過程控制與自動(dòng)化儀表第三版課后

1、第1章思慮題與習(xí)題1基本練習(xí)題（1）簡(jiǎn)述過程控制的特點(diǎn)。答：1控制對(duì)象復(fù)雜、控制要求多樣2控制方案豐富3控制多屬慢過程參數(shù)控制4定值控制是過程控制的一種主要控制形式5過程控制系統(tǒng)由規(guī)范化的過程檢測(cè)控制儀表組成（2）什么是過程控制系統(tǒng)？試用方框圖表示其一般組成。答：過程控制系統(tǒng)：一般是指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的變量是溫度、壓力、流量、液位、成份等這樣一些變量的系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)的一般性框圖如圖1-1所示：e(t)u(t)q(t)f(t)r(t)y(t)控制器執(zhí)行器_被控過程z(t)檢測(cè)變送裝置圖1-1過程控制系統(tǒng)的一般性框圖（3）單元組合式儀表的一致信號(hào)是怎樣規(guī)定的？答：各個(gè)單元模塊之間用一

2、致的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)系。1）模擬儀表的信號(hào)：氣動(dòng)0.020.1MPa；電動(dòng)型：420mADC或15VDC。2）數(shù)字式儀表的信號(hào)：無(wú)一致標(biāo)準(zhǔn)。（4）試將圖1-2加熱爐控制系統(tǒng)流程圖用方框圖表示。答：加熱爐控制系統(tǒng)流程圖的方框圖如圖1-3所示：編寫版word煙氣引風(fēng)機(jī)熱油入口ACAT熱油出口火嘴TTPTTCPC燃油圖1-2加熱爐過程控制系統(tǒng)流程攪亂2攪亂1給定值燃油壓力熱油出口溫PC度TC閥管道加熱爐_PTTT圖1-3加熱爐過程控制系統(tǒng)流程方框圖（5）過程控制系統(tǒng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)有哪些？各自是怎樣定義的？答：1）單項(xiàng)性能指標(biāo)主要有：衰減比、超調(diào)量與最大動(dòng)向誤差、靜差、調(diào)理時(shí)間、振蕩頻率、上升時(shí)間和峰值

3、時(shí)間等。2）各自定義為：衰減比：等于兩個(gè)相鄰的同向波峰值之比n；超調(diào)量：第一個(gè)波峰值y1與最后穩(wěn)態(tài)值y（）之比的百分?jǐn)?shù)：y1100%y()最大動(dòng)向誤差A(yù)：在設(shè)定值階躍響應(yīng)中，系統(tǒng)過渡過程的第一個(gè)峰值高出穩(wěn)態(tài)值的幅度；靜差，也稱節(jié)余誤差C：過渡過程結(jié)束后，被控參數(shù)所達(dá)到的新穩(wěn)態(tài)值y（）與設(shè)定值之間的誤差C稱為節(jié)余誤差，簡(jiǎn)稱殘差；編寫版word調(diào)理時(shí)間ts：系統(tǒng)從受攪亂開始到被控量進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)值的5%（2%）范圍內(nèi)所需要的時(shí)間；振蕩頻率n：過渡過程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的時(shí)間間隔叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率；上升時(shí)間tp：系統(tǒng)從攪亂開始到被控量達(dá)到最大值時(shí)所需時(shí)間；峰值時(shí)間tp

4、：過渡過程開始至被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間。（6）誤差積分指標(biāo)有什么缺點(diǎn)？怎樣運(yùn)用才較合理？答：誤差積分指標(biāo)存在的缺點(diǎn)是不能夠保證控制系統(tǒng)擁有合適的衰減率。所以，平時(shí)先確定衰減率，爾后再考慮使某種誤差積分為最小。（7）簡(jiǎn)述過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。答：過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟：確定控制目標(biāo)；2選擇被控參數(shù)；選擇控制量；確定控制方案；選擇控制策略；選擇執(zhí)行器；設(shè)計(jì)報(bào)警和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)；系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)；9系統(tǒng)投運(yùn)、調(diào)試和整定調(diào)理器的參數(shù)。（8）平時(shí)過程控制系統(tǒng)可分為哪幾各種類？試舉例說(shuō)明。答：過程控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不相同主要分為三類：反響控制系統(tǒng)：反響控制系統(tǒng)是依照被控參數(shù)與給定值的誤差進(jìn)行控制

5、的，最后達(dá)到或除掉或減小誤差的目的，誤差值是控制的依照。它是最常用、最基本的過程控制系統(tǒng)。2前饋控制系統(tǒng)：前饋控制系統(tǒng)是依照擾動(dòng)量的大小進(jìn)行控制的，擾動(dòng)是控制的依據(jù)。由于沒有被控量的反響，所以是一種開環(huán)控制系統(tǒng)。由于是開環(huán)系統(tǒng)，無(wú)法檢查控制收效，故不能夠單獨(dú)應(yīng)用。前饋反響控制系統(tǒng)：前饋控制的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠迅速及時(shí)的戰(zhàn)勝主要擾動(dòng)對(duì)被控量的影響，而前饋反響控制利用反響控制戰(zhàn)勝其他擾動(dòng)，能夠使被控量迅速而正確地牢固在給定值上，提高控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。編寫版word舉例說(shuō)明：在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中，將蒸汽流量作為前饋信號(hào)，汽包水位作為主被控參數(shù)，給水流量作為副被控參數(shù)，組成了前饋-反響串級(jí)控制系統(tǒng)。

6、（9）兩個(gè)流量控制系統(tǒng)如圖1-4所示。試分別說(shuō)明它們是屬于什么系統(tǒng)？并畫出各自的系統(tǒng)框圖。圖1-4兩個(gè)流量控制回路表示圖答：系統(tǒng)1是前饋控制系統(tǒng)，系統(tǒng)2是反響控制系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖1-5以下：測(cè)量變送執(zhí)行器執(zhí)行器測(cè)量變送被控過程被控過程系統(tǒng)1系統(tǒng)2圖1-5兩個(gè)流量控制回路方框圖（10）只若是防爆儀表就可以用于有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所嗎？為什么？答：1）不是這樣。2）比方對(duì)安全火花型防爆儀表，還有安全等級(jí)方面的考慮等。（11）組成安全火花型防爆控制系統(tǒng)的儀表都是安全火花型的嗎？為什么？答：1）是的。2）由于安全火花型防爆系統(tǒng)必備條件之一為：現(xiàn)場(chǎng)儀表必定設(shè)計(jì)成安全火花型。2綜合練習(xí)題（1）簡(jiǎn)述圖1-6所示

7、系統(tǒng)的工作原理，畫出控制系統(tǒng)的方框圖并寫明每一方框圖的輸入/輸出變量名稱和所用儀表的名稱。編寫版wordLCQ1LTAQ2圖1-6控制系統(tǒng)流程圖答：1）圖為液位控制系統(tǒng)，由儲(chǔ)水箱（被控過程）、液位檢測(cè)器（測(cè)量變送器）、液位控制器、調(diào)理閥組成的反響控制系統(tǒng)，為了達(dá)到對(duì)水箱液位進(jìn)行控制的目的，對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過液位控制器來(lái)控制調(diào)理閥，進(jìn)而調(diào)理Q1（流量）來(lái)實(shí)現(xiàn)液位控制的作用。2）框圖如圖1-7所示：r(t)e(t)u(t)1()Q2(t)hQt被控對(duì)象_控制器LC調(diào)理閥A測(cè)量變送LT圖1-7控制系統(tǒng)框圖3）控制器輸入輸出分別為：設(shè)定值與反響值之差e(t)、控制量u(t)；執(zhí)行器輸入輸出分別為：控

