过程控制系统与习题答案(2)

2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。

3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。

3-3 比例控制为什么会产生余差？

解答：

产生余差的原因：比例控制器的输出信号y与输入偏差e之间成比例关系：

为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。

3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？

解答：

1）积分控制作用的输出变化量y是输入偏差e的积分：

2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。

3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程的影响。

解答：

1）

积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。

2）在实际的控制器中，常用积分时间Ti来表示积分作用的强弱，在数值上，T i=1／K i 。显然，T i越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。

3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA，若将比例度设为100%、积分时间设为2min、稳态时输出调为5mA，某时刻，输入阶跃增加0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化为多少？

解答：

由比例积分公式：分析：

依题意：，即K p =1, T I= 2 min , e＝＋0.2；

稳态时：y0＝5mA，

5min后：

3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？

解答：P74

1）控制器的比例度P越小，它的放大倍数就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也越强，反之亦然，比例控制作用的强弱通过调整比例度P实现。

2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的，超出这个量程的比例输出是不可能的。

所以，偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程（16mA），避免控制器处于饱和状态。

3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么？为什么常用实际为分控制规律？

解答：

1）

2）由于理想微分运算的输出信号持续时间太短，往往不能有效推动阀门。实际应用中，一般加以惯性延迟，如图3-7所示，称为实际微分。

3-9 试写出比例、积分、微分（PID）三作用控制规律的数学表达式。

解答：

3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？

解答：

1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。

2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。

3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。

3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪几部分组成？各组成部分的作用如何？

解答：P79

1）组成如图3-11所示。

2）作用参照P79。

3-12 DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别？各用在什么条件下？

解答：

1）软手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成积分关系；

硬手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成比例关系。

2）软手动操作：系统投运

硬手动操作：系统故障

3-13 什么叫控制器的无扰动切换？在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换，在设计PID电路时采取了哪些措施？

解答：P84

1）调节器进行状态转换后，输出值不发生跳动，即状态转换无冲击。

2）CM、CI。P85中。

3-14 PID调节器中，比例度P、积分时间常数、微分时间常数分别具有什么含义？在调节器动作过程中分别产生什么影响？若将取∞、取0，分别代表调节器处于什么状态？

解答：

比例度P含义：使控制器的输出变化满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应的输入测量值变化占仪表输入量程的百分比。比例作用的强弱取决于比例度的大小。

积分时间常数含义：越小，积分作用越强；越大积分作用越弱；若将取∞，则积分作用消失。

微分时间常数含义：越大，微分作用越强；取0，微分作用消失。

3-15 什么是调节器的正/反作用？在电路中是如何实现的？

解答：

1）正作用：偏差=测量值-给定值；

反作用：偏差=给定值-测量值。

2）运放输入端的切换开关实现的。

3-16 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式？输出电路是怎样将输出电压转换成4～20mA电流的？

解答：

1）采用差动输入方式，可以消除公共地线上的电压降带来的误差。

2）参照P83下的输出电路。

3-18 给出实用的PID数字表达式，数字仪表中常有哪些改进型PID算法？

解答：

1） P91式（3-18）

2）改进的算法：

第4章思考题与习题

4-1 气动调节阀主要由哪两部分组成？各起什么作用？

解答：

1）执行机构和调节机构。

2）执行机构的作用：按调节器输出的控制信号，驱动调节机构动作；

调节机构的作用：由阀芯在阀体内的移动，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而改变被控介质的流量。

4-2 试问调节阀的结构有哪些主要类型？各使用在什么场合？

解答：

1）类型：直通单座阀、直通双座阀。

2）直通单座阀使用场合：小口径、低压差的场合；

直通双座阀使用场合：大口径、大压差的场合。

4-4 什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性？常用的调节阀理想流量特性有哪些？

解答：

1）理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性，也叫理想流量特性。

工作流量特性：在实际的工艺装置上，调节阀由于和其他阀门、设备、管道等串连使用，阀门两端的压差随流量变化而变化，这时的流量特性称为工作流量特性。

2）常用理想流量特性：直线流量特性、等百分比（对数）流量特性、

快开特性

4-6 什么叫调节阀的可调范围？在串联管道中可调范围为什么会变化？

解答：

1）可调范围：反映调节阀可控制的流量范围，用R＝Qmax/Qmin之比表示。R 越大，调节流量的范围越宽,性能指标就越好。

2）由于串联管道阻力的影响。

4-7 什么是串联管道中的阀阻比？值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变？

解答：

1）阀阻比：用阀阻比表示存在管道阻力的情况下，阀门全开时，阀门前后的最小压差占总压力po的比值。

2）在S＜1时，由于串联管道阻力的影响，使阀门开大时流量达不到预期的值，也就是阀的可调范围变小。随着S值的减小，直线特性渐渐区于快开特性，等百分比特性渐渐趋近于直线特性。

