過程控制試題庫

1、過程控制期末試題庫1、 填空題（本題共計(jì)10 分，包括 3 小題， 10 個填空，每空1 分）1 一般一個簡單控制系統(tǒng)由（檢測/變送）裝置、 （被控對象） 、 （調(diào)節(jié)）器和（執(zhí)行）機(jī)構(gòu)組成。2 過程控制系統(tǒng)常用的參數(shù)整定方法有： （經(jīng)驗(yàn)法） 、 （衰減曲線法） 、 （穩(wěn)定邊界 法/臨界比例度法）和（響應(yīng)曲線法）。3 在pid調(diào)節(jié)器中，調(diào)節(jié)器的kc越大，表示調(diào)節(jié)作用（越強(qiáng)）,ti值越大，表示 積分作用（減弱） ， td 值越大表示微分作用（增強(qiáng)） 。4 常見的過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分為下列幾種典型形式： （操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)） 、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、 （監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)） 、 （集散控制系統(tǒng)）和現(xiàn)場總

2、線控制系統(tǒng)。5 在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，根據(jù)設(shè)定值的不同形式，又可分為定值控制系統(tǒng)，隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。1） 定值控制系統(tǒng)特點(diǎn)：設(shè)定值是（固定不變） ；作用：保證在（擾動）作用下使被控變量始終保持在設(shè)定值上。2） 隨動控制系統(tǒng)特點(diǎn)：設(shè)定值是一個（變化量） ；作用：保證在各種條件下系統(tǒng)的輸出（及時跟蹤設(shè)定值變化） 。3） 程序控制系統(tǒng)特點(diǎn)：設(shè)定值是一個（按一定時間程序變化的時間函數(shù)） ；作用：保證在各種條件下系統(tǒng)的輸出（按規(guī)定的程序自動變化） 。6 熱電偶溫度計(jì)的基本組成部分部分是（熱電偶） 、 （測量儀表） 、 （連接熱電偶）和（測量儀表的導(dǎo)線） 。7 串級控制系統(tǒng)能迅速克服進(jìn)入（副）回路的

3、擾動，改善（主）控制器的廣義對象特性，容許（副）回路內(nèi)各環(huán)節(jié)的特性在一定的范圍內(nèi)變動而不影響整個系統(tǒng)的控制品質(zhì)。8 定值控制系統(tǒng)是按（偏差）進(jìn)行控制的，而前饋控制是按（擾動）進(jìn)行控制的；前者是（閉）環(huán)控制，后者是（開）環(huán)控制。2、 選擇題（本題共計(jì)10 分，包括 5 小題，每題 2 分）1. 由于微分調(diào)節(jié)規(guī)律有超前作用，因此調(diào)節(jié)器加入微分作用主要是用來（ c）a.克服調(diào)節(jié)對象的慣性滯后（時間常數(shù) t）,容量滯后c和純滯后。b.克服調(diào)節(jié)對象的純滯后0c.克服調(diào)節(jié)對象的慣性滯后（時間常數(shù)t）,容量滯后r.2. 定值調(diào)節(jié)是一種能對（ a ）進(jìn)行補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)。a 測量與給定之間的偏差8 被調(diào)量的變化

4、c 干擾量的變化d. 設(shè)定值的變化3. 定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)是（ x ）環(huán)調(diào)節(jié)，前饋系統(tǒng)是（ x ）環(huán)調(diào)節(jié) （ b ） 。a 開，閉b.閉，開c.開，開d 閉，閉4. 調(diào)節(jié)系統(tǒng)在純比作用下已整定好，加入積分作用后，為保證原穩(wěn)定度，此時應(yīng)將比例度（ a ） 。a. 增大b.減小c 不變d.先增大后減小5. 成分、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律，通常選用（ c） 。a. pib. pdc. pid6. .流量、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律，通常選用（a ） 。a. pib. pdc. pid7. 液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律，通常選用（ d ） 。a. pib. pdc. pidd. p8. 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正、反作用的確定

