過場(chǎng)控制課后習(xí)題

1、控制器是根據(jù)輸入偏差和一定的控制算法來計(jì)算操縱量的單元；1-3某化工液體產(chǎn)品，當(dāng)原料進(jìn)入某反響器時(shí)，工藝上要求其溫度為度。P絕1P大P絕20表7ST1壓JL差負(fù)壓壓r1r40C± 5C,定值 單閉環(huán)控制系統(tǒng)在階躍信號(hào)作用下， 獲得溫度的響應(yīng)過程曲線如圖，確定： 穩(wěn)態(tài)誤差、衰減 比和衰減率、超調(diào)量以及調(diào)節(jié)時(shí)間穩(wěn)態(tài)誤差e( ) r y( )40 411( C)，衰減比 n 兇上 4y31衰減率y1 y34 1-100%=100%= 75%y14超調(diào)量49.76%，調(diào)節(jié)時(shí)間 ts 23min (2%)y( )412-6什么是絕對(duì)壓力、大氣壓力、表壓和真空度？其關(guān)系如何？介質(zhì)承受的實(shí)際壓力即

2、為絕對(duì)壓力，大氣壓是彌漫著空氣的壓力， 表壓是高于大氣壓的絕對(duì)壓力與大氣壓力之差，真空度是負(fù)壓，即大氣壓與低于大氣壓的絕對(duì)壓力之差。假設(shè)絕對(duì)壓力與大氣壓之差大于零，那么差值為表壓，假設(shè)小于零，那么差值的數(shù)值為真空3- 1比例控制有何特點(diǎn)？為什么會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差？一是比例控制具有響應(yīng)迅速的特點(diǎn)；二是比例控制有穩(wěn)態(tài)誤差， 并且隨著比例增益的增大比例帶的減小，穩(wěn)態(tài)誤差變小。但增益過大，系統(tǒng)不穩(wěn)定。對(duì)于比例控制，只有偏差不為零時(shí)，控制器才輸出，一旦為零，控制器輸出也為零，控 制作用消失。從控制理論角度講，被控對(duì)象通常為一階慣性或二階慣性加滯后，純比例控制必然存在偏差。3- 3為什么通常不單獨(dú)使用微分控制

3、，而是要與比例或比例積分結(jié)合使用？如果控制器采用單純的微分控制，當(dāng)系統(tǒng)的被控量出現(xiàn)緩慢變化時(shí)，控制器的輸入信號(hào)偏差e需要等到這種緩慢變化積累到一定程度或者說要突破不靈敏區(qū)，才能有校正行為出現(xiàn)。所以，微分控制往往與其他控制規(guī)律結(jié)合使用，即發(fā)揮微分控制超前控制的優(yōu)點(diǎn)，又 克服其對(duì)微小變化量不作為的缺乏。3- 4在PID控制器中，比例帶、積分時(shí)間和微分時(shí)間分別有什么含義？當(dāng)它們?cè)龃蠡驕p 小時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的被控量會(huì)產(chǎn)生什么影響？在PID控制器中，比例帶3表示調(diào)節(jié)閥開度改變100%時(shí)，所需要的系統(tǒng)被控量的變化范圍。當(dāng)被控量處在該范圍時(shí)， 調(diào)節(jié)閥的開度才與偏差成比例。比例帶減小時(shí)，控制作用加 強(qiáng)，系統(tǒng)響應(yīng)加快

4、，但過小系統(tǒng)不穩(wěn)定；積分時(shí)間反映積分作用的強(qiáng)弱，它越大，積分作用 越弱，它越小，積分作用越強(qiáng)，但過小系統(tǒng)不穩(wěn)定； 微分時(shí)間的大小，反映微分作用的強(qiáng)弱， 但微分時(shí)間過大會(huì)使閥門在兩個(gè)極端位置振蕩。3-6 DDZ-川型控制器的硬手動(dòng)操作與軟手動(dòng)操作有何區(qū)別？分別用于什么情況？所謂軟手動(dòng)操作是指控制器的輸出與手動(dòng)輸入之間呈積分關(guān)系，而硬手動(dòng)操作指控制器的輸出與手動(dòng)輸入之間呈比例關(guān)系。通常情況下，都是用軟手動(dòng)操作扳鍵進(jìn)行手動(dòng)操作的，這樣控制比擬平穩(wěn)精細(xì)；只有當(dāng)需要給出恒定不變的操作信號(hào)例如閥的開度要求長時(shí)間不變或者在緊急時(shí)要一下子就控制到平安開度例如要使閥立即翻開等情況下，才使用硬手動(dòng)操作。3- 7與

