過(guò)程控制系統(tǒng)課后習(xí)題

1、第二章1什么是對(duì)象特性？為什么要研究對(duì)象特性？答：研究對(duì)象特性是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)；為了能使控制系統(tǒng)能安全投運(yùn)并進(jìn)行必要的調(diào)試；優(yōu)化操作。2什么是對(duì)象的數(shù)學(xué)模型？靜態(tài)數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型有什么區(qū)別？答：對(duì)對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描述就叫數(shù)學(xué)模型。靜態(tài)：在輸入變量和輸出變量達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)下的情況。動(dòng)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(duì)象的數(shù)學(xué)模型有什么意義？答：1,控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)；2控制系統(tǒng)的調(diào)試和調(diào)節(jié)器參數(shù)的確定；3制定工業(yè)過(guò)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(jì)算機(jī)仿真與過(guò)程培訓(xùn)系統(tǒng)；6設(shè)計(jì)工業(yè)過(guò)程的故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)。4建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型有哪兩種方法？答：機(jī)理

2、建模和實(shí)驗(yàn)建模。機(jī)理建模：由一般到特殊的推理演繹方法，對(duì)已知結(jié)構(gòu)、參數(shù)的物理系統(tǒng)運(yùn)用相應(yīng)的物理定律或定理，根據(jù)對(duì)象或生產(chǎn)過(guò)程的內(nèi)部機(jī)理，經(jīng)過(guò)合理的分析簡(jiǎn)化而建立起描述系統(tǒng)各物理量動(dòng)靜態(tài)性能的數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)建模步驟：1確定輸入變量與輸出變量信號(hào)；2測(cè)試；3對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。5反應(yīng)對(duì)象特性的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？他們對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)有什么影響？答：K放大系數(shù)。對(duì)象從新穩(wěn)定后的輸出變化量與輸入變化量之比。T時(shí)間參數(shù)。時(shí)間參數(shù)表示對(duì)象受到輸入作用后，被控變量的變化快慢。桃停滯時(shí)間。輸入發(fā)生變化到輸出發(fā)生變化之間的時(shí)間間隔。6評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的常用單項(xiàng)指標(biāo)有哪些？各自的定義是什么？單項(xiàng)性能指

3、標(biāo)主要有：衰減比、超調(diào)量與最大動(dòng)態(tài)偏差、靜差、調(diào)節(jié)時(shí)間、振蕩頻率、上升時(shí)間和峰值時(shí)間等。 衰減比：等于兩個(gè)相鄰的同向波峰值之比n；過(guò)渡過(guò)程的最大動(dòng)態(tài)偏差：對(duì)于定值控制系統(tǒng)，是指被控參數(shù)偏離設(shè)定值的最大值A(chǔ)；超調(diào)量：第一個(gè)波峰值y與最終穩(wěn)態(tài)值y之比的百分?jǐn)?shù)；殘余偏差C：過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，被控參數(shù)所達(dá)到的新穩(wěn)態(tài)Y與設(shè)定值之間的偏差。調(diào)節(jié)時(shí)間：從過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始到過(guò)渡過(guò)程結(jié)束所需的時(shí)間；振蕩頻率：過(guò)渡過(guò)程中相鄰兩同向波峰之間的時(shí)間間隔叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱(chēng)為振蕩頻率；峰值時(shí)間：過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始至被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間。第三章12選擇調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的依據(jù)是什么？若已知過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，怎樣來(lái)選

4、擇pid控制規(guī)律？1根據(jù)桃0/T0比值來(lái)選擇。 若比值小于0.2，選PI，若在0.2與1.0之間，選用PI或者PID，若大于1.0，就需要用到串級(jí)控制。2根據(jù)過(guò)程特性來(lái)選擇控制器的控制規(guī)律。 P：過(guò)渡時(shí)間短，克服干擾能力大。常用于負(fù)荷變化小，自平衡能力強(qiáng)，對(duì)象控制通道中的滯后時(shí)間與時(shí)間常數(shù)之比小，允許余差存在，控制質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合。PI：適合用于調(diào)節(jié)通道滯后小，負(fù)荷變化小，不允許有余差的場(chǎng)合。PD：積分消除余差，微分提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。適合用于調(diào)節(jié)通道滯后大的場(chǎng)合。PID：對(duì)象控制通道中的滯后時(shí)間與時(shí)間常數(shù)之比大，通道滯后大控制要求較高。13一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，在比例控制的基礎(chǔ)上分別增加：1適當(dāng)?shù)?/p>

