上海大學(xué)過(guò)控復(fù)習(xí)要點(diǎn)和習(xí)題答案

1、課程掌握要點(diǎn)第一章 緒論1 過(guò)程控制定義？ 掌握術(shù)語(yǔ)DCS，F(xiàn)CS，DDZ，QDZ2 常規(guī)儀表過(guò)程控制系統(tǒng)的組成？3 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。尤其是單項(xiàng)指標(biāo)。4 自動(dòng)化儀表的分類，信號(hào)體制：掌握氣動(dòng)儀表之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)是什么？電動(dòng)模擬儀表的聯(lián)絡(luò)信號(hào)是什么？5 掌握單元組合儀表中設(shè)置活零點(diǎn)有什么好處？ 6 安全火花防爆系統(tǒng)第二章 檢測(cè)儀表1 傳感器，變送器的作用。檢測(cè)變送的功能：轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)：24V DC電源供電，420 mA 電流信號(hào)，15V DC 電壓信號(hào). 氣動(dòng)執(zhí)行器 20100 KPa2 掌握儀表的性能指標(biāo)（誤差，精度，特性曲線，零點(diǎn)，量程），掌握精度計(jì)算。3 了解變送器與控制室儀表之間

2、的信號(hào)四線制、三線制、二線制傳輸接線方式？4 掌握工業(yè)常用熱電阻類型，熱電阻的測(cè)溫范圍，注意事項(xiàng)及熱電阻的接線方式。5 掌握熱電偶測(cè)溫原理，范圍，注意事項(xiàng)及冷端補(bǔ)償和補(bǔ)償導(dǎo)線。6 掌握DDZ-III熱電偶的特點(diǎn)。7 了解熱電偶變送器的作用，組成結(jié)構(gòu)、各部分功能，實(shí)現(xiàn)原理。8 掌握壓力測(cè)量的彈性元件有哪幾種？ 各種壓力之間的關(guān)系。9 掌握流量測(cè)量方法有那些，分類？節(jié)流式流量計(jì)測(cè)量流量原理，節(jié)流元件起什么作用？10 了解靶式流量計(jì)和其他流量計(jì)的工作原理。11 掌握轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理。與差壓流量計(jì)比較異同！渦街流量計(jì)測(cè)量原理。12 了解液位測(cè)量?jī)x表有哪幾種？它們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)測(cè)量的原理？13 掌握利用壓

3、力或差壓變送器來(lái)測(cè)量液位的原理？ 零點(diǎn)遷移。課后作業(yè)答案：第一章 P151.（10） 錯(cuò) （11） 對(duì)2. （）（用下圖代替吧，手頭無(wú)畫圖工具）其中控制器為L(zhǎng)C，執(zhí)行器為，檢測(cè)變送可寫為，對(duì)象為水槽，被控變量為液位（）DDZ-III采用的電模擬信號(hào)體制: 采用24V DC電源供電，420mA DC 電流信號(hào)作為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和控制室之間各儀表之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，15V DC電壓信號(hào)作為控制室內(nèi)各儀表之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。模擬氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：20KPa100KPa （0.02MPa0.1MPa）（）（以該題為參考）某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為400+15，考慮安全因素，調(diào)節(jié)過(guò)程中溫度偏離給定值不得超過(guò)60。現(xiàn)設(shè)

4、計(jì)運(yùn)行的溫度定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在最大階躍干擾下的過(guò)渡過(guò)程曲線如圖所示。試求該過(guò)渡過(guò)程的最大偏差、余差、衰減比、過(guò)渡時(shí)間（按被控變量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的+2%為準(zhǔn)）和振蕩周期，并說(shuō)明該調(diào)節(jié)系統(tǒng)能否滿足工藝要求。 第二章P701（3）解： 該儀表的基本誤差為：去掉“±”號(hào)與“”號(hào)，其數(shù)值為0.4。由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中有0.4級(jí)儀表， 故：這臺(tái)測(cè)溫儀表的精度等級(jí)為0.4級(jí)。（4）解： 根據(jù)工藝要求，儀表的允許基本誤差為：去掉“±”和“”號(hào)后，0.22介于0.20.4之間。若選精度為0.4級(jí)的儀表，其允許的最大絕對(duì)誤差為±3.6，超過(guò)了工藝允許的數(shù)值。若選精度為0.2級(jí)的儀表，

