過場控制課后習(xí)題

1、控制器是根據(jù)輸入偏差和一定的控制算法來計算操縱量的單元；1-3某化工液體產(chǎn)品，當(dāng)原料進(jìn)入某反應(yīng)器時，工藝上要求其溫度為40c±5C,定值單閉環(huán)控制系統(tǒng)在階躍信號作用下，獲得溫度的響應(yīng)過程曲線如圖，確定：穩(wěn)態(tài)誤差、衰減比和衰減率、超調(diào)量以及調(diào)節(jié)時間穩(wěn)態(tài)誤差e()ry()40411(C),衰減比n%f4Vb1衰減率y一y3100%=土100%=75%V14超調(diào)量yh-4-9.76%,調(diào)節(jié)時間ts23min(2%)y()412-6什么是絕對壓力、大氣壓力、表壓和真空度？其關(guān)系如何？介質(zhì)承受的實際壓力即為絕對壓力，大氣壓是彌漫著空氣的壓力，表壓是高于大氣壓的絕對壓力與大氣壓力之差，真空度是負(fù)

2、壓，即大氣壓與低于大氣壓的絕對壓力之差。假設(shè)絕對壓力與大氣壓之差大于零，則差值為表壓，假設(shè)小于零，則差值的數(shù)值為真空壓力度。3-1比例控制有何特點？為什么會產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差？一是比例控制具有響應(yīng)迅速的特點；二是比例控制有穩(wěn)態(tài)誤差，并且隨著比例增益的增大比例帶的減小，穩(wěn)態(tài)誤差變小。但增益過大，系統(tǒng)不穩(wěn)定。對于比例控制，只有偏差不為零時，控制器才輸出，一旦為零，控制器輸出也為零，控制作用消失。從控制理論角度講，被控對象通常為一階慣性或二階慣性加滯后，純比例控制必然存在偏差。3-3為什么通常不單獨使用微分控制，而是要與比例或比例積分結(jié)合使用？如果控制器采用單純的微分控制，當(dāng)系統(tǒng)的被控量出現(xiàn)緩慢變化時，控

3、制器的輸入信號偏差e需要等到這種緩慢變化積累到一定程度或者說要突破不靈敏區(qū)，才能有校正行為出現(xiàn)。所以，微分控制往往與其他控制規(guī)律結(jié)合使用，即發(fā)揮微分控制超前控制的優(yōu)點，又克服其對微小變化量不作為的不足。3-4在PID控制器中，比例帶、積分時間和微分時間分別有什么含義？當(dāng)它們增大或減小時，對系統(tǒng)的被控量會產(chǎn)生什么影響？在PID控制器中，比例帶8表示調(diào)節(jié)閥開度改變100%時，所需要的系統(tǒng)被控量的變化范圍。當(dāng)被控量處在該范圍時，調(diào)節(jié)閥的開度才與偏差成比例。比例帶減小時，控制作用加強，系統(tǒng)響應(yīng)加快，但過小系統(tǒng)不穩(wěn)定；積分時間反映積分作用的強弱，它越大，積分作用越弱，它越小，積分作用越強，但過小系統(tǒng)不穩(wěn)

4、定；微分時間的大小，反映微分作用的強弱，但微分時間過大會使閥門在兩個極端位置振蕩。3-6DDZ-m型控制器的硬手動操作與軟手動操作有何區(qū)別？分別用于什么情況？所謂軟手動操作是指控制器的輸出與手動輸入之間呈積分關(guān)系，而硬手動操作指控制器的輸出與手動輸入之間呈比例關(guān)系。通常情況下，都是用軟手動操作扳鍵進(jìn)行手動操作的，這樣控制比較平穩(wěn)精細(xì)；只有當(dāng)需要給出恒定不變的操作信號（例如閥的開度要求長時間不變）或者在緊急時要一下子就控制到安全開度（例如要使閥立即打開）等情況下，才使用硬手動操作。3-7與模擬控制儀表相比，數(shù)字控制儀表有哪些顯著特點？控制器的功能依賴軟件，程序編制一般采用專用語言；具有通信功能，

5、可與上位機和操作站通信，實現(xiàn)集中監(jiān)視、操作和管理；內(nèi)部采用功能化模塊，實現(xiàn)軟件組態(tài)，可實現(xiàn)多種控制算法，通用性強；精度高，性能穩(wěn)定，可靠性強。4-1根據(jù)使用能源的不同，調(diào)節(jié)閥分為哪幾種？各有什么優(yōu)缺點？電動調(diào)節(jié)閥：電源配備方便，信號傳輸快、損失小，可遠(yuǎn)距離傳輸；但推力較小。氣動調(diào)節(jié)閥：結(jié)構(gòu)簡單，可靠，維護(hù)方便，防火防爆；但氣源配備不方便。液壓調(diào)節(jié)閥：用液壓傳遞動力，推力最大；但安裝、維護(hù)麻煩，使用不多。工業(yè)中使用最多的是氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器。4-2、氣動調(diào)節(jié)閥有哪幾部分組成？各部分作用如何？執(zhí)行機構(gòu)：是執(zhí)行器的推動裝置，按照輸入信號的大小產(chǎn)生相應(yīng)的力、力矩、角位移、直線位移等，推動調(diào)節(jié)機構(gòu)的