5、積分作用；2適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔?。試?wèn)：（1） 這兩種情況對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最大動(dòng)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(yīng)如何調(diào)整系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的比例度，說(shuō)明理由(1) P，減小余差，穩(wěn)定性不變，最大動(dòng)態(tài)偏差不變 D,增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，最大動(dòng)態(tài)偏差減小，余差不變（2）1將控制器的積分時(shí)間放在最大值，微分時(shí)間放在最小值，比例度放在最大值后，讓系統(tǒng)投入運(yùn)行。2逐漸減小比例度，且每改變一次，都通過(guò)改變?cè)O(shè)定值給系統(tǒng)施加一個(gè)階躍干擾，同事觀察系統(tǒng)輸出，直到過(guò)渡過(guò)程出現(xiàn)等幅振蕩為止。此時(shí)為臨界比例度和臨界振蕩周期。3根據(jù)臨界比例度和臨界周期，根據(jù)相應(yīng)公式求出控制器的個(gè)整定參數(shù)。4將控制器的比例度

6、換成正定的值，然后依次按積分時(shí)間和微分時(shí)間設(shè)置為整定值，加入干擾后，還可以適當(dāng)調(diào)整。15第四章1 什么叫串級(jí)控制系統(tǒng)？繪制其結(jié)構(gòu)方框圖。串級(jí)控制系統(tǒng)是由兩個(gè)控制器的串接組成，一個(gè)控制器的輸出做為另一個(gè)控制器的設(shè)定值，兩個(gè)控制器有各自獨(dú)立的測(cè)量輸入，有一個(gè)控制器的給定由外部設(shè)定。2 與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)有哪些主要特點(diǎn)？多了一個(gè)副回路，形成雙閉環(huán)。特點(diǎn)：主控制器輸出改變副控制器的設(shè)定值，故副回路構(gòu)成的是隨動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)定值是變化的。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入了一個(gè)副回路，不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，而且又能改善過(guò)程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其

7、控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。3為什么說(shuō)串級(jí)控制系統(tǒng)由于存在一個(gè)副回路而具有較強(qiáng)的抑制擾動(dòng)的能力？副回路的快速作用，對(duì)于進(jìn)入副回路的干擾快速地克服，減小了干擾對(duì)主變量的影響；引入副回路，改善了副對(duì)象的特性(減小副對(duì)象的相位滯后)，提高了主回路的響應(yīng)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(duì)副變量進(jìn)行精確控制；串級(jí)系統(tǒng)提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。4串級(jí)控制系統(tǒng)在副參數(shù)的選擇和副回路的設(shè)計(jì)中應(yīng)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響應(yīng)，副對(duì)象的滯后不能太長(zhǎng)；為提高系統(tǒng)的魯棒性，將具有非線(xiàn)性時(shí)變部分包含于副對(duì)象中；需要對(duì)流量實(shí)現(xiàn)精確的跟蹤時(shí)，將流

8、量選為副對(duì)象。5串級(jí)控制系統(tǒng)通?？捎迷谀男﹫?chǎng)合？* 應(yīng)用于容量滯后較大的過(guò)程* 應(yīng)用于純時(shí)延較大的過(guò)程* 應(yīng)用于擾動(dòng)變化激烈而且幅度大的過(guò)程* 應(yīng)用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過(guò)程* 應(yīng)用于非線(xiàn)性過(guò)程6 前饋控制與反饋控制各有什么特點(diǎn)？繪制前饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。前饋：基于擾動(dòng)來(lái)消除擾動(dòng)對(duì)被控量的影響； t 動(dòng)作“及時(shí)” ；t 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；t 具有指定性補(bǔ)償?shù)木窒扌裕?t 控制規(guī)律取決于被控對(duì)象的特性。t 反饋：基于偏差來(lái)消除偏差； t “不及時(shí)”的控制 ；t 存在穩(wěn)定性問(wèn)題；t 對(duì)各種擾動(dòng)均有校正作用； t 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

9、前饋控制效果最好？為什么一般不單獨(dú)使用前饋控制方案？準(zhǔn)確地掌握過(guò)程擾動(dòng)通道的特點(diǎn)wf（s）及控制通道的特性wo（s）準(zhǔn)確求出前饋控制wm（s）；克服可測(cè)不可控的擾動(dòng)前饋控制室基于擾動(dòng)的控制，擾動(dòng)不止一個(gè)，難于把握屬于開(kāi)環(huán)控制，易受其他擾動(dòng)干擾而無(wú)法控制其克服可測(cè)不可控的擾動(dòng)，對(duì)于系統(tǒng)中其他擾動(dòng)無(wú)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(shí)施通過(guò)特定的前饋控制器，或采用運(yùn)算單元自行構(gòu)造； 用軟件實(shí)現(xiàn) 參數(shù)整定單純的前饋控制，可視工藝要求進(jìn)行參數(shù)整定；先調(diào)整 ，然后調(diào)整T1、T2前饋反饋相結(jié)合，先整定反饋系統(tǒng)，再重復(fù)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

