合肥工業(yè)大學(xué)過程儀表復(fù)習(xí)題

1、試畫出該控制系統(tǒng)的方框圖；方框圖中各環(huán)節(jié)的輸入信號和輸出信號是什么？整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號和輸出信號又是什么?系統(tǒng)在遇到干擾作用(如冷物料流量突然增大)時(shí)，該系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)自動控制的?該控制系統(tǒng)及各環(huán)節(jié)的輸入、輸出信號如圖所示。整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號為：給定值ys,干擾作用f,輸出為熱物料出口溫度T,當(dāng)冷物料流量增大，則出口溫度y減小，TT檢測后所得ym減小，偏差信號e=ym-ys0,輸入調(diào)節(jié)器后產(chǎn)生控制信號u,使執(zhí)行器或調(diào)節(jié)閥加大閥門開度，使溫度T升高，從而實(shí)現(xiàn)控制。7.圖1-12為貯糟液位控制系統(tǒng)，工藝要求液位保持為某一數(shù)值，(1)試畫出該系統(tǒng)的方框圖；(2)指出系統(tǒng)中被控對象，被控變量，操縱變量，

2、干擾作用各是什么？JqviILTLCI*qv2(1)如圖所示為該控制系統(tǒng)的方框圖;(2)該系統(tǒng)中被控變量對象為貯槽；被控變量為貯槽液位；操縱變量為出水流量；干擾作用為：進(jìn)水流量，大氣溫度等。例1管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)。1)指出該系統(tǒng)中主、副對象、主、副變量、操縱變量、主、副擾動變量、主、副調(diào)節(jié)器各是什么？2)畫出該控制系統(tǒng)的方塊圖，并確定各個(gè)環(huán)節(jié)的正反作用方向；3)當(dāng)燃料油負(fù)荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)自動控制的。3)當(dāng)燃料油負(fù)荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)自動控制的。在穩(wěn)定工況下，原料油出口溫度和爐膛溫度處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，控制燃料油的閥門保持在一定的開度。當(dāng)燃料油負(fù)荷突然增

3、加，這個(gè)干擾會使?fàn)t膛的溫度T2升高，原料油出口溫度T1也會隨之提高，此時(shí)溫度檢測變送器TT1將信號送給主控制器TC1,el增大，主控制器輸出u1減小，即副控制器的給定值減小，副控制器的輸入偏差e2增大，副控制器的輸出信號u2減小，控制閥開度減小，即操縱變量燃料油m減小，爐膛溫度T2下降，從而爐管內(nèi)原料油出口溫度T1也會隨之下降。例題 2:2:如圖 1-51-5 所示的夾套反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)圖1)1)指出該系統(tǒng)中主被控對象、副被控對象、主被控變量、副被控變量、操縱變量、擾動變量各是什么？2)2)畫出該控制系統(tǒng)的方塊圖，并確定各個(gè)環(huán)節(jié)的正反作用方向；3)3)當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實(shí)

4、現(xiàn)自動控制。3)當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)自動控制。當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然增加，反應(yīng)器內(nèi)的溫度T1將升高，此時(shí)溫度檢測變送器TT1將信號送給主控制器TC1,e1增大,主控制器輸出u1減小，即副控制器的給定值減小，副控制器的輸入偏差e2增大，副控制器的輸出信號u2減小,控制閥開度減小，即操縱變量m減小，夾套內(nèi)白蒸汽溫度T2下降，從而反應(yīng)器內(nèi)的溫度T1也會隨之下降。例題3:如圖所示為聚合釜溫度控制系統(tǒng)，冷卻水通入夾套內(nèi)，以移走聚合反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量。試問：(1)這是一個(gè)什么類型的控制系統(tǒng)？試畫出它的方塊圖。(2)如果聚合溫度不允許過高，否則易發(fā)生事故，試確定控制閥的氣開、氣關(guān)形式。(3)確定

