過程控制復(fù)習(xí)要點和習(xí)題問題詳解(3,4)

1、第三章 調(diào)節(jié)器1掌握 P、PI、PD，PID 調(diào)節(jié)的特點，各調(diào)節(jié)規(guī)律定義公式，其階躍響應(yīng)。積分 時間的大小相應(yīng)的積分作用怎樣？微分時間的大小其作用怎樣？比例度如何 求??？2無擾動切換是指什么？3了解微分先行的 PID 算法主要用于解決什么問題？對什么有微分作用？4了解比例先行的 PID 算法有什么特點？5掌握 PID 微分方程及差分方程？ 6掌握調(diào)節(jié)器的正反作用判斷。執(zhí)行器 7掌握解執(zhí)行器的作用、類型、由哪兩部分組成？各部分的作用是什么？ 8了解氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器各有什么特點？9掌握什么是氣開閥， 什么是氣關(guān)閥。按什么原則、如何來選擇氣開或氣關(guān)方式？ 10 掌握調(diào)節(jié)閥流量特性的定義；理想流

2、量特性的定義、分類和特點；11 工作流量特性的定義，串聯(lián)管道中調(diào)節(jié)閥流量特性的變化12.S值是指什么？ S值的大小對流量特性的影響？13 掌握選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性的三原則？14. 了解電氣轉(zhuǎn)換器起什么作用？為什么要用閥門定位器？15. 掌握構(gòu)成一個安全火花型防爆系統(tǒng)的充要條件是什么？安全火花型防爆 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。16. 了解防爆柵有哪幾種類型？17. 了解危險場所分為哪幾類？危險程度最高的是哪一類？第一類危險場所 又分為哪幾級？第四章 控制對象的特性測試1. 掌握利用機理法建立單容 /雙容對象的數(shù)學(xué)模型。2. 掌握什么是具有自衡能力的對象？具有滯后的一階二階特性的表示式；什么 是無自衡能力的

3、對象？具有滯后的一階二階特性的表示式。3. 掌握什么是飛升曲線？單容對象或多容對象的飛升曲線可用哪些參數(shù)來表 征？4. 掌握如何測定飛升曲線和方波響應(yīng)曲線？測得方波響應(yīng)曲線后如何獲得飛升 曲線（獲取飛升曲線的原理和方法 ）。5. 掌握由飛升曲線來確定一階對象， 了解確定二階對象的傳遞函數(shù)的方法。掌握測定對象動特性的方法分類第三次作業(yè)（P108）1（ 2） 輸出為解:某比例積分調(diào)節(jié)器的輸入，輸出圍均為420mA DC，若設(shè)6=100% , T1-2MIN，穩(wěn)態(tài)時其6mA，右在某一時刻輸入階躍增加1mA，試求經(jīng)過4min后調(diào)節(jié)器的輸出。c=1/Kc=100%=>Kc=1 U（t）=Kc（e（

4、t）+1/Ti / e（t）dt）=e（t）+1/Ti / e（t）dt=1+0.5 / 1dt=1+0.5 X 4=3mA則4min后調(diào)節(jié)器的輸出為 9mA（5）什么叫無平衡無擾動切換？全刻度指示調(diào)節(jié)器是這樣保證由自動到軟手動，由軟手動到硬手 動，再由硬手動到軟手動，由軟手動到自動之間的無擾動切換的？解：當(dāng)調(diào)節(jié)器由硬手動切換到軟手動是，由于切換后的積分器具有保持特性，即能保持切換前 的硬手動輸出狀態(tài)，故由硬手動切向軟手動，無需平衡即可做到輸出無擾動無擾需平衡才能無擾自動（A） :軟手動（M）L硬手動（H）無擾無擾（6）調(diào)節(jié)器的正反作用是如何規(guī)定的？答：隨著測量信號的增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，