5、是根據(jù)（b） ：a 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回路的正反饋。b 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回路的負(fù)反饋。c.系統(tǒng)放大倍數(shù)恰到好處d.生產(chǎn)的安全性。9. 單純的前饋調(diào)節(jié)是一種能對（c）進(jìn)行補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)。a 測量與給定之間的偏差8 被調(diào)量的變化c 干擾量的變化10. 定值調(diào)節(jié)是一種能對（ a ）進(jìn)行補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)。a 測量與給定之間的偏差8 被調(diào)量的變化c 干擾量的變化11. 熱電偶溫度計(jì)（ c）a） 是利用兩個相互接觸金屬導(dǎo)體的溫差電動勢特性進(jìn)行測溫的。b） 是利用兩個相互接觸金屬導(dǎo)體的接觸電動勢特性進(jìn)行測溫的。c） 是利用兩個相互接觸金屬導(dǎo)體的溫差電動勢和接觸電動勢特性進(jìn)行測溫的。d） 是利用兩個非接觸金屬導(dǎo)體的溫差電動勢和接

6、觸電動勢特性進(jìn)行測溫的。12. 下面的敘述中哪一個是最為合理的(d)a) 控制系統(tǒng)的時間滯后現(xiàn)象主要是由于被控對象的慣性特性引起的。b) 控制系統(tǒng)的時間滯后現(xiàn)象主要是由于檢測裝置的安裝位置引起的。c) 控制系統(tǒng)的時間滯后現(xiàn)象對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性無影響。d) 以上三種敘述都不完整。13. dcs 的中文含意是： (b)a) 比例、積分、微分控制。b) 分布式控制系統(tǒng)。c) 可編程序控制器。d) 以上三個都不正確。三、判斷題： 判斷下列陳述的對錯。你認(rèn)為正確的，在每道題后面的括號里打v,否則打x (本題共計(jì)20分，包括10題，每題2分)1 .與dcs相比，fieldbus的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)之一是實(shí)現(xiàn)了控

7、制系統(tǒng)徹底的分散可2 .熱電阻溫度計(jì)需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償才能正常工作。*3 . pid的含義是比例、積分和微分。，4 .前饋控制系統(tǒng)是一種定值控制，一般情況下前饋控制可以單獨(dú)使用。*5 用 smith 補(bǔ)償器來處理大時延控制對象時，不必要提供精確的對象數(shù)學(xué)模型。*6 .被控對象特性是指被控對象輸入與輸出之間的關(guān)系。v7 串級控制系統(tǒng)中的副控制器給定值是由主控制器的輸出決定的，所以副控制器相當(dāng)于一個閉環(huán)定值控制系統(tǒng)。48 .衰減比n表示系統(tǒng)過渡過程曲線變化兩個周期后的衰減快慢。*9 .熱電阻溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)一樣，測溫時需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。*10 一個單回路控制系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行器、檢測變送裝置和被

8、控對象組成。 v11 在比值控制系統(tǒng)中，一般選擇易調(diào)節(jié)的量為主變量，易測量的量為副變量。*12 . ddc的中文含義是直接數(shù)字控制。v13 .被控對象的動態(tài)特性是描述被控對象輸入輸出關(guān)系動態(tài)特征的。v14 .申級控制系統(tǒng)適用于容量滯后較小的生產(chǎn)工藝過程。*15 前饋控制系統(tǒng)一般可單獨(dú)使用，因?yàn)槠淇刂凭雀?，且不受外界干擾影響。*16 .前饋控制與定值控制的原理相同，都是以偏差進(jìn)行調(diào)解的。*17 .被控對象的存滯后時間常數(shù)是由于其自身的慣性特性引起的。*18 在串級控制中，副控制器的輸入值為主控制器的輸出。 v四、簡答題（本題共計(jì)15分，包括 5小題，每題 3分）1什么是定值控制系統(tǒng)？答案 ：定

9、值控制系統(tǒng)是指設(shè)定值恒定不變的控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)的作用是克服擾動對被控變量的影響，使被控變量最終回到設(shè)定值或其附近. 以后無特殊說明控制系統(tǒng)均指定值控制系統(tǒng)而言。2什么是隨動控制系統(tǒng)？答案 ：隨動控制系統(tǒng)的設(shè)定值是不斷變化的，隨動控制系統(tǒng)的作用是使被控變量能夠盡快地, 準(zhǔn)確無誤地跟蹤設(shè)定值的變化而變化。3什么是程序控制系統(tǒng)？答案 ：程序控制系統(tǒng)的設(shè)定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即設(shè)定值按一定的時間程序變化。4什么是調(diào)節(jié)（ 被控 ） 對象，給定值和偏差？答案 ：自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備叫做調(diào)節(jié)對象或簡稱對象，而生產(chǎn)中要求保持的工藝指標(biāo)，稱為給定值。對于自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，習(xí)慣采用給定值