8、制量u(t)、操作變量Q1(t)；被控對(duì)象的輸入輸出為：操作變量Q1(t)、擾動(dòng)量Q2(t)，被控量h；所用儀表為：控制器（比方PID控制器）、調(diào)理閥、液位測(cè)量變送器。（2）什么是儀表的信號(hào)制？平時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)與控制室儀表之間采用直流電流信號(hào)、控制室內(nèi)部?jī)x表之間采用直流電壓信號(hào)，這是為什么？答：1）儀表的信號(hào)制是指在成套系列儀表中，各個(gè)儀表的輸入/輸出信號(hào)均采用某種一致的標(biāo)準(zhǔn)形式，使各個(gè)儀表間的任意連接成為可能。2）平時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)與控制室儀表之間采用直流電流信號(hào)：由于直流比交流攪亂少、直流信號(hào)對(duì)負(fù)載的要求簡(jiǎn)單，而且電流比電壓更利于遠(yuǎn)傳信息?？刂剖覂?nèi)部?jī)x表之間采用直流電壓信號(hào)：由于任何一個(gè)儀表拆離信號(hào)回路

9、都不會(huì)影響其他儀表的運(yùn)行，同時(shí)，各個(gè)儀表?yè)碛泄步拥刂?，能夠共用一個(gè)直流電源。（3）某化學(xué)反響過程規(guī)定操作溫度為805，最大超調(diào)量小于或等于5，要求設(shè)計(jì)的定值控制系統(tǒng)，在設(shè)定值作最大階躍攪亂時(shí)的過渡過程曲線如圖1-8所示。要求：1）計(jì)算該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、衰減比、最大超調(diào)量和過渡過程時(shí)間；2）說(shuō)明該系統(tǒng)可否滿足工藝要求。編寫版wordT/C85828180051823t/min圖1-8設(shè)定值攪亂的過渡過程曲線表示圖答：1）由上圖可得y()=81，設(shè)定值r=80,B1=85-81=4,B2=82-81=1穩(wěn)態(tài)誤差e()=r-y()=80-81=-1B14衰減比：n4:1，B21最大超調(diào)量：y(tp

10、)y()8581y(100%100%4.938%)81過渡過程時(shí)間ts：大概在18min左右。2）誠(chéng)然該系統(tǒng)最大超調(diào)滿足要求，可是在規(guī)定操作溫度為80，而最后趨于牢固的值卻為81，所以不滿足工藝要求。（4）圖1-9所示為一類簡(jiǎn)單鍋爐汽泡水位控制流程圖，試畫出該控制系統(tǒng)框圖，并說(shuō)明其被控過程、被控參數(shù)、控制參數(shù)和攪亂參數(shù)各是什么？蒸汽汽包LTLC加熱室水圖1-9鍋爐汽泡水位控制流程圖答：1）控制系統(tǒng)框圖如圖1-10所示：蒸汽流量變化液位設(shè)定實(shí)質(zhì)液位液位控制器上水調(diào)理閥汽包-液位變送器圖1-10鍋爐汽泡水位控制框圖編寫版word2）被控過程：加熱器+汽包；被控參數(shù)：汽包水位；控制參數(shù)：上水流量；攪

11、亂參數(shù)：蒸汽流量變化。3設(shè)計(jì)題（1）舉出你所見到的過程控制系統(tǒng)的實(shí)例，并指明其被控過程、被控參數(shù)、控制參數(shù)（或控制介質(zhì)）、攪亂作用，畫出其控制流程圖和系統(tǒng)方框圖。略（2）試舉你所見到的前饋-反響復(fù)合控制系統(tǒng)的實(shí)例，畫出其控制流程圖和系統(tǒng)方框圖。略編寫版word第2章思慮題與習(xí)題1基本練習(xí)題（1）簡(jiǎn)述過程參數(shù)檢測(cè)在過程控制中的重要意義以及傳感器的基本組成。答：1）過程控制平時(shí)是對(duì)生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、成分等工藝參數(shù)進(jìn)行控制，使其保持為定值或按必然規(guī)律變化，以保證產(chǎn)質(zhì)量量的生產(chǎn)安全，并使生產(chǎn)過程按最優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行。要想對(duì)過程參數(shù)實(shí)行有效的控制，第一要對(duì)他們進(jìn)行有效的檢測(cè)，而怎樣實(shí)現(xiàn)有效的檢測(cè)

12、，則是有檢測(cè)儀表來(lái)完成。檢測(cè)儀表是過程控制系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)的控制精度第一取決與檢測(cè)儀表的精度。檢測(cè)儀表的基本特點(diǎn)和各項(xiàng)性能指標(biāo)又是衡量檢測(cè)精度的基本要素。2）傳感器的基本組成：平時(shí)是由敏感元件、變換元件、電源及信號(hào)調(diào)理/變換電路組成。（2）真值是怎樣定義的？誤差有哪些表現(xiàn)形式？各自的意義是什么？?jī)x表的精度與哪一種誤差直接相關(guān)？答：1）真值指被測(cè)物理量的真實(shí)（或客觀）取值。2）誤差的各表現(xiàn)形式和意義為：最大絕對(duì)誤差：絕對(duì)誤差是指儀表的實(shí)測(cè)示值x與真值xa的差值，記為，如式（2-1）所示：xxa（2-1）相對(duì)誤差：相對(duì)誤差一般用百分?jǐn)?shù)給出，記為，如式（2-2）所示：100%（2-2）xa引

13、用誤差：引用誤差是儀表中通用的一種誤差表示方法。它是相對(duì)儀表滿量程的一種誤差，一般也用百分?jǐn)?shù)表示，記為，如式（2-3）所示：100%（2-3）xmaxxmin式中，xmax儀表測(cè)量范圍的上限值；xmin儀表測(cè)量范圍的下限值?；菊`差：基本誤差是指儀表在國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下使用時(shí)所出現(xiàn)的誤差。附加誤差附加誤差是指儀表的使用條件偏離了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件所出現(xiàn)的誤差。儀表的精度與最大引用誤差直接相關(guān)。編寫版word（3）某臺(tái)測(cè)溫儀表測(cè)量的上下限為5001000，它的最大絕對(duì)誤差為2，試確定該儀表的精度等級(jí)；答：依照題意可知：最大絕對(duì)誤差為2則精度等級(jí)2100%0.4%500所以儀表精度等級(jí)為0.4級(jí)（4

14、）某臺(tái)測(cè)溫儀表測(cè)量的上下限為1001000，工藝要求該儀表指示值的誤差不得高出2，應(yīng)選精度等級(jí)為多少的儀表才能滿足工藝要求？答：由題可得：儀表精度等級(jí)最少為0.001級(jí)。也許0.002（5）有一臺(tái)DDZ-型兩線制差壓變送器，已知其量程為20100kPa，當(dāng)輸入信號(hào)為40kPa和80kPa時(shí)，變送器的輸出分別是多少？答：由題可得：變送器輸出的分別是8mA和16mA。（6）設(shè)有某DDZ-型毫伏輸入變送器，其零點(diǎn)遷移值umin6mVDC，量程為12mVDC?，F(xiàn)已知變送器的輸出電流為12mADC。試問：被測(cè)信號(hào)為多少毫伏？答：由題可得：被測(cè)信號(hào)為12毫伏。（7）智能溫度變送器有哪些特點(diǎn)？簡(jiǎn)述TT302

