過程控制與自動化儀表第三版課后答案

傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！/傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！第1章思考題與習(xí)題1．基本練習(xí)題（1）簡述過程控制的特點(diǎn)。答：1．控制對象復(fù)雜、控制要求多樣2．控制方案豐富3．控制多屬慢過程參數(shù)控制4．定值控制是過程控制的一種主要控制形式5．過程控制系統(tǒng)由規(guī)范化的過程檢測控制儀表組成（2）什么是過程控制系統(tǒng)？試用方框圖表示其一般組成。答：過程控制系統(tǒng)：一般是指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動控制系統(tǒng)的變量是溫度、壓力、流量、液位、成份等這樣一些變量的系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)的一般性框圖如圖1-1所示：圖1-1過程控制系統(tǒng)的一般性框圖（3）單元組合式儀表的統(tǒng)一信號是如何規(guī)定的？答：各個單元模塊之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。1）模擬儀表的信號：氣動0.02~0.1MPa；電動Ⅲ型：4~20mADC或1~5VDC。2）數(shù)字式儀表的信號：無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。（4）試將圖1-2加熱爐控制系統(tǒng)流程圖用方框圖表示。答：加熱爐控制系統(tǒng)流程圖的方框圖如圖1-3所示：傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！圖1-2加熱爐過程控制系統(tǒng)流程圖1-3加熱爐過程控制系統(tǒng)流程方框圖（5）過程控制系統(tǒng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)有哪些？各自是如何定義的？答：1）單項(xiàng)性能指標(biāo)主要有：衰減比、超調(diào)量與最大動態(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。2）各自定義為：衰減比：等于兩個相鄰的同向波峰值之比n；超調(diào)量：第一個波峰值與最終穩(wěn)態(tài)值y（）之比的百分?jǐn)?shù)：最大動態(tài)偏差A(yù)：在設(shè)定值階躍響應(yīng)中，系統(tǒng)過渡過程的第一個峰值超出穩(wěn)態(tài)值的幅度；靜差，也稱殘余偏差C：過渡過程結(jié)束后，被控參數(shù)所達(dá)到的新穩(wěn)態(tài)值y（）與設(shè)定值之間的偏差C稱為殘余偏差，簡稱殘差；傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！調(diào)節(jié)時(shí)間：系統(tǒng)從受干擾開始到被控量進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)值的（）范圍內(nèi)所需要的時(shí)間；振蕩頻率：過渡過程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的時(shí)間間隔叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率；上升時(shí)間：系統(tǒng)從干擾開始到被控量達(dá)到最大值時(shí)所需時(shí)間；峰值時(shí)間：過渡過程開始至被控參數(shù)到達(dá)第一個波峰所需要的時(shí)間。（6）誤差積分指標(biāo)有什么缺點(diǎn)？怎樣運(yùn)用才較合理？答：誤差積分指標(biāo)存在的缺點(diǎn)是不能保證控制系統(tǒng)具有合適的衰減率。因此，通常先確定衰減率，然后再考慮使某種誤差積分為最小。（7）簡述過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。答：過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟：1.確定控制目標(biāo)；2．選擇被控參數(shù)；3.選擇控制量；4.確定控制方案；5.選擇控制策略；6.選擇執(zhí)行器；7.設(shè)計(jì)報(bào)警和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)；8.系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)；9．系統(tǒng)投運(yùn)、調(diào)試和整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。（8）通常過程控制系統(tǒng)可分為哪幾種類型？試舉例說明。答：過程控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同主要分為三類：1.反饋控制系統(tǒng)：反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)被控參數(shù)與給定值的偏差進(jìn)行控制的，最終達(dá)到或消除或減小偏差的目的，偏差值是控制的依據(jù)。它是最常用、最基本的過程控制系統(tǒng)。2．前饋控制系統(tǒng)：前饋控制系統(tǒng)是根據(jù)擾動量的大小進(jìn)行控制的，擾動是控制的依據(jù)。由于沒有被控量的反饋，所以是一種開環(huán)控制系統(tǒng)。由于是開環(huán)系統(tǒng)，無法檢查控制效果，故不能單獨(dú)應(yīng)用。3.前饋－反饋控制系統(tǒng)：前饋控制的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠迅速及時(shí)的克服主要擾動對被控量的影響，而前饋—反饋控制利用反饋控制克服其他擾動，能夠使被控量迅速而準(zhǔn)確地穩(wěn)定在給定值上，提高控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！舉例說明：在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中，將蒸汽流量作為前饋信號，汽包水位作為主被控參數(shù)，給水流量作為副被控參數(shù)，構(gòu)成了前饋-反饋串級控制系統(tǒng)。（9）兩個流量控制系統(tǒng)如圖1-4所示。試分別說明它們是屬于什么系統(tǒng)？并畫出各自的系統(tǒng)框圖。圖1-4兩個流量控制回路示意圖答：系統(tǒng)1是前饋控制系統(tǒng)，系統(tǒng)2是反饋控制系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖1-5如下：系統(tǒng)1系統(tǒng)2圖1-5兩個流量控制回路方框圖（10）只要是防爆儀表就可以用于有爆炸危險(xiǎn)的場所嗎？為什么？答：1）不是這樣。2）比如對安全火花型防爆儀表，還有安全等級方面的考慮等。（11）構(gòu)成安全火花型防爆控制系統(tǒng)的儀表都是安全火花型的嗎？為什么？答：1）是的。2）因?yàn)榘踩鸹ㄐ头辣到y(tǒng)必備條件之一為：現(xiàn)場儀表必須設(shè)計(jì)成安全火花型。2．綜合練習(xí)題（1）簡述圖1-6所示系統(tǒng)的工作原理，畫出控制系統(tǒng)的方框圖并寫明每一方框圖的輸入/輸出變量名稱和所用儀表的名稱。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！圖1-6控制系統(tǒng)流程圖答：1）圖為液位控制系統(tǒng)，由儲水箱（被控過程）、液位檢測器（測量變送器）、液位控制器、調(diào)節(jié)閥組成的反饋控制系統(tǒng)，為了達(dá)到對水箱液位進(jìn)行控制的目的，對液位進(jìn)行檢測，經(jīng)過液位控制器來控制調(diào)節(jié)閥，從而調(diào)節(jié)Q1（流量）來實(shí)現(xiàn)液位控制的作用。2）框圖如圖1-7所示：圖1-7控制系統(tǒng)框圖3）控制器輸入輸出分別為：設(shè)定值與反饋值之差e(t)、控制量u(t)；執(zhí)行器輸入輸出分別為：控制量u(t)、操作變量Q1(t)；被控對象的輸入輸出為：操作變量Q1(t)、擾動量Q2(t)，被控量h；所用儀表為：控制器（例如PID控制器）、調(diào)節(jié)閥、液位測量變送器。（2）什么是儀表的信號制？通常，現(xiàn)場與控制室儀表之間采用直流電流信號、控制室內(nèi)部儀表之間采用直流電壓信號，這是為什么？答：1）儀表的信號制是指在成套系列儀表中，各個儀表的輸入/輸出信號均采用某種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)形式，使各個儀表間的任意連接成為可能。2）通常，現(xiàn)場與控制室儀表之間采用直流電流信號：因?yàn)橹绷鞅冉涣鞲蓴_少、直流信號對負(fù)載的要求簡單，而且電流比電壓更利于遠(yuǎn)傳信息?？刂剖覂?nèi)部儀表之間采用直流電壓信號：因?yàn)槿魏我粋€儀表拆離信號回路都不會影響其他儀表的運(yùn)行，同時(shí)，各個儀表具有公共接地點(diǎn)，可以共用一個直流電源。（3）某化學(xué)反應(yīng)過程規(guī)定操作溫度為80±5℃，最大超調(diào)量小于或等于5％，要求設(shè)計(jì)的定值控制系統(tǒng)，在設(shè)定值作最大階躍干擾時(shí)的過渡過程曲線如圖1-8所示。要求：1）計(jì)算該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、衰減比、最大超調(diào)量和過渡過程時(shí)間；傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！