5、則為正作用；隨著測量信號的增加，調(diào)節(jié)器的 輸出減少，則為反作用。（15）什么是調(diào)節(jié)閥的流量特性？調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有哪幾種？它們各是怎樣定義的？調(diào)節(jié) 閥的工作流量特性和阻力系數(shù)有關(guān)，而阻力系數(shù)又是怎樣定義的？它的大小對流量特性有何影 響？答：調(diào)節(jié)閥的流量特性，是指控制介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門相對開度之間的關(guān)系。理想的流量特性有直線流量特性，對數(shù)流量特性和快開流量特性。直線流量特性是指流過調(diào)節(jié)閥的相對流量和閥門的相對開度成直線關(guān)系對數(shù)流量特性是指單位行程變化所引起的相對流量變化與該點的相對流量成正比關(guān)系快開流量特性是指在小開度時就有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快達到最大，故稱為快 開

6、特性。阻力系數(shù)S定義為閥全開時閥前后壓差Pvmin與系統(tǒng)總壓差 P的比值。當(dāng)S=1時，管道壓降為零，調(diào)節(jié)閥前后壓差等于系統(tǒng)總壓差，故工作流量特性即為理想流量特性;當(dāng)S<1時，由于串聯(lián)管道阻力的影響，使流量特性產(chǎn)生兩個變化：一個是閥全開時流量減少；另一個是使閥在大開度工作時控制靈敏度降低。隨著S值減少，直流特性趨向于快開特性，對數(shù)特性趨向于直線特性，S值越小，流量特性的變形程度愈大。2（ 5）如圖所示，冷物料通過加熱器用蒸汽對其加熱。在事故狀態(tài)下，為了保護加熱器設(shè)備的安 全，即耐熱材料不被損壞，現(xiàn)在蒸汽管道上有一個氣動執(zhí)行器，試確定其氣開，氣關(guān)形式，并畫 出由PID調(diào)節(jié)器構(gòu)成的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

7、框圖。解：為了保護加熱設(shè)備的安全，應(yīng)該選擇氣開閥。（6）現(xiàn)測得三種流量特性的有關(guān)數(shù)據(jù)見表。試分別計算其相對開度在10% , 50%, 80%各變化10%時的相對流量的變化量，并據(jù)此分析它們對控制質(zhì)量的影響和一些選用原則。Q/Qmax/L( %)(%)0102030405060708090100直線流量特性3.313.022.732.342.051.761.371.080.690.3100對數(shù)流量特性3.34.676.589.2613.018.325.636.250.871.2100快開流量特性3.321.738.152.665.275.884.591.396.1399.03100調(diào)節(jié)閥的相對開

8、度（l/L）（ %）和相對流量（Q/Qmax） （%）（R=30）解：直線流量特性：相對開度在10% , 50%, 80%各變化10%的相對流量變化量為 74.6%, 18.6% , 12%對數(shù)流量特性：相對開度在10% , 50%, 80%各變化10%的相對流量變化量為 41% , 40%, 40% 快開流量特性：相對開度在10%, 50%, 80%各變化10%的相對流量變化量為 76%, 11%, 3%由上述數(shù)據(jù)可知，直線特性的調(diào)節(jié)閥在開度變化相同的條件下，當(dāng)流量小時，流量的變化值相對 較大，調(diào)節(jié)作用強，容易產(chǎn)生超調(diào)和引起振蕩；當(dāng)流量大時，流量變化值相對較小，調(diào)節(jié)作用進 行緩慢，不夠靈敏。

9、適合于符合穩(wěn)定的場合。對數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥在同樣的開度變化值下，當(dāng)流量?。ㄐ￠_度）時，流量的變化也?。ㄕ{(diào) 節(jié)閥的放大系數(shù)?。?，調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和；流量大（大開度）時，流量的變化也大（調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù) 大），調(diào)節(jié)靈敏有效。無論大開度還是小開度， 相對流量的變化率都是相等的，表明流量變化的百分比是相同的。適用于符合變化的場合?？扉_流量特性的調(diào)節(jié)閥在開度很小時，就已經(jīng)將流量放大，隨著開度的增加，流量很快就達到最大（飽和）值，以后再增加開度，流量幾乎沒有什么變化。這種流量特性適合于迅速開閉的切 斷閥或雙位控制系統(tǒng)。補充作業(yè)：1.如圖所示，用差壓變送器測敞口容器液位，其最低液位和最高液位到 儀表的距離分別為h