15、溫度變送器的工作原理。答：1）智能溫度變送器特點(diǎn)為：a）通用性強(qiáng)；b）使用靈便；c）多種補(bǔ)償校正功能；d）控制功能；e）通訊功能；）自診斷功能；TT302溫度變送器的工作原理：在結(jié)構(gòu)上，它由輸入模板、主電路模板和顯示器三部分組成。其中，輸入模板由多路變換器（MUX）、信號(hào)調(diào)理電路、A/D變換器和隔斷部分組成。主板由微辦理器系統(tǒng)、通訊控制器、信號(hào)整形電路、本機(jī)調(diào)整和電源等組成，它是變送器的核心部件。顯示器為液晶式微功耗數(shù)字顯示器，可顯示四位多數(shù)字和五位字母。編寫版wordb）軟件分為系統(tǒng)程序和功能模塊兩大多數(shù)。系統(tǒng)程序使變送器各硬件電路能正常工作并實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的功能，同時(shí)完成各部分之間的管理；功能

16、模塊供應(yīng)了各種功能，用戶可以經(jīng)過選擇以實(shí)現(xiàn)所需要的功能。（8）1151智能式差壓變送器有哪些特點(diǎn)？它的硬件組成有哪幾部分？答：1）1151智能式差壓變送器擁有以下特點(diǎn)：a）測(cè)量精度高，基本誤差僅為0.1，而且性能牢固、可靠；b）擁有溫度、靜壓補(bǔ)償功能，以保證儀表精度；c）擁有數(shù)字、模擬兩種輸出方式，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊；d）擁有數(shù)字微調(diào)、數(shù)字阻尼、通訊報(bào)警、工程單位換算和相關(guān)信息的儲(chǔ)藏等功能。2）硬件組成分為6部分：傳感器部分，A/D變換器，CPU，HART通訊部分，數(shù)/模變換及電壓調(diào)整電路，監(jiān)控電路。（9）溫度變送器接受直流毫伏信號(hào)、熱電偶信號(hào)和熱電阻信號(hào)時(shí)有哪些不相同？答：直流毫伏信號(hào)與熱

17、電偶信號(hào)的兩點(diǎn)差異是輸入信號(hào)由直流毫伏信號(hào)變?yōu)闊犭娕嫉臒犭妱?dòng)勢(shì)信號(hào)，該信號(hào)會(huì)隨熱電偶冷端溫度的變化而變化，所以需要對(duì)其進(jìn)行更正，其更正電壓由銅電阻變化的阻值來(lái)供應(yīng)。而熱電阻信號(hào)由于其他不相同：它用三限制接入電路代替了冷端溫度補(bǔ)償電路。對(duì)鉑電阻測(cè)溫進(jìn)行了非線性校正。非線性校正不是采用折線擬合方法而是采用正反響方法。（10）什么叫壓力？表壓力、絕對(duì)壓力、負(fù)壓力之間有何關(guān)系？答：所謂的壓力是指垂直作用與單位面積上的力。表壓力是指絕對(duì)壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ?。絕對(duì)壓力是指有對(duì)于絕對(duì)真空所測(cè)量獲得的壓力。負(fù)壓是指絕對(duì)壓力小于大氣壓力之時(shí)，大氣壓力與絕對(duì)壓力之差。（11）體積流量、質(zhì)量流量、瞬時(shí)流量和累積流

18、量的含義各是什么？答：體積流量是以體積表示的瞬時(shí)流量。質(zhì)量流量是以質(zhì)量表示的瞬時(shí)流量。瞬時(shí)流量和累積流量能夠用體積表示，也能夠用重量或質(zhì)量表示。瞬時(shí)流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過工藝管道某截面積的流體數(shù)量。累積流量：某一段時(shí)間內(nèi)流過工藝管道某截面積的流體總量。（12）某被測(cè)溫度信號(hào)在4080范圍內(nèi)變化，工藝要求測(cè)量誤差不高出1，現(xiàn)有兩臺(tái)測(cè)溫儀表，精度等級(jí)均為0.5級(jí)，其中一臺(tái)儀表的測(cè)量范圍為0100，另一臺(tái)儀表的測(cè)量范圍為0200，試問：這兩臺(tái)儀表可否滿足上述測(cè)量要求?答：由題可得：這兩臺(tái)儀表均不能夠滿足上述測(cè)量要求。編寫版word（13）熱電偶測(cè)溫時(shí)為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？其補(bǔ)償方法常采用哪幾種？答

19、：1）只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度恒準(zhǔn)時(shí)，其熱電動(dòng)勢(shì)才是單值函數(shù)。依照等值代替原理制成的補(bǔ)償導(dǎo)線，誠(chéng)然能夠?qū)⒗涠搜由斓綔囟认鄬?duì)牢固的地方，但還不能夠保持絕對(duì)不變。所以，為了除掉冷端溫度不為零或變化時(shí)對(duì)測(cè)量精度的影響，能夠進(jìn)行冷端溫度校正。2）補(bǔ)償方法常采用查表校正法和電橋補(bǔ)償法。（14）熱電阻測(cè)溫電橋電路中的三線制接法為什么能減小環(huán)境溫度變化對(duì)測(cè)溫精度的影響？答：三線制接法就是在熱電阻根部的一端引出一根導(dǎo)線，而在另一端引出兩根導(dǎo)線，分別與電橋中的相關(guān)元件相接。這種接法可利用電橋平衡原理較好的除掉導(dǎo)線電阻的影響，所以這種接法是當(dāng)前工業(yè)過程中最常用的接線方式。2綜合練習(xí)題（1）某一標(biāo)定為100600的溫

20、度計(jì)出廠前經(jīng)校驗(yàn)，各點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果值以下：被校表讀數(shù)/100150200250300400500600標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/1021492042562964034956061)試求該儀表的最大絕對(duì)誤差。2）確定該儀表的精度等級(jí)。3）經(jīng)過一段時(shí)間使用后，儀表的最大絕對(duì)誤差為7，問此時(shí)儀表的精度等級(jí)為多少？答：1）儀表的最大絕對(duì)誤差為：6。2）依照61.2級(jí)。100%1.2%，可知：儀表的精度等級(jí)5003）此時(shí)儀表的精度等級(jí)不變，依舊為1.2級(jí)。2）用分度號(hào)Pt100的熱電阻測(cè)溫，卻錯(cuò)查了Cu50的分度表，獲得的溫度是250。問實(shí)質(zhì)溫度是多少？答：依照題意可知：實(shí)質(zhì)溫度為-120.8。（3）若被測(cè)壓力的變化范