2）說明該系統(tǒng)是否滿足工藝要求。圖1-8設(shè)定值干擾的過渡過程曲線示意圖答：1）由上圖可得y(∞)=81℃，設(shè)定值r=80℃,B1=85?81=4,B2=82?81=1穩(wěn)態(tài)誤差e(∞)=r?y(∞)=80℃-81℃=?1℃衰減比：，最大超調(diào)量：過渡過程時(shí)間ts：大概在18min左右。2）雖然該系統(tǒng)最大超調(diào)滿足要求，然而在規(guī)定操作溫度為80℃，而最后趨于穩(wěn)定的值卻為81℃，因此不滿足工藝要求。（4）圖1-9所示為一類簡單鍋爐汽泡水位控制流程圖，試畫出該控制系統(tǒng)框圖，并說明其被控過程、被控參數(shù)、控制參數(shù)和干擾參數(shù)各是什么？圖1-9鍋爐汽泡水位控制流程圖答：1）控制系統(tǒng)框圖如圖1-10所示： 傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！圖1-10鍋爐汽泡水位控制框圖2）被控過程：加熱器+汽包；被控參數(shù)：汽包水位；控制參數(shù)：上水流量；干擾參數(shù)：蒸汽流量變化。3．設(shè)計(jì)題（1）舉出你所見到的過程控制系統(tǒng)的實(shí)例，并指明其被控過程、被控參數(shù)、控制參數(shù)（或控制介質(zhì)）、干擾作用，畫出其控制流程圖和系統(tǒng)方框圖。略（2）試舉你所見到的前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的實(shí)例，畫出其控制流程圖和系統(tǒng)方框圖。略傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！第2章思考題與習(xí)題1．基本練習(xí)題（1）簡述過程參數(shù)檢測在過程控制中的重要意義以及傳感器的基本構(gòu)成。答：1）過程控制通常是對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、成分等工藝參數(shù)進(jìn)行控制，使其保持為定值或按一定規(guī)律變化，以確保產(chǎn)品質(zhì)量的生產(chǎn)安全，并使生產(chǎn)過程按最優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行。要想對過程參數(shù)實(shí)行有效的控制，首先要對他們進(jìn)行有效的檢測，而如何實(shí)現(xiàn)有效的檢測，則是有檢測儀表來完成。檢測儀表是過程控制系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)的控制精度首先取決與檢測儀表的精度。檢測儀表的基本特性和各項(xiàng)性能指標(biāo)又是衡量檢測精度的基本要素。2）傳感器的基本構(gòu)成：通常是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、電源及信號調(diào)理/轉(zhuǎn)換電路組成。（2）真值是如何定義的？誤差有哪些表現(xiàn)形式？各自的意義是什么？儀表的精度與哪種誤差直接有關(guān)？答：真值指被測物理量的真實(shí)（或客觀）取值。誤差的各表現(xiàn)形式和意義為：最大絕對誤差：絕對誤差是指儀表的實(shí)測示值與真值的差值，記為，如式（2-1）所示： （2-1）相對誤差：相對誤差一般用百分?jǐn)?shù)給出，記為，如式（2-2）所示： （2-2）引用誤差：引用誤差是儀表中通用的一種誤差表示方法。它是相對儀表滿量程的一種誤差，一般也用百分?jǐn)?shù)表示，記為，如式（2-3）所示： （2-3）式中，儀表測量范圍的上限值；儀表測量范圍的下限值?；菊`差：基本誤差是指儀表在國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下使用時(shí)所出現(xiàn)的誤差。附加誤差附加誤差是指儀表的使用條件偏離了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件所出現(xiàn)的誤差。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！3)儀表的精度與最大引用誤差直接有關(guān)。（3）某臺測溫儀表測量的上下限為500℃~1000℃，它的最大絕對誤差為±2℃，試確定該儀表的精度等級；答：

根據(jù)題意可知：最大絕對誤差為±2℃則精度等級所以儀表精度等級為0.4級（4）某臺測溫儀表測量的上下限為100℃~1000℃，工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過±2℃，應(yīng)選精度等級為多少的儀表才能滿足工藝要求？答：由題可得：儀表精度等級至少為0.001級。或者0.002（5）有一臺DDZ-Ⅲ型兩線制差壓變送器，已知其量程為20~100kPa，當(dāng)輸入信號為40kPa和80kPa時(shí)，變送器的輸出分別是多少？答：由題可得：變送器輸出的分別是8mA和16mA。（6）設(shè)有某DDZ-Ⅲ型毫伏輸入變送器，其零點(diǎn)遷移值mVDC，量程為12mVDC。現(xiàn)已知變送器的輸出電流為12mADC。試問：被測信號為多少毫伏？答：由題可得：被測信號為12毫伏。（7）智能溫度變送器有哪些特點(diǎn)？簡述TT302溫度變送器的工作原理。答：1）智能溫度變送器特點(diǎn)為：a）通用性強(qiáng)；b）使用靈活；c）多種補(bǔ)償校正功能；d）控制功能；e）通信功能；f）自診斷功能；2)TT302溫度變送器的工作原理：a)在結(jié)構(gòu)上，它由輸入模板、主電路模板和顯示器三部分組成。其中，輸入模板由多路轉(zhuǎn)換器（MUX）、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器和隔離部分組成。主板由微處理器系統(tǒng)、通信控制器、信號整形電路、本機(jī)調(diào)整和電源等組成，它是變送器的核心部件。顯示器為液晶式微功耗數(shù)字顯示器，可顯示四位半數(shù)字和五位字母。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！b）軟件分為系統(tǒng)程序和功能模塊兩大部分。系統(tǒng)程序使變送器各硬件電路能正常工作并實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的功能，同時(shí)完成各部分之間的管理；功能模塊提供了各種功能，用戶可以通過選擇以實(shí)現(xiàn)所需要的功能。（8）1151智能式差壓變送器有哪些特點(diǎn)？它的硬件構(gòu)成有哪幾部分？答：1）1151智能式差壓變送器具有如下特點(diǎn)：a）測量精度高，基本誤差僅為±0.1％，而且性能穩(wěn)定、可靠；b）具有溫度、靜壓補(bǔ)償功能，以保證儀表精度；c）具有數(shù)字、模擬兩種輸出方式，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信；d）具有數(shù)字微調(diào)、數(shù)字阻尼、通信報(bào)警、工程單位換算和有關(guān)信息的存儲等功能。2）硬件構(gòu)成分為6部分：傳感器部分，A/D轉(zhuǎn)換器，CPU，HART通信部分，數(shù)/模轉(zhuǎn)換及電壓調(diào)整電路，監(jiān)控電路。（9）溫度變送器接受直流毫伏信號、熱電偶信號和熱電阻信號時(shí)有哪些不同？答：直流毫伏信號與熱電偶信號的兩點(diǎn)區(qū)別是輸入信號由直流毫伏信號變?yōu)闊犭娕嫉臒犭妱觿菪盘?，該信號會隨熱電偶冷端溫度的變化而變化，因而需要對其進(jìn)行矯正，其矯正電壓由銅電阻變化的阻值來提供。而熱電阻信號由于其他不同：它用三限制接入電路取代了冷端溫度補(bǔ)償電路。對鉑電阻測溫進(jìn)行了非線性校正。非線性校正不是采用折線擬合方法而是采用正反饋方法。（10）什么叫壓力？表壓力、絕對壓力、負(fù)壓力之間有何關(guān)系？答：所謂的壓力是指垂直作用與單位面積上的力。表壓力是指絕對壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ睢＝^對壓力是指相對于絕對真空所測量得到的壓力。負(fù)壓是指絕對壓力小于大氣壓力之時(shí)，大氣壓力與絕對壓力之差。（11）體積流量、質(zhì)量流量、瞬時(shí)流量和累積流量的含義各是什么？答：體積流量是以體積表示的瞬時(shí)流量。質(zhì)量流量是以質(zhì)量表示的瞬時(shí)流量。瞬時(shí)流量和累積流量可以用體積表示，也可以用重量或質(zhì)量表示。瞬時(shí)流量：單位時(shí)間內(nèi)流過工藝管道某截面積的流體數(shù)量。累積流量：某一段時(shí)間內(nèi)流過工藝管道某截面積的流體總量。（12）某被測溫度信號在40~80℃范圍內(nèi)變化，工藝要求測量誤差不超過±1％，現(xiàn)有兩臺測溫儀表，精度等級均為0.5級，其中一臺儀表的測量范圍為0~100℃，另一臺儀表的測量范圍為0~200℃，試問：這兩臺儀表能否滿足上述測量要求?答：由題可得：這兩臺儀表均不能滿足上述測量要求。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除?。?3）熱電偶測溫時(shí)為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？其補(bǔ)償方法常采用哪幾種？答：1）只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度恒定時(shí)，其熱電動勢才是單值函數(shù)。依據(jù)等值替換原理制成的補(bǔ)償導(dǎo)線，雖然可以將冷端延伸到溫度相對穩(wěn)定的地方，但還不能保持絕對不變。因此，為了消除冷端溫度不為零或變化時(shí)對測量精度的影響，可以進(jìn)行冷端溫度校正。