過程裝備控制技術(shù)習(xí)題及參考答案

1、過程裝備控制技術(shù)習(xí)題及參考答案第一章控制系統(tǒng)的基本概念1.什么叫生產(chǎn)過程自動(dòng)化？生產(chǎn)過程自動(dòng)化主要包含了哪些內(nèi)容？答：利用自動(dòng)化裝置來管理生產(chǎn)過程的方法稱為生產(chǎn)過程自動(dòng)化。主要包含：自動(dòng)檢測(cè) 系統(tǒng)信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。4.在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，什么是干擾作用？什么是控制作用？?jī)烧哂惺裁搓P(guān)系？答：干擾作用是由干擾因素施加于被控對(duì)象并引起被控變量偏離給定值的作用；控制作用 是由控制器或執(zhí)行器作用于被控對(duì)象，通過改變操縱變量克服干擾作用，使被控變量保持 在給定值，兩者的相同之處在于都是施加于被控對(duì)象的作用，不同之處在于干擾作用是使 被控變量偏離給定值，而控制作用是使被控變量接近給定值。9

2、 .試畫出衰減比分別為 n<1,n=1,n>1,n 8時(shí)的過度過程曲線？答：如圖所示：振蕩振蕩10 .表示衰減振蕩過程的控制指標(biāo)有哪些？答：表示衰減振蕩過程的控制指標(biāo)有：最大偏差A(yù)指過渡過程中被控變量偏離設(shè)定值的最大值，即被控變量第一個(gè)波的峰 值與給定值的差。衰減比n過渡過程曲線上同方向的相鄰兩個(gè)波峰之比?；貜?fù)時(shí)間(過渡時(shí)間)ts指被控變量從過渡狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)的時(shí)間間隔，即 整個(gè)過渡過程所經(jīng)歷的時(shí)間。差e(8)指過渡過程終了時(shí)被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之差。振蕩周期T過渡過程的第一個(gè)波峰與相鄰的第二個(gè)同向波峰之間的時(shí)間間隔，其倒 數(shù)稱為振蕩頻率。第二章過程裝備控制基礎(chǔ)1.什

3、么是被控對(duì)象的特性？表征被控對(duì)象特性的參數(shù)有哪些？它們的物理意義是什么? 答：所謂被控對(duì)象的特性，是指當(dāng)被控對(duì)象的輸入變量發(fā)生變化時(shí)，其輸出變量隨時(shí)間的變化規(guī)律（包括變化的大小，速度），描述被控對(duì)象特性的參數(shù)有放大系數(shù)K,時(shí)間常數(shù)T和滯后時(shí)間t 。K被控對(duì)象重新達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的輸出變化量與輸入變化量之比。由于放大系數(shù)K反映的是對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出和輸入之間的關(guān)系，所以放大系數(shù)是描述對(duì)象靜態(tài)特性 的參數(shù)。T時(shí)間常數(shù)是指當(dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化，達(dá)到 新的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間?；虍?dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的 63.2%所需時(shí)間。時(shí)間常數(shù) T是反映

4、被控變量變化快慢的參數(shù)，因此是對(duì)象的動(dòng)態(tài)參數(shù)。滯后時(shí)間 是純滯后。0時(shí)間和容量滯后。的總和。輸入變量的變化落后于輸入變量變化的時(shí)間稱為純滯后時(shí)間，純滯后的產(chǎn)生一般是由于介 質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時(shí)間引起的。容量滯后一般是因?yàn)槲锪匣蚰芰康膫鬟f需要通過一定的阻力而引起的。滯后時(shí)間t也是反映對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的重要參數(shù)。3.什么是被控對(duì)象的控制通道？什么是干擾通道？答：對(duì)一個(gè)被控對(duì)象來說，輸入量是擾動(dòng)量和操縱變量，而輸出是被控變量。由對(duì)象的輸 入變量至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱為通道。操縱變量至被控變量的信號(hào)聯(lián)系稱為控制通道； 擾動(dòng)量至被控變量的信號(hào)聯(lián)系稱為擾動(dòng)通道。6.什么是調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律？調(diào)節(jié)器有哪幾

5、種基本控制規(guī)律？答：調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)變化的規(guī)律或是指控制器的輸出信號(hào)P與輸入偏差信號(hào)e之間的關(guān)系。常用的基本調(diào)節(jié)規(guī)律有：位式，比例，積分，微分等，以及它們的組合控制規(guī)律如PI,PD, PID。16 .設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，必須確定和考慮哪些方面的問題？答：設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，首先應(yīng)對(duì)被控對(duì)象做全面的了解。除被控對(duì)象的動(dòng)靜態(tài)特征外，對(duì)于工藝過程，設(shè)備等也需要比較深入的了解；在此基礎(chǔ)上，確定正確的控制方案，包括合理地選擇被控變量與操縱變量，選擇合適的檢 測(cè)變送元件及檢測(cè)位置，選用恰當(dāng)?shù)膱?zhí)行行器，調(diào)節(jié)器以及調(diào)節(jié)器控制規(guī)律待，最后將調(diào) 節(jié)器的參數(shù)整定到最佳值。17 .什么是串級(jí)控