6、動做。調(diào)節(jié)機構(gòu)：是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，主要形式是調(diào)節(jié)閥。閥芯的動作改變調(diào)節(jié)閥的節(jié)流面積，以到達(dá)調(diào)節(jié)介質(zhì)流動的目的。4-4什么情況，需要使用電-氣轉(zhuǎn)換器？什么情況，需要使用閥門定位器？電-氣轉(zhuǎn)換器：當(dāng)采用氣動調(diào)節(jié)閥時，需要將來自控制器的電信號420mA轉(zhuǎn)換為氣動信號0.020.1MPa，以驅(qū)動閥門的開閉；閥門定位器：確保閥門位置按控制器輸出信號準(zhǔn)確定位，改善調(diào)節(jié)閥的動態(tài)性能。當(dāng)對閥門定位要求高時，可考慮用此件。4-5、安全柵的作是什么？通常有哪些類型？作用：安全柵是一種防止電能沿控制信號線進(jìn)入現(xiàn)場過程與儀表，并引發(fā)火災(zāi)和爆炸的安全措施，是安全場所系統(tǒng)與危險地點設(shè)備儀表之間的關(guān)聯(lián)設(shè)備。類型：電阻式、

7、齊納式、光電隔離式、變壓器隔離式等。5-1為什么要研究過程的數(shù)學(xué)模型？研究過程數(shù)學(xué)模型的方法有哪些？過程建模的目的：1為了選用合適的控制方案與控制算法。2為了整定控制器參數(shù)、優(yōu)化控制性能。3為了進(jìn)行仿真試驗。4為了培養(yǎng)和訓(xùn)練操作人員和技術(shù)人員。機理法建模、測試法建模也稱實驗法建模以及混合法建模。5-2什么是被控過程的時延特性？時延有哪幾種？產(chǎn)生的原因是什么？當(dāng)控制信號作用于被控過程后，輸出并沒有馬上響應(yīng)，而是等一段時間后才響應(yīng)，或者輸出響應(yīng)緩慢，稱被控過程這種品性為時延特性。時延有純時延和容量時延之分。純時延是由于信號、物料或能量在傳輸過程中引起的時間滯后，容量時延是多容過程受到擾動之后，響應(yīng)

8、量的變化速度開始很慢，需要經(jīng)過一段時間才逐漸到達(dá)最大，稱這段時間為容量時延。5-4某液位過程，液體以流量Q1從容器上端的閥門1進(jìn)入，分別以流量Q2和Q3從容器下端兩側(cè)的閥門2和閥門3流出，設(shè)閥門1-3的液阻R1、R2、R3為線性液阻，容器橫截面為C,液體高度為h,要求：1列出過程的微分方程組；2畫出過程的方框圖；3求出過程傳遞函數(shù)。j1八八八dAhAh八Ah1AQ1AQ2AQ3C,AQ21AQ3dtR2R32習(xí)題5-4圖A3G(s)其中，KH(s)KQi(s)Ts1R2R3TR2R3CR2R3'RR36-1單回路控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？其方案設(shè)計包括哪些主要內(nèi)容？單回路控制系統(tǒng)由控制器

9、、調(diào)節(jié)閥、被控過程對象和檢測器等組成。控制方案設(shè)計包括：被控量的選擇與確定、操縱量的選擇與確定、調(diào)節(jié)閥的選擇與確定包括口徑大小、流量特性、氣開或氣閉形式等、控制器的控制規(guī)律與正反作用方式，以及檢測器的選擇與確定等。6-2在選擇操縱量時，為什么希望控制通道的放大系數(shù)要大、時間常數(shù)小、純滯后時間越小越好？而干擾通道的放大系數(shù)盡可能小、時間常數(shù)盡可能大、干擾源離被量遠(yuǎn)？控制通道的放大系數(shù)應(yīng)大些，有利于減小穩(wěn)態(tài)誤差；時間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)小些，過大易引起控制不及時，過小則振蕩；純滯后越小越好，利于系統(tǒng)穩(wěn)定。干擾通道的放大系數(shù)應(yīng)盡量小，以減小干擾量對被控量的影響和穩(wěn)態(tài)誤差；干擾通道的時間常數(shù)應(yīng)大，以減緩干擾對被