10、r 減去測量值y作為偏差e,即e=r-y,給定值r大于測量值y時為正偏差，而給定值r小于測量值 y 時為負(fù)偏差。5 什么叫絕對壓力、表壓及真空度?它們的相互關(guān)系是怎樣的?答案 ：絕對壓力：絕對真空下的壓力稱為絕對零壓，以絕對零壓為基準(zhǔn)來表示的壓力叫絕對壓力。表壓力：當(dāng)絕對壓力大于大氣壓力時，絕對壓力高于大氣壓力的數(shù)值稱為表壓力，簡稱表壓。真空度：當(dāng)絕對壓力小于大氣壓力時，絕對壓力低于大氣壓力的數(shù)值稱為真空度或負(fù)壓。絕對壓力、大氣壓、表壓、真空度之間的相互關(guān)系如圖所示。我用大氣虛力線外壓再空）0絕對壓力等域i6 .7 .簡述pid調(diào)節(jié)器kc、ti和td的作用是什么？答案：在pid調(diào)節(jié)器中，kc越

11、大，表示調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，ti值越大，表示積分作用 減弱，td值越大表示微分作用增強(qiáng)。8 .有一流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，信號傳輸管線很長，因此，系統(tǒng)產(chǎn)生較大的傳送滯后。有 人設(shè)想給調(diào)節(jié)器后加微分器來改善系統(tǒng)特性，試問這種設(shè)想合理否？為什么？ 若不合理，應(yīng)采取什么措施合理？答案：這種設(shè)想不合理，因?yàn)樾盘杺魉蜏笫羌儨?，而微分作用不能克服純?后。解決這一問題合理的措施是采用 1:1繼動器加在信號傳輸線之間，以增大信號流 速，從而減小傳輸滯后，改善系統(tǒng)特性。9 .利用微分作用來克服控制系統(tǒng)的信號傳遞滯后的設(shè)想是否合理與正確？ 答案：這種設(shè)想不合理，因?yàn)樾盘杺魉蜏笫羌儨?，而微分作用不能克服純?后。合理的措

12、施是采用1:1繼動器加在信號傳輸線之間，以增大信號流速，從而 減小傳輸滯后，改善系統(tǒng)特性。10 . 通常在什么場合下選用比例（p）,比例積 （pi）,比例積分微分（pid）調(diào) 節(jié)規(guī)律？答案：比例調(diào)節(jié)規(guī)律適用于負(fù)載變化較小，純滯后不太大而工藝要求不高又允許 有余差的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律適用于對象調(diào)節(jié)通道時間常數(shù)較小，系統(tǒng)負(fù)載變化不大（需要消 除干擾引起的余差），純滯后不大（時間常數(shù)不是太大）而被調(diào)參數(shù)不允許與給定 值有偏差的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律適用于容量滯后較大，純滯后不太大，不允許有余差的對象。11 . 試簡述臨界比例度法及其特點(diǎn)。答案：臨界比例度法是在純比例運(yùn)行下通過試驗(yàn)，得到臨

13、界比例度靠和臨界周期tk,然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的關(guān)系求出控制器各參數(shù)值。這種方法比較簡單、易于掌握和判斷，適用于一般的控制系統(tǒng)。但是不適用于臨界 比例度小的系統(tǒng)和不允許產(chǎn)生等幅振蕩的系統(tǒng)，否則易影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行或造成 事故。12.試簡述衰減曲線法及其特點(diǎn)答案：衰減曲線法是在純比例運(yùn)行下通過使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減震蕩，得到衰減比例度 義和衰減周期ts （或上升時間t升），然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的關(guān)系求出控制器各 參數(shù)值。這種方法比較簡便，整定質(zhì)量高，整定過程安全可靠，應(yīng)用廣泛，但對于干擾頻 繁，記錄曲線不規(guī)則的系統(tǒng)難于應(yīng)用。13. 簡述熱電偶溫度計(jì)組成部分及各部件的功能。（本題每寫出1個組成部分得 1分