6、制系統(tǒng)？它有什么特點(diǎn)？什么情況下采用串級(jí)控制？答：串級(jí)控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征面得出的。它是由主、副兩個(gè)控制器串接工作的， 主控制器的輸出作為副控制器的給定值，副控制器的輸出操縱控制閥，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主變量的 定值控制。它的特點(diǎn)有：能迅速克服進(jìn)入副回路的干擾。能改善被控對(duì)象的特征，提高了系統(tǒng)克 服干擾的能力。主回路對(duì)副對(duì)象具有“魯棒性”，提高了系統(tǒng)的控制精度。串級(jí)控制系 統(tǒng)主要就用于：對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大，干擾作用強(qiáng)面頻繁，負(fù)荷變化大，對(duì)控制質(zhì) 量要求較高的場(chǎng)合。20.什么是前饋控制系統(tǒng)？應(yīng)用在什么場(chǎng)合？ 答：前饋控制又稱擾動(dòng)補(bǔ)償，它是測(cè)量進(jìn)入過程的干擾（包括外界干擾和設(shè)定值變化）， 并按其信

7、號(hào)產(chǎn)生合適的控制作用去改變操縱變量，使被控變量維持在設(shè)定值上。前饋控制 主要用于下列場(chǎng)合: 干擾幅值大面頻繁，對(duì)被控變量影響劇烈，單純反饋達(dá)不到要求時(shí)；主要干擾是可測(cè) 不可控的變量；對(duì)象的控制通道滯后大，反饋控制不即時(shí)，控制質(zhì)量差時(shí)，可采用前饋 一反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。第三章過程檢測(cè)技術(shù)3.測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)有哪些？傳感器的主要特性有哪些?答：測(cè)量?jī)x表的主要性能指標(biāo)有技術(shù)，經(jīng)濟(jì)及使用三方面的指標(biāo)，其中技術(shù)方面的有：誤 差，精度等級(jí)，靈敏度，變差，量程，響應(yīng)時(shí)間，漂移等；經(jīng)濟(jì)方面的有：使用壽命，功 耗，價(jià)格等；使用方面的有：操作維修是否方便，運(yùn)行是否可靠安全，以及抗干擾與防護(hù)能的強(qiáng)弱

8、，重量體積的大小，自動(dòng)化程度的高低等。傳感器的主要特性有：準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性，靈敏性。8.用一溫度計(jì)測(cè)量某介質(zhì)溫度，40%的讀數(shù)誤差小于 0.5 ,用線性插值法估計(jì)該溫度升的標(biāo)準(zhǔn)差,算誤差小于0.75的概率。解：（i）(z)p|2x| z =-z0e2 z萬dz 2e 2dz 1z 0.52z 0.530.69850.7019由此推得0.7時(shí),0.5205由已知條件知（z） 0.4,查概率積分表得:2ze 2dz0.7 時(shí) z=0.5205,z 0.50.52050.96(2) z 0.75,得:z 0.781查表得：z 0.78時(shí),(z) = 2 0.7823 1=0.5646即誤差小于0.75

9、,概率為0.564616.用U型管壓力計(jì)（封液為水銀）測(cè)溫度管道中水的壓力。壓力計(jì)在管道下面1.5M （至肘管端口）處，壓力計(jì)同大氣一側(cè)肘管內(nèi)水銀面距口80mm兩管水銀面高度 h=140mm求水的表壓力（Pa） 解：如圖所示：1 1截面壓力相等，即:P7KzKg(h1h2h3) = Pa7MM gh3，表壓P表PK Pa水銀 gh3水 g hi h2 h313,6 1 03 9.8 0,14 1 103 9.8 1.5 0.08 0.141803.2Pa19.試述彈簧管壓力計(jì)彈簧管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與測(cè)壓原理。答：彈簧管壓力計(jì)由彈簧管壓力感應(yīng)元件和放大指示機(jī)構(gòu)兩部分組成，前者是彎成圓弧狀 的空心管子，一

10、端固定（作為壓力輸入端）；另一端自由，作為位移輸出端，接放大指示 機(jī)構(gòu)。其它是由拉桿，齒輪及指針組成。測(cè)壓原理：在彈性范圍內(nèi)，彈簧管自由端的位移與被測(cè)壓力之間近似線性關(guān)系，即通過測(cè) 量自由端的位移，可直接測(cè)得相應(yīng)的被測(cè)壓力大小。21.轉(zhuǎn)子流量計(jì)顯示流量的形式有幾種，是如何分度的。答：轉(zhuǎn)子流量計(jì)顯示流量的形式有3種，一種是玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，其錐型管是電玻璃制成，并在管壁標(biāo)有流量刻度，直接根據(jù)轉(zhuǎn)子的高度進(jìn)行讀數(shù)；另一類為電運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，即將轉(zhuǎn)子的位移信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；另一種為氣動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子流量，將轉(zhuǎn)子的位移信 號(hào)變?yōu)閴毫π盘?hào)，進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送。第四章過程控制裝置4. DD8- III型電動(dòng)差壓變送器