21、圍為0.51.4MPa，要求測(cè)量誤差不大于壓力示值的5，可供采用的壓力表規(guī)格：量程為01.6MPa，02.5MPa，04MPa，精度等級(jí)為1.0、1.5、2.5。試選擇合適當(dāng)程和精度的壓力表。答：依照題意可知：編寫版word最大測(cè)量誤差為?max1.4（5）0.07Mpa1）量程確定：應(yīng)滿足工作最大壓力小于儀表量程的2/3處，即1.4MPa3/22.1MPa能夠選量程為02.5MPa的彈簧壓力表。2）精度等級(jí)確定：求出基本誤差，以確定滿足要求的精度等級(jí)。0.07100%2.8%，贊同的精度等級(jí)為2.5級(jí)。2.5綜上解析，選擇量程為02.5MPa，精度等級(jí)為2.5級(jí)的彈簧壓力表。該表的最大絕對(duì)誤

22、差：?max2.5（2.5）0.0625MPa，0.07MPa所以滿足要求。（4）已知某負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，在溫度為298K時(shí)阻值R(T1)3144；當(dāng)溫度為303K時(shí)阻值R(T2)2772。試求該熱電阻的資料常數(shù)B和298K時(shí)的電阻溫度系數(shù)。答：依照半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻值和溫度的函數(shù)近似關(guān)系如式（2-4）所示：R(T)R(T0)EXPB11（2-4）TT0得該熱電阻的資料常數(shù)BlnRT()lnR(T0)=22751TT01dRT()B溫度系數(shù)dTT2R(T)在298K時(shí)，0.0256。（5）用差壓變送器與標(biāo)準(zhǔn)孔板配套測(cè)量管道介質(zhì)流量。若差壓變送胸懷程為0104Pa，對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)為420mAD

23、C，相應(yīng)流量為0320m3/h。求差壓變送器輸出信號(hào)為8mADC時(shí)，對(duì)應(yīng)的差壓值及流量值各是多少？答：依照題意可知：斜率k4250010000204差壓值y=2500pa流量值p2500320160m3/h10000（6）什么是FSK信號(hào)？HART協(xié)議的通訊方式是怎樣實(shí)現(xiàn)的？答：編寫版wordFSK信號(hào)：頻移鍵控，就是用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。是信息傳輸中使用較早的一種傳輸方式。HART協(xié)議的通訊方式是由調(diào)制器、解調(diào)器、載波檢測(cè)電路和時(shí)基電路組成，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)與FSK信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)變。（7）利用壓力表測(cè)量某容器中的壓力，工藝要求其壓力為1.30.06MPa，現(xiàn)可供選擇壓力表的量程有

24、01.6MPa，02.5MPa，04.0MPa，其精度等級(jí)有1.0、1.5、2.0、2.5、4.0，試合理采用壓力表量程和精度等級(jí)。答：依照題意可知：最大測(cè)量誤差為?max0.06Mpa1）量程確定：應(yīng)滿足工作最大壓力小于儀表量程的2/3處，即1.36MPa3/22.04MPa能夠選量程為02.5MPa的壓力表。2）精度等級(jí)確定：求出基本誤差，以確定滿足要求的精度等級(jí)。0.06100%2.4%，贊同的精度等級(jí)為2.0級(jí)。2.5綜上解析，選擇量程為02.5MPa，精度等級(jí)為2.0級(jí)的壓力表。該表的最大絕對(duì)誤差：?max2.5（2.0）0.05MPa，0.06MPa所以滿足要求。3設(shè)計(jì)題（1）用分

25、度號(hào)為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量溫度，在無(wú)冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，顯示儀表指示值為600，此時(shí)冷端溫度為50。試問：實(shí)質(zhì)溫度是多少？若是熱端溫度不變，使冷端溫度為20時(shí)，此時(shí)顯示儀表指示值應(yīng)為多少？答：1）已知冷端溫度為50，由分布表可查得E(t0,0)=E(50,0)=2.022mV又已知熱電動(dòng)勢(shì)E=24.902+2.022=26.924mV所以實(shí)質(zhì)溫度為648。2）當(dāng)冷端溫度為20時(shí)，熱電勢(shì)為0.798mV26.924-0.798=26.126mV26.176-25.751=0.425mV26.17626.126629C630100.425當(dāng)冷端溫度為20時(shí)，顯示儀表指示值為629。編寫版wo

26、rd（2）某容器的正常工作壓力范圍為1.01.5MPa，工藝要求就地指示壓力，并要求測(cè)量誤差小于被測(cè)壓力的5，試選擇一個(gè)合適的壓力表（種類、量程、精度等級(jí)等），并說(shuō)明原由。答：依照題意知：壓力范圍1.01.5MPa贊同最大誤差：emax1.5（5）0.075MPa1）量程確定：應(yīng)滿足工作最大壓力小于儀表量程的2/3處，即1.5MPa3/22.21MPa能夠選量程為02.5MPa的彈簧壓力表。2）精度等級(jí)確定：求出基本誤差，以確定滿足要求的精度等級(jí)。0.075100%3%，贊同的精度等級(jí)為3級(jí)。2.5綜上解析，選擇量程為02.5MPa，精度等級(jí)為3級(jí)的彈簧壓力表。該表的最大絕對(duì)誤差：?max2.

27、5（3）0.075MPa，0.02MPa時(shí)，閥由關(guān)閉狀態(tài)逐漸打開；“氣關(guān)”則相反，即指當(dāng)前氣壓信號(hào)p0.02MPa時(shí)，閥由全開狀態(tài)逐漸關(guān)閉。2）組合如表3-1所示：表3-1執(zhí)行器組合表執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用方式閥體作用方式執(zhí)行器氣開、氣關(guān)形式正正氣關(guān)正反氣開反正氣開反反氣關(guān)3）舉例：一般加熱器采用“氣開”式，這樣當(dāng)控制信號(hào)中斷時(shí)，執(zhí)行器處于關(guān)閉狀態(tài)，停止加熱，使設(shè)備不會(huì)由于溫度過高發(fā)惹禍故或危險(xiǎn)。又如，鍋爐進(jìn)水的執(zhí)行器則應(yīng)采用“氣關(guān)”式，即當(dāng)控制信號(hào)中斷時(shí)，執(zhí)行器處于打開狀態(tài)，保證有水進(jìn)入鍋爐，不致產(chǎn)生燒干或爆炸事故。（12）在過程控制系統(tǒng)中，為什么要使用電-氣變換器？試簡(jiǎn)述其工作原理。編寫版word答

28、：1）由于氣動(dòng)執(zhí)行器有一系列優(yōu)點(diǎn)，絕大多數(shù)使用使用電動(dòng)調(diào)理儀表的系統(tǒng)也是用氣動(dòng)執(zhí)行器，為賭氣動(dòng)執(zhí)行器能夠接受電動(dòng)調(diào)理器的控制信號(hào)，必定把調(diào)理器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)變換為20100kPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。這個(gè)過程由電氣變換器完成。2）工作原理：它是按力平衡原理設(shè)計(jì)和工作的。在其內(nèi)部有一線圈，當(dāng)調(diào)理器（變送器）的電流信號(hào)送入線圈后，由于內(nèi)部永久磁鐵的作用，使線圈和杠桿產(chǎn)生位移，帶動(dòng)擋板湊近（或遠(yuǎn)離）噴嘴，引起噴嘴背壓增加（或減少），此背壓作用在內(nèi)部的氣動(dòng)功率放大器上，放大后的壓力一路作為變換器的輸出，另一路饋送到反響漣漪管。輸送到反響漣漪管的壓力，經(jīng)過杠桿的力傳達(dá)作用在鐵芯的另一端產(chǎn)生一個(gè)反向的位移，