14、，每寫出1個組成部分功能得1分）答案：熱電偶溫度計(jì)的基本組成部分有：熱電偶、測量儀表、連接熱電偶和測量 儀表的導(dǎo)線。如下圖所示圖題4 （2）熱電偶是系統(tǒng)中的測溫元件，測量儀表是用來檢測熱電偶產(chǎn)生的熱電勢信號的，可 以采用動圈式儀表或電位差計(jì)，導(dǎo)線用來連接熱電偶與測量儀表。為了提高測量精 度，一般都要采用補(bǔ)償導(dǎo)線和考慮冷端溫度補(bǔ)償。14. 用級控制系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？主要使用在哪些場合？答案：用級控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：（每寫出1個應(yīng)用場合的得2分）a）在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，它是由兩個申接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；b）系統(tǒng)的目的在于通過設(shè)置副變量來提高對主變量的控制質(zhì)量；c）由于副回路的存在，對進(jìn)入副

15、回路的干擾有超前控制的作用，因而減少了 干擾對主變量的影響；d）系統(tǒng)對負(fù)荷改變時有一定的自適應(yīng)能力。審級控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對象的滯后和時間常數(shù)很大、干擾作用強(qiáng)而頻繁、負(fù)荷 變化大、對控制質(zhì)量要求較高的場合。15. 簡述建立對象的數(shù)學(xué)模型兩種主要方法：（每寫出1種方法的得2分） 答案：一是機(jī)理分析法：機(jī)理分析法是通過對對象內(nèi)部運(yùn)動機(jī)理的分析，根據(jù)對象中 物理或化學(xué)變化的規(guī)律（比如三大守恒定律等），在忽略一些次要因素或做出一些近 似處理后推導(dǎo)出的對象特性方程。通過這種方法得到的數(shù)學(xué)模型稱之為機(jī)理模型， 它們的表現(xiàn)形式往往是微分方程或代數(shù)方程。二是實(shí)驗(yàn)測取法：實(shí)驗(yàn)測取法是在所要研究的對象上，人為施

16、加一定的輸入作 用，然后，用儀器測取并記錄表征對象特性的物理量隨時間變化的規(guī)律，即得到一 系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)曲線。然后對這些數(shù)據(jù)或曲線進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，求取對象 的特性參數(shù)，進(jìn)而得到對象的數(shù)學(xué)模型。16. 復(fù)合前饋控制中的兩種典型形式是什么？ （4）答案：前饋-反饋控制和前饋-申級控制。17. 熱電偶有哪幾種冷端補(bǔ)償方法？ （ 6）答案：a）冷端溫度冰浴法b）計(jì)算修正法c）補(bǔ)償電橋法18. 寫出任意三種常用的控制器參數(shù)整定方法（6）答案：a）經(jīng)驗(yàn)法b）穩(wěn)定邊界法c）衰減曲線法d）響應(yīng)曲線法e）衰減頻率特性法（答出其中任意三種者得6分，每答出1種得2分）19. 什么是審級控制，它由哪些基本環(huán)節(jié)

17、組成？答案：將兩臺控制器串聯(lián)在一起，使被控量的控制器的輸出作為輔助控制量控制 器的給定值，而輔助控制器輸出控制一臺控制閥的控制系統(tǒng)就是審級控制系統(tǒng)。審級控制系統(tǒng)一般由主被控對象、副被控對象、控制閥、主控制器、副控制器、主 變送裝置、副變送裝置組成。20. 簡述大時延控制系統(tǒng)smith預(yù)估補(bǔ)償方案的特點(diǎn)。答案：smith預(yù)估補(bǔ)償方案的特點(diǎn)是預(yù)估出過程在基本擾動下的動態(tài)特性，然后由 預(yù)估器進(jìn)行補(bǔ)償，力圖使被延遲了七時間的被調(diào)量超前反映到控制器，使控制器提 前動作，從而明顯的減小超調(diào)量和加速調(diào)節(jié)過程，改善控制系統(tǒng)的品質(zhì)。21. 簡述什么是有自衡能力的被控對象。答案：當(dāng)被控對象受到干擾作用，平衡狀態(tài)被

