過程控制系統(tǒng)課后習題

1、第二章1 什么是對象特性？為什么要研究對象特性？答： 研究對象特性是設計控制系統(tǒng)的基礎； 為了能使控制系統(tǒng)能安全投運并進行必要的調試；優(yōu)化操作。2 什么是對象的數(shù)學模型？靜態(tài)數(shù)學模型與動態(tài)數(shù)學模型有什么區(qū)別？答：對對象特性的數(shù)學描述就叫數(shù)學模型。靜態(tài)：在輸入變量和輸出變量達到平穩(wěn)狀態(tài)下的情況。動態(tài)：輸出變量和狀態(tài)變量在輸入變量影響下的變化情況。3 建立對象的數(shù)學模型有什么意義？答： 1, 控制系統(tǒng)的方案設計；2 控制系統(tǒng)的調試和調節(jié)器參數(shù)的確定；3 制定工業(yè)過程操作優(yōu)化方案；4 新型控制方案及控制策略的確定；5 計算機仿真與過程培訓系統(tǒng)；6 設計工業(yè)過程的故障檢測與診斷系統(tǒng)。4 建立對象的數(shù)學

2、模型有哪兩種方法？答：機理建模和實驗建模。機理建模： 由一般到特殊的推理演繹方法， 對已知結構、 參數(shù)的物理系統(tǒng)運用相應的物理定律或定理， 根據(jù)對象或生產(chǎn)過程的內(nèi)部機理， 經(jīng)過合理的分析簡化而建立起描述系統(tǒng)各物理量動靜態(tài)性能的數(shù)學模型。實驗建模步驟： 1 確定輸入變量與輸出變量信號； 2 測試； 3 對數(shù)據(jù)進行回歸分析。5 反應對象特性的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？他們對自動控制系統(tǒng)有什么影響？答：K一放大系數(shù)。對象從新穩(wěn)定后的輸出變化量與輸入變化量之比。T時間參數(shù)。時間參數(shù)表示對象受到輸入作用后，被控變量的變化快慢。桃停滯時間。輸入發(fā)生變化到輸出發(fā)生變化之間的時間間隔。6 評價控制系統(tǒng)動態(tài)

3、性能的常用單項指標有哪些？各自的定義是什么？單項性能指標主要有：衰減比、超調量與最大動態(tài)偏差、靜差、調節(jié)時間、振蕩頻率、上升時間和峰值時間等。衰減比：等于兩個相鄰的同向波峰值之比n；過渡過程的最大動態(tài)偏差：對于定值控制系統(tǒng)，是指被控參數(shù)偏離設定值的最大值 A；超調量：第一個波峰值 y 與最終穩(wěn)態(tài)值y 之比的百分數(shù)；殘余偏差C:過渡過程結束后，被控參數(shù)所達到的新穩(wěn)態(tài)Y與設定值之間的偏差。調節(jié)時間：從過渡過程開始到過渡過程結束所需的時間；振蕩頻率： 過渡過程中相鄰兩同向波峰之間的時間間隔叫振蕩周期或工作周期， 其倒數(shù)稱為振蕩頻率；峰值時間：過渡過程開始至被控參數(shù)到達第一個波峰所需要的時間。第三章1

4、2 選擇調節(jié)器控制規(guī)律的依據(jù)是什么？若已知過程的數(shù)學模型， 怎樣來選擇pid 控制規(guī)律？1根據(jù)桃0/T0比值來選擇。若比值小于，選 PI,若在與之間，選用 PI或者PID,若大于，就需要用到串級控制。2 根據(jù)過程特性來選擇控制器的控制規(guī)律。 P ：過渡時間短，克服干擾能力大。常用于負荷變化小， 自平衡能力強， 對象控制通道中的滯后時間與時間常數(shù)之比小， 允許余差 存在，控制質量要求不高的場合。PI ：適合用于調節(jié)通道滯后小，負荷變化小，不允許有余差的場合。PD積分消除余差，微分提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。適合用于調節(jié)通道滯后大的場合。PID:對象控制通道中的滯后時間與時間常數(shù)之比大，通道滯后大控制要求較高

