過程控制系統(tǒng)與儀表課后習題答案完整版

1、1 章 思考題與習題11解答:把握對象簡單、把握要求多樣把握方案豐富 3把握多屬慢過程參數(shù)把握 5過程把握系統(tǒng)由規(guī)范化的過程檢測把握儀表組成?典型過程把握系統(tǒng)由哪幾部分組成？解答:液位、成份等這樣一些變量的系統(tǒng).1-1。14解答：分類方法說明：按所把握的參數(shù)來分,有溫度把握系統(tǒng)、壓力把握系統(tǒng)、流量把握系統(tǒng)等；按把握（P)把握、比例積分（PI）(PID）把握系統(tǒng)等;按把握系統(tǒng)組成回路的狀況來分,有單回路與多回路把握系統(tǒng)、開環(huán)與閉環(huán)把握系統(tǒng)；按被控參數(shù)的數(shù)量可分為單變量和多變量把握系統(tǒng)等。通常分類：按設定值的形式不同劃分:（1）定值把握系統(tǒng)(2)隨動把握系統(tǒng)（3）程序把握系統(tǒng)按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點分類:

2、(1）反饋把握系統(tǒng)前饋把握系統(tǒng)前饋反饋復合把握系統(tǒng)15?解答：在定值把握系統(tǒng)中設定值是恒定不變的,引起系統(tǒng)被控參數(shù)變化的就是擾動信號。 PAGE PAGE 23什么是被控對象的靜態(tài)特性 ?什么是被控對象的動態(tài)特性？二者之間有什么關系？解答：性。被控對象的動態(tài)特性:。系統(tǒng)在動態(tài)過程中，被控參數(shù)與把握變量之間的關系即為把握過程的動態(tài)特性。二者之間的關系：關注其動態(tài)特性？解答:穩(wěn)態(tài)：（設定值和擾動）不變時，整個系統(tǒng)若能達止狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)（或靜態(tài)。動態(tài):從外部擾動消滅、平衡狀態(tài)遭到破壞、自動把握裝置開頭動作，到整個系統(tǒng),整個系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的狀態(tài)和參數(shù)都處于變化的過程之中，這種狀態(tài)稱為動態(tài)。在實際

3、的生產(chǎn)過程中,不行能始終工作在穩(wěn)態(tài).統(tǒng)。?解答：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：對于定值把握系統(tǒng),是指被控參數(shù)偏離設定值的最大值A；y（）之比的百分數(shù); y（）與設定值之間的偏差 C 稱為殘余偏差,簡稱殘差；調(diào)整時間：從過渡過程開頭到過渡過程結(jié)束所需的時間；振蕩頻率：過渡過程中相鄰兩同向波峰(或波谷）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：過渡過程開頭至被控參數(shù)到達第一個波峰所需要的時間.110 某被控過程工藝設定溫度為 900，要求把握過程中溫度偏離設定值最大不得80。現(xiàn)設計的溫度定值把握系統(tǒng),在最大階躍干

4、擾作用下的過渡過程曲線振蕩周期，該系統(tǒng)能否滿足工藝要求？解答：錯誤!A：錯誤!T：80, n1衰減振蕩，所以系統(tǒng)滿足工藝要求。2 章 思考題與習題01000的溫度計出廠前經(jīng)校驗得到如下數(shù)據(jù)：/02004006008001000/020140260480610011）該表最大確定誤差；該表精度；5，該表是否能用？/MPa讀數(shù)/MPa024/MPa讀數(shù)/MPa0246810正行程01.983.965。947.979。99反行程02。024。036。068。0310。011）變差；基本誤差；1.0 級精度？1.0 級。試問此壓力表允許的最大 5MPa 5.08MPa1 級精度，為什么？解答: =ma

5、x0.01100.1MPa2）5 MPa 時的基本誤差：1 ,1.0 級表。24來測量很小的參數(shù)值有什么問題？解答:1)2）2-5有兩塊直流電流表，它們的精度和量程分別為1） 1。0 級，0250mA2)2.5級,075mA 解答：分析它們的最大誤差：1）max25012.5mA;2）max752。51。875mA;2。5 級,075mA 的表.211420mA10mA 時，對應的被測溫度是多少？解答：;T=500。212 試簡述彈簧管壓力計的工作原理?，F(xiàn)有某工藝要求壓力范圍為 1.20.05MPa，可選用的彈簧管壓力計精度有 1。0、1。5、2.0、2.5 和 4。0 五個等級，可選用的量程