18、破壞后，不需要外加控制作用，能 依靠自身達(dá)到新的平衡狀態(tài)的能力稱為有自衡能力，這種對象稱為有自衡能力的被控對象。22. . 前饋控制適用于什么場合？答案：前饋控制是按擾動而進(jìn)行控制的，因此，前饋控制常用于的場合：a） 一是擾動必須可測，否則無法實(shí)施控制；b）二是必須經(jīng)常有比較顯著和比較頻繁的擾動，否則無此必要。c）三是存在對被控參數(shù)影響較大且不易直接控制的擾動。23. 分別說明比例、積分、微分控制對控制系統(tǒng)的作用。答案：比例控制影響系統(tǒng)的動態(tài)特性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性；積分控制的作用是可以消 除系統(tǒng)余差；微分控制可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，克服對象容量滯后的影響。24. . 前饋控制適用于什么樣的場合？前

19、饋控制是按擾動而進(jìn)行控制的，因此，前饋控制常用于以下場合：1）擾動必須是可測的，否則無法實(shí)施控制；2）必須經(jīng)常有比較明顯和頻繁的擾動，否則沒有 必要；3）存在對被控參數(shù)較大而且不易直接控制的擾動。25. . 為什么前饋控制常與反饋控制構(gòu)成前饋一反饋控制系統(tǒng)？答案：前饋控制是一種補(bǔ)償控制。一般來講，前饋控制無法全部補(bǔ)償擾動對被控 變量所產(chǎn)生的影響。因此，單純的前饋控制系統(tǒng)在應(yīng)用中就會帶來一定的局限性。為克服這一弊端，前饋控制常與反饋控制聯(lián)用，構(gòu)成前饋 一反饋控制系統(tǒng)。對最主 要的、顯著的、頻繁的無法直接控制的擾動，由前饋來進(jìn)行補(bǔ)償控制；對無法完全 補(bǔ)償?shù)臄_動影響，由反饋控制根據(jù)其對被控變量所產(chǎn)生

20、的偏差大小來進(jìn)行控制。26. . 控制器的正反作用是如何確定的？ 五、計(jì)算題（本題共計(jì)15分，包括2小題）1. （5分）某控制系統(tǒng)用穩(wěn)定邊界法分別整定控制器參數(shù)，已知臨界比例度縱=25% , tk =4.5min ,試分別確定用pi和pid作用時的控制器參數(shù)。穩(wěn) 定邊界法計(jì)算表如下。、控制參數(shù)控制作用6titdp26k-pi2.2晨0.85tk-pid1.7鼠0.5tk0.13tk解:對于pi控制器查表得:p =22 k =2.2 25% = 0.55ti =0.85tk =0.85 4.5 =3.825對于pi d控制器查表得：p =2.2、k =2.2 25% = 0.55ti =0.85

21、tk =0.85 4.5 =3.825td =0.13tk =0.13 4.5 = 0.5852. （5分）某控制系統(tǒng)用4： 1衰減曲線法分別整定控制器參數(shù)。將積分時間調(diào)至 最大，微分時間調(diào)至最小，對系統(tǒng)施加階躍信號，經(jīng)過調(diào)節(jié)后系統(tǒng)的衰減比為4: 1,此時記錄下來的比例度 6s =56%和時間參數(shù)ts=5.1min 。試分別確定用 pi和pid作用時的控制器參數(shù)。4: 1衰減曲線整定經(jīng)驗(yàn)參數(shù)表如下?？刂茀?shù)控制作用dtitdp6s-pi1.220. 5ts-pid0.86s0.3ts0.1ts解：對于pi控制器查表得：p =1.2、s =1.2 56% =0.67ti =0.5tk =0.5

