控制系統(tǒng)方框圖:如圖所示。 8)簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)工作原理:

47、 第7章 思考題與習(xí)題 7-1 與單回路系統(tǒng)相比,串級(jí)控制系統(tǒng)有哪些主要特點(diǎn)? 解答:P212—7.1.2 7-2 分析串級(jí)系統(tǒng)的工作原理,說(shuō)明為什么副回路的存在會(huì)使系統(tǒng)抑制擾動(dòng)的能力增強(qiáng)。 解答:P208—7.1.1 7-5 在串級(jí)控制系統(tǒng)中當(dāng)主回路為定值(設(shè)定值)控制時(shí),副回路也是定值控制嗎?為什么? 解答:P212 不是,副回路是隨動(dòng)控制。 7-8 在某生產(chǎn)過(guò)程中,通過(guò)加熱爐對(duì)冷物料加熱,根據(jù)工藝要求,需對(duì)熱物料出口溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。對(duì)系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn),主要擾動(dòng)為燃料壓力波動(dòng)。故設(shè)計(jì)如圖7-43所示的控制系統(tǒng)。要求: (1)畫(huà)出控制系統(tǒng)框圖

48、; (2)為保證設(shè)備安全,爐溫不能過(guò)高。確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式。 (3)確定兩個(gè)調(diào)節(jié)器的正反作用。 解答: (1)控制系統(tǒng)框圖如圖所示。 (2)氣開(kāi)式。 (3)副調(diào)節(jié)器:反作用; 主調(diào)節(jié)器:反作用。 7-9 簡(jiǎn)述前饋控制的工作原理,與反饋控制相比,它有什么優(yōu)點(diǎn)和局限? 解答: 1)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí),立即將其測(cè)量出來(lái),通過(guò)前饋控制器,根據(jù)擾動(dòng)量的大小來(lái)改變控制量,以抵消擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響。P221 2)優(yōu)點(diǎn):前饋控制器在擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)立即進(jìn)行控制,控制及時(shí),對(duì)特定擾動(dòng)引起的動(dòng)、靜態(tài)偏差控制比較有效。 局限:P224—

49、1)、2) 7-10 為什么一般不單獨(dú)采用前饋控制方案? 解答: 由于前饋控制的局限性。 7-14 圖7-44為一單回路水位控制系統(tǒng)。如果蒸氣用量經(jīng)常發(fā)生變化,為了改善控制質(zhì)量,將單回路控制系統(tǒng)改為前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng),畫(huà)出控制系統(tǒng)工藝流程圖和框圖,并對(duì)新增回路的功能進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。 解答: 1)控制系統(tǒng)工藝流程圖如圖所示。 控制系統(tǒng)框圖如圖所示。 2)新增回路功能說(shuō)明: 7-19 物料比值與控制系統(tǒng)比值系數(shù)有何不同?怎樣將物料比值轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)比值系數(shù)? 解答: 1)是工藝規(guī)定的流量比;是儀表信號(hào)之間的比例系數(shù)。 2)用P234式

50、(7-37)和P235式(7-38)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 7-20 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主、副流量之比是否恒定?總物料總=是否恒定?雙閉環(huán)比值系統(tǒng)中與總的情況怎樣? 解答: 1)恒定。 2)不能恒定。 3)都能恒定。 7-22 畫(huà)出圖7-45所示比值控制系統(tǒng)框圖。該系統(tǒng)的總流量是否恒定?如果總流量不恒定,要作什么改動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)總流量恒定? 解答: 1)系統(tǒng)框圖如圖所示:圖7-21a)。 2)是單閉環(huán)比值控制系統(tǒng),總流量不能恒定。 3)采用雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng),如圖所示:圖7-22。 7-28 在某化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行氣相反應(yīng),調(diào)節(jié)閥A、B分別用來(lái)控制進(jìn)

51、料流量和反應(yīng)生成物的初料流量。為了控制反應(yīng)器內(nèi)壓力,設(shè)計(jì)圖7-46所示的分程控制系統(tǒng)。試畫(huà)出其框圖,并確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反作用方式。 解答: 1)框圖如圖所示: 2)調(diào)節(jié)閥:A:氣開(kāi);B:氣關(guān)。 3)調(diào)節(jié)器:反作用。 7-30 圖7-47所示的熱交換器用來(lái)冷卻裂解氣,冷劑為脫甲烷塔的釜液。正常工況下要求釜液流量恒定,以保持脫甲烷塔工況穩(wěn)定。但裂解氣冷卻后的出口溫度不能低于15℃,否則裂解氣中的水分會(huì)產(chǎn)生水合物堵塞管道。為此要設(shè)計(jì)一選擇性控制系統(tǒng),要求: (1)畫(huà)出系統(tǒng)流程圖和框圖; (2)確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式,調(diào)節(jié)器的正、反作用及選擇器的類型。 解答: 27

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