5、。13 一個自動控制系統(tǒng)， 在比例控制的基礎上分別增加： 1 適當?shù)姆e分作用； 2 適當?shù)奈⒎肿饔?。試問：?1 ）這兩種情況對系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最大動態(tài)偏差，余差分別有什么影響？（ 2 ）為了得到相同的系統(tǒng)穩(wěn)定性，應如何調整系統(tǒng)調節(jié)器的比例度，說明理由（1）P ，減小余差，穩(wěn)定性不變，最大動態(tài)偏差不變D, 增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，最大動態(tài)偏差減小，余差不變（ 2 ） 1 將控制器的積分時間放在最大值，微分時間放在最小值，比例度放在最大值后，讓系統(tǒng)投入運行。 2 逐漸減小比例度，且每改變一次，都通過改變設定值給系統(tǒng)施加一個階躍干擾， 同事觀察系統(tǒng)輸出， 直到過渡過程出現(xiàn)等幅振蕩為止。 此時為臨界比例度和臨

6、界振蕩周期。 3 根據(jù)臨界比例度和臨界周期，根據(jù)相應公式求出控制器的個整定參數(shù)。 4 將控制器的比例度換成正定的值， 然后依次按積分時間和微分時間設置為整定值， 加入干擾后， 還可 以適當調整。15第四章1 什么叫串級控制系統(tǒng)？繪制其結構方框圖。串級控制系統(tǒng)是由兩個控制器的串接組成，一個控制器的輸出做為另一個控制器的設定值，兩個控制器有各自獨立的測量輸入，有一個控制器的給定由外部設定。2 與單回路控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)有哪些主要特點？多了一個副回路，形成雙閉環(huán)。 特點：主控制器輸出改變副控制器的設定值，故副回路構成的是隨動系統(tǒng)， 設定值是變化的。在串級控制系統(tǒng)中，由于引入了一個副回路，不僅

7、能及早克服進入副回路的擾動， 而且又能改善過程特性。 副調節(jié)器具有“粗調”的作用， 主調節(jié)器具有“細調”的作用，從而使其控制品質得到進一步提高。3為什么說串級控制系統(tǒng)由于存在一個副回路而具有較強的抑制擾動的能力？副回路的快速作用，對于進入副回路的干擾快速地克服，減小了干擾對主變量的影響；引入副回路，改善了副對象的特性（減小副對象的相位滯后），提高了主回路的響應速度，提高了干擾的抑制能力；副回路可以按照主回路的要求對副變量進行精確控制；串級系統(tǒng)提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。4串級控制系統(tǒng)在副參數(shù)的選擇和副回路的設計中應遵循哪些主要原則？將主要干擾包括在副回路；副回路盡量包含多的干擾；為保證副回路的快速

8、響應，副對象的滯后不能太長；為提高系統(tǒng)的魯棒性，將具有非線性時變部分包含于副對象中；需要對流量實現(xiàn)精確的跟蹤時，將流量選為副對象。5串級控制系統(tǒng)通?？捎迷谀男﹫龊希? 應用于容量滯后較大的過程* 應用于純時延較大的過程* 應用于擾動變化激烈而且幅度大的過程* 應用于參數(shù)互相關聯(lián)的過程* 應用于非線性過程6 .前饋控制與反饋控制各有什么特點？繪制前饋控制系統(tǒng)結構方框圖。前饋：基于擾動來消除擾動對被控量的影響；動作“及時”；只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定；具有指定性補償?shù)木窒扌裕豢刂埔?guī)律取決于被控對象的特性。反饋：基于偏差來消除偏差；“不及時”的控制；存在穩(wěn)定性問題；對各種擾動均有校

9、正作用；控制規(guī)律通常是P、PI、PD或PID等典型規(guī)律。7 .在什么條件下前饋控制效果最好？為什么一般不單獨使用前饋控制方案？準確地掌握過程擾動通道的特點 wf (s)及控制通道的特性 wo (s)準確求出前饋控制 wm(s);克服可測不可控的擾動前饋控制室基于擾動的控制，擾動不止一個，難于把握屬于開環(huán)控制，易受其他擾動干擾而無法控制其克服可測不可控的擾動，對于系統(tǒng)中其他擾動無抑制作用8 .試述前饋控制系統(tǒng)的整定方法。前饋控制器的選擇用模擬表實施通過特定的前饋控制器，或采用運算單元自行構造；用軟件實現(xiàn)參數(shù)整定單純的前饋控制，可視工藝要求進行參數(shù)整定；先調整，然后調整T1、T2前饋一反饋相結合，

10、先整定反饋系統(tǒng)，再重復步驟。9 .什么是比值控制系統(tǒng)？常用的比值控制方案有哪些？并比較具優(yōu)缺點，繪制各比值控制方案結構方框圖。實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，變比值控制系 統(tǒng)10比值與比值系數(shù)有何不同？設計比值控制系統(tǒng)時需解決哪些主要問題？比值 k=Q1/Q2, 是兩個體積流量或重量之比，而比值參數(shù)是把比值k 折算成比值器上，K =k(Q1max/Q2max)主從動量確定； 控制方案的選擇；調節(jié)器控制規(guī)律的確定；正確選用流量計與變送器； 比值控制系統(tǒng)的實施；比值參數(shù)的計算；比值控制系統(tǒng)參數(shù)的整定11什么