22、5.1 =2.55對于pi d控制器查表得：p=0.8,s=0.8 56% =0.48ti =0.3tk =0.3 5.1 =1.53td =0.1ts =0.1 5.1 =0.513. （10分）一個流量雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)如題5.2圖所示。其比值用ddz-ih型乘法器實(shí)現(xiàn)。已知 q1max = 26500m3/h , qzmax = 32000m3 /h。求：a）畫出控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。b）當(dāng)i0=16ma時，比值控制系統(tǒng)的比值 k及比值系數(shù)k分別為多少17c)待比值系統(tǒng)穩(wěn)定時，測得ii=16ma,試計(jì)算此時的12為多大。題5.2圖流量雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理圖解：1)由于 i。= k 16 4

23、得k = (i0 -4 )/16 =(16 4)/16 =0.75所以(二 k qmalmo%m32000 q2maxq1max265002)由儀表的比例系數(shù)定義，k = i2 4mai1 -4ma得：i2 =k(i1 -4ma) +4ma即：i2 =0.9 父(10-4)+4 =9.4ma3已知4. 一個比值流量控制系統(tǒng)用ddz-田型乘法器來進(jìn)行比值運(yùn)算，其原理圖如題圖所示。流量用孔板配差壓變送器來測量，但沒有開方器， q1max =3600 kg/h , qzmax =2000 kg/h。a)試畫出比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。b)如果要求比值為q1：q2=2:1,應(yīng)如何設(shè)置乘法器的設(shè)定值i。(乘

24、法器的輸出i =!l_z4oj_z4 +4)16a題3圖單閉環(huán)乘法比值控制系統(tǒng)原理圖解：流量的最大量程分別為 fimax = 3600kg /h , f2max = 2000kg / h o流量與檢測電流的關(guān)系為，ii=16m工+4, i2 =16m-f+4 ,流量比值為k=_f2,乘法器的輸fimaxf2maxfl出為 ijii4戶。0-4)44。16(i 4) (i 4)(12 一 4)穩(wěn)態(tài)時有 i = i2,即：i2 =l-l0- +4 , 10 = 16父山一-+ 4 ,16(i1-4)i0 =16k + 4。不加開方器情況，要進(jìn)行非線性處理：,f f1max 2 ”2 f1max(1

25、 3600 22k非l 性=kmx = . -= 0.92 = 0.81 f2max jf f1 f2max )12 2000 )乘法器的設(shè)置值：一 一. 一一 一. 一一一 一i0 =k非線性父16+4 = 0.81父16+4 =16.96ma六、應(yīng)用題（15）1.為了獲得被控對象的動態(tài)特性，常用的實(shí)驗(yàn)方法之一是給被控對象施加一個階 躍擾動信號，觀察其響應(yīng)，從而有觀察到的信息分析其特性。但由于某些生產(chǎn) 過程的被控對象不允許長時間施加這樣的干擾信號，所以人們采用矩形脈沖信 號取代階躍擾動，獲得觀測數(shù)據(jù)，再將脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線，以 便于特性提取。題圖6為一個矩形擾動脈沖x （寬度為t

26、,高度為a）施加到 被控對象上的響應(yīng)曲線 y。用所學(xué)過的控制理論知識，將該脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換 成高度為a的階躍信號響應(yīng)曲線。要求分析轉(zhuǎn)換機(jī)理，寫出轉(zhuǎn)換步驟。題6圖矩形脈沖輸入/輸出曲線答：設(shè)被控對象特性為線性特性，由疊加原理，輸入一個矩形脈沖信號，相當(dāng)于 施加兩個階躍信號，一個在t=0處，另一個在t=to處。 設(shè)階躍響應(yīng)為yi,將所測繪的響應(yīng)曲線按時間間隔to等分。在第一區(qū)間，yi(to)= 巾伽)。在第二區(qū)間 yi(2to)= y(2t0)+ yi(to)0 第三區(qū)間,yi(3to)= y(3to)+ yi(2to)0 以此 類推，將前一區(qū)間的階躍響應(yīng)曲線疊加到本區(qū)間的脈沖響應(yīng)曲線上，即可得到

