期末考試過程控制計算題

1、計算及問答題1 .某換熱器溫度控制系統(tǒng)(設定值為100C),在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如圖所3%穩(wěn)態(tài)值來確定示。分別求出衰減比、最大偏差、余差、過渡時間和振蕩周期(按土 過渡時間)。1B21(130 105)0 8解：衰減比 4 = 1B11(110 105)0.82 / 10曰+2* a 日口如、國曰叫 y() 100%100% 23.8%最大偏差A,即超倜量b = y( )105余差 C= y ( oo) y( 0)=105-100=5過渡時間ts=27min,(計算穩(wěn)態(tài)值的土 3%,即102或108,用尺子量后估算出時間)振蕩周期，時間作衰減振蕩，所以振蕩周期T=20-8=12min

2、,(兩個波峰的時間差)2 .已知某被控過程的數(shù)學模型為U (s) KE(s) Ts 1應用前向差分法，求關于 u(k)和e(k)的差分方程。參考計算控制課本 p129解：U(s)?(Ts1) K?E(s)Ts?U(s)U(s)K?E(s)du(t)1dtu(t)Ke(t)設采樣周期為du(t)Ts，代入17"u(k 1) u(k)Ts置u(k1) u(k)u(k)Ke(k)u(k)TJTSu(k1)TsTs TKe(k)3. 一臺儀表的測溫范圍為100550C,絕對誤差的最大值為 2C,求這臺儀表的相對誤差。解.§ = 55021001 00%0.44%4.某一標尺為050

3、0 c的溫度計出廠前經校驗，其刻度標尺各點測量結果值分別為:被校表讀數(shù)0100200300400500標準表讀數(shù)0103198303406495(1)求出儀表最大絕對誤差值；(2)確定儀表的允許誤差及精確度等級；(3)儀表經過一段時間使用后，重新校驗時，儀表最大絕對誤差為土8C,問該儀表是否還符合出廠時的精確度等級。解：(1)最大絕對誤差值為 6。(2)儀表精度 8 =300-T 100%1.2% 1.5%(2)3 / 10所以允許誤差為土 1.5%,儀表精度等級為1.5級。(3)使用一段時間后的精度為8_益1 100% 1.6% 1.5%所以不符合出廠時的精確度等級。5 .如下圖所示液位控制

4、系統(tǒng)中，被控過程物料的輸入量和輸出量是什么？控制系統(tǒng)的(1)被控變量、(2)操縱變量、(3)主要擾動、(4)輸入信號、(5)輸出信號各是什么？此題需特別注意！ ！解：被控過程物料的輸入量時水的 流量Q1 ,輸出量是水的流量 Q 2；(1)被控變量是液位 H;(2)操縱變量是流量 Q2;(開關在這 里，控制排水量，而不是入水 量)(3)主要擾動是流量Q1;6 .圖所示液位過程的輸入量為q1，流出量為q2、q3,液位h為被控參數(shù)，C為容量系數(shù),設R1、R2、R3為線性液阻，求：(1)列出液位過程的微分方程組；(2)畫出液位過程的框圖；(3)求液位過程的傳遞函數(shù) Wo(s)=H (s)/Q1(s)(

5、3)做拉氏變換Qi曹普CsH(s)Wo(s)H(s)Qi(s)CR,R3s R2 R3R2R37.用動態(tài)特性參數(shù)法整定單回路控制系統(tǒng)調節(jié)器參數(shù)時，測得過程的r=8s, T=80s,自平衡率p=1,當調節(jié)器分別采用 P、Pk PID控制規(guī)律時，求=0.75,調節(jié)器整定的參數(shù)解：由于T 100.1 ,故應用表中亍0.2時的公式計算。(1)比例調節(jié)比例度T O.1(2)比例積分調節(jié)比例度1.1-7 011積分時間TI 3.326.4s(3)比例積分微分調節(jié)比例度 0.85，0.085積分時間1216s微分時間Td 0.5 4s某熱交換器圖5.1所示，用蒸汽將進入其中的冷水加熱到一定的溫度，生產工藝要

6、求熱水 溫度保持定值(t±1C),試設計一個單回路控制系統(tǒng)，并說明該控制系統(tǒng)的基本工作原理, 系統(tǒng)的被控變量、控制量和主要擾動量是什么及選用的控制算法。7 / 10薜；課本口176忤業(yè)丸221熱水冷水冷水*:正.本工作原理二當;令水流量突然理大時，業(yè)量元件檢演:到期水出口:罵度近恨.于是有測量值與給定值的差給 “說卡器，璃節(jié)船控制中網(wǎng)使然*流量加大,從而性效水出口的溫度上升,當軌水圖口的溫度達到歿定值 “對，芟統(tǒng)再次穩(wěn)定.”:蒙洸的被挖墨昆都水的濕度.“桂電旦熱荽汽為而過一，,主要找競皂冷水的流量：1:選用PI控莉算法118.某前饋控制系統(tǒng)框圖如圖所示，試通過推導分析，前饋控制器Wi