4-8 什么叫气动调节阀的气开式与气关式？其选择原则是什么？

解答：

1）气开式：无压力信号时阀门全闭，随着压力信号增大，阀门逐渐开大的气动调节阀为气开式。

气关式：无压力信号时阀门全开，随着压力信号增大，阀门逐渐关小的气动调节阀为气关式。

2）选择原则：从工艺生产安全考虑，一旦控制系统发生故障、信号中断时，调节阀的开关状态应能保证工艺设备和操作人员的安全。

4-9 如图4-24所示的蒸气加热器对物料进行加热。为保证控制系统发生故障时，加热器的耐热材料不被烧坏，试确定蒸气管道上调节阀的气开、气关形式。

解答：

气开式调节阀。

4-11 试述电/气转换器的用途与工作原理。

解答：P113

1）用途：为了使气动阀能够接收电动调节器的输出信号，必须使用电／气转换器把调节器输出的标准电流信换为20～100kPa的标准气压信号。

2）原理：在杠杆的最左端安装了一个线圈，该线圈能在永久磁铁得气隙中自由地上下运动，由电动调节器送来得电流I通入线圈。当输入电流I增大时，线圈与磁铁间产生得吸力增大，使杠杆左端下移，并带动安杠杆上的挡板靠近喷嘴，改变喷嘴和挡板之间的间隙。

喷嘴挡板机构是气动仪表中最基本的变换和放大环节，能将挡板对于喷嘴的微小位移灵敏地变换为气压信号。经过气动功率放大器的放大后，输出20～l00kPa 的气压信号p去推动阀门。

4-12 试述电/气阀门定位器的基本原理与工作过程。

解答：P115

在杠杆上绕有力线圈，并置于磁场之中。当输入电流I增大时，力线圈产生的磁场与永久磁铁相作用，使杠杆绕支点O顺时针转动，带动挡板靠近喷嘴，使其背压增大，经气动功率放大器放大后，推动薄膜执行机构使阀杆移动。

4-14 电动仪表怎样才能用于易燃易爆场所？安全火花是什么意思？

解答：

1）必须是采取安全防爆措施的仪表，就是限制和隔离仪表电路产生火花的能量。使其不会给现场带来危险。

2）安全火花：电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下。

4-16 齐纳式安全栅的基本结构是什么？它是怎样限压、限流的？

解答：

1）结构：图4-19所示。

2）利用齐纳二极管的反向击穿特性进行限压，用电阻进行限流。

第5章思考题与习题

5-1 什么是被控过程的数学模型？

解答：

被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。

5-2 建立被控过程数学模型的目的是什么？过程控制对数学模型有什么要求？

解答：

1）目的：设计过程控制系统及整定控制参数；

指导生产工艺及其设备的设计与操作；

对被控过程进行仿真研究；

培训运行操作人员；

工业过程的故障检测与诊断。

2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。

5-3 建立被控过程数学模型的方法有哪些？各有什么要求和局限性？

解答：P127

1）方法：机理法和测试法。

2）机理法：

测试法：

5-4 什么是流入量？什么是流出量？它们与控制系统的输入、输出信号有什么区别与联系？

解答：

1）流入量：把被控过程看作一个独立的隔离体，从外部流入被控过程的物质或能量流量称为流入量。

流出量：从被控过程流出的物质或能量流量称为流出量。

2）区别与联系：

控制系统的输入量：控制变量和扰动变量。

控制系统的输出变量：系统的被控参数。

5-5 机理法建模一般适用于什么场合？

解答：P128

对被控过程的工作机理非常熟悉，被控参数与控制变量的变化都与物质和能量的流动与转换有密切关系。

5-6 什么是自衡特性？具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点？

解答：

1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性，称为自衡特性。

2）被控过程输出对扰动存在负反馈。

5-7 什么是单容过程和多容过程？

解答：

1）单容：只有一个储蓄容量。

2）多容：有一个以上储蓄容量。

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，流出量为、，液位为被控参数，水箱截面为，并设、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，并写出放大倍数和时间常数的表达式。

解答：

（1）

（2）框图如图：

（3）

5-10 以为输入、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。

解答：

1）方程组：

2）传递函数：

式中：

3）过程框图：

5-12 何为测试法建模？它有什么特点？

搜索“diyifanwen.net”或“第一范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，第一范文网，提供最新幼儿教育过程控制系统与习题答案(2)全文阅读和word下载服务。