27、本區(qū) 間的階躍響應(yīng)曲線。其響應(yīng)曲線見下圖。1。4/o 5to曲沖擾動輸入階躍輸入響應(yīng)階躍響應(yīng)曲線2.為了獲得被控對象的動態(tài)特性，常用的實(shí)驗(yàn)方法之一是給被控對象施加一個階 躍擾動信號，觀察其響應(yīng)，從而有觀察到的信息分析其特性。但由于某些生產(chǎn) 過程的被控對象不允許長時間施加這樣的干擾信號，所以人們采用矩形脈沖信 號取代階躍擾動，獲得觀測數(shù)據(jù)，再將脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線，以 便于特性提取。題圖6為一個矩形擾動脈沖x （寬度為to,高度為a）施加到 被控對象上的響應(yīng)曲線 y。用所學(xué)過的控制理論知識，將該脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換 成高度為a的階躍信號響應(yīng)曲線。要求分析轉(zhuǎn)換機(jī)理，寫出轉(zhuǎn)換步驟。航?jīng)_撥動愉人

28、脈沖愉入布應(yīng)脈沖擾動愉人階躍輸入響應(yīng)3.在某一蒸汽加熱器的控制系統(tǒng)中，用響應(yīng)曲線法進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。當(dāng)電動單元組 合控制器的輸出從6ma改變到7ma時，溫度記錄儀的指針從85c升到87.8c,從原來的穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。儀表的刻度為50m00c,并測出純滯后時間io=1.2min,時間常數(shù)to=2.5min0如采用pi和pid控制規(guī)律，試 確定出整定參數(shù)（響應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式見附表）。解：輸入增量為：ax = 7 -6 = 1ma輸出增量為：ay =87.8-85.0 = 2.8 c輸入量程差為：xmax-xmin = 10 - 0 = 10 ma輸出量程差為：ymax -ymi

29、n = 100 50 = 50 c所以,k。-y/(ymax -ymin)：x/(xmax -xmj1/102.8/50 二 0.56由查表得：在選用pi控制器時，c =1.1 k2-2 100% =1.1 0.56 1.2 100% =30%t02.5ti =3.3 0 =3.3 1.2 =3.96 min在選擇pid控制器時，t0ti =2 0 =2 1.2 =2.4 mintd =0.5 0 =0.5 1.2 =0.6 min2.5c =0.85 k0-0 100% =0.85 0.56 1.2 100% =23%響應(yīng)曲域法控制器參數(shù)整定鯉瞼公式拴制動作j一一一dtp與乂 x 100%

30、* 0pi*3,30一pd0.85 x /2, 100/ tn204 .用分度號為k的鍥銘-鍥硅熱電偶測量溫度，在沒有采取冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆r 下，顯示儀表指示值為500c,而這時冷端溫度為60co 試問：實(shí)際溫度應(yīng)為多少？答：如果熱端溫度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在 20c,此時顯示儀表的指示值應(yīng) 為多少？溫度j寬01020第4c5060r708c90熱電動玲/ni+ 00.0000.3970.79s1.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004/0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3381.1372008j378.53

31、78.9389 34(j.74510.15!10.560096911.38111.79330012.20712.62313.03913,45613,87414.29214.71233.13215.55215.97440016.39516#相17.24117,664is.oafi18.513情9弼19.319,78820.21450020.64021,0662e49321.91922,34622.77223.19823.62a24.05024.476isoo24.90225.32725.75126.17626.59927,02227.44327,867西二的28,70970029.12829.5

32、4729.96530.35330.79931.21431,62932.04232,455史，淑soo3j.27733,6863409534.50234.50935.31435.71836,12136.52436,92590037,32537,72438,12238 51g胡加539.310現(xiàn)了0340.09640,48840.s97(kki41.26941,65742,04542.43242.41743,20243.58543,96844.34944.729110045-10445.48645.s6346.23845,612j6.98547.35647,7264.09548.462120048

33、.82849j9249 5349 一對日50.27650.63350.99051.34451防52.04913005.952,74753,09353t3953.7s254.12584,46654.b07*操絡(luò)-魄硅熱電催分度我1分度號：kr參比揣遍度為解：顯示儀表指示值為500時，查表可得此時顯示儀表的實(shí)際輸入電勢為20.64mv,由于這個電勢是由熱電偶產(chǎn)生的，即e(t,to) =20.64mv同樣，查表可得：e(t,0) =e(t,t) e(t,0)= 20.64 2.463 = 23.076mv由23.076mv查表可得：t=557c。即實(shí)際溫度為 557 c 0當(dāng)熱端為557c ,冷端為