5、模擬控制儀表相比，數(shù)字控制儀表有哪些顯著特點(diǎn)？ 控制器的功能依賴軟件， 程序編制一般采用專用語言； 具有通信功能，可與上位機(jī)和操作站通信，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、操作和管理；內(nèi)部采用功能化模塊，實(shí)現(xiàn)軟件組態(tài)，可實(shí)現(xiàn)多種控制算法，通用性強(qiáng)；精度高，性能穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)。4- 1根據(jù)使用能源的不同，調(diào)節(jié)閥分為哪幾種？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：電源配備方便，信號(hào)傳輸快、損失小，可遠(yuǎn)距離傳輸；但推力較小。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥：結(jié)構(gòu)簡單，可靠，維護(hù)方便，防火防爆；但氣源配備不方便。液壓調(diào)節(jié)閥：用液壓傳遞動(dòng)力，推力最大；但安裝、維護(hù)麻煩，使用不多。工業(yè)中使用最多的是氣動(dòng)執(zhí)行器和電動(dòng)執(zhí)行器。4- 2、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥有哪幾局部組成？

6、各局部作用如何？執(zhí)行機(jī)構(gòu)：是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，按照輸入信號(hào)的大小產(chǎn)生相應(yīng)的力、力矩、角位移、 直線位移等，推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的動(dòng)做。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)局部， 主要形式是調(diào)節(jié)閥。 閥芯的動(dòng)作改變調(diào)節(jié)閥的節(jié)流面 積，以到達(dá)調(diào)節(jié)介質(zhì)流動(dòng)的目的。4- 4什么情況，需要使用電-氣轉(zhuǎn)換器？什么情況，需要使用閥門定位器？電-氣轉(zhuǎn)換器：當(dāng)采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥時(shí)，需要將來自控制器的電信號(hào)420 mA轉(zhuǎn)換為氣動(dòng)信號(hào)0.02O.IMPa，以驅(qū)動(dòng)閥門的開閉；閥門定位器：確保閥門位置按控制器輸出信號(hào)準(zhǔn)確定位，改善調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)性能。當(dāng)對(duì)閥門定位要求高時(shí)，可考慮用此件。4- 5、平安柵的作是什么？通常有哪些類型？作用：平安柵是一

7、種防止電能沿控制信號(hào)線進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)過程與儀表，并引發(fā)火災(zāi)和爆炸的平安措施，是平安場(chǎng)所系統(tǒng)與危險(xiǎn)地點(diǎn)設(shè)備儀表之間的關(guān)聯(lián)設(shè)備。類型：電阻式、齊納式、光電隔離式、變壓器隔離式等。5- 1為什么要研究過程的數(shù)學(xué)模型？研究過程數(shù)學(xué)模型的方法有哪些？ 過程建模的目的：1為了選用適宜的控制方案與控制算法。2為了整定控制器參數(shù)、優(yōu)化控制性能。3為了進(jìn)行仿真試驗(yàn)。4為了培養(yǎng)和訓(xùn)練操作人員和技術(shù)人員。機(jī)理法建模、測(cè)試法建模也稱實(shí)驗(yàn)法建模以及混合法建模。5- 2什么是被控過程的時(shí)延特性？時(shí)延有哪幾種？產(chǎn)生的原因是什么?當(dāng)控制信號(hào)作用于被控過程后， 輸出并沒有馬上響應(yīng)， 而是等一段時(shí)間后才響應(yīng)， 或者 輸出響應(yīng)緩慢，稱被