11、是均勻控制？常用的均勻控制方案有哪些？均勻控制是在連續(xù)生產(chǎn)過程中，各種設備前后緊密聯(lián)系的情況提出來的一種特殊的控制采用液位控制采用液位和流量的串級控制取液位和流量兩個信號之差為被控變量雙沖量均勻控制12什么是分程控制？怎樣實現(xiàn)分程控制？在分程控制中需注意哪些主要問題 ?在工業(yè)生產(chǎn)過程中， 有時會遇到一個控制器去操縱幾只閥門， 若按輸出信號的不同區(qū)間操作不同的閥門，這樣的控制系統(tǒng)叫做分程控制系統(tǒng)。盡量選用對數(shù)調節(jié)閥；采用分程信號重疊法；調節(jié)閥的泄漏量的大小13什么是選擇性控制？試述常用選擇性控制方案的基本原理。凡是在控制回路中引入選擇器的系統(tǒng)稱為選擇性控制系統(tǒng)。選擇器位于調節(jié)器的輸出端， 對調節(jié)

12、器輸出信號進行選擇的系統(tǒng)： 兩個調節(jié)器共用一個調節(jié)閥選擇器位于調節(jié)器之前， 對變送器的輸出信號進行選擇的系統(tǒng)： 幾個變送器合用一個調節(jié)器14什么是積分飽和現(xiàn)象？如何消除選擇性控制中的積分飽和現(xiàn)象？當 選擇器在控制器和控制閥之間，系統(tǒng)出現(xiàn)超限時，控制器應立即切換。為保證及時切換，在偏差為零時，兩個調節(jié)器應該有相同的輸出。當其中一個控制器或兩個控制器采用 PI 作用時， 一個調節(jié)器被另一個控制器切換后，偏差仍存在， 且存在的時間較長，將產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象， 使下一次不能及時切換。由于偏差長時間存在， 偏差為零時控制器輸出仍要超出規(guī)定上、 下限一段時間。 為了保持同步，常采用積分外反饋的辦法。采用選擇

13、器的輸出，即控制調節(jié)閥的信號做為積分外反饋。15一般地說從結構上看，分程控制是由一只控制器控制兩只控制閥，而選擇性控制是由兩只控制器控制一只控制閥，試繪制各自系統(tǒng)結構方框圖。16什么是推斷控制？兩類“計算指標控制”是什么？推斷控制： 利用系統(tǒng)的數(shù)學模型， 由可測信息將不測輸出推算出來實現(xiàn)反饋控制； 或將不可 測擾動推算出來實現(xiàn)前饋控制。由輔助輸出推算控制指標，作為被控變量的測量值；以某輔助輸出變量為被控變量，其設定值由控制指標算式推算出來。17試述復雜控制系統(tǒng)有哪些？它們都是為什么目的而開發(fā)的？1 串級控制系統(tǒng)：改善控制質量2 前饋控制系統(tǒng)：擾動出現(xiàn)時就能夠進行控制3 比值控制系統(tǒng)：根據(jù)某一流

14、量的變化調節(jié)另一流量4 均勻控制系統(tǒng)：使前后設備在物料供求上相互兼顧均勻協(xié)調5 分程控制系統(tǒng)：擴大控制閥的可調范圍，使得在小流量時可實現(xiàn)更精確的控制用于滿足工藝上操作的特殊要求6 選擇性控制系統(tǒng)：7 推斷控制系統(tǒng): 被控對象的輸出和擾動都不可測，無法設計一般的反饋和前饋控制。22第七章1 什么是集散控制系統(tǒng)？集散控制系統(tǒng)的特點有哪些？集散控制系統(tǒng)是以微處理器為基礎的對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、 操作、 管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，簡稱DCS系統(tǒng)特點： 1 系統(tǒng)構成靈活2 操作管理便捷3 控制功能豐富4 信息資源共享5 安裝調試方便6 安全可靠性高2 與儀表控制系統(tǒng)相比較，集散控制系統(tǒng)有哪些相同處？有哪些不同處？儀表控制系統(tǒng)指由模擬式儀表組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)， 控制的作用是保證被控對象的一個最基本的運行單元能夠按照預定的參數(shù)正常運行。控制器的輸入有兩個：設定值和測量值；控制器的輸出是對被控過程的控制。特點： 各部分的儀表分布于工業(yè)現(xiàn)