過程控制考試題庫終結(jié)版要點(diǎn)

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* =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?？刂茀?shù)控制作用dTiTdP2久-PI2.2%0.85Tk-PID1.7g0.5Tk0.13Tk解：對于PI控制器查表得：P =2.2 k =2.2 25% = 0.55T| =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% = 0.55T| =0.85Tk =0.85 4.5 =3.825Td =0.13Tk =0.13 4.5 = 0.58528. （5分）某控制系

2、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 飛=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。、控制參數(shù) 控制作用 dTiTdp6s-pi1.2Q0. 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 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、.3 5.1 =1.53Td =0.1Ts =0.1 5.1 =0.5129. （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-川型乘法器實(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。c）待比值系統(tǒng)穩(wěn)定時，測得h =16mA，試計(jì)算此時的12為多大。IIIID為T12題5.2圖流量雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理圖解：1)由于 Io = K 164得 K = lo -4 /16 =(16-4)/16 =0.75 所以K + Q2max2)由

4、儀表的比例系數(shù)定義，K*i75加9K2-4mAh4mA得：12 二 K(h -4mA) 4mA即：12 =0.9 (10-4) 4= 9.4mA 30. 一個比值流量控制系統(tǒng)用 DDZ-川型乘法器來進(jìn)行比值運(yùn)算，其原理圖如題 3圖所示。流量用孔板配差壓變送器來測量，但沒有開方器，已知 Qjmax = 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 :Q2:1，應(yīng)如何設(shè)置乘法器的設(shè)定值I。(乘法器的輸出|=(11一4)(1一4)4)16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 F1max = 3600kg/h，

5、F2ma2000kg / h。流量與檢測電流的關(guān)系為，1廣16F 4 ,12=16F 4，流量比值為K二旦，乘法器的輸F1maxF2maxR出為 |、(|1一4)仏-4)*。16穩(wěn)態(tài)時有 1“2，即：l(l4) (l4) 4，1164，16(11-4)l0 =16K 4。不加開方器情況，要進(jìn)行非線性處理：F1maxF2max jFimaxF2max口 3600 (2 2000= 0.92= 0.81乘法器的設(shè)置值:l0=K非線性 16 4=0.81 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

6、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t0,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/輸出曲線階躍響應(yīng)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=t0處。 設(shè)階躍響應(yīng)為y1，將所測繪的響應(yīng)曲線按時間

7、間隔t0等分。在第一區(qū)間，yt0）= y1（t0）。在第二區(qū)間 y1（2t0）= y（2t0）+ y（t0）。第三區(qū)間，y1（3t）= y（3t）+ y1（2t）。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，即可得到本區(qū) 間的階躍響應(yīng)曲線。其響應(yīng)曲線見下圖。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

8、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。ol1!肚沖擾動愉入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50/00C，并測出純滯后時間o=1.2min,時間常數(shù)To=2.5min。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：厶X = 7 - 6 =

9、1mA輸出增量為：丫 =87.8-85.0 = 2.8 C輸入量程差為：X max - X min =10-0=10 mA 輸出量程差為：Ymax - Ymin = 100 - 50 = 50 C所以,Y/(YmaIX-丫min )2.8/50X /(Xmax一 X min )1/10二 0.56由查表得：在選用PI控制器時，.K0e00.56 漢 1.2-=1.1100% =1.1100% =30%T。2.5TI =3.3 0 =3.3 1.2 =3.96 min在選擇PID控制器時， 0.85100% =0.85 0.56 1.2 100% =23%T02.5Ti =2 o =2 1.2

10、=2.4 minTd =0.5.0 = 0.5 1.2=0.6min響應(yīng)曲歩法控制器瞎散整定經(jīng)驗(yàn)公式控制動件一一61TDPx 100%PIiJ X 冷H X 100強(qiáng)3r3TDPD0.85 N100Q-5rfl4. 用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度，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60C。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20 r，此時顯示儀表的指示值應(yīng)為多少？棣鉆-稼班趣巾肝分度表(行厘號；K.奏比瑞溫厘為010203040506070090fe/mV*00.0000.370.7981.2031.61L2,02

11、22.4362.8503.2663,6811004.0954.50&4.9195.7139.7456J376.53氐刪7.3387.7372008.137837A.03B9.34110J5110,5W10.96911.39111.79530012-20?J2-623B.039J3.45613.874U29214-7T2ISA3115.55215.97440016.39516.81817.24117.664I8.O8S18.51318-93819.36319.78820.21450020-&4021曲21,49321.91932.346g-1 yyi23.19$站.血24.05024.47660

12、024.90225.32725.75126.17626.39917.02227.44527.86?28.28&:S. =1970029J2B29.54729,96530.35330.7931-21431 上2932.04232.45532.S6680032.2773J.68654.095弭.50214.909IS.31435.71E36.12136,53436,92590037.32337.72438.12238,51938.91539.31039-70340.06+Q.4B84D.S97100041 .2541.657斗42.43242.81743.20243.5S543.96S-14.34