29、此位移與輸入信號(hào)產(chǎn)生電磁力矩平衡時(shí)，輸入信號(hào)與輸出壓力成一一對(duì)應(yīng)的比率關(guān)系。即輸入信號(hào)從4mA.DC改變到20mA.DC時(shí)，變換器的輸出壓力從0.020.1MPa變化，實(shí)現(xiàn)了將電流信號(hào)變換成氣動(dòng)信號(hào)的過程。（13）在過程控制系統(tǒng)中，為什么要使用閥門定位器？它的作用是什么？答：1）電氣閥門定位器除了能將電信號(hào)變換為氣信號(hào)外，還能夠夠使閥桿位移與送來(lái)的信號(hào)大小保持線性關(guān)系，即實(shí)現(xiàn)控制器來(lái)的輸人信號(hào)與閥門地址之間關(guān)系的正確定位，故取名為定位器。2）定位器能夠使用在閥的不平衡力較大或閥桿搬動(dòng)摩擦力較大等場(chǎng)合，同時(shí)還能夠夠利用定位器來(lái)改變閥的流量特點(diǎn)，改變執(zhí)行器的正、反作用。在分程控制中，利用定位器能夠

30、使閥在不相同的信號(hào)段范圍內(nèi)作全行程搬動(dòng)。（14）什么是調(diào)理閥的流通能力，確定流通能力的目的是什么？它是怎樣計(jì)算的？答：1)調(diào)理閥的流通能力指:調(diào)理閥全開、閥前后壓差為0.1MPa、流體重度為1g/cm3時(shí)，每小時(shí)經(jīng)過閥門的流體流量（m3或kg）。2)確定流通能力的目的是其調(diào)理閥的容量。3)由流體力學(xué)理論可知，當(dāng)流體為不能壓縮時(shí)，經(jīng)過調(diào)理閥的體積流量如式（3-4）所示：qVA02g（3-4）(p1p2)r式中，為流量系數(shù)，它取決于調(diào)理閥的結(jié)構(gòu)形狀和流體流動(dòng)情況，可從相關(guān)手冊(cè)查閱或由實(shí)驗(yàn)確定；A0為調(diào)理閥接收截面積；g為重力加速度；r為流體重度。（15）什么是調(diào)理閥的流量特點(diǎn)？調(diào)理閥的理想流量特點(diǎn)

31、有哪幾種？它們各是怎樣定義的？調(diào)理閥的工作流量特點(diǎn)與阻力系數(shù)相關(guān)，而阻力系數(shù)又是怎樣定義的？它的大小對(duì)流量特點(diǎn)有何影響？編寫版word答：1）理想流量特點(diǎn)：在調(diào)理閥前后壓差固定的情況下得出的流量特點(diǎn)稱為固有流量特性，也叫理想流量特點(diǎn)。2）常用理想流量特點(diǎn)：直線流量特點(diǎn)、等百分比（對(duì)數(shù)）流量特點(diǎn)、快開特點(diǎn)。3）直線流量特點(diǎn)是指流過調(diào)理閥的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度成直線關(guān)系。等百分比流量特點(diǎn)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?？扉_流量特點(diǎn)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，故稱為快開特點(diǎn)。4）阻力系數(shù)S定義為閥全開時(shí)閥前后壓差pVmin與系統(tǒng)

32、總壓差p的比值。5)S=1時(shí)，工作流量特點(diǎn)為理想流量特點(diǎn)。當(dāng)S1時(shí)，閥全開時(shí)流量特點(diǎn)減小，隨著S減小，直線特點(diǎn)趨向快開特點(diǎn)，對(duì)數(shù)特點(diǎn)趨向直線特點(diǎn)，S值愈小，流量特點(diǎn)變形程度愈大。（16）直通雙座調(diào)理閥與直通單座對(duì)照，有何優(yōu)點(diǎn)？它們各自適用什么場(chǎng)合？答：1）直通雙座調(diào)理閥與直通單座對(duì)照，主要優(yōu)點(diǎn)為：贊同壓差大。2）直通單座適用于泄漏要求較嚴(yán)、壓差不大的干凈介質(zhì)場(chǎng)合；直通雙座調(diào)理閥適用于泄漏要求不嚴(yán)、壓差較大的干凈介質(zhì)場(chǎng)合。（17）智能電動(dòng)執(zhí)行器有哪些主要特點(diǎn)？它依照什么能夠?qū)崿F(xiàn)“一機(jī)多用”？答:1）主要特點(diǎn)為：擁有智能化和高精度的控制功能；一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想；擁有智能化的自診斷與保護(hù)功能；擁有

33、靈便的組態(tài)功能，“一機(jī)多用”，提高了經(jīng)濟(jì)效益。2）經(jīng)過軟件組態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多用”。（18）過程控制系統(tǒng)的所有儀表與裝置可否都應(yīng)試慮安全防爆？為什么？答：不是?，F(xiàn)場(chǎng)的所有儀表應(yīng)試慮安全防爆。非危險(xiǎn)場(chǎng)所的儀表則不用然要防爆，現(xiàn)場(chǎng)儀表與非危險(xiǎn)場(chǎng)所（包括控制室）之間必定經(jīng)過安全柵。（19）安全柵有在安全防爆系統(tǒng)中的主要作用是什么？簡(jiǎn)單齊納式安全柵有何缺點(diǎn)？它是怎樣改進(jìn)的？答：1）安全柵的作用是將送到現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)能量限制在可能引起爆炸的極限能量之內(nèi)。2）缺點(diǎn)：一是固定的限流電阻大小難以選擇。二是接地不合理平時(shí)一個(gè)信號(hào)回路只贊同一點(diǎn)接地，兩點(diǎn)以上接地會(huì)造成信號(hào)經(jīng)過過大的縮短或形成攪亂。3）改進(jìn)：第一點(diǎn)改進(jìn)，由

34、四個(gè)齊納二極管和四個(gè)迅速熔絲組成雙重限壓電路并取消了直接接地址，改為背靠背接地的齊納二極管中心接地。第二點(diǎn)改進(jìn)，用雙重晶體管限流電路代替固定電阻，以達(dá)到近似理想的限流收效。編寫版word（20）與齊納式安全柵對(duì)照，隔斷式安全柵有何優(yōu)點(diǎn)？答：隔斷式安全柵與齊納式安全柵對(duì)照較，有以下優(yōu)點(diǎn)：1）能夠在危險(xiǎn)區(qū)或安全區(qū)認(rèn)為合適的任何一個(gè)地方接地，使用方便，通用性強(qiáng)；2）隔斷式安全柵的電源、信號(hào)輸入、信號(hào)輸出均可經(jīng)過變壓器耦合，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入、輸出完好隔斷，使安全柵的工作更加安全可靠；3）隔斷式安全柵由于信號(hào)完好浮空，大大增強(qiáng)了信號(hào)的抗攪亂能力，提高了控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的可靠性。2綜合練習(xí)題（1）用一個(gè)放大