2）補(bǔ)償方法常采用查表校正法和電橋補(bǔ)償法。（14）熱電阻測溫電橋電路中的三線制接法為什么能減小環(huán)境溫度變化對測溫精度的影響？答：三線制接法就是在熱電阻根部的一端引出一根導(dǎo)線，而在另一端引出兩根導(dǎo)線，分別與電橋中的相關(guān)元件相接。這種接法可利用電橋平衡原理較好的消除導(dǎo)線電阻的影響，所以這種接法是目前工業(yè)過程中最常用的接線方式。2．綜合練習(xí)題（1）某一標(biāo)定為100~600℃的溫度計(jì)出廠前經(jīng)校驗(yàn)，各點(diǎn)的測量結(jié)果值如下：被校表讀數(shù)/℃100150200250300400500600標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/℃1021492042562964034956061)試求該儀表的最大絕對誤差。2）確定該儀表的精度等級。3）經(jīng)過一段時(shí)間使用后，儀表的最大絕對誤差為±7℃，問此時(shí)儀表的精度等級為多少？答：1）儀表的最大絕對誤差為：±6℃。2）根據(jù)，可知：儀表的精度等級1.2級。3）此時(shí)儀表的精度等級不變，仍然為1.2級。（2）用分度號Pt100的熱電阻測溫，卻錯查了Cu50的分度表，得到的溫度是250℃。問實(shí)際溫度是多少？答：根據(jù)題意可知：實(shí)際溫度為-120.8℃。（3）若被測壓力的變化范圍為0.5~1.4MPa，要求測量誤差不大于壓力示值的±5％，可供選用的壓力表規(guī)格：量程為0~1.6MPa，0~2.5MPa，0~4MPa，精度等級為1.0、1.5、2.5。試選擇合適量程和精度的壓力表。答：根據(jù)題意可知：傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！最大測量誤差為?max＝1.4×（＋5％）＝＋0.07Mpa1）量程確定：應(yīng)滿足工作最大壓力小于儀表量程的2/3處，即1.4MPa×3/2＝2.1MPa可以選量程為0～2.5MPa的彈簧壓力表。2）精度等級確定：求出基本誤差，以確定滿足要求的精度等級。，允許的精度等級為2.5級。綜上分析，選擇量程為0～2.5MPa，精度等級為2.5級的彈簧壓力表。該表的最大絕對誤差：?max＝2.5×（＋2.5％）＝＋0.0625MPa，<0.07MPa所以滿足要求。（4）已知某負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，在溫度為298K時(shí)阻值；當(dāng)溫度為303K時(shí)阻值。試求該熱電阻的材料常數(shù)B和298K時(shí)的電阻溫度系數(shù)。答：根據(jù)半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻值和溫度的函數(shù)近似關(guān)系如式（2-4）所示： （2-4）得該熱電阻的材料常數(shù)溫度系數(shù)在298K時(shí)，。（5）用差壓變送器與標(biāo)準(zhǔn)孔板配套測量管道介質(zhì)流量。若差壓變送器量程為0~Pa，對應(yīng)輸出信號為4~20mADC，相應(yīng)流量為0~320m3/h。求差壓變送器輸出信號為8mADC時(shí)，對應(yīng)的差壓值及流量值各是多少？答：根據(jù)題意可知：斜率差壓值y=2500pa流量值（6）什么是FSK信號？HART協(xié)議的通信方式是如何實(shí)現(xiàn)的？答：傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！FSK信號：頻移鍵控，就是用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率。是信息傳輸中使用較早的一種傳輸方式。HART協(xié)議的通訊方式是由調(diào)制器、解調(diào)器、載波檢測電路和時(shí)基電路構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的數(shù)字信號與FSK信號之間的相互轉(zhuǎn)化。（7）利用壓力表測量某容器中的壓力，工藝要求其壓力為1.3±0.06MPa，現(xiàn)可供選擇壓力表的量程有0~1.6MPa，0~2.5MPa，0~4.0MPa，其精度等級有1.0、1.5、2.0、2.5、4.0，試合理選用壓力表量程和精度等級。答：根據(jù)題意可知：最大測量誤差為?max＝±0.06Mpa1）量程確定：應(yīng)滿足工作最大壓力小于儀表量程的2/3處，即1.36MPa×3/2＝2.04MPa可以選量程為0～2.5MPa的壓力表。2）精度等級確定：求出基本誤差，以確定滿足要求的精度等級。，允許的精度等級為2.0級。綜上分析，選擇量程為0～2.5MPa，精度等級為2.0級的壓力表。該表的最大絕對誤差：?max＝2.5×（±2.0％）＝±0.05MPa，<0.06MPa所以滿足要求。3．設(shè)計(jì)題（1）用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度，在無冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，顯示儀表指示值為600℃，此時(shí)冷端溫度為50℃。試問：實(shí)際溫度是多少？如果熱端溫度不變，使冷端溫度為20℃時(shí)，此時(shí)顯示儀表指示值應(yīng)為多少？答：1）已知冷端溫度為50℃，由分布表可查得又已知熱電動勢E=24.902+2.022=26.924mV所以實(shí)際溫度為648℃。2）當(dāng)冷端溫度為20℃時(shí)，熱電勢為0.79826.924-0.798=26.126mV26.176-25.751=0.425mV當(dāng)冷端溫度為20℃時(shí)，顯示儀表指示值為629傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除?。?）某容器的正常工作壓力范圍為1.0~1.5MPa，工藝要求就地指示壓力，并要求測量誤差小于被測壓力的±5％，試選擇一個合適的壓力表（類型、量程、精度等級等），并說明理由。答：根據(jù)題意知：壓力范圍1.0～1.5MPa允許最大誤差：emax＝1.5×（5％）＝0.075MPa1）量程確定：應(yīng)滿足工作最大壓力小于儀表量程的2/3處，即1.5MPa×3/2＝2.21MPa可以選量程為0～2.5MPa的彈簧壓力表。2）精度等級確定：求出基本誤差，以確定滿足要求的精度等級。，允許的精度等級為3級。綜上分析，選擇量程為0～2.5MPa，精度等級為3級的彈簧壓力表。該表的最大絕對誤差：?max＝2.5×（3％）＝0.075MPa，<=0.075MPa所以滿足要求。（3）如圖2-1所示，利用雙室平衡容器對鍋爐汽包液位進(jìn)行測量。已知MPa，kg/m3，kg/m3，kg/m3，m，m。試求差壓變送器的量程，并判斷零點(diǎn)遷移的正負(fù)方向，計(jì)算遷移量。答：1）差壓液位計(jì)的量程為

：

當(dāng)液位最低時(shí)，差壓液位計(jì)的正、負(fù)壓室的受力為：

則遷移量

變送器的量程為Pa

2)因?yàn)镻+＜P-，故為負(fù)遷移；遷移量為。（4）某控制系統(tǒng)中有一個量程為20~100kPa、精度等級為0.5級的差壓變送器，在校驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，該儀表在整個量程范圍內(nèi)的絕對誤差的變化范圍為-0.5~+0.4kPa，試問：該變送器能否直接被原控制系統(tǒng)繼續(xù)使用？為什么？答：允許最大誤差：?max＝100×（0.5％）＝0.5kPa這個范圍大于－0.5～＋0.4kPa，所以該變送器能直接北苑控制系統(tǒng)繼續(xù)使用。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！（5）用K型熱電偶測量兩點(diǎn)溫差，其連接線路如圖2-2所示。已知℃，℃，測得兩點(diǎn)溫差電勢為15.24mV，試求兩點(diǎn)溫差為多少？后來發(fā)現(xiàn)，溫度下的那只熱電偶錯用E型熱電偶，其它都正確，試求兩點(diǎn)實(shí)際溫差。 圖2-1鍋爐汽包液位的測量 圖2-2兩點(diǎn)溫差檢測答：1）經(jīng)查表得：故而兩點(diǎn)溫差為2）則：經(jīng)查表得：故而兩點(diǎn)溫差為傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！第3章思考題與習(xí)題1．基本練習(xí)題（1）在過程控制中，哪些儀表是屬于過程控制儀表？在過程控制系統(tǒng)中，大多數(shù)調(diào)節(jié)器是電動的，而執(zhí)行器多數(shù)是氣動的，這是為什么？氣動單元組合儀表與電動單元組合儀表各單元之間的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號又是如何規(guī)定的？答：1）在過程控制中，過程控制儀表有：調(diào)節(jié)器、電/氣轉(zhuǎn)換器、執(zhí)行器、安全柵等。2）調(diào)節(jié)器選電動的因?yàn)殡娫吹膯栴}容易解決，作用距離長，一般情況下不受限制；調(diào)節(jié)精度高，還可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)化。執(zhí)行器多數(shù)是氣動的，因?yàn)閳?zhí)行器直接與控制介質(zhì)接觸，常常在高溫、高壓、深冷、高粘度、易結(jié)晶、閃蒸、汽蝕、易爆等惡劣條件下工作，選氣動的執(zhí)行器就沒有電壓電流信號，不會產(chǎn)生火花，這樣可以保證安全生產(chǎn)和避免嚴(yán)重事故的發(fā)生。3）氣動儀表的輸入輸出模擬信號統(tǒng)一使用0.02~0.1MPa