5、主、副控制器的正、反作用。(4)簡述當(dāng)冷卻水壓力變化時(shí)的控制過程。(5)如果冷卻水的溫度是經(jīng)常波動的，上述系統(tǒng)應(yīng)如何改進(jìn)？(6)如果選擇夾套內(nèi)的溫度作為副變量構(gòu)成串級控制系統(tǒng)，試畫出它的方塊圖，并確定主、副控制器的正、反方向。例題1:若被測介質(zhì)的實(shí)際溫度為500C,儀表的指示值為495C,儀表的量程為01000c，試確定絕對誤差、相對誤差、折合誤差和對儀表的讀數(shù)的修正值。解：絕對誤差：=X指X0=495-500=-5C儀表讀數(shù)的修正值：C=X0-X指=5C相對誤差：y=/X0=-5/500X100%=-1%引用誤差：S=max/(x上一x下)=%例2：某臺測溫儀表的測溫范圍為200700C。校

6、驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對誤差為4C,試確定該儀表的精度等級。解：該儀表的允許的引用誤差為：4_吧100%100%0.8%x上x下700200所以，該測溫儀表的精度等級為級。例3:某反應(yīng)器內(nèi)的最高溫度500C。根據(jù)工藝要求，最大允許誤差不超過+7C,試問應(yīng)如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求？解：根據(jù)工藝要求：儀表的量程上限：X上=2XMax=1000C儀表的允許引用誤差為：一ma_100%100%0.7%x上x下10000去掉土、%3,所以此表不合格，需重新進(jìn)行校驗(yàn)。補(bǔ)充題1:某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為(80010)Co為確保生產(chǎn)安全，控制中溫度最高不得超過850C?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)，

7、在最大階躍擾動下的過渡過程曲線如下圖所示。(1)分別求出最大偏差A(yù)、超調(diào)量R余差C衰減比n、過渡時(shí)間Ts(溫度進(jìn)入土1麻的穩(wěn)定值即示為系統(tǒng)已穩(wěn)定)和震蕩周期To(2)分析此溫度控制系統(tǒng)是否滿足工藝要求？(1)分別求出最大偏差A(yù)、超調(diào)量以余差C衰減比n、過渡時(shí)間Ts(溫度進(jìn)入土1麻的穩(wěn)定值即示為系統(tǒng)已穩(wěn)定)和震蕩周期To解：最大偏差：A=845800=45C超調(diào)量：(r=(845805)/805=%衰減比：n=B/B=(845805)/(815805)=4:1余差：C=805-800=5C過渡時(shí)間：Ts=25min震蕩周期：T=20-7=13min(2)符合要求：系統(tǒng)新的穩(wěn)定值是805C,符合工

8、藝規(guī)定操作溫度為(80010)C的要求845C850C,符合控制中溫度最高不得超過850c的要求6.什么叫氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式？其選擇原則是什么？答：隨著送經(jīng)執(zhí)行器的氣壓信號的增加，閥逐漸打開的稱為氣開式，反之稱為氣關(guān)式。氣開式，氣關(guān)式的選擇主要是由工藝生產(chǎn)上安全條件決定的。一般來講，閥全開時(shí)，生產(chǎn)過程或設(shè)備比較危險(xiǎn)的選氣開式；閥全關(guān)時(shí)，輸出過程或設(shè)備比較危險(xiǎn)的應(yīng)選擇氣關(guān)式。21 .何為阻塞流？他有什么意義？答：阻塞流是指當(dāng)閥入口壓力P1保持恒定，并逐步降低出口壓力P2時(shí)，流過閥的流量會增加到一個(gè)最大值，此時(shí)若繼續(xù)降低出口壓力，流量不再增加，此極限流量稱為阻塞流。意義：在阻塞流條件下，流