11、是按什么原理工作的？它是由哪幾部分組成的？試簡(jiǎn)述其 工作過程。答：DD8- III型電動(dòng)差壓變送器是按力矩平衡原理工作的，由測(cè)量部分（杠桿系統(tǒng)）；電 磁反饋裝置；矢量機(jī)構(gòu)；低額位移檢測(cè)放大器。其工作過程如下：被測(cè)差壓信號(hào)p1,p2分別送入敏感元件兩側(cè)的正負(fù)壓室，敏感元件將其轉(zhuǎn)換成作用于主杠桿下端的輸入力 Fi,使主杠桿以軸封膜片為支點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，并以力F1沿水平方向推動(dòng)矢量機(jī)構(gòu)，矢量機(jī)構(gòu)將推力分解成 F2和F3。F2使矢量機(jī)構(gòu)的推板向上偏轉(zhuǎn)，并通過連接簧片帶 動(dòng)副杠桿L4以支點(diǎn)M逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，使固定在副杠桿上的差動(dòng)變壓器B的銜鐵靠近差動(dòng)變壓器,兩點(diǎn)之間的距離變化量再通過低頻位移檢測(cè)放大器轉(zhuǎn)換并方大為4

12、20mAt流電流，作為便送器的輸出信號(hào)；同時(shí)該電流又流過電磁反饋裝置的反饋動(dòng)圈，產(chǎn)生電磁反饋力 Ff,使副杠桿順時(shí)偏轉(zhuǎn) o,當(dāng)輸入力與反饋力對(duì)杠桿系統(tǒng)說產(chǎn)生的力矩Mi, Mf達(dá)到平衡時(shí)，變送器便達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)低頻位移檢測(cè)放大器的輸出電流Io便反映了說測(cè)電壓Api的大小。11. PID調(diào)節(jié)器是由哪些基本部分組成的？試分析各部分所完成的功能。答：PID調(diào)節(jié)器的基本組成有輸入電路，運(yùn)算電路和輸出電路組成。輸入電路是檢測(cè)偏差 信號(hào)，信號(hào)經(jīng)濾波電路后輸出導(dǎo)PID運(yùn)算電路。（輸入電路包括偏差檢測(cè)電路，內(nèi)給定穩(wěn)壓電源電路，內(nèi)外給定切換開關(guān)，正反作用開關(guān)及濾波電路等）。PID運(yùn)算電路：根據(jù)整定好的

13、參數(shù)用以對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行比例，微分和積分的運(yùn)算，是調(diào)節(jié) 器實(shí)現(xiàn)PID控制規(guī)律的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。輸出電路：將運(yùn)算電路的輸出信號(hào)做最后一次放大，或者作為運(yùn)算電路之回路中放大器的 組后一級(jí)，提供調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)。13.試說明基型調(diào)節(jié)器產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象的原因。答：在基型調(diào)節(jié)器的 PI電路中，接有運(yùn)算放大器，對(duì)于理想的比例積分電路，只要輸入 信號(hào)Usc2存在，積分作用就不會(huì)終止，直到輸出電壓被限制在運(yùn)算放大器的最大或最小允 許輸出為止，即產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，一般稱輸出電壓未被限制為正常工作狀態(tài)，輸出電壓 被限制后稱為飽和工作狀態(tài)。16.有一電動(dòng)比例調(diào)節(jié)器，器輸入電流范圍為420mA輸出電壓范圍是1 5V。試計(jì)算

14、當(dāng)比例度規(guī)定在 40%時(shí)，輸入電流變化 4mA所引起的輸出電壓變化量為多少e解. xmax xmin0P .pmaxpmin4即20_/ 0.4u5-1u 2.5V即：輸出電壓變化量為2.5V第五節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由哪幾部分組成的？各部分有什么作用？答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由工業(yè)對(duì)象和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)兩大部分組成。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主要 由硬件和軟件兩部分組成。其中硬件部分主要包括計(jì)算機(jī)主機(jī)，外部設(shè)備，外圍設(shè)備，工 業(yè)自動(dòng)化儀表和操作控制臺(tái)，軟件是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的程序系統(tǒng)，各部分作用參見課本P234-235。8. DDC勺基本算法有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：DDCJ基本算法分為兩種：理想 PID算法和實(shí)際PID算法。其中理想PID算法包括： 位置式，增量式和速度式；實(shí)際 PID算法有：位置式，增量式和速度式。理想算法中