的模擬氣壓信號。電動儀表的輸入輸出模擬信號有直流電流、直流電壓、交流電流和交流電壓四種。各國都以直流電流和直流電壓作為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號。過程控制系統(tǒng)的模擬直流電流信號為4~20mA

DC，負(fù)載250

Ω

；模擬直流電壓信號為1~5V

DC。（2）某比例積分調(diào)節(jié)器的輸入、輸出范圍均為4~20mADC，若設(shè)、，穩(wěn)態(tài)時(shí)其輸出為6mA；若在某一時(shí)刻輸入階躍增加1mA，試求經(jīng)過4min后調(diào)節(jié)器的輸出。答：由比例積分公式（3-1）所示：（3-1）依題意：，即Kp=1,e＝1；穩(wěn)態(tài)時(shí)：y0＝6mA，4min后：傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除?。?）簡述DDZ-Ⅲ型全刻度指示調(diào)節(jié)器的基本組成、工作狀態(tài)以及開關(guān)~的作用。答：1）調(diào)節(jié)器由控制單元和指示單元組成。控制單元包括輸入電路、PD與PI電路、輸出電路、軟手動與硬手動操作電路；指示單元包括輸入信號指示電路和給定信號指示電路。2）工作狀態(tài)：自動、軟手動、硬手動三種。3）~為自動、軟手動、硬手動聯(lián)動切換開關(guān)。（4）圖3-1所示輸入電路的輸入/輸出關(guān)系為，試問：推導(dǎo)這一關(guān)系的假設(shè)條件有哪些？當(dāng)輸入導(dǎo)線電阻不可忽略時(shí)，還有上述關(guān)系嗎？請證明你的結(jié)論。圖3-1輸入電路圖答：假設(shè)運(yùn)算放大器是理想的即輸入阻抗無窮大，T點(diǎn)和F點(diǎn)同電位，。當(dāng)輸入導(dǎo)線電阻不可忽略時(shí)：（3-2）（3-3），依然可以得到原結(jié)論（5）什么叫無平衡無擾動切換？全刻度指示調(diào)節(jié)器是怎樣保證由自動到軟于動、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切換的？答：在無平衡是非平衡狀態(tài)下切換不產(chǎn)生干擾的狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換無沖擊。因?yàn)槿潭戎甘菊{(diào)節(jié)器中有PID電路，用和兩個電容保證。當(dāng)調(diào)節(jié)器由“軟手動”切向“硬手動”時(shí)其輸出值將由原來某一數(shù)值跳躍到硬手動電位器所確定的數(shù)值，這將會使內(nèi)部過程產(chǎn)生內(nèi)部繞動。如要這一過程是無擾動的話，必須在切換之前就先調(diào)整電位器傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！的位置，使其與調(diào)節(jié)器的瞬時(shí)輸出一致。換句話說，就是先平衡在切換，方可保證輸出無擾動。當(dāng)調(diào)節(jié)器由“硬手動”切向“軟手動”時(shí)，由于切換后的積分器具有保持特性，即能保證切換前的硬手動輸出狀態(tài)，故由硬手動切換軟手動時(shí)。無需“平衡”即可做到輸出無擾動。（6）調(diào)節(jié)器的正、反作用是如何規(guī)定的？答：若調(diào)節(jié)器輸出隨反饋值輸入的增加而增加，稱為正作用調(diào)節(jié)器，反之為反作用調(diào)節(jié)器。正作用：偏差=測量值-給定值；反作用：偏差=給定值-測量值。（7）數(shù)字式控制器有哪些主要特點(diǎn)？簡述其硬件的基本構(gòu)成。答：1）數(shù)字式控制器的主要特點(diǎn)：采用了模擬儀表與計(jì)算機(jī)一體的設(shè)計(jì)方法，使數(shù)字式控制器的外形結(jié)構(gòu)、面板布置、操作方式等保留了模擬調(diào)節(jié)器的特征；與模擬調(diào)節(jié)器相比具有更豐富的運(yùn)算控制功能；具有數(shù)據(jù)通信功能，便于系統(tǒng)擴(kuò)展；可靠性高具有自診斷功能，維護(hù)方便。2）數(shù)字式控制器的硬件電路由主機(jī)電路，過程輸入通道、過程輸出通道、人/機(jī)聯(lián)系部件、通信部件等。（8）SLPC數(shù)字式調(diào)節(jié)器的模塊指令有幾種主要類型？它們的操作都與什么有關(guān)？試舉一例加以說明。答：1）SLPC可編程調(diào)節(jié)器的功能模塊指令可分為四種類型，即信號輸入指令LD、信號輸出指令ST、結(jié)束指令END和各種功能指令。2）所有指令都與五個運(yùn)算寄存器~有關(guān)。3）如加法運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)。加法運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)過程如圖3-2所示。圖中~的初始狀態(tài)分別為A、B、C、D、E。圖3-2加法運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)過程加法運(yùn)算程序?yàn)長D；讀取數(shù)據(jù)傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！LD；讀取數(shù)據(jù)+；對、求和ST；將結(jié)果存入；END；運(yùn)算結(jié)束（9）執(zhí)行器由哪幾部分組成？它在過程控制中起什么作用？常用的電動執(zhí)行器與氣動執(zhí)行器有何特點(diǎn)？答：1）執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）兩部分組成。在過程控制系統(tǒng)中，他接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移來改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，以控制流入或流出被控過程的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)對過程參數(shù)的自動控制。2）特點(diǎn)：氣動執(zhí)行器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格便宜、維護(hù)方便、防火防爆的等優(yōu)點(diǎn)，電動執(zhí)行器優(yōu)點(diǎn)是能源取用方便。信號傳輸速度快和便于遠(yuǎn)傳，缺點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。價(jià)格貴，適用于防爆要求不高或缺乏氣源的場所。（10）簡述電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成及各部分的工作原理。答：主要由伺服放大器和執(zhí)行器兩大部分組成，電動執(zhí)行器是電動單元組合儀表中的執(zhí)行單元，以伺服電動機(jī)為動力的位置伺服機(jī)構(gòu)。電動執(zhí)行器接受調(diào)節(jié)器來的0~10mA或4~20MA的直流信號，將其線性地轉(zhuǎn)換成0~900的機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角或直線位置位移，用以操作風(fēng)門、擋板、閥門等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。（11）什么叫氣開式執(zhí)行器和氣關(guān)式執(zhí)行器？它們是怎樣組合的？試舉兩例分別說明它們的使用。答：1）所謂“氣開”，是指當(dāng)前氣壓信號p>0.02MPa時(shí)，閥由關(guān)閉狀態(tài)逐漸打開；“氣關(guān)”則相反，即指當(dāng)前氣壓信號p>0.02MPa時(shí)，閥由全開狀態(tài)逐漸關(guān)閉。2）組合如表3-1所示：表3-1執(zhí)行器組合表執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用方式閥體作用方式執(zhí)行器氣開、氣關(guān)形式正正氣關(guān)正反氣開反正氣開反反氣關(guān)3）舉例：一般加熱器選用“氣開”式，這樣當(dāng)控制信號中斷時(shí)，執(zhí)行器處于關(guān)閉狀態(tài)，停止加熱，使設(shè)備不會因?yàn)闇囟冗^高發(fā)生事故或危險(xiǎn)。又如，鍋爐進(jìn)水的執(zhí)行器則應(yīng)選用“氣關(guān)”式，即當(dāng)控制信號中斷時(shí)，執(zhí)行器處于打開狀態(tài)，保證有水進(jìn)入鍋爐，不致產(chǎn)生燒干或爆炸事故。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除?。?2）在過程控制系統(tǒng)中，為什么要使用電-氣轉(zhuǎn)換器？試簡述其工作原理。答：1）由于氣動執(zhí)行器有一系列優(yōu)點(diǎn)，絕大多數(shù)使用使用電動調(diào)節(jié)儀表的系統(tǒng)也是用氣動執(zhí)行器，為使氣動執(zhí)行器能夠接受電動調(diào)節(jié)器的控制信號，必須把調(diào)節(jié)器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流信號轉(zhuǎn)換為20~100kPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號。這個過程由電氣轉(zhuǎn)換器完成。2）工作原理：它是按力平衡原理設(shè)計(jì)和工作的。在其內(nèi)部有一線圈，當(dāng)調(diào)節(jié)器（變送器）的電流信號送入線圈后，由于內(nèi)部永久磁鐵的作用，使線圈和杠桿產(chǎn)生位移，帶動擋板接近（或遠(yuǎn)離）噴嘴，引起噴嘴背壓增加（或減少），此背壓作用在內(nèi)部的氣動功率放大器上，放大后的壓力一路作為轉(zhuǎn)換器的輸出，另一路饋送到反饋波紋管。