過程控制考試題庫(終結(jié)版)要點(diǎn)

1、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k 25%，Tk 4.5min，試分別確定用PI和PID作用時(shí)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 f 、TiTdP2 k-PI2.2 k0.85Tk-PID1.7 k0.5Tk0.13Tk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 3.825Td0.13Tk 0.13 4.5 0.5852. （ 5分）某控制系統(tǒng)用4： 1衰減曲線法分別整定

2、控制器參數(shù)。將積分時(shí)間調(diào)至 最大，微分時(shí)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(shí)記錄下來的比例度s 56%和時(shí)間參數(shù)Ts 5.1min。試分別確定用PI和PID作用時(shí)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。古制參數(shù)控制作用TiTdPsPI1.2 s0. 5TsPID0.8 s0.3Ts0.1Ts解：對于PI控制器查表得:P 1.21.2 56%0.67T 0.5Tk 0.5 5.12.55對于PI D控制器查表得：P 0.8 s 0.8 56%0.48TI 0.3Tk 0.3 5.1 1.53Td 0.1Ts 0.1 5.1 0.513. （ 10分）一

3、個(gè)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)I。16mA時(shí)，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(shí)，測得I1 16mA，試計(jì)算此時(shí)的丨2為多大。題5.2圖流量雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理圖 解：1）由于I。 K 164得 K I0 4 /16（16 4）/16 0.75所以K K Q1max Q2maxKQ2maxKQ1max0.75 320000.9 265002)由儀表的比例系數(shù)定義，K I24mAI14mA得：l2 K(I14 mA

4、)4 mA即：丨20.9 (10 4) 49.4mA 4 一個(gè)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Qimax 3600 kg/h，Qzmax 2000 kg/h。a)b)試畫出比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。題3圖單閉環(huán)乘法比值控制系統(tǒng)原理圖(乘法器如果要求比值為QQ22:1，應(yīng)如何設(shè)置乘法器的設(shè)定值解：流量的最大量程分別為 F1max 3600 kg / h，F(xiàn)2max 2000kg/h。流量與檢測電流 的關(guān)系為，11 16 豆 4 , * 16丄4，流量比值為K 旦，乘法器的輸FmaxF2maxF1出為 I U1

5、4) (I0 4) 4。16穩(wěn)態(tài)時(shí)有 I 12，即：丨24) (I 4) 4，I。 16 (2 4) 4，16(I1 4)I016K 4。不加開方器情況，要進(jìn)行非線性處理:222F 1maxF2F1max136002K非n性K0.90.81F 2maxF1F 2max22000乘法器的設(shè)置值：10 K非線性1640.8116 416.96mA六、應(yīng)用題(15)1. 為了獲得被控對象的動(dòng)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(gè)階躍擾動(dòng)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(shí)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(dòng)，獲得觀測

6、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(gè)矩形擾動(dòng)脈沖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。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(gè)矩形脈沖信號，相當(dāng)于 施加兩個(gè)階躍信號，一個(gè)在t=0處，另一個(gè)在t=to處。 設(shè)階躍響應(yīng)為yi，將所測繪的響應(yīng)曲線按時(shí)間間隔to等分。在第一區(qū)間，yi(to)= yi(to)。在第二區(qū)間 yi(2to)= y(2to)+ yi(to)。第三區(qū)間，yi(3t

7、o)= y(3to)+ yi(2to)。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(dòng)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(gè)階 躍擾動(dòng)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(shí)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(dòng)，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(gè)矩形擾動(dòng)脈沖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

8、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。啡沖擾昂怕人用響應(yīng)曲線法進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。當(dāng)電動(dòng)單元組合控制器的輸出從 6mA改變到7mA時(shí)，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 100C，并測 出純滯后時(shí)間o=1.2min,時(shí)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：X 7 6 1mA 輸出增量為：丫 87.8 85.0 2.8 C輸入量程差為：Xmax Xmin 10 0 10mA 輸出量程差為：Ymax Ymin 100 50 50 C所以，Y

9、/(Ymax Ymin)遜0 0.56X/(Xmax Xmin) 仍。由查表得：在選用PI控制器時(shí)，1.1 仏0 100%1.1 0.56 1.2 100%30%T。2.5TI3.3 0 3.3 1.2 3.96 min在選擇PID控制器時(shí)，0.85100%0.85 0.56 1.2 100%23%T02.5TI2 0 2 1.2 2.4 minTD 0.5 00.5 1.20.6 min咱應(yīng)曰翌法控壽器參述整立軽魅公弍-屢 Hl4鞋rftPM IOOQFtU k1001 “3.3reHD05rt4. 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5