6、01。6MPa、02。5MPa 04MPa。請說明選用何種精度和量程（見附錄E)的彈簧管壓力計最合適？解答：1）工作原理:1.20.5 MPa，即允許的最大確定誤差max0。05錯誤!分析選用不同量程的表所需的精度等級:1。6 MPa 2.5 級表；。5 MPa 量程：,1.5 2.0 級表;04.0 MPa1。0 級表。錯誤!量程選擇：被測最大壓力1/32/3 量程上限01.6MPa 量程：02.5MPa 量程：04。0MPa 量程：1.5 級或 2。0 級，02。5 MPa 量程的表最合適。 01.0MPa1 級的壓力表,能符合要求嗎？試說明其理由。解答：工藝要求：最大壓力為 1.0MPa

7、，允許最大確定誤差為 0。01MPa.分別求出兩臺儀表的最大允許誤差，進行推斷.精度為 1 級，量程為 01。6MPa 的表，其最大確定誤差：1.6max1。610.016MPa， 0.01 MPa, 所以不符合要求；2)1 01.0MPa 的表，其最大確定誤差：1.0max1.010.01MPa,0。01MPa, 所以最大誤差符合要求,但是壓力表的最大測量值應 2/3 儀表量程,否則壓力波動會使測量值超出儀表量程.所以，該表也不符合要求。214 某臺空壓機的緩沖器，其工作壓力范圍為 1.01.6MPa，工藝要求就地觀看罐5%.試選擇一塊合適的壓力表（類型、測量范圍、精度等級）,并說明其理由。

8、解答：依據(jù)題意知：壓力范圍 1.01。6MPa,允許最大誤差：max1。6（5)0。08 MPa1）量程確定:2/3 1。6 MPa2/32。4 MPa02.5 MPa 的彈簧壓力表。精度等級確定：求出基本誤差，以確定滿足要求的精度等級。2。5 級。綜上分析，選擇量程為 02.5 MPa，精度等級為 2.5 級的彈簧壓力表。該表的最大確定誤差：max2.5（2.5）0。0625MPa，0。08 MPa所以滿足要求.2-17壓式流量計的流量測量有影響?解答: 現(xiàn)流量測量的。影響因素：P471 m及取壓方式親密相關;錯誤壓縮性相關；，3 流量系數(shù)的大小與流體流淌狀態(tài)有關。2-19 為什么說轉(zhuǎn)子流量

9、計是定壓式流量計？而差壓式流量計是變壓降式流量計？解答:轉(zhuǎn)子流量計是定壓式流量計（P47）通面積來保持轉(zhuǎn)子上下的壓差恒定.所以是定壓式。差壓式流量計是變壓降式流量計（P45).所以是變壓降式。221解答：介質(zhì)的壓頭推動橢圓齒輪旋轉(zhuǎn)而進行計量的。粘皮愈大，泄漏誤差愈小,對測量愈有利。橢圓齒輪番量計計量精度高，適用于高粘度介質(zhì)流量的測量。（固體顆粒會將齒輪卡死，以致無法測量流量)。假如被測液體介質(zhì)中夾雜有氣體時,也會引起測量誤差。2-22?解答：P51原理：利用導電液體通過磁場時在兩固定電極上感應出電動是測量流速。對被測介質(zhì)的要求：導電液體,被測液體的電導率應大于水的電導率（cm)，不能測量油類或

10、氣體的流量。224解答：超聲波流量計的非接觸式測量方式,不會影響被測流體的流淌狀況，被測流體也不會對流量計造成磨損或腐蝕損害,因此適用范圍寬敞。2252-75所示.請導出變送器所測差壓與液位之關系。變送器零點需不需要遷移？為什么？解答：P57管和測量室所組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油,作為傳壓介質(zhì)，使被測介質(zhì)不進入毛細管與變送器，以免堵塞。可節(jié)省隔離罐。解答：,料位和兩種不同液體的分界面。解答：P60適合于強腐蝕性、高壓、有毒、高粘性液體的測量。3 章 習題與思考題31解答：1）把握規(guī)律：是指把握器的輸出信號與輸入偏差信號之間的關系。微分把握。?有何優(yōu)缺點?解答：雙位把握的輸出規(guī)律是依據(jù)輸入偏差的正

11、負,把握器的輸出為最大或最小.缺點：在位式把握模式下，被控變量持續(xù)地在設定值上下作等幅振蕩，無法穩(wěn)極限位置，總是過量調(diào)整所致。延長把握器中運動部件的使用壽命。解答：ye之間成比例關系:永久存在余差。解答：ye的積分：（或減小。當偏差為零時,輸出停止變化，保持在某一值上。因而積分把握器組成把握系統(tǒng)可以到達無余差。解答:1）（或減小。只有當偏差為零時，輸出停止變化，保持在某一值上。2）Ti 來表示積分作用的強弱,在數(shù)值上，Ti=1Ki 。明顯,Ti 越小，Ki 就越大，積分作用就越強,反之亦然。36 1002min5mA，某時刻，輸入階躍增加0.2mA5min5mA 變化為多少？解答：由比例積分公

