5-8 什么是过程的滞后特性?滞后又哪几种?产生的原因是什么? 解答:
1)滞后特性:过程对于扰动的响应在时间上的滞后。
2)容量滞后:多容过程对于扰动的响应在时间上的这种延迟被称为容量滞后。 纯滞后:在生产过程中还经常遇到由(物料、能量、信号)传输延迟引起的纯
滞后。
5-9 对图5-40所示的液位过程,输入量为Q1,流出量为Q2、Q3,液位h为被控参数,水箱截面为A,并设R2、R3为线性液阻。 (1)列写液位过程的微分方程组; (2)画出液位过程的框图;
(3)求出传递函数H(s)Q1(s),并写出放大倍数K和时间常数T的表达式。
解答:
d?hdt?h?Q2?
R2?Q3??hR3?Q1??Q2??Q3?A(1)
(2)框图如图:
(3)
H(s)R2R3? Q1(s)AR2R3s?R2?R3
5-10 以Q1为输入、h2为输出列写图5-10串联双容液位过程的微分方程组,并求出传
递函数H2(s)Q1(s)。
d?h1dt?h1?h2?Q2??R2R2解答:
?Q1??Q2?A11)方程组:
d?h2?Q2??Q3?Adt?h2?Q3?R3
2)传递函数:
H2(s)R3? 2Q11(s)T1T2s?(T1?T2?T12)s?13式中:T1?A1R2,T2?A2R3,T12?A1R3
3)过程框图:
5-12 何为测试法建模?它有什么特点?
解答:
1)是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。 2)可以在不十分清楚内部机理的情况下,把被研究的对象视为一个黑匣子,完全通过外部测试来描述它的特性。
5-13 应用直接法测定阶跃响应曲线时应注意那些问题?
解答:P139
(1)合理地选择阶跃输入信号的幅度 (2)试验时被控过程应处于相对稳定的工况
(3)要仔细记录阶跃曲线的起始部分 (4)多次测试,消除非线性
5-14 简述将矩形脉冲响应曲线转换为阶跃响应曲线的方法;矩形脉冲法测定被控过程的阶跃响应曲线的优点是什么?
解答:P139~P140 1) 2)
5-15 实验测得某液位过程的阶跃响应数据如下:
ts 0 10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600 … hcm 0 0 …
当阶跃扰动为???20%时: (1)画出液位的阶跃响应曲线;
(2)用一阶惯性环节加滞后近似描述该过程的动态特性,确定K、T、?。
解答: (1) (2)
第6章 思考题与习题
6-1 简单控制系统由几个环节组成?
解答:
测量变送器、调节器、调节阀、被控过程四个环节组成。
6-2 简述控制方案设计的基本要求。
解答:
安全性、稳定性、经济性。
6-3 简单归纳控制系统设计的主要内容。
解答:
1)控制系统方案设计; 2)工程设计;
3)工程安装和仪表调校; 4)调节器参数整定。
6-4 过程控制系统设计包括哪些步骤?
解答:P174
(1)熟悉和理解生产对控制系统的技术要求与性能指标 (2)建立被控过程的数学模型 (3)控制方案的确定 (4)控制设备选型 (5)实验(或仿真)验证
6-5 选择被控参数应遵循哪些基本原则?什么是直接参数?什么是间接参数?两者有何关系?
解答:
1)原则:必须根据工艺要求,深入分析、生产过程,找出对产品的产量和质量、生产安全、经济运行、环境保护、节能降耗等具有决定性作用,能较好反映生产工艺状态及变化的参数作为被控参数。
2)直接参数:能直接反映生产过程中产品产量和质量,又易于测量的参数 3)间接参数:与质量指标有单值对应关系、易于测量的变量,间接反映产品质量、生产过程的实际情况。
4)两者关系:间接参数是直接参数的单值函数。
6-6 选择控制变量时,为什么要分析被控过程的特性?为什么希望控制通道放大系数
Ko要大、时间常数To小、纯滞后时间?o越小越好?而干扰通道的放大系数Kf尽可能小、
时间常数Tf尽可能大?
解答:
1)控制变量和干扰变量对被控参数的影响都于过程的特性密切相关。
2)控制通道的静态放大系数K0越大,系统的静态偏差越小,表明控制作用越灵敏,克服扰动的能力越强,控制效果越好。
时间常数T0小,被控参数对控制变量的反应灵敏、控制及时,从而获得良好的控制品质。
纯滞后?0的存在会使系统的稳定性降低。?0值越大,对系统的影响越大。 3)扰动通道的静态放大系数Kf越小,表明外部扰动对被控参数的影响越小。时间常数Tf越大,外部干扰f(t)对被控参数y(t)的影响越小,系统的控制品质越好。
6-7 当被控过程存在多个时间常数时,为什么应尽量使时间常数错开?
解答:P182
由自控理论知识可知,开环传递函数中几个时间常数值错开,可提高系统的工作频率,减小过渡过程时间和最大偏差等,改善控制质量。
6-8 选择检测变送装置时要注意哪些问题?怎样克服或减小纯滞后?
解答:
1)P184-1、2、3、4 2)合理选择检测点。
6-9 调节阀口径选择不当,过大或过小会带来什么问题?正常工况下,调节阀的开度在什么范围比较合适?
解答:
1)调节阀口径选得过大,阀门调节灵敏度低,工作特性差,甚至会产生振荡或调节失灵的情况。
调节阀口径选得过小,当系统受到较大的扰动时,调节阀工作在全开或全关的饱和状态,使系统暂时处于失控工况,这对扰动偏差的消除不利。
2)正常工况下要求调节阀的开度在15%-85%之间。