8、控過程這種品性為時(shí)延特性。 時(shí)延有純時(shí)延和容量時(shí)延之分。 純時(shí)延是 由于信號(hào)、物料或能量在傳輸過程中引起的時(shí)間滯后，容量時(shí)延是多容過程受到擾動(dòng)之后， 響應(yīng)量的變化速度開始很慢，需要經(jīng)過一段時(shí)間才逐漸到達(dá)最大，稱這段時(shí)間為容量時(shí)延。5- 4某液位過程，液體以流量Q1沉著器上端的閥門1進(jìn)入，分別以流量Q2和Q3沉著器下 端兩側(cè)的閥門2和閥門3流出，設(shè)閥門1-3的液阻R1、R2、R3為線性液阻，容器橫截面為C,液體高度為h，要求：1列出過程的微分方程組；1AQ1 AQ2 AQ32畫出過程的方框圖;cdAhdtAQ 2AhR23求出過程傳遞函數(shù)。AQ32習(xí)題5-4圖A3G(s)H(s)Qi(s)KTs

9、 1其中，KR2 R3R2R3R2R3RR26- 1單回路控制系統(tǒng)由哪幾局部組成？其方案設(shè)計(jì)包括哪些主要內(nèi)容？單回路控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)閥、被控過程對(duì)象和檢測(cè)器等組成?？刂品桨冈O(shè)計(jì) 包括：被控量的選擇與確定、操縱量的選擇與確定、調(diào)節(jié)閥的選擇與確定包括口徑大小、 流量特性、氣開或氣閉形式等、控制器的控制規(guī)律與正反作用方式，以及檢測(cè)器的選擇與 確定等。6- 2在選擇操縱量時(shí)，為什么希望控制通道的放大系數(shù)要大、時(shí)間常數(shù)小、純滯后時(shí)間越小越好？而干擾通道的放大系數(shù)盡可能小、時(shí)間常數(shù)盡可能大、干擾源離被量遠(yuǎn)？控制通道的放大系數(shù)應(yīng)大些，有利于減小穩(wěn)態(tài)誤差； 時(shí)間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)小些， 過大易引起控制不及時(shí)，過

10、小那么振蕩；純滯后越小越好，利于系統(tǒng)穩(wěn)定。干擾通道的放大系數(shù)應(yīng)盡量小，以減小干擾量對(duì)被控量的影響和穩(wěn)態(tài)誤差；干擾通道的時(shí)間常數(shù)應(yīng)大，以減緩干擾對(duì)被控量的影響；干擾源應(yīng)遠(yuǎn)離被控量， 使其對(duì)被控量的影響較弱。6- 3為什么串級(jí)控制系統(tǒng)能改善過程特性？能迅速克服進(jìn)入副回路的干擾？能提高系統(tǒng)工 作頻率？副回路改善了整個(gè)過程的局部特性，通常是減小了局部過程的時(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)，這主要是副回路的閉環(huán)負(fù)反響產(chǎn)生的；包含在副回路中的干擾首先被副回路中的檢測(cè)器發(fā)現(xiàn)， 并啟動(dòng)副回路的負(fù)反響調(diào)節(jié)機(jī)制，使干擾被抑制，只有干擾幅度較大、副回路難以抑制時(shí)， 才會(huì)由主回路來進(jìn)一步克服；副回路的出現(xiàn)，使得該回路的過程對(duì)外呈現(xiàn)

11、時(shí)間常數(shù)減小，從而提高了系統(tǒng)的工作頻率。6-5熱交換器用蒸汽將進(jìn)入其中的冷水加熱至一定溫度，生產(chǎn)工藝要求熱水溫度保持定值 土 1C，試設(shè)計(jì)一個(gè)單回路控制系統(tǒng)？選蒸汽流量為 操縱量，交換器出口熱水溫度為 被控量，調(diào)節(jié)閥的作用方式為 氣開式，控制器 可選PI控制規(guī)律，為反作用方式。蒸汽、1 X-熱水JA冷水熱交換器7- 1物料流量比值K與控制系統(tǒng)比值系數(shù)K'有何不同？怎樣將物料比值轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)比值系數(shù)？1、物料流量比值 K是一種工藝上的比，指兩流體流量或重量之比，也稱工藝比。2、 控制系統(tǒng)比值系數(shù) K'是過程控制系統(tǒng)在工藝流程作業(yè)和管理時(shí)具體操作的電信號(hào)的 比，也稱儀表比。3、