12、式：分析:,即Kp =1， TI= 2 min ,穩(wěn)態(tài)時：y05mA，5min 后：37 比例把握器的比例度對把握過程有什么影響？調(diào)整比例度時要留意什么題解答：P74P越小，它的放大倍數(shù)就越大，它將偏差放大的力量越強，把握力,比例把握作用的強弱通過調(diào)整比例P實現(xiàn).區(qū)間。一表的量程是有限的，超出這個量程的比例輸出是不行能的。16m3-8解答:1),往往不能有效推動閥門.實際應用37 所示，稱為實際微分.39（PID）三作用把握規(guī)律的數(shù)學表達式。解答:310解答：1）比例把握準時、反應靈敏，偏差越大,把握力越強;但結(jié)果存在余差。2)積分把握可以達到無余差；但動作緩慢，把握不準時，不單獨使用.3）微

13、分把握能起到超前調(diào)整作用;但輸入偏差不變時,把握作用消逝，不單獨使用。311DDZ型基型把握器由哪幾部分組成?各組成部分的作用如何？解答：P79組成如圖 3-11 所示。P79。3-12解答：I0 與手動操作的輸入信號成積分關系；I0 與手動操作的輸入信號成比例關系.313PID 電路時實行了哪些措施？P841）調(diào)整器進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換后,輸出值不發(fā)生跳動，即狀態(tài)轉(zhuǎn)換無沖擊.2)CM、CI。P85中。314PID P、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)分別具有什么含義？?若將取?解答：P （也就是把握閥從全關到全開或相反相應的輸入測量值變化占儀表輸入量程的百分比。比例作用的強弱取決于比例度的大 小。，則積分

14、作用消逝。微分時間常數(shù)含義：越大,微分作用越強;0，微分作用消逝.3-15/反作用？在電路中是如何實現(xiàn)的？解答：1)正作用：偏差=測量值-給定值； =給定值測量值。2）運放輸入端的切換開關實現(xiàn)的。316420mA電流的?解答：接受差動輸入方式，可以消退公共地線上的電壓降帶來的誤差。P83 下的輸出電路.318 PID算法？解答：1）P91 式(318）2）改進的算法：4 章 思考題與習題?各起什么作用?解答：執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)整機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)的作用：按調(diào)整器輸出的把握信號，驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)動作；調(diào)整機構(gòu)的作用：由閥芯在閥體內(nèi)的移動，轉(zhuǎn)變閥芯與閥座之間的流通面積 ,從而轉(zhuǎn)變被控介質(zhì)的流量。42?解答：類型

15、：直通單座閥、直通雙座閥。:小口徑、低壓差的場合；直通雙座閥使用場合:大口徑、大壓差的場合.?常用的調(diào)整閥抱負流量特性有哪些？解答：抱負流量特性：在調(diào)整閥前后壓差固定的狀況下得出的流量特性稱為固有流量特性，也叫抱負流量特性。連使用,閥門兩端的壓差隨流量變化而變化，這時的流量特性稱為工作流量特性。（對數(shù))流量特性、快開特性46解答：可調(diào)范圍：反映調(diào)整閥可把握的流量范圍，用RQmax/Qmin之比表示。R越大，調(diào)整流量的范圍越寬,性能指標就越好。由于串聯(lián)管道阻力的影響.47解答：,閥門全開時,閥門前后的最小壓S1 時，由于串聯(lián)管道阻力的影響，使閥門開大時流量達不到預期的值,也 漸漸趨近于直線特性。

16、48解答：,為氣開式。閥為氣關式。閥的開關狀態(tài)應能保證工藝設備和操作人員的平安。4-9 熱器的耐熱材料不被燒壞，試確定蒸氣管道上調(diào)整閥的氣開、氣關形式。解答:氣開式調(diào)整閥。4-11/氣轉(zhuǎn)換器的用途與工作原理.解答：P113用途： 為了使氣動閥能夠接收電動調(diào)整器的輸出信號，必需使用電氣轉(zhuǎn)換器把調(diào)整器輸出的標準電流信換為 20100kPa 的標準氣壓信號.I通入線圈.I得吸力增大,使杠桿左端下移，并帶動安杠桿上的擋板靠近噴嘴，轉(zhuǎn)變噴嘴和擋板之間的間隙。噴嘴擋板機構(gòu)是氣動儀表中最基本的變換和放大環(huán)節(jié),能將擋板對于噴嘴的微小位20l00kPa 的氣壓信號p 去推動閥門。412 試述電/氣閥門定位器的基