9、經(jīng)閥的流量不隨閥后壓力的降低而增加，因此在計(jì)算流量系數(shù)時(shí)，首先要確定調(diào)節(jié)閥是否處于阻塞流狀態(tài)。22 .流量敘述的定義是什么？試寫出不可壓縮流體系數(shù)計(jì)算的基本公式。答：我國規(guī)定的流量系數(shù)定義為：在給定行程下，閥兩端的壓差為，流體密度為1000kg/m3時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)(m3/h),以C表示，它表示流體通過調(diào)節(jié)閥的流通能力，不可壓縮流體：PF|2(PlFFPv)，C10qvl.,L/(PIP2)2，l、“，1-2，?PF|(P1FfPv),c10qvi，L/FL(P1FFPV)c10qc10qvl,L/ /FL2( (PIFFP Pv) )1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由哪幾部分組成的？各部分有什么作用

10、？答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由工業(yè)對象和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)兩大部分組成。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主要由硬件和軟件兩部分組成。其中硬件部分主要包括計(jì)算機(jī)主機(jī)，外部設(shè)備，外圍設(shè)備，工業(yè)自動化儀表和操作控制臺，軟件是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的程序系統(tǒng)，各部分作用參見課本P234-235。9.試列出一些改進(jìn)的PID算法，并分析其改進(jìn)特點(diǎn)及適用場合答：改進(jìn)的PID算法有：(1)帶有死區(qū)的PID控制一一當(dāng)控制偏差在某個(gè)閥值以內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)不進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)超過、人I Ip(k).p(k).當(dāng)|e(k)|B,PID|e(k)|B,PID 控制動作這個(gè)閥值時(shí)，系統(tǒng)按照PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，表示為P(k)P(k)t t上、皿p() )0 0.當(dāng)|e(k)|

11、B,|e(k)|B,無控制輸出值式中斯閥彳1,O-B的區(qū)間稱為死區(qū)。該控制方式適用于要求控制作用盡可能少變動的場合，如在中間器皿的液面控制。(2)飽和作用的抑制(A)PID位置算法的積分飽和作用機(jī)器抑制一一采用遇限削弱積分法和積分分離法。(B)PID增量算法的飽和作用及其抑制(C)干擾的抑制一一四點(diǎn)中的差分法。該控制方式適用于可能出現(xiàn)飽和效應(yīng)的場合，即控制量因受到執(zhí)行元件機(jī)械和物理性能的約束而限制在有限范圍以內(nèi)，Umax=U=Umax控制器執(zhí)行的控制量不再是計(jì)算值。U|ei）的另一種介質(zhì)充滿，在保證電容不放電的情況下，電容量發(fā)生變化，則r均為常數(shù)時(shí)，電容變化量AC與液位高度h成正比。當(dāng)測得電容

12、變化后，可以測得曬蟲1減得在11i1、Rr rh的大小。防爆安余柵分輸入式安全柵和輸出式安傘柵兩種.圖1-4是安全柵作用示意圖。電動儀表中的變送器、執(zhí)行器、電氣轉(zhuǎn)換器、安全柵屬安全火花防爆儀表.安全柵安裝在安全場所，作為控制室儀表和現(xiàn)場儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備。一方面?zhèn)鬏斝盘枺硪环矫姘蚜魅胛ｋU(xiǎn)場所的能量控制在爆炸性氣體或混合物的點(diǎn)火能量以下，以確保系統(tǒng)的安全火花性能.安全姍起隔離危險(xiǎn)場所和安全場所的作用。2.防爆安全結(jié)構(gòu)的分類（1）隔爆型（2）本質(zhì)安全防爆防爆安全柵放在安全場所的入口處，他不會影響到儀表的正常工作，只會起到防止危險(xiǎn)能量由安全場所進(jìn)入危險(xiǎn)場所的作用。目前用得最多的防爆安全柵有齊納式安全柵