13、44.72F110045.1043.48643.86346.238445.61246.9S547.35647.72648-0954S.46212DQ胡.&茹49.132.55645.91$50.27650.63350.99051.54451-69752-D49130052.39852.74753.09353.43953.7S154.12584.46654.807*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

14、= 23.076mV由23.076mV查表可得：t=557C。即實(shí)際溫度為 557C。當(dāng)熱端為557C，冷端為20C時，由于E (20，0) =0.798mV,故有：E(t,t)=E(t,O)-E(t0,O)=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 Co5. （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

15、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） Q1fmax 1350m3/h: Qi 的量程上限， Q2max =150m3/h： Q2的量程上限， Qimin = 0m3 / h : Q1的量程下限， Q2min =0m / h : Q2的量程下限。Q2Q1 max _ Q1 min1引入開方器時，比值系數(shù)為：Ki f 2 f imax f iminQ1max _ Q1 minKQ1 Q2max Q2minQ2max _ Q2min150 1350 -00.675 1250 240 -02不引入開方器時：Q2 Q1 max _ Q1 mi

16、nKIQ1 Q2 max Q2min J(150 1350-0 1250 240-02二 0.675 = 0.4566. 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：0-3000E，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)比例度%積分時間Ti微分時間TdP(K0 t/T0)X 100%PI1.1(K0t/T0)X 100%3.3t0.5 oPIDO

17、.85(Kot/To)X 100%2t答：由已知條件得：控制器的調(diào)節(jié)范圍上下限為：ymax= 3000 C和ymin =0C,控制器的輸入上下限為Pmax =20mA和Pmin =4 mA,由測試數(shù)據(jù)得，當(dāng)輸入信號從 4mA變化到18mA時，被控對象輸出信號從 0C變化 到 2500 Co由此得廣義被控對象的放大系數(shù)K0,/ymaxymin/RaxPmin 丿Ko(2500-0 /18-4 13000-0丿/ 120-4 丿2500 理 0.953000 14在測得的曲線上找拐點(diǎn)A,作切線交于B C點(diǎn)，如下圖。圖中的讀數(shù)約為：tB 3min , tc 20min。所以，To = 20 - 3

18、= 17 min, o 二 3min。由表中查得 PI控制器的比例度計(jì)算公式為,K000.95匯 3、=1.1100%=1.1100%=18.48%To17Kc 、=1/0.1848 =19.11積分常數(shù)為：T| =3.3 =3.3X3 = 9.9min控制系統(tǒng)方框圖見下圖Pl控制器廠義被控對家廣義被控對象PI控制器7.已知已被控對象的傳遞函數(shù)為W(s)二KeY(TiS 1)(T2S 1)在階躍擾動r(t)變化(從r(t) = 12mA變化到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。，.，T1和T2。二階被控對象響應(yīng)曲線上各特征

19、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 /、Z0.65 O.3CI0.75218. 對于有自衡能力的二階被控對象的傳遞函數(shù)為:W(s)=K。(Tis 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)Ti和T2。其中BE與m的相互關(guān)系表見附表。答：由于輸入為單位階躍輸入，被控對象的放大系數(shù)為K。=13.5Ti和T2的確定步驟如下：1）過響應(yīng)曲線的拐點(diǎn)A作切線；2）分別交B、C、D和E點(diǎn)，并求得CD和BE值；B =5.5，C = 5，D =9.5，E = 4.5CD =9.5 - 5=4.5，BE =5.5 -

20、 4.5 13）從附表中求得與BE值對應(yīng)的m值。4）由 CD 二T2 -T1，m 二T1/T2解得5)9. 對于一個熱交換系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套前饋-反饋復(fù)合控制裝置，系統(tǒng)的管道儀表流程K 圖如圖所示。已知被控對象和執(zhí)行裝置的傳遞函數(shù)近似為Wa (s)亠eaSTaS + 1 (其中，Ka =3，Ta =5min，5 =2.5min)，反饋通道檢測變送裝置的傳遞函 數(shù)為Wm(s) Km (其中Km = 0.5)，擾動通道的傳遞函數(shù)近似為K Wd(s)-edS (其中，Kd =0-5，Td =3min，= 3min )前饋通道檢測TdS+1變送裝置的傳遞函數(shù)為 Wq(s) = Kq (其中Kq=0.5 )。試在反饋通道上設(shè)計(jì)一個 PID控制器Wc(s)，在前饋通道上設(shè)計(jì)一個前饋控制器 Wf(s)。要求：設(shè)計(jì)控制 器，計(jì)算出各控制器的控制參數(shù)，并畫出可實(shí)施的控制系統(tǒng)方框圖。注：響應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式見下表調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)參數(shù)比例度%積分時間Ti微分時間TdP(K%/T。) X100%