35、器組成的PID運(yùn)算電路如圖3-2所示。試推導(dǎo)其傳達(dá)函數(shù)，并簡(jiǎn)化成實(shí)質(zhì)PID運(yùn)算電路的標(biāo)準(zhǔn)形式。圖3-2用二個(gè)運(yùn)算放大器組成的PID運(yùn)算電路答：依照題意，將圖3-2可分解為以下兩部分，如圖3-3所示：圖3-3（a）比率微分圖3-3（b）比率積分電路經(jīng)推導(dǎo)可知：編寫版wordVPD(s)a1nRDCDsVi(s)n1RDCDsCI11(s)CmRCsMVoIIVPD(s)1C111IKCKRCsMIMCI11V(s)a1nRDCDsCmRCsMII即on1?1C1Vi(s)RDCDs11IKCKRCsMIM3-5）3-6）簡(jiǎn)化成實(shí)質(zhì)PID運(yùn)算電路的標(biāo)準(zhǔn)形式為式（TDVo(s)aCI1TIsV(s)

36、nCTDiM1KIKDTI（3-7）3-7）：1TDsTIsTDsKITIsKD其中，nKD（微分增益），nRCT，KKCmC，TmRCDDDIMIIII（2）已知某比率微分調(diào)理器的傳達(dá)函數(shù)為Vo2(s)a1TDsVo1(s)KD1TDsKD試求單位階躍輸入作用下的輸出響應(yīng)表達(dá)式，畫出響應(yīng)曲線，并用實(shí)驗(yàn)的方法確定其微分時(shí)間，寫出實(shí)驗(yàn)步驟及所用儀器。答：1）依照題意知，系統(tǒng)傳達(dá)函數(shù)如式（3-8）：Gsa1TDs（3-8）KDTD1sKD階躍輸入表達(dá)式如式（3-9）：R(s)1（3-9）s在單位階躍輸入作用下的輸出響應(yīng)如式（3-10）：編寫版wordYsGsa1TDs?Rs（3-10）KDs1TD

37、sKD經(jīng)拉式反變換獲得，單位階躍輸入作用下的輸出響應(yīng)表達(dá)式如式（3-11）：aTDTDtyttTDeKD（3-11）1KDKD2）響應(yīng)曲線如圖3-4所示：u0.63KC(KD1)eKC(KD1)eKCKDeKCeTDKD圖3-4系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線圖（3）在比率積分電路中，若運(yùn)算放大器不是理想的，積分電容的漏電阻也不是無(wú)量大，其保持狀態(tài)的簡(jiǎn)化電路如圖3-5所示。經(jīng)理論解析獲得以下關(guān)系：VtRCVtR1）o3；2）o3i；Vo3RCCMVo3(1K)RiCM3）VIbtIb；4）VIbtIb。o3CMo3CM若已知偏置電流Ib10pA，失調(diào)電壓Vos10mV，輸入阻抗Ri1011?，開環(huán)增益圖3-5

38、保持狀態(tài)的簡(jiǎn)化電路K105，積分電容CM10F，漏電阻R1012；當(dāng)電路輸出V35V時(shí)，上述四種co要素分別作用，使輸出產(chǎn)生0.5的誤差時(shí)的保持時(shí)間各為多少小時(shí)？答：當(dāng)輸出產(chǎn)生0.5的誤差時(shí)：VtRC由o3得：VRCo3CM編寫版wordtRCRCCMVo34V510(3-12)o3VtRi由o3得：Vo3(1K)RiCMtRi(1K)RiCMVo35108(3-13)Vo3由Vo3IbtIb得：CMtIbCMVo30.005(3-14)Ib由Vo3IbtIb得：CMtIbCMVo30.005(3-15)Ib（）如圖3-6所示的輸出電路中，試證明：當(dāng)R4(RR)40.25k?時(shí)，能夠413f獲

39、得精確的變換關(guān)系式IoVo3。4Rf圖3-6輸出電路答：略（5）如圖3-7所示，冷物料經(jīng)過加熱器用蒸汽對(duì)其加熱。在事故狀態(tài)下，為了保護(hù)加熱器設(shè)備的安全即耐熱資料不被損壞，現(xiàn)在蒸汽管道上有一只氣動(dòng)執(zhí)行器，試確定其氣開、氣關(guān)形式，并畫出由PID電動(dòng)器組成的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。答：圖3-7蒸汽加熱器1）應(yīng)采用氣開形式，當(dāng)出現(xiàn)故障以致信號(hào)中斷時(shí)，執(zhí)行器處于關(guān)閉狀態(tài)，保證耐熱資料不被損壞。2）框圖如圖3-8所示：編寫版word設(shè)定值eu(t)實(shí)質(zhì)值PID控制器氣動(dòng)執(zhí)行器加熱器-液位變送器圖3-8系統(tǒng)框圖（6）現(xiàn)測(cè)得三種流量特點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)如表3-1所示。試分別計(jì)算其相對(duì)開度在10、50、80各變化10時(shí)的相

40、對(duì)流量的變化量，并據(jù)此解析它們對(duì)控制質(zhì)量的影響和一些采用原則。表3-1調(diào)理閥的相對(duì)開度與相對(duì)流量（R=30）相對(duì)開度(l/L)(%)0102030405060708090100相對(duì)流量(q/qmax)(%)直線流量特點(diǎn)3.313.022.732.342.051.761.371.080.690.3100對(duì)數(shù)流量特點(diǎn)3.34.676.589.2613.018.325.636.250.871.2100快開流量特點(diǎn)3.321.738.152.665.275.884.591.396.1399.03100答：1）直線流量特點(diǎn)：在10%開度22.7-13100%74.62%在50%開度61.3-51.710

41、0%18.57%7在80%開度90.3-80.6100%12.03%6線性調(diào)理閥在小開度時(shí)流量的相對(duì)變化量大，矯捷度高，控制作用強(qiáng)，簡(jiǎn)單產(chǎn)生振蕩；而在大開度時(shí)流量的相對(duì)變化量小，矯捷度低，控制作用較弱。由此可知，當(dāng)線性調(diào)理閥工作在小開度或大開度時(shí)，它的控制性能較差，所以不宜用于負(fù)荷變化大的過程。（2）對(duì)數(shù)流量特點(diǎn)在10%開度6.58-4.67100%40.9%.67在50%開度25.6-18.3100%39.89%18.3在80%開度71.2-50.8100%40.8%8對(duì)數(shù)流量特點(diǎn)調(diào)理閥在小開度時(shí)其放大系數(shù)Kv較小，所以控制比較平穩(wěn)；在大開度工作時(shí)放大系數(shù)Kv較大，控制矯捷有效，所以它適用于

42、負(fù)荷變化較大的過程。（3）快開流量特點(diǎn)在10%開度38.1-21.7100%75.58%21.7編寫版word在50%開度84.5-75.8100%11.48%8在80%開度99.03-96.13100%3.02%96.13快開流量特點(diǎn)是指在小開度時(shí)候就有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快達(dá)到最大，快開流量特點(diǎn)的調(diào)理閥主要用于位式控制。3設(shè)計(jì)題（1）某加熱過程，其控制介質(zhì)（熱流量）與被控溫度之間呈變?cè)鲆骊P(guān)系，若采用PID調(diào)理，希望調(diào)理器的增益隨溫度的高升而下降，以補(bǔ)償過程增益的變化。試用SLPC可編程數(shù)字調(diào)理器的模塊指令設(shè)計(jì)控制程序，并假設(shè)：用10段折線函數(shù)模塊FX1作成過程增益變化曲線的反