12、工藝比到儀表比的轉(zhuǎn)換有兩種情況：流量與測(cè)量值間為線性關(guān)系、流量與測(cè)量值間為非線性關(guān)系。I 24Ii 4imax2 maximax2 max7- 2與定值控制參數(shù)整定相比，均勻控制的參數(shù)整定有何特點(diǎn)？1、所有均勻控制系統(tǒng)都不應(yīng)參加微分控制規(guī)律，這是因?yàn)槲⒎謱⒓涌祉憫?yīng)速度，這與均 勻控制的要求不相符。2、對(duì)于簡單均勻控制系統(tǒng)來說，由于只有一個(gè)控制器，借鑒單回路控制系統(tǒng)的控制器整定方法，將比例度整定得大點(diǎn)即可。3、假設(shè)負(fù)荷變化，或工藝要求液位受擾后恢復(fù)至受擾前的值，可參加積分，但積分時(shí)間 常數(shù)要大些，同時(shí)適當(dāng)增大比例度。7- 3為什么在分程點(diǎn)容易發(fā)生流量特性的突變？如何實(shí)現(xiàn)流量特性的平滑過渡原因：分

13、程點(diǎn)是兩個(gè)調(diào)節(jié)閥切的交換點(diǎn)，通常是一個(gè)閥開，另一個(gè)閥閉。由于閥的流量特性的差異，閥門承受壓力的不同，很容易導(dǎo)致流量特性的突變。方法：實(shí)現(xiàn)流量特性的平穩(wěn)過渡一般有兩種常用的方法：一是要選擇流量特性相同或相近的調(diào)節(jié)閥，二是采取切換區(qū)重疊的方法。7- 4為什么要消除積分飽和現(xiàn)象 ？常用方法有哪些？選擇性控制系統(tǒng)運(yùn)行中，總是有調(diào)節(jié)器處于開環(huán)待命狀態(tài)。如果調(diào)節(jié)器使用了積分作用，當(dāng)其處于開環(huán)待命狀態(tài)時(shí)，偏差輸入信號(hào)一直存在。那么積分作用將使控制器的輸出不斷增加或減小，一直到達(dá)輸出的極限值為止，這種現(xiàn)象稱之為“積分飽和。進(jìn)入飽和的調(diào)節(jié)器由待命狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)時(shí)，是無法立即工作的， 這對(duì)控制是不利的。常用方法

14、有：積分外反響、PI-P、限幅法8- 1前饋控制和反響控制各有何特點(diǎn)？前饋-反響復(fù)合控制如何改善控制品質(zhì)？前饋控制的根本特點(diǎn)： 前饋控制器是按照干擾的大小進(jìn)行控制的，稱為“擾動(dòng)補(bǔ)償。 前饋控制是開環(huán)控制，控制作用幾乎與干擾同步，速度快， 前饋控制器的控制規(guī)律不是PID控制，是由干擾和干擾控制通道決定的。 前饋控制只對(duì)特定的干擾有控制作用，一個(gè)控制器僅能抵御一個(gè)干擾。反響控制是一種定值或隨動(dòng)控制，它采用的是閉環(huán)負(fù)反響控制形式。依賴偏差工作，只有系統(tǒng)受到擾動(dòng)、被控量偏離設(shè)定值并檢測(cè)出以后，才有校正行為； 對(duì)包含在反響回路中的所有干擾，都有抵御能力；前饋-反響控制具有以下優(yōu)點(diǎn)： 在反響控制的根底上，針對(duì)主要干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償。既提高了控制速度， 又保證了控制精度。 反響控制回路的存在，降低了對(duì)前饋控制器的精度要求，有利于簡化前饋控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。8- 3為什么大時(shí)延過程是一種難控制的過程？它對(duì)系統(tǒng)的控制品質(zhì)產(chǎn)生什么影響？從直觀的角度來說：大時(shí)延T的存在，使得執(zhí)行器接收到控制信號(hào)后，需要經(jīng)過時(shí)間T的等待，被控參數(shù)才有響應(yīng)。等到控制器通過檢測(cè)器發(fā)現(xiàn)這種狀況，并力圖改變這些時(shí)，為時(shí)已經(jīng)很晚，控制總是不 及時(shí)。這很容易導(dǎo)致超調(diào)量增加、過渡過程