第1章 思考题与习题
1-1 过程控制有哪些主要特点?为什么说过程控制多属慢过程参数控制?
解答:
1.控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富
3.控制多属慢过程参数控制
4.定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5.过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统?典型过程控制系统由哪几部分组成?
解答:
过程控制系统:一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成:参照图1-1。
1-4 说明过程控制系统的分类方法,通常过程控制系统可分为哪几类? 解答:
分类方法说明:
按所控制的参数来分,有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等;按控制系统所处理的信号方式来分,有模拟控制系统与数字控制系统;按控制器类型来分,有常规仪表控制系统与计算机控制系统;按控制系统的结构和所完成的功能来分,有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等;按其动作规律来分,有比例(P)控制、比例积分(PI)控制,比例、积分、微分(PID)控制系统等;按控制系统组成回路的情况来分,有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统;按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类:
1.按设定值的形式不同划分:(1)定值控制系统
(2)随动控制系统 (3)程序控制系统
2.按系统的结构特点分类:(1)反馈控制系统
(2)前馈控制系统
(3)前馈—反馈复合控制系统
1-5 什么是定值控制系统?
解答:
在定值控制系统中设定值是恒定不变的,引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性?什么是被控对象的动态特性?二者之间有什么关系?
解答:
被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性:。系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系:
1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性? 解答: 稳态:
对于定值控制,当控制系统输入(设定值和扰动)不变时,整个系统若能达 到一种平衡状态,系统中各个组成环节暂不动作,它们的输出信号都处于相对静 止状态,这种状态称为稳态(或静态)。
动态:
从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作,到整个系统
又建立新的稳态(达到新的平衡)、调节过程结束的这一段时间,整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中,这种状态称为动态。
在实际的生产过程中,被控过程常常受到各种振动的影响,不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性,才能设计出良好的控制系统。
1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些?各自的定义是什么?
解答:
单项性能指标主要有:衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比:等于两个相邻的同向波峰值之比n;
过渡过程的最大动态偏差:对于定值控制系统,是指被控参数偏离设定值的最大值A; 超调量:第一个波峰值y1与最终稳态值y(?)之比的百分数?;
??y1?100% y(?)残余偏差C: 过渡过程结束后,被控参数所达到的新稳态值y(?)与设定值之间的偏差C称为残余偏差,简称残差;
1
调节时间:从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间;
振荡频率:过渡过程中相邻两同向波峰(或波谷)之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期,其倒数称为振荡频率; 峰值时间:过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
1-10 某被控过程工艺设定温度为900℃,要求控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统,在
最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-4所示。试求该系统过渡过程的单项性能指标:最大动态偏差、衰减比、振荡周期,该系统能否满足工艺要求? 解答:
○
1最大动态偏差A:A?950?C?900?C?50?C ○
2衰减比n:n?950?900910?900?5:1
○
3振荡周期T:T?45?9?36(min) A<80?C, 且n>1 (衰减振荡),所以系统满足工艺要求。
第2章 思考题与习题
2-1 某一标尺为0~1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据: 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃ 0 201 402 604 806 1001 求:1)该表最大绝对误差; 2)该表精度;
3)如果工艺允许最大测量误差为±5℃,该表是否能用?
2-2 一台压力表量程为0~10MPa,经校验有以下测量结果: 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 读数正行程 /MPa 反行程 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 求:1)变差;
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2)基本误差;
3)该表是否符合1.0级精度?
2-3 某压力表的测量范围为0~10MPa,精度等级为1.0级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少?若用标准压力计来校验该压力表,在校验点为5MPa时,标准压力计上读数为5.08MPa,试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度,为什么?
解答: 1)基本误差?=
?100%
最大绝对误差?max=0.01×10=0.1MPa 2)校验点为5 MPa时的基本误差:??0.8%<1% ,所以符合1.0级表。
2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取?选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题?
解答: 1) 2)
2-5 有两块直流电流表,它们的精度和量程分别为
1) 1.0级,0~250mA 2)2.5级,0~75mA
现要测量50mA的直流电流,从准确性、经济性考虑哪块表更合适? 解答:
分析它们的最大误差:
1)?max=250×1%=2.5mA;???2.5?100%??5% 501.875?100%??3.75% 505.08?5?100%?0.8% 102)?max=75×2.5%=1.875mA;???选择2.5级,0~75mA的表。
2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200~1000℃,输出为4~20mA。当变送器输出电流为10mA时,对应的被测温度是
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多少?
解答:
1000?200T?; T=500?C。
20?410
2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为1.2±0.05MPa,可选用的弹簧管压力计精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五个等级,可选用的量程规格有0~1.6MPa、0~2.5MPa和0~4MPa。请说明选用何种精度和量程(见附录E)的弹簧管压力计最合适?
解答: 1)工作原理:
2)根据题意:压力范围为1.2+0.5 MPa,即允许的最大绝对误差?max=0.05 1分析选用不同量程的表所需的精度等级: ○
0~1.6 MPa量程:???0~2.5 MPa量程:???0~4.0 MPa量程:???0.05?100%??3.125%,可选2.5级表; 1.60.05?100%??2%,可选1.5或2.0级表; 2.50.05?100%??1.2%,可选1.0级表。 4.02量程选择:被测最大压力=1/3~2/3量程上限 ○
0~1.6 MPa量程:
1.232?? 1.64311.22? 0~2.5 MPa量程:?32.530~4.0 MPa量程:
1.21?0.3? 4.03综合分析,选用1.5级或2.0级,0~2.5 MPa量程的表最合适。
2-13 如果某反应器最大压力为1.0MPa,允许最大绝对误差为0.01MPa。现用一台测量范围为0~1.6MPa,精度为1级的压力表来进行测量,问能否符合工艺要求?若采用一台测量范围为0~1.0MPa,精度为1级的压力表,能符合要求吗?试说明其理由。
解答:
工艺要求:最大压力为1.0MPa,允许最大绝对误差为0.01MPa。 分别求出两台仪表的最大允许误差,进行判断。
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