43、函數(shù)，調(diào)理器的當(dāng)前增益存入寄存器A3。答：略（2）老例執(zhí)行器的調(diào)理閥芯形狀一旦制造好就難以改變，所以給實(shí)質(zhì)應(yīng)用帶來(lái)不便?，F(xiàn)有一種數(shù)字閥，它是由一系列并聯(lián)安裝、按二進(jìn)制排列的閥門組成。試設(shè)計(jì)一個(gè)8位數(shù)字閥的組成方案，并簡(jiǎn)述其設(shè)計(jì)原理。答：略（3）請(qǐng)參照?qǐng)D3-9檢測(cè)端安全柵電路原理圖和圖3-10執(zhí)行端安全柵結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)一個(gè)執(zhí)行端安全柵電路原理圖，并簡(jiǎn)述各部分的工作原理。圖3-9檢測(cè)端安全柵電路原理圖編寫版word圖3-10執(zhí)行端安全柵組成原理框圖答：略第4章思慮題與習(xí)題1基本練習(xí)題（1）什么是被控過程的特點(diǎn)？什么是被控過程的數(shù)學(xué)模型？為什么要研究過程的數(shù)學(xué)模型？當(dāng)前研究過程數(shù)學(xué)模型的主要方法有哪幾

44、種？答：1）過程控制特點(diǎn)指被控過程輸入量發(fā)生變化時(shí)，過程輸出量的變化規(guī)律。2）被控過程的數(shù)學(xué)模型是描述被控過程在輸入（控制輸入與擾動(dòng)輸入）作用下，其狀態(tài)和輸出（被控參數(shù)）變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。3）目的：1設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)及整定控制參數(shù)；2指導(dǎo)生產(chǎn)工藝及其設(shè)備的設(shè)計(jì)與操作；3對(duì)被控過程進(jìn)行仿真研究；4培訓(xùn)運(yùn)行操作人員；5工業(yè)過程的故障檢測(cè)與診斷。4）機(jī)理演繹法和實(shí)驗(yàn)鑒別法。（2）響應(yīng)曲線法鑒別過程數(shù)學(xué)模型時(shí)，一般應(yīng)注意哪些問題？答：1）合理地選擇階躍輸入信號(hào)的幅度，幅值不能夠過大省得對(duì)生產(chǎn)的正常進(jìn)行產(chǎn)生不利影響。但也不能夠太小，以防其他攪亂影響的比重相對(duì)較大而影響試驗(yàn)結(jié)果。一般取正常輸入信號(hào)最大幅值

45、的10%；2）試驗(yàn)時(shí)被控過程應(yīng)處于相對(duì)牢固的工況；編寫版word3）在相同條件下進(jìn)行多次測(cè)試，除掉非線性；4）分別做正、反方向的階躍輸入信號(hào)試驗(yàn)，并將兩次結(jié)果進(jìn)行比較，以衡量過程的非線性程度；5）每完成一次試驗(yàn)后，應(yīng)將被控過程恢復(fù)到原來(lái)的工況并牢固一段時(shí)間再做第二次試驗(yàn)。（3）怎樣用最小二乘法估計(jì)模型參數(shù)，最小二乘的一次完成算法與遞計(jì)算法有何區(qū)別？答：1）最小二乘法能夠?qū)⒋b別過程看作“黑箱”。利用輸入輸出數(shù)據(jù)來(lái)確定多項(xiàng)式的系數(shù)利用y(k)hT(k)e(k)來(lái)確定模型參數(shù)。2）差異：一次完成要知道所有的輸入輸出數(shù)據(jù)才能鑒別參數(shù)，即只能離線鑒別。遞計(jì)算法能夠只知道一部分?jǐn)?shù)據(jù)即進(jìn)行鑒別，可用于在線

46、鑒別。（4）圖4-1所示液位過程的輸入量為q1，流出量為q2、q3，液位為h被控參數(shù)，C為容量系數(shù)，并設(shè)R1、R2、R3均為線性液阻。要求：1）列寫過程的微分方程組；2）畫出過程的方框圖；3）求過程的傳達(dá)函數(shù)G0(s)H(s)/Q1(s)。答：1）過程的微分方程組如式（4-1）所示：q1q2q3Cdhdtq2h（4-1）R2q3h圖4-1基本練習(xí)題（4）液位過程R32）過程控制框圖如圖4-2所示：圖4-2過程控制框圖3）傳達(dá)函數(shù)如式（4-2）所示：編寫版wordH(S)1G0(s)11（4-2）Q1(S)CSR3R2（5）某水槽水位階躍響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)記錄為：t/sh/mm0102040608010

47、015020030009.5183345556378869598其中階躍擾動(dòng)量為穩(wěn)態(tài)值的10%。1）畫出水位的階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線；2）若該水位對(duì)象用一階慣性環(huán)節(jié)近似，試確定其增益K和時(shí)間常數(shù)T。答：1）水位階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線如圖4-3所示：圖4-3水位階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線圖2）一階無(wú)延時(shí)環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系如式（4-3）所示：ytK0 x01etT0（4-3）有題意知：x00.1*989.8則K0又yT0yT0y2T0y10 x02y39%38.22y63%61.78y86.5%84.77經(jīng)過階躍響應(yīng)曲線查找得：T0248，T097，2T0192，故可得：T096（6）有一流量對(duì)象，當(dāng)調(diào)理閥氣壓改

48、變0.01MPa時(shí)，流量的變化以下表：t/s01246810q/(m3/h)09.5183345556398編寫版word若該對(duì)象用一階慣性環(huán)節(jié)近似，試確定其傳達(dá)函數(shù)。答：一階慣性傳達(dá)函數(shù)如式（4-4）所示：G(s)K0（4-4）T0s1又u0.01，可得放大系數(shù)y()18018000，達(dá)到穩(wěn)態(tài)值63%的時(shí)間T=6s，K0.01u所以傳達(dá)函數(shù)如式（4-5）所示：G(s)K018000（4-5）6s1T0s1（7）某溫度對(duì)象矩形脈沖響應(yīng)實(shí)驗(yàn)為：t/mi52025304050607080T/0.461.73.79.019.026.43637.533.527.22110.4

49、5.12.81.10.5矩形脈沖幅值為2（無(wú)量綱），脈沖寬度t為10min。（1）試將該矩形脈沖響應(yīng)曲線變換為階躍響應(yīng)曲線；（2）用二階慣性環(huán)節(jié)寫出該溫度對(duì)象傳達(dá)函數(shù)。答：1）將脈沖響應(yīng)變換成階躍響應(yīng)曲線，數(shù)據(jù)以下：t(min)134581015165Y()046173790190264360375Y（t）0461737901902641t(min)2025304050607080Y()33527221010451281105Y（t）59.980.991.396.499.2100.3100.812）繪出階躍響應(yīng)曲線如圖4-4所示：圖4-4階躍響應(yīng)曲線如圖編寫版wordy()y(0)100.8K