10、其優(yōu)缺點(diǎn)，繪制各比值控制方案結(jié)構(gòu)方框圖。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱(chēng)為比值控制系統(tǒng)開(kāi)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(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)時(shí)需解決哪些主要問(wèn)題？比值k=Q1/Q2,是兩個(gè)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(dòng)量確定；控制方案的選擇；調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定；正確選用流量計(jì)與變送器；比值控制系統(tǒng)的實(shí)施；比值參數(shù)的計(jì)算；比值控制系統(tǒng)參數(shù)的整定11什么是均勻控制？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(guò)程中，各種設(shè)備前后緊密聯(lián)系的情況提出來(lái)的

11、一種特殊的控制采用液位控制采用液位和流量的串級(jí)控制取液位和流量?jī)蓚€(gè)信號(hào)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(shí)現(xiàn)分程控制？在分程控制中需注意哪些主要問(wèn)題?在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到一個(gè)控制器去操縱幾只閥門(mén)，若按輸出信號(hào)的不同區(qū)間操作不同的閥門(mén)，這樣的控制系統(tǒng)叫做分程控制系統(tǒng)。盡量選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥；采用分程信號(hào)重疊法；調(diào)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(chēng)為選擇性控制系統(tǒng)。選擇器位于調(diào)節(jié)器的輸出端，對(duì)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇的系統(tǒng)：兩個(gè)調(diào)節(jié)器共用一個(gè)調(diào)節(jié)閥選擇器位于調(diào)節(jié)器之前，對(duì)變送器的輸出信號(hào)進(jìn)行選擇的系統(tǒng)：幾

12、個(gè)變送器合用一個(gè)調(diào)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(dāng)選擇器在控制器和控制閥之間，系統(tǒng)出現(xiàn)超限時(shí)，控制器應(yīng)立即切換。為保證及時(shí)切換，在偏差為零時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器應(yīng)該有相同的輸出。當(dāng)其中一個(gè)控制器或兩個(gè)控制器采用PI作用時(shí)，一個(gè)調(diào)節(jié)器被另一個(gè)控制器切換后，偏差仍存在，且存在的時(shí)間較長(zhǎng)，將產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象， 使下一次不能及時(shí)切換。由于偏差長(zhǎng)時(shí)間存在，偏差為零時(shí)控制器輸出仍要超出規(guī)定上、下限一段時(shí)間。為了保持同步，常采用積分外反饋的辦法。采用選擇器的輸出，即控制調(diào)節(jié)閥的信號(hào)做為積分外反饋。15一般地說(shuō)從結(jié)構(gòu)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

13、器控制一只控制閥，試?yán)L制各自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。16什么是推斷控制？?jī)深?lèi)“計(jì)算指標(biāo)控制”是什么？推斷控制：利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，由可測(cè)信息將不測(cè)輸出推算出來(lái)實(shí)現(xiàn)反饋控制；或?qū)⒉豢蓽y(cè)擾動(dòng)推算出來(lái)實(shí)現(xiàn)前饋控制。由輔助輸出推算控制指標(biāo)，作為被控變量的測(cè)量值；以某輔助輸出變量為被控變量，其設(shè)定值由控制指標(biāo)算式推算出來(lái)。17試述復(fù)雜控制系統(tǒng)有哪些？它們都是為什么目的而開(kāi)發(fā)的？1串級(jí)控制系統(tǒng)：改善控制質(zhì)量2前饋控制系統(tǒng)：擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)就能夠進(jìn)行控制3比值控制系統(tǒng)：根據(jù)某一流量的變化調(diào)節(jié)另一流量4均勻控制系統(tǒng)：使前后設(shè)備在物料供求上相互兼顧均勻協(xié)調(diào)5分程控制系統(tǒng)：擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，使得在小流量時(shí)可實(shí)現(xiàn)更精確的控制

14、用于滿(mǎn)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(duì)象的輸出和擾動(dòng)都不可測(cè)，無(wú)法設(shè)計(jì)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(diǎn)有哪些？集散控制系統(tǒng)是以微處理器為基礎(chǔ)的對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)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(jiǎn)稱(chēng)DCS系統(tǒng)特點(diǎn)：1系統(tǒng)構(gòu)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(diào)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？?jī)x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(duì)象的一個(gè)最基本的運(yùn)行單元能夠按照預(yù)定的參數(shù)正常運(yùn)行?？刂破鞯妮斎胗袃蓚€(gè)：設(shè)定值和測(cè)量值；控制器的輸出是對(duì)被控過(guò)程的控制。特點(diǎn)：各部分的儀表分布