17、本原理與工作過程。解答:P115在杠桿上繞有力線圈，并置于磁場之中。當輸入電流I增大時，力線圈產(chǎn)生的磁場與永久磁鐵相作用，使杠桿繞支點 O 順時針轉(zhuǎn)動,帶動擋板靠近噴嘴，使其背壓增大，經(jīng)氣動功率放大器放大后，推動薄膜執(zhí)行機構(gòu)使閥桿移動。4-14 電動儀表怎樣才能用于易燃易爆場所？平安火花是什么意思？解答：使其不會給現(xiàn)場帶來危急.爆炸性氣體的點火能量之下。4-16 齊納式平安柵的基本結(jié)構(gòu)是什么?它是怎樣限壓、限流的？解答：4-19 所示。利用齊納二極管的反向擊穿特性進行限壓，用電阻進行限流.5 章 思考題與習題?解答：被控過程的數(shù)學模型是描述被控過程在輸入（把握輸入與擾動輸入)作用下,其狀態(tài)和輸

18、出（被控參數(shù)）變化的數(shù)學表達式.52解答：目的：錯誤! 設計過程把握系統(tǒng)及整定把握參數(shù);錯誤! 指導生產(chǎn)工藝及其設備的設計與操作；3對被控過程進行仿真爭辯；錯誤培訓運行操作人員；5工業(yè)過程的故障檢測與診斷。具有純滯后的一階和二階模型，最常用的是帶純滯后的一階形式。?各有什么要求和局限性?解答：P127方法：機理法和測試法。聯(lián)系?解答：,從外部流入被控過程的物質(zhì)或能量流量稱為流入量.流出量：從被控過程流出的物質(zhì)或能量流量稱為流出量。2）區(qū)分與聯(lián)系：:把握變量和擾動變量.把握系統(tǒng)的輸出變量:系統(tǒng)的被控參數(shù).55解答:P128與轉(zhuǎn)換有親密關系.56?具有自衡特性被控過程的系統(tǒng)框圖有什么特點？解答：在

19、擾動作用破壞其平衡工況后,被控過程在沒有外部干預的狀況下自動恢復平衡的特性，稱為自衡特性。被控過程輸出對擾動存在負反饋.5-7解答: 1）單容：只有一個儲蓄容量.2）多容：有一個以上儲蓄容量。58?滯后又哪幾種?產(chǎn)生的緣由是什么?解答:滯后特性:過程對于擾動的響應在時間上的滯后.容量滯后：多容過程對于擾動的響應在時間上的這種延遲被稱為容量滯后。純滯后:在生產(chǎn)過程中還經(jīng)常遇到由(物料能量信號)傳輸延遲引起的純滯后。59對圖540 所示的液位過程，輸入量為,流出量為、,液位為被控參數(shù)，水箱截面為,并設、為線性液阻。列寫液位過程的微分方程組；畫出液位過程的框圖；解答:（1)（2）框圖如圖:（3)51

20、0510 串聯(lián)雙容液位過程的微分方程組，并求出傳遞函數(shù).解答：方程組：傳遞函數(shù)：式中:3)過程框圖：512何為測試法建模？它有什么特點?解答：是依據(jù)工業(yè)過程輸入、輸出的實測數(shù)據(jù)進行某種數(shù)學處理后得到數(shù)學模型.通過外部測試來描述它的特性。513解答：P139（1）合理地選擇階躍輸入信號的幅度(2)試驗時被控過程應處于相對穩(wěn)定的工況要認真記錄階躍曲線的起始部分多次測試，消退非線性5-14的階躍響應曲線的優(yōu)點是什么？1）2）0102001020406080100140180250300400500600000.20。82。03。65。48。811。814。416。618.419。2 19。6 當階躍

21、擾動為時：（1）畫出液位的階躍響應曲線；（2)用一階慣性環(huán)節(jié)加滯后近似描述該過程的動態(tài)特性,解答：(1）（2）6 章 思考題與習題解答：測量變送器、調(diào)整器、調(diào)整閥、被控過程四個環(huán)節(jié)組成。62解答：平安性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性.63解答:把握系統(tǒng)方案設計；工程設計；工程安裝和儀表調(diào)校;調(diào)整器參數(shù)整定。64解答:P174生疏和理解生產(chǎn)對把握系統(tǒng)的技術要求與性能指標建立被控過程的數(shù)學模型（3)把握方案的確定（4)把握設備選型（5)試驗（或仿真）驗證選擇被控參數(shù)應遵循哪些基本原則？什么是直接參數(shù)？什么是間接參數(shù) ?兩者有何關系？解答：1）原則：必需依據(jù)工藝要求,深化分析、生產(chǎn)過程，找出對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、生