50、050.4x02由圖y(t1)0.4y()，y(t2)0.8y()處可得：t1=14min，t2=30.5，t1/t20.46故二階系統(tǒng)數(shù)字模型為：W0(s)K0（4-5）(TS1)2t1t22.1610.3依照經(jīng)驗(yàn)公式有：T0(s)2故可得二階系統(tǒng)數(shù)字模型為：W0(s)K050.4（4-6）(TS1)2(10.3S1)2（8）已知某換熱器的被控變量為出口溫度T，控制變量是蒸汽流量q。當(dāng)蒸汽流量作階躍變化時(shí)，其出口溫度的響應(yīng)曲線如圖4-31所示。試用計(jì)算法求其數(shù)學(xué)模型。答：略2綜合練習(xí)題（1）如圖4-6所示，q1為過程的流入量，q2為流出量，h為液位高度，C為容量系數(shù)。若以q1為過程的輸入量，

51、h為輸出量（被控量），設(shè)R1、R2為線性液阻，求過程的傳遞函數(shù)G0(s)H(s)/Q1(s)。圖4-6綜合練習(xí)題（1）液位過程答：依照動(dòng)向物料平衡關(guān)系：流入量流出量過程的微分方程的增量形式如式（4-7）所示：Q1Q2Cdh（4-7）dt編寫版word中間變量：Q2hR2R2Q1CR2dhh（4-8）dtR2Q1(S)CR2SH(S)H(S)傳達(dá)函數(shù)如式（4-9）所示：H(s)R2（4-9）W0(s)CR2S1Q1(s)若是考慮管道長(zhǎng)度l，即出現(xiàn)純時(shí)延，由于管道流量恒定，所以Ql其傳達(dá)函數(shù)如式（4-10）所示：H(s)R2SW0e（4-10）(s)CR2S1Q1(s)（2）已知兩只水箱串通工作（

52、如圖4-7所示），其輸入量為q1，流出量為q2、q3，h1、h2分別為兩只水箱的水位，h2為被控參數(shù)，C1、C2為其容量系數(shù)，假設(shè)R1、R2、R12、R3為線性液阻。要求：1）列寫過程的微分方程組；2）畫出過程的方框圖；3）求液位過程的傳達(dá)函數(shù)G0(s)H(s)/Q1(s)。圖4-7綜合練習(xí)題（2）液位過程答：1）過程的微分方程組如式（4-11）所示：編寫版wordq1q2q12C1dh1dtq12q3C2dh2dth1q2R2h1h2q12R12h2q2R32）方框圖如圖4-8所示：圖4-8液位過程方框圖3）消去式（4-11）中的q2q3q12有qh1h1h12Cdh1R2R12R121dt

53、h1h2h2C2dh2R12R12R3dt在上述方程中消去h1有C1C2R12d2h2(C1C1R12C2C2R12)dh2R2R3R12h2q1dt2RRdtRR3223對(duì)上式進(jìn)行拉式變換可得：H2(S)1G0(s)C1R12C2R12R2R3R12Q1(s)C1C2R12S2(C1C2R3R2)SR2R3（3）有一復(fù)雜液位對(duì)象，其液位階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：t/s01020406080100140180250300400500600h/mm000.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.219.61）畫出液位的階躍響應(yīng)標(biāo)么值曲線；（4-11）（4-12）（4-13

54、）4-14）20編寫版word2）若該對(duì)象用帶純時(shí)延的一階慣性環(huán)節(jié)近似，試用作圖法確定純時(shí)延時(shí)間和時(shí)間常數(shù)T。3）定出該對(duì)象增益K和響應(yīng)速度（為時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)）。設(shè)階躍擾動(dòng)量為穩(wěn)態(tài)值的15%。答：1）y0(t)y(t)y()Matlab程序clc;clear;t=01020406080100140180250300400500600;h1=000.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.219.6;h=h1./19.6;plot(t,h,b)xlabel(t/s)ylabel(h)title(液位的階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線)圖以下液位的階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線10.90.80

55、.70.60.50.40.30.20.100100200300400500600t/s圖4-9階躍響應(yīng)標(biāo)么值曲線2）matlab程序以下：clc;clear;t=01020406080100140180250300400500600;h1=000.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.219.6;h=h1./19.6;fori=1:13m(i)=h(i+1)-h(i);q(i)=t(i+1)-t(i);x(i)=m(i)/q(i)編寫版wordendz,a=max(x)plot(t(a),h(a),rx)holdonqie=1:0.1:280;y=0.0046*

56、qie-0.18449;plot(qie,y,r)holdonplot(1:600,1,k)holdonplot(258,-0.2:0.01:1,r-)holdonplot(40,-0.2:0.01:1,r-)holdonplot(1:600,0,k)plot(t,h,b)xlabel(t/s)ylabel(h)title(液位的階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線)液位的階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線1.210.80.6h0.40.20-0.20100200300400500600t/s圖4-10階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線如圖，=40s，T=258-40=218s。y()y(0)19.63）K6.67x00.15*19.6編寫版

57、wordW0(s)K0eS6.67e40S（4-15）TS1218S1（4）已知溫度對(duì)象的輸出階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：t/minT/010203040506070809000.160.651.151.521.751.881.941.971.992.00階躍擾動(dòng)量q1kg/h，試用二階或更高階慣性環(huán)節(jié)求出它的傳達(dá)函數(shù)。答：由K0y()得K02x0繪制階躍響應(yīng)曲線，如圖4-11所示：由圖可知，t126mint252.2min又t10.4981，采用三階化解求取過程的傳達(dá)函數(shù)。t2T0t1t212.072.16n圖4-11階躍響應(yīng)曲線圖故而，對(duì)象的傳達(dá)函數(shù)如式（4-16）所示：K02（4-16）G(s)

58、n3T0s112.07s1（5）有一液位對(duì)象，其矩形脈沖響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：/sh/cm01020406080100120140160000.20.61.21.61.82.01.91.7編寫版word/sh/cm2202402602803003203403603800.80.70.70.60.60.40.20.20.150.15已知矩形脈沖幅值為階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值的10%，脈沖寬度t20s。1）試將該矩形沖響應(yīng)曲線變換為階躍響應(yīng)曲線；2）若將它近似為帶純延遲的一階慣性對(duì)象，試分別用作圖法和計(jì)算法確定其參數(shù)K、T和的數(shù)值，并比較其結(jié)果。答：1）階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)如表4-1所示：表4-1階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)t/

59、s01020406080100120140160h/cm000.20.61.21.61.82.01.91.7Y000.20.82.03.65.47.49.311t/s220240260280300320340360380400h/cm0.80.70.70.60.60.40.20.20.150.15Y14.31515.716.316.917.317.517.717.8518由于160到220之間少點(diǎn)，所以應(yīng)用直線y=-0.015x+4.1差值，獲得中間180對(duì)應(yīng)h=1.4,200對(duì)應(yīng)h=1.1。階躍響應(yīng)曲線如圖4-12所示（其中紅色曲線為系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線）：1816141210864200501

60、00150200250300350400圖4-12階躍響應(yīng)曲線圖2）用作圖法計(jì)算如圖4-13所示：編寫版word2520151050-5050100150200250300350400圖4-13作圖法計(jì)算過程參數(shù)圖由圖可知=46s，T=226-46=180s。y()y(0)18K10 x00.1*18計(jì)算法：Tt2t1（）ln1y0(t1)ln1y0(t2)4-17t2ln1y0(t1)t1ln1y0(t2)ln1y0(t1)（4-18）ln1y0(t2)先將階躍響應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)幺值。找兩點(diǎn)（60，0.1111），（120，0.4111）代入解得T=145.7272=80.3826（6）電偶的輸出