輸送到反饋波紋管的壓力，通過杠桿的力傳遞作用在鐵芯的另一端產(chǎn)生一個反向的位移，此位移與輸入信號產(chǎn)生電磁力矩平衡時(shí)，輸入信號與輸出壓力成一一對應(yīng)的比例關(guān)系。即輸入信號從4mA.DC改變到20mA.DC時(shí)，轉(zhuǎn)換器的輸出壓力從0.02～0.1MPa變化，實(shí)現(xiàn)了將電流信號轉(zhuǎn)換成氣動信號的過程。（13）在過程控制系統(tǒng)中，為什么要使用閥門定位器？它的作用是什么？答：1）電氣閥門定位器除了能將電信號轉(zhuǎn)換為氣信號外，還能夠使閥桿位移與送來的信號大小保持線性關(guān)系，即實(shí)現(xiàn)控制器來的輸人信號與閥門位置之間關(guān)系的準(zhǔn)確定位，故取名為定位器。2）定位器可以使用在閥的不平衡力較大或閥桿移動摩擦力較大等場合，同時(shí)還可以利用定位器來改變閥的流量特性，改變執(zhí)行器的正、反作用。在分程控制中，利用定位器可以使閥在不同的信號段范圍內(nèi)作全行程移動。（14）什么是調(diào)節(jié)閥的流通能力，確定流通能力的目的是什么？它是怎樣計(jì)算的？答：1)調(diào)節(jié)閥的流通能力指:調(diào)節(jié)閥全開、閥前后壓差為0.1MPa、流體重度為1g/cm3時(shí)，每小時(shí)通過閥門的流體流量（m3或kg）。2)確定流通能力的目的是其調(diào)節(jié)閥的容量。3)由流體力學(xué)理論可知，當(dāng)流體為不可壓縮時(shí)，通過調(diào)節(jié)閥的體積流量如式（3-4）所示： （3-4）式中，為流量系數(shù)，它取決于調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形狀和流體流動狀況，可從有關(guān)手冊查閱或由實(shí)驗(yàn)確定；為調(diào)節(jié)閥接管截面積；為重力加速度；為流體重度。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除?。?5）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)閥的工作流量特性與阻力系數(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：1）理想流量特性：在調(diào)節(jié)閥前后壓差固定的情況下得出的流量特性稱為固有流量特性，也叫理想流量特性。2）常用理想流量特性：直線流量特性、等百分比（對數(shù)）流量特性、快開特性。3）直線流量特性是指流過調(diào)節(jié)閥的相對流量與閥門的相對開度成直線關(guān)系。等百分比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(diǎn)的相對流量成正比關(guān)系?？扉_流量特性是指在小開度時(shí)就有較大的流量隨著開度的增大，。流量很快達(dá)到最大，故稱為快開特性。4）阻力系數(shù)S定義為閥全開時(shí)閥前后壓差與系統(tǒng)總壓差的比值。5)S=1時(shí)，工作流量特性為理想流量特性。當(dāng)S<1時(shí)，閥全開時(shí)流量特性減小，隨著S減小，直線特性趨向快開特性，對數(shù)特性趨向直線特性，S值愈小，流量特性變形程度愈大。（16）直通雙座調(diào)節(jié)閥與直通單座相比，有何優(yōu)點(diǎn)？它們各自適用什么場合？答：直通雙座調(diào)節(jié)閥與直通單座相比，主要優(yōu)點(diǎn)為：允許壓差大。2）直通單座適用于泄漏要求較嚴(yán)、壓差不大的干凈介質(zhì)場合；直通雙座調(diào)節(jié)閥適用于泄漏要求不嚴(yán)、壓差較大的干凈介質(zhì)場合。（17）智能電動執(zhí)行器有哪些主要特點(diǎn)？它依據(jù)什么可以實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多用”？答:1）主要特點(diǎn)為：具有智能化和高精度的控制功能；一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想；具有智能化的自診斷與保護(hù)功能；具有靈活的組態(tài)功能，“一機(jī)多用”，提高了經(jīng)濟(jì)效益。2）通過軟件組態(tài)來實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多用”。（18）過程控制系統(tǒng)的所有儀表與裝置是否都應(yīng)考慮安全防爆？為什么？答：不是?，F(xiàn)場的所有儀表應(yīng)考慮安全防爆。非危險(xiǎn)場所的儀表則不一定要防爆，現(xiàn)場儀表與非危險(xiǎn)場所（包括控制室）之間必須經(jīng)過安全柵。（19）安全柵有在安全防爆系統(tǒng)中的主要作用是什么？簡單齊納式安全柵有何缺點(diǎn)？它是如何改進(jìn)的？答：1）安全柵的作用是將送到現(xiàn)場信號能量限制在可能引起爆炸的極限能量之內(nèi)。2）缺點(diǎn)：一是固定的限流電阻大小難以選擇。二是接地不合理通常一個信號回路只允許一點(diǎn)接地，兩點(diǎn)以上接地會造成信號通過過大的縮短或形成干擾。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！3）改進(jìn)：第一點(diǎn)改進(jìn)，由四個齊納二極管和四個快速熔絲組成雙重限壓電路并取消了直接接地點(diǎn)，改為背靠背接地的齊納二極管中心接地。第二點(diǎn)改進(jìn)，用雙重晶體管限流電路代替固定電阻，以達(dá)到近似理想的限流效果。（20）與齊納式安全柵相比，隔離式安全柵有何優(yōu)點(diǎn)？答：隔離式安全柵與齊納式安全柵相比較，有如下優(yōu)點(diǎn)：1）可以在危險(xiǎn)區(qū)或安全區(qū)認(rèn)為合適的任何一個地方接地，使用方便，通用性強(qiáng)；2）隔離式安全柵的電源、信號輸入、信號輸出均可通過變壓器耦合，實(shí)現(xiàn)信號的輸入、輸出完全隔離，使安全柵的工作更加安全可靠；3）隔離式安全柵由于信號完全浮空，大大增強(qiáng)了信號的抗干擾能力，提高了控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的可靠性。2．綜合練習(xí)題（1）用一個放大器組成的PID運(yùn)算電路如圖3-2所示。試推導(dǎo)其傳遞函數(shù)，并簡化成實(shí)際PID運(yùn)算電路的標(biāo)準(zhǔn)形式。圖3-2用二個運(yùn)算放大器組成的PID運(yùn)算電路答：根據(jù)題意，將圖3-2可分解為如下兩部分，如圖3-3所示：圖3-3（a）比例微分傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！圖3-3（b）比例積分電路經(jīng)推導(dǎo)可知：（3-5）（3-6）即簡化成實(shí)際PID運(yùn)算電路的標(biāo)準(zhǔn)形式為式（3-7）：（3-7）其中，（微分增益），，，（2）已知某比例微分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 試求單位階躍輸入作用下的輸出響應(yīng)表達(dá)式，畫出響應(yīng)曲線，并用實(shí)驗(yàn)的方法確定其微分時(shí)間，寫出實(shí)驗(yàn)步驟及所用儀器。答：1）根據(jù)題意知，系統(tǒng)傳遞函數(shù)如式（3-8）：（3-8）階躍輸入表達(dá)式如式（3-9）：傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！（3-9）在單位階躍輸入作用下的輸出響應(yīng)如式（3-10）：（3-10）經(jīng)拉式反變換得到，單位階躍輸入作用下的輸出響應(yīng)表達(dá)式如式（3-11）：（3-11）2）響應(yīng)曲線如圖3-4所示：圖3-4系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線圖圖3-5保持狀態(tài)的簡化電路（3）在比例積分電路中，若運(yùn)算放大器不是理想的，積分電容的漏電阻也不是無窮大，其保持狀態(tài)的簡化電路如圖3-圖3-5保持狀態(tài)的簡化電路經(jīng)理論分析得到如下關(guān)系：1）；2）；3）；4）。若已知偏置電流pA，失調(diào)電壓mV，輸入阻抗?，開環(huán)增益，積分電容μF，漏電阻；當(dāng)電路輸出V時(shí)，上述四種因素分別作用，使輸出產(chǎn)生0.5％的誤差時(shí)的保持時(shí)間各為多少小時(shí)？答：傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！當(dāng)輸出產(chǎn)生0.5％的誤差時(shí)：由得：(3-12)由得：(3-13)由得：(3-14)由得：(3-15)（4）如圖3-6所示的輸出電路中，試證明：當(dāng)k?時(shí)，可以獲得精確的轉(zhuǎn)換關(guān)系式。圖3-6輸出電路答：略圖3-7蒸汽加熱器（5）如圖3-圖3-7蒸汽加熱器傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！答：1）應(yīng)選用氣開形式，當(dāng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致信號中斷時(shí)，執(zhí)行器處于關(guān)閉狀態(tài)，保證耐熱材料不被損壞。2）框圖如圖3-8所示：圖3-8系統(tǒng)框圖（6）現(xiàn)測得三種流量特性的有關(guān)數(shù)據(jù)如表3-1所示。試分別計(jì)算其相對開度在10％、50％、80％各變化10％時(shí)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。