22、及變化的參數(shù)作為被控參數(shù)。2)直接參數(shù)：能直接反映生產(chǎn)過程中產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量,又易于測量的參數(shù)生產(chǎn)過程的實際狀況。兩者關系：間接參數(shù)是直接參數(shù)的單值函數(shù)。選擇把握變量時,為什么要分析被控過程的特性？為什么期望把握通道放大系數(shù)要可能大?解答：把握變量和干擾變量對被控參數(shù)的影響都于過程的特性親密相關.K0 越大,系統(tǒng)的靜態(tài)偏差越小，表明把握作用越靈敏,克服擾動的力量越強，把握效果越好。T0 小，被控參數(shù)對把握變量的反應靈敏、把握準時，從而獲得良好的把握品質(zhì)。0 的存在會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。0 值越大，對系統(tǒng)的影響越大.Kf 越小,表明外部擾動對被控參數(shù)的影響越小。時間常數(shù)的影響越小，系統(tǒng)的把握品質(zhì)越

23、好。67當被控過程存在多個時間常數(shù)時，為什么應盡量使時間常數(shù)錯開？P182由自控理論學問可知,開環(huán)傳遞函數(shù)中幾個時間常數(shù)值錯開，可提高系統(tǒng)的工作頻率，減小過渡過程時間和最大偏差等，改善把握質(zhì)量。?怎樣克服或減小純滯后?解答：1）P1841、2、3、42)合理選擇檢測點.在什么范圍比較合適？解答：,靈的狀況。飽和狀態(tài)，使系統(tǒng)臨時處于失控工況，這對擾動偏差的消退不利。1585%之間。610選擇調(diào)整閥氣開、氣關方式的首要原則是什么？解答：保證人身平安、系統(tǒng)與設備平安是調(diào)整閥開、關作用方式選擇的首要原則.611解答：確定原則是整個單回路構(gòu)成負反饋系統(tǒng)。6-12 在蒸氣鍋爐運行過程中，必需滿足汽-水平衡

24、關系，汽包水位是一個格外主要的指標.當液位過低時,汽包中的水易被燒干引發(fā)生產(chǎn)事故,LC2281)調(diào)整閥：氣關方式.調(diào)整器：正作用.框圖： 所示的化工過程中，化學反應為吸熱反應。為使化學反應持續(xù)進629 TC 正、反作用；畫出該把握系統(tǒng)的框圖。解答：1)調(diào)整閥：氣開式。2）調(diào)整器：反作用。3)框圖：614解答：P193比例把握：是最簡潔的調(diào)整規(guī)律，它對把握作用和擾動作用的響應都很快速 .比例調(diào)整只有一個參數(shù),整定簡便.比例調(diào)整的主要缺點是系統(tǒng)存在靜差。積分把握:,只能用于有自衡特性的簡潔對象、很少單獨使用。微分把握：超前調(diào)整。解答：P201衰減曲線法： 響應曲線法： 閱歷法：如圖 6-30 所示

25、熱交換器，將進入其中的冷卻物料加熱到設定溫度.工藝要求熱物料溫度的,而且不能發(fā)生過熱狀況，以免造成生產(chǎn)事故。試設計一個簡潔把握系統(tǒng)，實現(xiàn)熱物料的溫度把握，并確定調(diào)整閥的氣開、氣關方式,調(diào)整器的正反作用方式，以及調(diào)整器的調(diào)整規(guī)律。解答: 熱交換器出口溫度.2）把握參數(shù)選擇：3）檢測儀表選擇：4）調(diào)整閥選擇:，1 流量特性選擇：對數(shù)流量特性。錯誤! 氣開、氣關方式選擇:氣開.調(diào)整器選擇：錯誤! 調(diào)整規(guī)律選擇:PIPID.錯誤! 正反作用方式選擇：反作用方式。系統(tǒng)各環(huán)節(jié)正、負符號判別：被控過程：；變送器:;調(diào)整閥：；畫出把握系統(tǒng)流程圖：如圖所示.畫出把握系統(tǒng)方框圖：如圖所示。簡述把握系統(tǒng)工作原理:7 章 思考題