5、其允許的最大絕對(duì)誤差為±1.8， 故： 應(yīng)選擇0.2級(jí)的表。（5）代入量程：100-20，輸出范圍20-4，以及對(duì)應(yīng)壓力40和80，分別得到輸出為8mA ,16mA(6)（10）壓力之間的關(guān)系：(12)2(1) 最大誤差6（5）第三章 調(diào)節(jié)器14 掌握P、PI、PD，PID調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，各調(diào)節(jié)規(guī)律定義公式，其階躍響應(yīng)。積分時(shí)間的大小相應(yīng)的積分作用怎樣？微分時(shí)間的大小其作用怎樣？比例度如何求取？了解為什么在實(shí)際應(yīng)用中不用理想的微分作用？15 無(wú)擾動(dòng)切換是指什么？16 了解微分先行的PID算法主要用于解決什么問題？對(duì)什么有微分作用？17 了解比例先行的PID算法有什么特點(diǎn)？18 掌握PID

6、微分方程及差分方程？ 尤其是PI輸出的特點(diǎn)，影響。19 掌握調(diào)節(jié)器的正反作用判斷。執(zhí)行器20 掌握解執(zhí)行器的作用、類型、由哪兩部分組成？各部分的作用是什么？21 了解氣動(dòng)執(zhí)行器和電動(dòng)執(zhí)行器各有什么特點(diǎn)？22 掌握什么是氣開閥，什么是氣關(guān)閥。按什么原則、如何來(lái)選擇氣開或氣關(guān)方式？23 掌握調(diào)節(jié)閥流量特性的定義；理想流量特性的定義、分類和特點(diǎn)；24 工作流量特性的定義，串聯(lián)管道中調(diào)節(jié)閥流量特性的變化25 S值的大小對(duì)流量特性的影響？26 掌握選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性的三原則？27 了解電氣轉(zhuǎn)換器起什么作用？為什么要用閥門定位器？ 28 掌握構(gòu)成一個(gè)安全火花型防爆系統(tǒng)的充要條件是什么？安全火花型防爆系統(tǒng)

7、的組成結(jié)構(gòu)。29 了解防爆柵有哪幾種類型？ 30 了解危險(xiǎn)場(chǎng)所分為哪幾類？危險(xiǎn)程度最高的是哪一類？第一類危險(xiǎn)場(chǎng)所又分為哪幾級(jí)？ 第四章 控制對(duì)象的特性測(cè)試1. 掌握利用機(jī)理法建立單容/雙容對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。2. 掌握什么是具有自衡能力的對(duì)象？具有滯后的一階二階特性的表示式；什么是無(wú)自衡能力的對(duì)象？具有滯后的一階二階特性的表示式。3. 掌握什么是飛升曲線？單容對(duì)象或多容對(duì)象的飛升曲線可用哪些參數(shù)來(lái)表征？4. 掌握如何轉(zhuǎn)換飛升曲線和方波響應(yīng)曲線？轉(zhuǎn)換的原理和方法。5. 掌握由飛升曲線來(lái)確定一階對(duì)象特性參數(shù)的方法。6. 掌握測(cè)定對(duì)象動(dòng)特性的方法分類第五章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 掌握什么是調(diào)節(jié)通道？什么是干擾通

8、道？2 掌握調(diào)節(jié)過(guò)程常用的品質(zhì)指標(biāo)，定義！3 掌握干擾通道的放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)及純滯后的影響！干擾進(jìn)入位置的影響。4 掌握調(diào)節(jié)通道對(duì)象的放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)及純滯后的影響！5 掌握調(diào)節(jié)方案設(shè)計(jì)中控制量被控量的選擇原則！6 掌握調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)系統(tǒng)動(dòng)特性的影響！P,I,D,PI,PD,PID7 掌握參數(shù)整定的方法有那些，各自特點(diǎn)。（三種典型）第三次作業(yè)（P108）1（2）某比例積分調(diào)節(jié)器的輸入，輸出范圍均為420mA DC，若設(shè)ó=100%，T1=2MIN，穩(wěn)態(tài)時(shí)其輸出為6mA，若在某一時(shí)刻輸入階躍增加1mA，試求經(jīng)過(guò)4min后調(diào)節(jié)器的輸出。解： =1/Kc=100% =>Kc=1U(t