34、20c時，由于e (20, 0) =0.798mv,故有：e(t,t0) =e(t,0) -e(t0,0)23.076 - 0.798 = 22.278mv由此電勢，查表可得顯示儀表指示值應(yīng)為538.4 c 05 . (12)某生產(chǎn)過程需要甲乙兩種液體，甲液體的正常流量為1250m3/h,儀表量程為0-1350m3/h；乙的正常流量為150m3/h,儀表量程為0-240m3/h。如果選甲為 主變量，乙為副變量，設(shè)計(jì)一個控制乙的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，畫出流程圖并計(jì)算 引入開方運(yùn)算與不引入開方運(yùn)算所分別設(shè)置的比值系數(shù)。答：采用乘法器的單閉環(huán)比值控制流程框圖如圖所示（其中qi為甲流量，q2為乙流量）q

35、imax =1350m3/h: qi 的量程上限，q2max =150m3/h: q2 的量程上限，qlmin =0m3/ h : qi的量程下限，q2min =0m3/h: q2的量程下限。1引入開方器時，比值系數(shù)為:k=qqiqimaxq2max- qimin-q2minqimax=k q2max- qimin-q2mini7i50 i350 -0 =0.675i250 240 -02不引入開方器時：k，= q2 qimax -qimin-2q2max -q2min )門50 i350-0 彳 li250 240-0 /2=0.6752 = 0.456比例度跳積分時間ti(k0p/t0)x

36、 i00%微分時間td6 .設(shè)計(jì)一個比例、積分（pi）調(diào)節(jié)器，控制一個溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。控制器的調(diào)節(jié)范圍 為：0-3000c,控制器的輸出為 4-20ma。當(dāng)給定被控對象一個如圖（a）所示的階躍 輸入時，測定的被控對象響應(yīng)曲線如圖（b）所示（響應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式見下表）。要求：計(jì)算出控制器的控制參數(shù)，畫出控制系統(tǒng)方框圖。響應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式表調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)參數(shù)pii.i(k0p/t0)x i00%3.3 ppid0.85(k0/t0)x 100%0.5 o184制器的輸入上下限為pmax = 20 ma和pmin = 4 ma,由測試數(shù)據(jù)得，當(dāng)輸入信號從 4ma變化到18ma

37、時，被控對象輸出信號從 到 2500 c。由此得廣義被控對象的放大系數(shù)k0,0c,控0c變化ko1ymax ymin ,2500-0 3000-0 j18-420-42500 16 =0.953000 1431t )i .jl4在測得的曲線上找拐點(diǎn)a,作切線交于r c點(diǎn)，如下圖。圖中的讀數(shù)約為： tb =3min , tc=20min。所以，t0 = 20 3 = 17 min, % = 3min。由表中查得pi控制器的比例度計(jì)算公式為k0 95 3c =1.1 -0-0 100% =1.1 3 100% =18.48%to17k =1/、=1/0.1848=19.11 c積分常數(shù)為：ti =

38、3.3 0 =3.3 3 = 9.9min控制系統(tǒng)方框圖見下圖pi控制器廠義被控對象7 .已知已被控對象的傳遞函數(shù)為wo(s)=ke-s(tis 1)(t2s 1)在階躍擾動r(t)變化(從r(t) = 12ma變化至ij r(t) = 16ma)的作用下，其響應(yīng)曲線如下圖所示。使用階躍響應(yīng)曲線確定被控對象的傳遞函數(shù)中的各參數(shù)，k。，jt1和丁2。二階被控對象響應(yīng)曲線上各特征值關(guān)系曲線圖見附圖。答：曲線的起始點(diǎn)為b ,在曲線中找到拐點(diǎn)p ,過拐點(diǎn)作切線交于c、d ,1)在階躍響應(yīng)特性曲線上確定出y()=108.5, y(0)=100, 丫三=101, yt=107, t=11, 0=52) wei3) wei_lii10.650.300.750.80當(dāng)以ji8.對于有自衡能力的二階被控對象的傳遞函數(shù)為:wo(s)=k0(t1s 1)(t2s 1)ko,其單位階躍響應(yīng)曲線如下圖。用圖解法確定此二階被控對象傳遞函數(shù)的參數(shù)t1和丁2。其中be