13、與變壓器隔離式安全柵標(biāo)準(zhǔn)儀表的信號標(biāo)準(zhǔn)：目前大多數(shù)模擬儀表遵循420mADC的標(biāo)準(zhǔn)信號范圍。調(diào)節(jié)器又稱控制器，是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)的核心儀表，其作用是將參數(shù)測量值和規(guī)定的參數(shù)值（給定值）相比較后,得出被調(diào)量的偏差，再根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號，從而推動執(zhí)行器工作，對生產(chǎn)過程進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。假如被調(diào)參數(shù)的測量值增加時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出信號也增加，則稱為正作用調(diào)節(jié)器，反之為反作用調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器分類：直接作用調(diào)節(jié)器間接作用調(diào)節(jié)器集成運(yùn)算放大器具有高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗等特點(diǎn)。PID調(diào)節(jié)器從整定方式來分，有普通型和電整定型PID調(diào)節(jié)器主要由輸入電路PID運(yùn)算電路和輸出電路三部分組成執(zhí)行器的作用是接

14、受調(diào)節(jié)器送來的控制信號，自動地改變操縱量，達(dá)到對被調(diào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。執(zhí)行器按照工作能源分類：液動啟動電動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥體）兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動裝置，它按調(diào)節(jié)器輸出氣壓信號（20100kPa）的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿產(chǎn)生相應(yīng)位移，推動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動作，因此是將信號壓力大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，其內(nèi)腔直接與被調(diào)介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié)流體的流量，是將閥桿位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置。氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)：調(diào)節(jié)信號壓力增大，閥桿向下移動的，稱為正作用式；反之稱為反作用式，正作用式的信號壓力通入波紋膜片上方的薄膜氣室，而反作用式的信

15、號壓力通入波紋膜片下方的薄膜氣室調(diào)節(jié)閥有正作用和反作用兩種，當(dāng)閥芯向下位移時(shí)，閥芯與閥座之間的流通截面積減少時(shí)，稱為正作用式或正裝；反之，則稱為反作用式或反裝調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被調(diào)介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）之間的關(guān)系，表示為P-二心PvmaK在調(diào)節(jié)閥前后壓差一定情況下的流量特性稱為調(diào)節(jié)閥理想流量特性。根據(jù)閥芯形狀的不同，主要有直線、等百分比、拋物線及快開四種理想流量特性。中國規(guī)定的流量系數(shù)定義為：在給定行程下、閥兩端的壓差為、流體密度為1000kg/m3時(shí)每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)(吊/h),以C表示。當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的流量系數(shù)稱為額定流量系數(shù)，以C00表示。C00反應(yīng)了

16、調(diào)節(jié)閥容量的大小，是確定調(diào)節(jié)閥口徑大小的主要依據(jù)阻塞流：當(dāng)閥入口壓力pi保持恒定，并逐步降低出口壓力P2時(shí)，流過閥的流量會增加到一個(gè)最大值；這時(shí)若繼續(xù)降低出口壓力，流量不在增加，此極限流量稱為阻塞流。在阻塞流的條件下，流經(jīng)閥的流量不隨閥后壓力的降低而增加在過程控制系統(tǒng)中，由于調(diào)節(jié)執(zhí)行單元品種繁多，電氣信號常?；煊?，因而需要進(jìn)行電-氣或氣-電信號之間的轉(zhuǎn)換。電-氣轉(zhuǎn)換器可以把從電動變動器來的電信號(010mA或420mA變成氣信號()，送到氣動調(diào)節(jié)器或氣動顯示儀表；也可以把電動調(diào)節(jié)器輸出信號變成氣信號去驅(qū)動氣動調(diào)節(jié)閥，此時(shí)常用電-氣閥門定位器電動閥門定位器主要功能：1.用來改善調(diào)節(jié)閥的定位精度2.改善閥門的動態(tài)特性3.改變閥門動作方向4.用于分程控制第五章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程分為下列三個(gè)步驟：(1)(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣：測量被控變量的當(dāng)前值，通過 A/DA/D 轉(zhuǎn)化為離散的數(shù)字化信號。(2)(2)實(shí)時(shí)判斷：判斷被控變量的當(dāng)前值與給定值的偏差。(3)(3)實(shí)時(shí)控制：根據(jù)偏差，作為控制決策。即按照預(yù)定的算法(如 PID)PID)對偏差進(jìn)行運(yùn)算，以及適時(shí)適量地