7、(s)、過程擾動通道傳遞函數(shù)W2 (s)和過程控制通道傳遞函數(shù)W3(s)滿足什么關系時，能夠實現(xiàn)對擾動的全補償?解：參考計算機控制p38。求傳遞函數(shù) Y(s)/F(s),然后令分子等于0,即Y(s)FW2 WW?X(s)W2W1W321 3+9.某液位過程的階躍響應實驗測得如下數(shù)值t/s01020406080100140180250300400500600h/mm000.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.219.6當其階躍擾動量為科=20%時，求：(1)畫出液位過程的階躍響應曲線；(2)該過程用一階加滯后環(huán)節(jié)近似描述，確定液位過程的Ko, To, T參考課本

8、p136,作業(yè)2-13,(一模一樣)解：(1)由實驗數(shù)據(jù)，液位過程的階躍響應曲線如圖所示:(2)19.6,則 K0取 y 七 0.39, y t?0.63 ,由 y t在圖上得到t1126, t2 195代入式中，得To 2t ti) 1382ti t257校驗數(shù)據(jù)：當13 時，即t3 57, y t30.093 0當 t4 (0.8To ) 167.4 時，y t40.542 0.55當 t5 (2T0) 333時，y t50.877 0.865所以該液位過程近似為：W0(s)T0s 1 e 138s 1 eh(mm)10、在蒸汽鍋爐運行過程中，必須滿足汽-水平衡關系，汽包水位是一個十分重要

9、的指標。當液位過低時，汽包中的水易被燒干引發(fā)生產事故，甚至會發(fā)生爆炸。（1）試設計一個液位的簡單控制系統(tǒng)，在圖中畫出控制方案圖。（2）確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式，并說明原因。（3）確定調節(jié)器的正、反作用方式，必須有詳細的分析過程。（4）畫出該控制系統(tǒng)的方框圖。氏*給木11、在某生產過程中，通過加熱爐對冷物料加熱，根據(jù)工藝要求，需對熱物料出口溫度進行嚴格控制。對系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，主要擾動為燃料壓力波動。（1）試設計一個熱物料出口溫度的串級控制系統(tǒng)，在圖中畫出控制方案圖。（2）畫出該控制系統(tǒng)方框圖。（3）為保證設備安全, 爐溫不能過高，確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式。（4）確定兩臺調節(jié)器的正反作用方式，必

10、須有詳細的分析過程。（5）確定兩臺調節(jié)器應選擇什么調節(jié)規(guī)律。解二氣開式副調節(jié)麟作用主調節(jié)器反作用副調節(jié)器采用P或PI調節(jié)規(guī)律主調節(jié)器采用PI或PID調節(jié)規(guī)律12、右圖為一個加熱器控制系統(tǒng)，通過將進料（流體）與蒸汽進行換熱達到對物料 （流體）進行加熱的目的，希望出料（流體）溫度恒定。其中已知進料（流料）流量（qv）為最主要的干擾。（1） 試選用合適的的控制方案，說明理由，并畫出控制系統(tǒng)框圖和結構圖。（2）為保證設備安全，出料溫度不能過高，確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式。確定調節(jié)器的正反作用以及應選擇什么 調節(jié)規(guī)律。解：氣開式反作用前饋調節(jié)器采用靜態(tài)前饋反做調節(jié)器采用PI或PID控制13、右下圖所示的

11、氨冷器，用液氨冷卻銅液，要求出口銅液溫度恒定。為保證氨冷器內有定的汽化空間，避免液氨帶入冰機造成事故，采用溫度一一液位串級控制。1）此串級控制系統(tǒng)的主副被控變量各是什么？2）試設計一溫度一一液位串級控制系統(tǒng)，完成該控制方案的結構圖（即將圖示的氨冷器控制系統(tǒng)示意圖補充完整）；3）試畫出溫度一一液位串級控制系統(tǒng)控制框圖；4）確定氣動調節(jié)閥的氣開氣關形式，并說明原因；5）確定主副調節(jié)器的正反作用。解主參數(shù)為銅液溫度,副參數(shù)為液氨液位結構圖略）方框國（略）氣開式副調節(jié)器反作用主調節(jié)器正作用凸副調節(jié)器采用P調節(jié)粉律主調節(jié)器采用PI或PID調節(jié)規(guī)律14、一個如圖所示的換熱器，用蒸汽將進入其中的冷水加熱到一定溫度，生產工藝要求熱水溫度維持恒定（A。W 土 1C）O試設計一簡單溫度控制系統(tǒng)，畫出其方框圖，并確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式和調節(jié)器的正、反作用方式，指出調節(jié)器應選擇什么調節(jié)規(guī)律？解工氣開式反作用15.某臺測溫儀表的測溫范圍為 允許誤差和精度等級。PID控制規(guī)律200700,儀表的最大絕對誤差為±