10、00C，而這時(shí)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(shí)顯示儀表的指示值應(yīng) 為多少？tttS-ttii熱電儒分廈我度號；K,菲比端ifi度為02&40M60TO60w阿竝動(dòng)磔/mV+ 00,0000,3970.79i 2931.6H2.0221.4362.B50J 26bA681ioo4 0Q55.3275.7336.1376.5397.3387.7373006J37*.53?S-9589 Ml10.15110.怕-曲ll.l&lJ1.75330012.2U?12.6233.確13.45613.S7414.29；14.7035.5521

11、540016.39516.SLBI714117.C6418.513E9.363L9.7BB30,214MO20321.06621.49321.91922.34622.77233,19833.62434.05024.47660024-翊25-32725乃】2 反 17616冊27血37.44328.IKl28/70?TOO29.J2829.S4739.96530.353W.79931.21431.29交-陰33.45531 S$633.21733.6B634.095345023490939.314J3.71S36 5J4輛期wo37J257.73418 3冷恥99x31039.70J4O.4S9

12、40low41 M41 65742.CM543.4314： r43.20243.W曲一側(cè)44船44 729110043.LO15.4864-緲46.61246.99*47.33647.72C48,093北.46空I2W輻丄2B*9.53630-27*50.63330.WO,1.344JI .wi52.049130052.398.輕西753.09353.53.7623+.125$4.466M.807*解：顯示儀表指示值為500時(shí)，查表可得此時(shí)顯示儀表的實(shí)際輸入電勢為20.64mV，由于這個(gè)電勢是由熱電偶產(chǎn)生的，即E(t,t。)20.64mV同樣，查表可得：E(t,0) E(t,t。)E(t,0)

13、20.64 2.463 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(shí)，由于E (20，0) =0.798mV,故有：E(t,t0)E(t,0) E(t0,0)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(gè)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

14、方運(yùn)算所分別設(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）Qmax 1350m3/h： Qi 的量程上限，3Q2max 150m / h: Q2的量程上限，Qimin 0m3/h: Qi的量程下限，Q2min 0m3/h : Q2的量程下限。1引入開方器時(shí)，比值系數(shù)為：Q2Q1maxQiminQimaxQ1minQ2maxQ2minQ2maxq2min150 1350 01250 240 0 2不引入開方器時(shí)：0.6752KQ1maxQiQ1minQ2maxQ2min220.6750.456150 1350 01250 240 06. 設(shè)計(jì)一個(gè)

15、比例、積分（PI）調(diào)節(jié)器，控制一個(gè)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)?？刂破鞯恼{(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(gè)如圖（a）所示的階躍 輸入時(shí)，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(shí)間Ti微分時(shí)間TdP(K0 t/T0)X 100%PI1.1(K0t/T0)X 100%3.3tPID0.85(K0 t/T0)X 100%2 T0.5 0ymax 3000 E和 ymin 0C,控答：由已知條件得：控制器的調(diào)節(jié)范圍上下限為:

16、 制器的輸入上下限為Pmax 20 mA和Pmin 由測試數(shù)據(jù)得，當(dāng)輸入信號從 4mA變化到 到 2500 Eo4 mA,18mA時(shí)，被控對象輸出信號從 0C變化由此得廣義被控對象的放大系數(shù)K。,yPymaxymin/naxnin2500018 43000020 42500160.95300014K。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，T0 20 3 17min , 0 3min。由表中查得 PI控制器的比例度計(jì)算公式為K0 00.95 31.1 山 100%1.1100% 18.48%T。17Kc 1/1/0.184

17、8 19.11積分常數(shù)為：Ti 3.3 03.3 3 9.9min控制系統(tǒng)方框圖見下圖1 rt 11 1 /I h10.95g 亠 LJ. 1 1( 1 +)9.9j17s + lri控制器廣義被控對象pi控制器7.已知已被控對象的傳遞函數(shù)為sW(s)Ke(TiS 1)(T2S 1)在階躍擾動(dòng)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。1) 在階躍響應(yīng)特性曲線上確定

18、出y( ) 108.5，y(0) 100，y 101，y 107，T 11，052) Wei3) Wei4)2P7/、厶_10Q.G20 0?G04- 一 I丄I輕 D.3Q0 750 8QO 呂 6 丄I 。 00.O.(J28. 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，2 課 百 冃 恂 12懷 捋其單位階躍響應(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Ko 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

19、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 4.5 13）從附表中求得與BE值對應(yīng)的m值。4） 由 CD T2 T1， m T1 /T2 解得聯(lián)呱 血 曲 碘9. 對于一個(gè)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)aSTaS 1(其中，Ka 3，Ta 5min， a 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(dòng)通道的傳遞函數(shù)近似為KWd(s)-e dS (其中，Kd 0.5，Td 3min， d 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(gè) PID控制器Wc(s)，在前饋通道上設(shè)計(jì)一個(gè)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