表3-1調(diào)節(jié)閥的相對開度與相對流量（R=30）相對開度(l/L)(%)相對流量(q/qmax)(%)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答：1）直線流量特性：在10%開度在50%開度在80%開度線性調(diào)節(jié)閥在小開度時(shí)流量的相對變化量大，靈敏度高，控制作用強(qiáng)，容易產(chǎn)生振蕩；而在大開度時(shí)流量的相對變化量小，靈敏度低，控制作用較弱。由此可知，當(dāng)線性調(diào)節(jié)閥工作在小開度或大開度時(shí)，它的控制性能較差，因而不宜用于負(fù)荷變化大的過程。（2）對數(shù)流量特性在10%開度在50%開度傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！在80%開度對數(shù)流量特性調(diào)節(jié)閥在小開度時(shí)其放大系數(shù)Kv較小，因而控制比較平穩(wěn)；在大開度工作時(shí)放大系數(shù)Kv較大，控制靈敏有效，所以它適用于負(fù)荷變化較大的過程。（3）快開流量特性在10%開度在50%開度在80%開度快開流量特性是指在小開度時(shí)候就有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快達(dá)到最大，快開流量特性的調(diào)節(jié)閥主要用于位式控制。3．設(shè)計(jì)題（1）某加熱過程，其控制介質(zhì)（熱流量）與被控溫度之間呈變增益關(guān)系，若采用PID調(diào)節(jié)，希望調(diào)節(jié)器的增益隨溫度的升高而下降，以補(bǔ)償過程增益的變化。試用SLPC可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器的模塊指令設(shè)計(jì)控制程序，并假定：用10段折線函數(shù)模塊作成過程增益變化曲線的反函數(shù)，調(diào)節(jié)器的當(dāng)前增益存入寄存器。答：略（2）常規(guī)執(zhí)行器的調(diào)節(jié)閥芯形狀一旦制造好就難以改變，因而給實(shí)際應(yīng)用帶來不便?，F(xiàn)有一種數(shù)字閥，它是由一系列并聯(lián)安裝、按二進(jìn)制排列的閥門組成。試設(shè)計(jì)一個8位數(shù)字閥的構(gòu)成方案，并簡述其設(shè)計(jì)原理。答：略（3）請參照圖3-9檢測端安全柵電路原理圖和圖3-10執(zhí)行端安全柵結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)一個執(zhí)行端安全柵電路原理圖，并簡述各部分的工作原理。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！圖3-9檢測端安全柵電路原理圖圖3-10執(zhí)行端安全柵構(gòu)成原理框圖答：略第4章思考題與習(xí)題1．基本練習(xí)題（1）什么是被控過程的特性？什么是被控過程的數(shù)學(xué)模型？為什么要研究過程的數(shù)學(xué)模型？目前研究過程數(shù)學(xué)模型的主要方法有哪幾種？答：1）過程控制特性指被控過程輸入量發(fā)生變化時(shí)，過程輸出量的變化規(guī)律。2）被控過程的數(shù)學(xué)模型是描述被控過程在輸入（控制輸入與擾動輸入）作用下，其狀態(tài)和輸出（被控參數(shù)）變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。3）目的：eq\o\ac(○,1)設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)及整定控制參數(shù)；eq\o\ac(○,2)指導(dǎo)生產(chǎn)工藝及其設(shè)備的設(shè)計(jì)與操作；eq\o\ac(○,3)對被控過程進(jìn)行仿真研究；eq\o\ac(○,4)培訓(xùn)運(yùn)行操作人員；eq\o\ac(○,5)工業(yè)過程的故障檢測與診斷。4）機(jī)理演繹法和實(shí)驗(yàn)辨識法。（2）響應(yīng)曲線法辨識過程數(shù)學(xué)模型時(shí)，一般應(yīng)注意哪些問題？答：1）合理地選擇階躍輸入信號的幅度，幅值不能過大以免對生產(chǎn)的正常進(jìn)行產(chǎn)生不利影響。但也不能太小，以防其他干擾影響的比重相對較大而影響試驗(yàn)結(jié)果。一般取正常輸入信號最大幅值的10%；2）試驗(yàn)時(shí)被控過程應(yīng)處于相對穩(wěn)定的工況；傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！3）在相同條件下進(jìn)行多次測試，消除非線性；4）分別做正、反方向的階躍輸入信號試驗(yàn)，并將兩次結(jié)果進(jìn)行比較，以衡量過程的非線性程度；5）每完成一次試驗(yàn)后，應(yīng)將被控過程恢復(fù)到原來的工況并穩(wěn)定一段時(shí)間再做第二次試驗(yàn)。（3）怎樣用最小二乘法估計(jì)模型參數(shù)，最小二乘的一次完成算法與遞推算法有何區(qū)別？答：1）最小二乘法可以將待辨識過程看作“黑箱”。利用輸入輸出數(shù)據(jù)來確定多項(xiàng)式的系數(shù)利用來確定模型參數(shù)。2）區(qū)別：一次完成要知道所有的輸入輸出數(shù)據(jù)才能辨識參數(shù)，即只能離線辨識。遞推算法可以只知道一部分?jǐn)?shù)據(jù)即進(jìn)行辨識，可用于在線辨識。（4）圖4-1所示液位過程的輸入量為，流出量為、，液位為被控參數(shù)，為容量系數(shù)，并設(shè)、、均為線性液阻。要求：1）列寫過程的微分方程組；2）畫出過程的方框圖；3）求過程的傳遞函數(shù)。圖4-1圖4-1基本練習(xí)題（4）液位過程1）過程的微分方程組如式（4-1）所示：（4-1）2）過程控制框圖如圖4-2所示：圖4-2過程控制框圖3）傳遞函數(shù)如式（4-2）所示：傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！（4-2）（5）某水槽水位階躍響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)記錄為：0102040608010015020030009.5183345556378869598其中階躍擾動量為穩(wěn)態(tài)值的10%。1）畫出水位的階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線；2）若該水位對象用一階慣性環(huán)節(jié)近似，試確定其增益K和時(shí)間常數(shù)T。答：水位階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線如圖4-3所示：圖4-3水位階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線圖2）一階無延時(shí)環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系如式（4-3）所示：（4-3）有題意知：則又通過階躍響應(yīng)曲線查找得：，，，故可得：（6）有一流量對象，當(dāng)調(diào)節(jié)閥氣壓改變0.01MPa時(shí)，流量的變化如下表：01246810傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！09.5183345556398若該對象用一階慣性環(huán)節(jié)近似，試確定其傳遞函數(shù)。答：一階慣性傳遞函數(shù)如式（4-4）所示：（4-4）又0.01，可得放大系數(shù)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)值63%的時(shí)間T=6s，所以傳遞函數(shù)如式（4-5）所示：（4-5）（7）某溫度對象矩形脈沖響應(yīng)實(shí)驗(yàn)為520253040506070800.461.73.79.019.026.43637.533.527.22110.45.12.81.10.5矩形脈沖幅值為2（無量綱），脈沖寬度為10min。（1）試將該矩形脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換為階躍響應(yīng)曲線；（2）用二階慣性環(huán)節(jié)寫出該溫度對象傳遞函數(shù)。答：1）將脈沖響應(yīng)轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線，數(shù)據(jù)如下：t(min5Y(℃)0．461．73．79．019．026．436．037．5Y1（t）0．461．73．79．019．026．4－－t(min)2025304050607080Y(℃)33．527．221．010．45．12．81．10．5Y1（t）59.9－80.991.396.499.2100.3100.82）繪出階躍響應(yīng)曲線如圖4-4所示：圖4-4階躍響應(yīng)曲線如圖傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！由圖y(t1)＝0.4y(∞)，y(t2)＝0.8y(∞)處可得：t1=14min，t2=30.5，t1/t2≈0.46故二階系統(tǒng)數(shù)字模型為：（4-5）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式有：故可得二階系統(tǒng)數(shù)字模型為：（4-6）（8）已知某換熱器的被控變量為出口溫度，控制變量是蒸汽流量。當(dāng)蒸汽流量作階躍變化時(shí)，其出口溫度的響應(yīng)曲線如圖4-31所示。