9、)=Kc(e(t)+1/Tie(t)dt)= e(t)+1/Tie(t)dt=1+0.51dt=1+0.5×4=3mA 則4min后調(diào)節(jié)器的輸出為9mA(5)什么叫無(wú)平衡無(wú)擾動(dòng)切換？全刻度指示調(diào)節(jié)器是這樣保證由自動(dòng)到軟手動(dòng)，由軟手動(dòng)到硬手動(dòng)，再由硬手動(dòng)到軟手動(dòng)，由軟手動(dòng)到自動(dòng)之間的無(wú)擾動(dòng)切換的？ 解：當(dāng)調(diào)節(jié)器由硬手動(dòng)切換到軟手動(dòng)是，由于切換后的積分器具有保持特性，即能保持切換前的硬手動(dòng)輸出狀態(tài)，故由硬手動(dòng)切向軟手動(dòng)，無(wú)需平衡即可做到輸出無(wú)擾動(dòng)（6）調(diào)節(jié)器的正反作用是如何規(guī)定的？ 答：隨著測(cè)量信號(hào)的增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，則為正作用；隨著測(cè)量信號(hào)的增加，調(diào)節(jié)器的輸出減少，則為反作用。

10、 （15）什么是調(diào)節(jié)閥的流量特性？調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有哪幾種？它們各是怎樣定義的？調(diào)節(jié)閥的工作流量特性和阻力系數(shù)有關(guān)，而阻力系數(shù)又是怎樣定義的？它的大小對(duì)流量特性有何影響？ 答：調(diào)節(jié)閥的流量特性，是指控制介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與閥門相對(duì)開度之間的關(guān)系。理想的流量特性有直線流量特性，對(duì)數(shù)流量特性和快開流量特性。直線流量特性是指流過(guò)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量和閥門的相對(duì)開度成直線關(guān)系對(duì)數(shù)流量特性是指單位行程變化所引起的相對(duì)流量變化與該點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系快開流量特性是指在小開度時(shí)就有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快達(dá)到最大，故稱為快開特性。阻力系數(shù)S定義為閥全開時(shí)閥前后壓差Pvmin與系統(tǒng)總壓差P的

11、比值。當(dāng)S=1時(shí)，管道壓降為零，調(diào)節(jié)閥前后壓差等于系統(tǒng)總壓差，故工作流量特性即為理想流量特性；當(dāng)S<1時(shí)，由于串聯(lián)管道阻力的影響，使流量特性產(chǎn)生兩個(gè)變化：一個(gè)是閥全開時(shí)流量減少；另一個(gè)是使閥在大開度工作時(shí)控制靈敏度降低。隨著S值減少，直流特性趨向于快開特性，對(duì)數(shù)特性趨向于直線特性，S值越小，流量特性的變形程度愈大。2（5）如圖所示，冷物料通過(guò)加熱器用蒸汽對(duì)其加熱。在事故狀態(tài)下，為了保護(hù)加熱器設(shè)備的安全，即耐熱材料不被損壞，現(xiàn)在蒸汽管道上有一個(gè)氣動(dòng)執(zhí)行器，試確定其氣開，氣關(guān)形式，并畫出由PID調(diào)節(jié)器構(gòu)成的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。 解：為了保護(hù)加熱設(shè)備的安全，應(yīng)該選擇氣開閥。 （6）現(xiàn)測(cè)得三種流量