10、1=1m, h2=3m若被測介質(zhì)的密度為980kg/m3,求:1）該變送器的量程為多少？2）是否需要遷移？遷移量為多少?最高液位I 毘低液位用差壓變送器測液位虬 3P 丄仏亠加 Vl)*980xE807M1922L7(Pdi當(dāng)液位最低時，液位計正負(fù)壓室的受力分別為兒=A = lx980x 9.807-%io.7( pa)P. -0-P. =%105Pa>0i該壓力變送滯需要正if移J£移量為9610.71%:某負(fù)作用理想PID調(diào)節(jié)規(guī)律,80% ,”=2mi n,Td=O,在t=tg時刻加入一幅值為1mA的階躍信號，若調(diào)節(jié)器的起始工作點為6mA，試畫出 調(diào)節(jié)器的輸出波形。+ Jr

11、 minTiedt10.8tdtt010.8t f時Pm -(l/3)ie+ Po二 (1/0. 8) xl + 6 = 4. 75nk= to+ TL= + 2 時=-2x (1/0*8) x 1 4-6 = 3,5(1143.某正作用理想PID調(diào)節(jié)規(guī)律，100%Tj=30s,Td=0,試畫出在t < 20st M 2fet < 40st N 40s如圖所示輸入方波作用下的調(diào)節(jié)器輸出波形（初始工作點6mA）mA3Q 2Q 50t/t輸入18號波形圖解：該輸入可看成如下兩個輔人的疊加： 在第一個輸人下闊節(jié)器的輸出表達式為|0AP, =+ 貳嚴(yán) J = 3 + 詁-2 = t + 新

12、在第二個輸人下的表達式為屮=+（& +卡加砂=-3 一新+ 4-話 故在題紿輸人下輸出表達式為t < 20s20s w r < 條l m *Os0"=iof, 1 . 11 +* 1 - f = 2100%50%100%50%4. 15 己知比例積分週節(jié)器階躍響應(yīng)如習(xí)題4. 15圖.100%50%習(xí)S4.15S比例積分調(diào)節(jié)SftKflA應(yīng)(1) 在圖上標(biāo)出d和的數(shù)(ft：(2) 若同時把占放大四借，門縮小一倍，其輸出u的階跌呦應(yīng)作何變化。把(帖曲線畫在同一坐標(biāo) 系中，并標(biāo)出新的和T；值|指出此時測節(jié)掘的比例作用、積分作用是増強還址減弱？說明P1調(diào)節(jié)器中形響比列作用

13、、積分作 用強弱的因亂100%50%e(t)dty Kce(t)在階躍輸入作用下，即調(diào)節(jié)器的輸出為：Tie(t) A1 y Kc(A At)t 0,y KCAt Ti,y 2KcA100%50%100%50%因此，可以從階躍響應(yīng)曲線上確定KC, TiA=1，則 t=0, y=Kc=1/Pt=Ti y=2Kc=2/P(1) P1=1/0.5=2=200%, T1=0.5P2=1/2=50%,T2=1(2) P1'=4*200%=800%, T1 '0.25, K1 '0.125P2'=4* 50%=200%, T2=0.5 , K2 '0.5 (2 號線變

14、為 1 號線)(3) 比例、積分作用減弱，影響比例的是P,影響積分作用的是P和Ti 5.某電動比例調(diào)節(jié)器的測量圍為100200 C,其輸出為010mA。當(dāng)溫度從140(變化到160 C寸，測得溫度調(diào)節(jié)器的輸出從3mA變化到7mA,試求該調(diào)節(jié)器的比例帶。XminZ Xmax/y miny maxXminymin160 140200 1007 310 06圖示鍋爐生產(chǎn)情況，冷水進入氣鼓，經(jīng)燃燒加熱產(chǎn)生蒸汽，在生產(chǎn)過程中，工藝要 求氣鼓里的水不能燒干，不然將產(chǎn)生事故，甚至發(fā)生爆炸。為了保證鍋爐的安全生產(chǎn),試確定冷水進水管道上調(diào)節(jié)閥的氣開，氣關(guān)形式 。鋁H読冬產(chǎn)過忑氣關(guān)閥7、圖示，冷物料通過加熱器用蒸