試用計(jì)算法求其數(shù)學(xué)模型。答：略2．綜合練習(xí)題（1）如圖4-6所示，為過程的流入量，為流出量，為液位高度，C為容量系數(shù)。若以為過程的輸入量，為輸出量（被控量），設(shè)、為線性液阻，求過程的傳遞函數(shù)。圖4-6綜合練習(xí)題（1）液位過程答：根據(jù)動態(tài)物料平衡關(guān)系：流入量＝流出量過程的微分方程的增量形式如式（4-7）所示：（4-7）中間變量：傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除?。?-8）傳遞函數(shù)如式（4-9）所示：（4-9）如果考慮管道長度l，即出現(xiàn)純時(shí)延，由于管道流量恒定，所以其傳遞函數(shù)如式（4-10）所示：（4-10）（2）已知兩只水箱串聯(lián)工作（如圖4-7所示），其輸入量為，流出量為、，、分別為兩只水箱的水位，為被控參數(shù)，、為其容量系數(shù)，假設(shè)、、、為線性液阻。要求：1）列寫過程的微分方程組；2）畫出過程的方框圖；3）求液位過程的傳遞函數(shù)。圖4-7綜合練習(xí)題（2）液位過程答：1）過程的微分方程組如式（4-11）所示：傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除?。?-11）2）方框圖如圖4-8所示：圖4-8液位過程方框圖3）消去式（4-11）中的有（4-12）在上述方程中消去有（4-13）對上式進(jìn)行拉式變換可得：（4-14）（3）有一復(fù)雜液位對象，其液位階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：01020406080100140180250300400500600傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！000.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.219.6201）畫出液位的階躍響應(yīng)標(biāo)么值曲線；2）若該對象用帶純時(shí)延的一階慣性環(huán)節(jié)近似，試用作圖法確定純時(shí)延時(shí)間和時(shí)間常數(shù)。3）定出該對象增益和響應(yīng)速度（為時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)）。設(shè)階躍擾動量為穩(wěn)態(tài)值的15%。答：1）Matlab程序clc;clear;t=[01020406080100140180250300400500600];h1=[000.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.219.6];h=h1./19.6;plot(t,h,'b')xlabel('t/s')ylabel('h')title('液位的階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線')圖如下圖4-9階躍響應(yīng)標(biāo)么值曲線2）matlab程序如下：clc;clear;t=[01020406080100140180250300400500600];h1=[000.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.219.6];h=h1./19.6;fori=1:13傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！m(i)=h(i+1)-h(i);q(i)=t(i+1)-t(i);x(i)=m(i)/q(i)end[z,a]=max(x)plot(t(a),h(a),'rx')holdonqie=1:0.1:280;y=0.0046*qie-0.18449;plot(qie,y,'r')holdonplot(1:600,1,'k')holdonplot(258,-0.2:0.01:1,'r-')holdonplot(40,-0.2:0.01:1,'r-')holdonplot(1:600,0,'k')plot(t,h,'b')xlabel('t/s')ylabel('h')title('液位的階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線')圖4-10階躍響應(yīng)標(biāo)么化曲線如圖，τ=40s，T=258-40=218s。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！3）（4-15）（4）已知溫度對象的輸出階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：010203040506070809000.160.651.151.521.751.881.941.971.992.00階躍擾動量，試用二階或更高階慣性環(huán)節(jié)求出它的傳遞函數(shù)。答：由得繪制階躍響應(yīng)曲線，如圖4-11所示：由圖可知，又，采用三階化解求取過程的傳遞函數(shù)。圖4-11階躍響應(yīng)曲線圖故而，對象的傳遞函數(shù)如式（4-16）所示：傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！（4-16）（5）有一液位對象，其矩形脈沖響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：01020406080100120140160000.20.61.21.61.82.01.91.72202402602803003203403603800.80.70.70.60.60.40.20.20.150.15已知矩形脈沖幅值為階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值的10%，脈沖寬度。1）試將該矩形沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換為階躍響應(yīng)曲線；2）若將它近似為帶純遲延的一階慣性對象，試分別用作圖法和計(jì)算法確定其參數(shù)、和的數(shù)值，并比較其結(jié)果。答：1）階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)如表4-1所示：表4-1階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)t/s01020406080100120140160h/cm000.20.61.21.61.82.01.91.7Y000.20.82.03.65.47.49.311t/s220240260280300320340360380400h/cm0.80.70.70.60.60.40.20.20.150.15Y14.31515.716.316.917.317.517.717.8518由于160到220之間少點(diǎn)，所以應(yīng)用直線y=-0.015x+4.1差值，得到中間180對應(yīng)h=1.4,200對應(yīng)h=1.1。階躍響應(yīng)曲線如圖4-12所示（其中紅色曲線為系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線）：圖4-12階躍響應(yīng)曲線圖傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！2）用作圖法計(jì)算如圖4-13所示：圖4-13作圖法計(jì)算過程參數(shù)圖由圖可知τ=46s，T=226-46=180s。計(jì)算法：（4-17）（4-18）先將階躍響應(yīng)轉(zhuǎn)化為標(biāo)幺值。找兩點(diǎn)（60，0.1111），（120，0.4111）代入解得T=145.7272τ=80.3826（6）電偶的輸出電勢E可用下列模型描述：其中，為熱電偶冷、熱端之間的溫差；和是模型參數(shù)。試將熱電偶輸出電勢模型化成最小二乘格式。答：有題意知：傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！系統(tǒng)參數(shù)為：，輸入?yún)?shù)為，與線性無關(guān)，取，系統(tǒng)輸出為：，因此，熱電偶輸出電勢模型化成最小二乘格式為：。3．設(shè)計(jì)題（1）M序列應(yīng)如何產(chǎn)生?試用MATLAB語言編寫5位移位寄存器產(chǎn)生M序列的程序，并調(diào)試其結(jié)果。答：1）M序列的產(chǎn)生通常有兩種方法，一是用移位寄存器產(chǎn)生，二是用軟件實(shí)現(xiàn)。2）5位移位寄存器產(chǎn)生M序列的程序如下：clcclearX1=1;X2=0;X3=1;X4=0;X5=1;m=100;fori=1:mY5=X5;Y4=X4;Y3=X3;Y2=X2;Y1=X1;X5=Y4;X4=Y3;X3=Y2;X2=Y1;X1=xor(Y4,Y5)ifY5==0U(i)=-1;elseU(i)=Y5;endendM=Ui1=ik=1:1:i1;plot(k,U,k,U,'rx')xlabel('k')ylabel('M序列')title('移位寄存器產(chǎn)生的M序列')調(diào)試結(jié)果如圖4-14所示：傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！圖4-14M序列圖（2）根據(jù)熱力學(xué)原理，對給定質(zhì)量的氣體，體積V與壓力P之間的關(guān)系為，其中和為待定參數(shù)。由實(shí)驗(yàn)獲得一批數(shù)據(jù)：54.361.872.488.7118.6194.061.249.537.628.419.210.1試用最小二乘一次完成算法確定參數(shù)和。要求：1）寫出系統(tǒng)的最小二乘格式；2）編寫MATLAB程序并仿真。