10、控量的影響；干擾源應(yīng)遠(yuǎn)離被控量，使其對被控量的影響較弱。6-3為什么串級控制系統(tǒng)能改善過程特性？能迅速克服進(jìn)入副回路的干擾？能提高系統(tǒng)工作頻率？副回路改善了整個過程的部分特性，通常是減小了部分過程的時間常數(shù)和放大系數(shù)，這主要是副回路的閉環(huán)負(fù)反饋產(chǎn)生的；包含在副回路中的干擾首先被副回路中的檢測器發(fā)現(xiàn)，并啟動副回路的負(fù)反饋調(diào)節(jié)機制，使干擾被抑制，只有干擾幅度較大、副回路難以抑制時，才會由主回路來進(jìn)一步克服；副回路的出現(xiàn)，使得該回路的過程對外呈現(xiàn)時間常數(shù)減小，從而提高了系統(tǒng)的工作頻率。6-5熱交換器用蒸汽將進(jìn)入其中的冷水加熱至一定溫度，生產(chǎn)工藝要求熱水溫度保持定值±1C，試設(shè)計一個單回路控

11、制系統(tǒng)？選蒸汽流量為操縱量，交換器出口熱水溫度為被控量，調(diào)節(jié)閥的作用方式為氣開式，控制器可選PI控制規(guī)律，為反作用方式。熱水熱交換器7-1物料流量比值K與控制系統(tǒng)比值系數(shù)K'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)？1、物料流量比值K是一種工藝上的比，指兩流體流量或重量之比，也稱工藝比。2、控制系統(tǒng)比值系數(shù)K'是過程控制系統(tǒng)在工藝流程作業(yè)和管理時具體操作的電信號的比，也稱儀表比。3、工藝比到儀表比的轉(zhuǎn)換有兩種情況: 線性關(guān)系。流量與測量值間為線性關(guān)系、流量與測量值間為非I 24Ii4imaximax2 max2 max7-2與定值控制參數(shù)整定相比，均勻控制的參數(shù)整定有何特

12、點？1、所有均勻控制系統(tǒng)都不應(yīng)加入微分控制規(guī)律，這是因為微分將加快響應(yīng)速度，這與均勻控制的要求不相符。2、對于簡單均勻控制系統(tǒng)來說，由于只有一個控制器，借鑒單回路控制系統(tǒng)的控制器整定方法，將比例度整定得大點即可。3、假設(shè)負(fù)荷變化，或工藝要求液位受擾后恢復(fù)至受擾前的值，可加入積分，但積分時間常數(shù)要大些，同時適當(dāng)增大比例度。7-3為什么在分程點容易發(fā)生流量特性的突變？如何實現(xiàn)流量特性的平滑過渡原因：分程點是兩個調(diào)節(jié)閥切的交換點，通常是一個閥開，另一個閥閉。由于閥的流量特性的差異，閥門承受壓力的不同，很容易導(dǎo)致流量特性的突變。方法：實現(xiàn)流量特性的平穩(wěn)過渡一般有兩種常用的方法：一是要選擇流量特性相同或

13、相近的調(diào)節(jié)閥，二是采取切換區(qū)重疊的方法。7-4為什么要消除積分飽和現(xiàn)象？常用方法有哪些？選擇性控制系統(tǒng)運行中，總是有調(diào)節(jié)器處于開環(huán)待命狀態(tài)。如果調(diào)節(jié)器使用了積分作用，當(dāng)其處于開環(huán)待命狀態(tài)時，偏差輸入信號一直存在。那么積分作用將使控制器的輸出不斷增加或減小，一直到達(dá)輸出的極限值為止，這種現(xiàn)象稱之為“積分飽和”。進(jìn)入飽和的調(diào)節(jié)器由待命狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)時，是無法立即工作的，這對控制是不利的。常用方法有：積分外反饋、PI-P、限幅法8-1前饋控制和反饋控制各有何特點？前饋-反饋復(fù)合控制如何改善控制品質(zhì)？前饋控制的基本特點：前饋控制器是按照干擾的大小進(jìn)行控制的，稱為“擾動補償”。前饋控制是開環(huán)控制，控制

14、作用幾乎與干擾同步，速度快，前饋控制器的控制規(guī)律不是PID控制，是由干擾和干擾控制通道決定的。前饋控制只對特定的干擾有控制作用，一個控制器僅能抵御一個干擾。反饋控制是一種定值或隨動控制，它采用的是閉環(huán)負(fù)反饋控制形式。依賴偏差工作，只有系統(tǒng)受到擾動、被控量偏離設(shè)定值并檢測出以后，才有校正行為；對包含在反饋回路中的所有干擾，都有抵御能力；前饋-反饋控制具有以下優(yōu)點：在反饋控制的基礎(chǔ)上，針對主要干擾進(jìn)行前饋補償。既提高了控制速度，又保證了控制精度。反饋控制回路的存在，降低了對前饋控制器的精度要求，有利于簡化前饋控制器的設(shè)計和實現(xiàn)。8-3為什么大時延過程是一種難控制的過程？它對系統(tǒng)的控制品質(zhì)產(chǎn)生什么影響？從直觀的角度來說：大時延t的存在，使得執(zhí)行器接收到控制信號后，需要經(jīng)過時間t的等待，被控參數(shù)才有響應(yīng)。等到控制器通過檢測器發(fā)現(xiàn)這種狀況，并力圖改變這些時，為時已經(jīng)很晚，控制總是不及時。這很容易導(dǎo)致超調(diào)量增加、過渡過程時間