12、特性的有關(guān)數(shù)據(jù)見表。試分別計(jì)算其相對(duì)開度在10%，50%，80%各變化10%時(shí)的相對(duì)流量的變化量，并據(jù)此分析它們對(duì)控制質(zhì)量的影響和一些選用原則。Q/Qmax (%) l/L()0102030405060708090100直線流量特性3.313.022.732.342.051.761.371.080.690.3100對(duì)數(shù)流量特性3.34.676.589.2613.018.325.636.250.871.2100快開流量特性3.321.738.152.665.275.884.591.396.1399.03100調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度(l/L)()和相對(duì)流量(Q/Qmax) (%) （R=30）解：直線流

13、量特性：相對(duì)開度在10%，50%，80%各變化10%的相對(duì)流量變化量為74.6%，18.6%，12%對(duì)數(shù)流量特性：相對(duì)開度在10%，50%，80%各變化10%的相對(duì)流量變化量為41%，40%，40%快開流量特性：相對(duì)開度在10%，50%，80%各變化10%的相對(duì)流量變化量為76%，11%，3%由上述數(shù)據(jù)可知，直線特性的調(diào)節(jié)閥在開度變化相同的條件下，當(dāng)流量小時(shí)，流量的變化值相對(duì)較大，調(diào)節(jié)作用強(qiáng)，容易產(chǎn)生超調(diào)和引起振蕩；當(dāng)流量大時(shí)，流量變化值相對(duì)較小，調(diào)節(jié)作用進(jìn)行緩慢，不夠靈敏。適合于符合穩(wěn)定的場(chǎng)合。 對(duì)數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥在同樣的開度變化值下，當(dāng)流量小（小開度）時(shí)，流量的變化也?。ㄕ{(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)

14、小），調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和；流量大（大開度）時(shí)，流量的變化也大（調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)大），調(diào)節(jié)靈敏有效。無(wú)論大開度還是小開度，相對(duì)流量的變化率都是相等的，表明流量變化的百分比是相同的。適用于符合變化的場(chǎng)合。快開流量特性的調(diào)節(jié)閥在開度很小時(shí)，就已經(jīng)將流量放大，隨著開度的增加，流量很快就達(dá)到最大（飽和）值，以后再增加開度，流量幾乎沒有什么變化。這種流量特性適合于迅速開閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。補(bǔ)充作業(yè)：1. 如圖所示，用差壓變送器測(cè)敞口容器液位，其最低液位和最高液位到儀表的距離分別為h1=1m，h2=3m,若被測(cè)介質(zhì)的密度為980kg/m3,求： 1）該變送器的量程為多少？ 2）是否需要遷移？遷移量為多少？2

15、： 某負(fù)作用理想PID調(diào)節(jié)規(guī)律， ， Ti=2min,Td=0,在t=t0時(shí)刻加入一幅值為1mA的階躍信號(hào)，若調(diào)節(jié)器的起始工作點(diǎn)為6mA，試畫出調(diào)節(jié)器的輸出波形。3. 某正作用理想PID調(diào)節(jié)規(guī)律， Ti=30s,Td=0,試畫出在如圖所示輸入方波作用下的調(diào)節(jié)器輸出波形（初始工作點(diǎn)6mA）。4.在階躍輸入作用下，即調(diào)節(jié)器的輸出為：因此，可以從階躍響應(yīng)曲線上確定KC，TiA=1 ，則t=0, y=Kc=1/P t=Ti y=2Kc=2/P(1) P1=1/0.5=2=200%, T1=0.5 P2=1/2=50%, T2=1(2) P1=4*200%=800%, T1=0.25, K1=0.125

16、P2=4* 50%=200%, T2=0.5 , K2=0.5 (2號(hào)線變?yōu)?號(hào)線 )(3)比例、積分作用減弱，影響比例的是P，影響積分作用的是P和Ti5 某電動(dòng)比例調(diào)節(jié)器的測(cè)量范圍為100200 ，其輸出為010mA。當(dāng)溫度從140 變化到160 時(shí)，測(cè)得溫度調(diào)節(jié)器的輸出從3mA變化到7mA，試求該調(diào)節(jié)器的比例帶。6 圖示鍋爐生產(chǎn)情況，冷水進(jìn)入氣鼓，經(jīng)燃燒加熱產(chǎn)生蒸汽，在生產(chǎn)過(guò)程中，工藝要求氣鼓里的水不能燒干，不然將產(chǎn)生事故，甚至發(fā)生爆炸。為了保證鍋爐的安全生產(chǎn)，試確定冷水進(jìn)水管道上調(diào)節(jié)閥的氣開，氣關(guān)形式。氣關(guān)閥7、圖示，冷物料通過(guò)加熱器用蒸汽對(duì)其加熱，在事故狀態(tài)下，為了保護(hù)加熱器設(shè)備的安全