答：1）有題意知：系統(tǒng)的最小二乘格式為（4-19）（3）依據(jù)圖4-15所示的最小二乘遞推算法計(jì)算機(jī)程序流程圖，試用MATLAB語言編寫程序。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！圖4-15最小二乘遞推辨識算法的計(jì)算機(jī)程序流程圖傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！第5章思考題與習(xí)題1．基本練習(xí)題（1）過程控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有哪些？一般應(yīng)怎樣選擇被控參數(shù)？答：1）主要內(nèi)容有:熟悉控制系統(tǒng)的技術(shù)要求和性能指標(biāo)；建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；確定控制方案；根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性進(jìn)行分析與綜合；系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究；工程設(shè)計(jì)；工程安裝；控制器參數(shù)整定。2）被控參數(shù)的選擇：對于具體的生產(chǎn)過程，應(yīng)盡可能選取對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及環(huán)境保護(hù)等具有決定性作用的、可直接進(jìn)行測量的工藝參數(shù)作為被控參數(shù)。當(dāng)難以用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時(shí)，應(yīng)選取直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的所謂間接參數(shù)作為被控參數(shù)。當(dāng)采用間接參數(shù)時(shí)，該參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該具有足夠高的控制靈敏度，否則難以保證對產(chǎn)品質(zhì)量的控制效果。被控參數(shù)的選擇還應(yīng)考慮工藝上的合理性和所用測量儀表的性能、價(jià)格、售后服務(wù)等因素。（2）控制通道的大小是怎樣反映控制難易程度的？舉例說明控制參數(shù)的選擇方法？答：1）一般認(rèn)為，當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)比較容易控制；而當(dāng)時(shí)，則較難控制，需要采取特殊措施，如當(dāng)難以減小時(shí)，可設(shè)法增加以減小的比值，否則很難收到良好的控制效果。2）控制參數(shù)的選擇方法：選擇結(jié)果應(yīng)使控制通道的靜態(tài)增益盡可能大，時(shí)間常數(shù)選擇適當(dāng)?？刂仆ǖ赖募儠r(shí)延時(shí)間應(yīng)盡可能小，與的比值一般應(yīng)小于0.3。干擾通道的靜態(tài)增益應(yīng)盡可能??；時(shí)間常數(shù)應(yīng)盡可能大，其個數(shù)盡可能多；擾動進(jìn)入系統(tǒng)的位置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離被控參數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行器）。當(dāng)廣義被控過程（包括被控過程、調(diào)節(jié)閥和測量變送環(huán)節(jié)）由幾個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)法使幾個時(shí)間常數(shù)中的最大與最小的比值盡可能大，以便盡可能提高系統(tǒng)的可控性。在確定控制參數(shù)時(shí)，還應(yīng)考慮工藝操作的合理性、可行性與經(jīng)濟(jì)性等因素。（3）調(diào)節(jié)器正反作用方式的定義是什么？在方案設(shè)計(jì)中應(yīng)怎樣確定調(diào)節(jié)器的正反作用方式？傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！答：1）定義：當(dāng)被控過程的輸入量增加（或減少）時(shí)，過程（即被控對象）的輸出量也隨之增加（或減少），則稱為正作用被控過程；反之稱為反作用被控過程。2）確定方法：首先根據(jù)生產(chǎn)工藝要求及安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式，以確定的正負(fù)；然后根據(jù)被控對象過程特性確定其屬于正、反哪一種類型，以確定的正負(fù)；最后根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)各個環(huán)節(jié)靜態(tài)增益的乘積必需為正這一原則確定調(diào)節(jié)器的正負(fù)，進(jìn)而確定調(diào)節(jié)器的正反作用。（4）什么叫比例度？它是怎樣定義的？答：比例度表示調(diào)節(jié)閥開度改變（即從全開到全關(guān)）時(shí)所需的系統(tǒng)被調(diào)量的允許變化范圍。也就是說，只有當(dāng)被調(diào)量處在這個范圍之內(nèi)時(shí)，調(diào)節(jié)閥的開度變化才與偏差成比例；若超出這個范圍，調(diào)節(jié)閥則處于全開或全關(guān)狀態(tài)，調(diào)節(jié)器將失去其調(diào)節(jié)作用。（5）比例控制對控制質(zhì)量有什么影響？答：1）比例調(diào)節(jié)是一種有差調(diào)節(jié)，即當(dāng)調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)，不可避免的會使系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差?；蛘哒f，比例調(diào)節(jié)器是利用偏差實(shí)現(xiàn)控制的，它只能使系統(tǒng)輸出近似跟蹤給定值。2）比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差隨比例度的增大而增大，若要減小誤差，就需要減小比例度，即需要增大調(diào)節(jié)器的比例增益。3）比例調(diào)節(jié)不適用于給定值隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。4）增大比例調(diào)節(jié)的增益不僅可以減少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，而且還可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。（6）在保持穩(wěn)定性不變的情況下，比例微分控制系統(tǒng)的殘差為什么比純比例控制的殘差要?。看穑阂?yàn)楸壤⒎挚刂颇芴岣呦到y(tǒng)的穩(wěn)定性、抑制過渡過程的動態(tài)偏差，這是由于微分作用總是力圖阻止系統(tǒng)被調(diào)量的變化，而使過渡過程的變化速度趨于平緩。（7）在保持穩(wěn)定性不變的情況下，在比例控制中引入積分作用后，為什么要增大比例度？積分作用的最大優(yōu)點(diǎn)是什么？答：1）因?yàn)椴捎梅e分調(diào)節(jié)時(shí)系統(tǒng)的開環(huán)增益與積分速度成正比，增大積分速度會增強(qiáng)積分效果，從而導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。2）積分作用最大的優(yōu)點(diǎn)是可以提高系統(tǒng)的無差度，也就是提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度。傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除！傳播優(yōu)秀Word版文檔，希望對您有幫助，可雙擊去除?。?）微分控制規(guī)律對純時(shí)延有無作用，為什么？答：1）微分調(diào)節(jié)對于純時(shí)延過程是無效的。2）由于在純時(shí)延時(shí)間里參數(shù)的變化率為零，所以微分環(huán)節(jié)對純滯后是無效的。（9）調(diào)節(jié)器參數(shù)都有哪些工程整定方法，各有什么特點(diǎn)，分別適用于什么場合？答：1）臨界比例度法：是一種閉環(huán)整定方法，它是直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行，不需要測試過程的動態(tài)特性，其方法簡單，使用方便，因而廣泛使用。缺點(diǎn)是對生產(chǎn)工藝過程不能反復(fù)做振蕩實(shí)驗(yàn)、對比例調(diào)節(jié)本質(zhì)穩(wěn)定的被控系統(tǒng)并不適用。2）衰減曲線法：該方法與臨界比例度法相類似，所不同的是無需出現(xiàn)等幅振蕩過程。適用于多數(shù)過程，最大的缺點(diǎn)是較難準(zhǔn)確確定4:1的衰減程度。尤其是對于一些干擾比較頻繁、過程變化較快的控制系統(tǒng)。3）響應(yīng)曲線法：這是一種開環(huán)整定方法，利用系統(tǒng)廣義過程的階躍響應(yīng)曲線對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。這種方法適應(yīng)性較廣，為調(diào)節(jié)器參數(shù)的最佳整定提供可能。（10）已知某對象采用衰減曲線法測得，。試用衰減曲線法確定調(diào)節(jié)器參數(shù)（為衰減振蕩周期）。答：根據(jù)衰減曲線法計(jì)算公式表