15、汽對其加熱，在事故狀態(tài)下，為了保護加熱器設(shè)備100%50%第四、五章習(xí)題1、水槽如圖所示。其中F為槽的橫截面積，RR2、R3均為線性水阻，Q1為流入量，°2、Q3為流出量。要求：（1）寫出以水位H為輸出量，Q1為輸入量的對象動態(tài)方程；F d HdtH應(yīng)實驗結(jié)果見下表。（2）寫出對象的傳遞函數(shù)，并指出其增益 K和時間常數(shù)T的數(shù)值。Ht 20s2、有一液位對象，其矩形脈沖 矩形脈沖幅值2 u 20%閥門開度變化，矩形脈沖寬度（i）試將矩形脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換為階躍響應(yīng)曲線。R2艮oQi(s)蘭丄 Fs 1R2 R3若將它近似為帶純延遲的一階慣性對象，試用不同的方法確定其特性參數(shù) 數(shù)亠x(t)

16、= Xi(t)+ *2(t)x2 (t) = - x1 (t - t)y (t) = y1 (t) + y2 (t)=(t) -(t-At)%(t) y(t) %(t t)t020406080100120140160180200220240260280h100.20.82.03.65.47.49.31112.613.614.415.115.816.43003203403603804001717.417.617.817.9518.1畫圖并求得K g 空 90.5u 0.2T 18040? t=0:20:400;? h1=0, 020.8,2.0,3.6,5.4,7.4,9.3,11,12.6,1

17、3.6,14.4,15.1,15.8,16.4,17, 17.4,17.6,17.8,17.95,18.;h=h1/0.2; tt=0:0.5:400;? hh=spli ne(t,h,tt);? x0=100,51;? x=lsqcurvefit('o nedt',x0,tt,hh)? y= on edt (x,tt);? err1=sum(hh-y).A2)? x2=90.5,180,40;? y2= onedt (x2,tt);? err2=sum(hh-y2).A2)? plot(t,h,'r*',tt,y,'k',tt,y2,'

18、b');? grid;3.求無自平衡能力的雙容水槽液位與輸入流量的對應(yīng)關(guān)系-CKb卜1R丄1A 02丄月2解：根據(jù)動態(tài)平衡關(guān)系，列出以下增量方程Cld hdtQiC2hi R2d h2dtQ20進行拉普拉斯變換，整理，得到傳遞函數(shù)、數(shù)學(xué)模型Q冋 H2(s)JQ(s) Q(s)Tis 1 T2sT1R2C1為槽1的時間常數(shù)T2 C2 為槽2的時間常數(shù)4.求有自平衡能力的雙容水槽液位與輸入流量的對應(yīng)關(guān)系A(chǔ)：, Qi QiA2 d h2QiQ2dtG(s)Qi(s)Qi2：1A1R1s 1AR2s 15.如圖所示簡單水槽對象，進水流量 Qj為20m3/h,液位h穩(wěn)定在10m處，現(xiàn)在我 們?nèi)藶?/p>

19、地將進水流量突然加大到 30m3/h,液位h的反應(yīng)曲線如圖所示，試求出該水 槽對象的特性參數(shù)并寫出對象傳函。(液位h為輸出變量，進水流量Qj為輸入變量)3020(/min水槽的階跌反應(yīng)曲線K "101Qi 10T 422G(s)e2s 12s6.益|扎| =2&crnJ/Cs - mA) 變送髀靜恵塩蠱 氐；=lmA；£ma某水If澈位控制箓統(tǒng)如習(xí)題4 12匪朋云.已卻十JWOOcnr衛(wèi)亠0山3“赤用節(jié)奩靜卷堆鋤出該系疣的傳遺方框罔(2) 調(diào)節(jié)糠為出胸調(diào)節(jié)器-ftttW帶試分別求出擾動ifi=5Wy3ll及定笛擾動4一Q4M時械塢雖力朗殘叢。(3) 若/改為】20%*其他條件不變,h的務(wù)差又詔少！比較(2).(3)