17、，即耐熱材料不損壞，現(xiàn)在蒸汽管道上有一只調(diào)節(jié)閥，確定其氣開，氣關(guān)形式。氣開閥第四、五章習(xí)題1、水槽如圖所示。其中F為槽的橫截面積，R1、R2、R3均為線性水阻，Q1為流入量，Q2 、Q3為流出量。要求： (1) 寫出以水位H為輸出量，Q1為輸入量的對(duì)象動(dòng)態(tài)方程； （2）寫出對(duì)象的傳遞函數(shù)，并指出其增益K和時(shí)間常數(shù)T的數(shù)值。2、有一液位對(duì)象，其矩形脈沖響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表。矩形脈沖幅值 閥門開度變化，矩形脈沖寬度 。(1)試將矩形脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換為階躍響應(yīng)曲線。(2)若將它近似為帶純延遲的一階慣性對(duì)象，試用不同的方法確定其特性參數(shù)K、T和 的數(shù)值。x（t）= x1（t）+ x2（t）x2（t）=

18、- x1（t -t）y（t）= y1（t）+ y2（t） = y1（t）- y1（t-t）t020406080100120140160180200220240260280h100.20.82.03.65.47.49.31112.613.614.415.115.816.43003203403603804001717.417.617.817.9518.1畫圖并求得3.求無(wú)自平衡能力的雙容水槽液位與輸入流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系解：根據(jù)動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，列出以下增量方程 進(jìn)行拉普拉斯變換，整理，得到傳遞函數(shù)、數(shù)學(xué)模型 為槽1的時(shí)間常數(shù)為槽2的時(shí)間常數(shù) 4.求有自平衡能力的雙容水槽液位與輸入流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系5. 如圖所

19、示簡(jiǎn)單水槽對(duì)象，進(jìn)水流量Qi為20m3/h，液位h穩(wěn)定在10m處，現(xiàn)在我們?nèi)藶榈貙⑦M(jìn)水流量突然加大到30m3/h，液位h的反應(yīng)曲線如圖所示，試求出該水槽對(duì)象的特性參數(shù)并寫出對(duì)象傳函。（液位h為輸出變量，進(jìn)水流量Qi為輸入變量）6.（1）（2） 干擾通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響, 當(dāng)干擾是幅值為F的階躍信號(hào)1. 調(diào)節(jié)通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響，當(dāng)給定是幅值為R的階躍信號(hào)（3）比例度越大，余差越大。（4）7通常情況下，如圖系統(tǒng)閥門氣開氣關(guān)型式和調(diào)節(jié)器正反作用應(yīng)選（ C ）。A. 氣開閥 正作用調(diào)節(jié)器B. 氣開閥 反作用調(diào)節(jié)器C. 氣關(guān)閥 正作用調(diào)節(jié)器D. 氣關(guān)閥 反作用調(diào)節(jié)器8.試設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)（被控參數(shù)選擇，控制參數(shù)選擇，調(diào)節(jié)閥及調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律，正反作用的選擇，畫出控制系統(tǒng)框圖） 參考書上奶粉加工過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第六章 高性能過(guò)程控制1 掌握串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)，會(huì)分析！2 掌握串級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主副變量的選擇原則，調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律的確定原則，調(diào)節(jié)器的正反作用的確定第6章： 1（8） 能 1（9） 是 （反饋環(huán)節(jié)視為正時(shí)） 1（11） 1）T1C調(diào)節(jié)閥副對(duì)象主對(duì)象T1TT2TT2C T1T2給定干擾 2）氣