過程控制系統(tǒng)與儀表課后習(xí)題答案講解

1、第 1 章 思考題與習(xí)題1- 1 過程控制有哪些主要特點(diǎn)？為什么說過程控制多屬慢過程參數(shù)控制？ 解答：1控制對(duì)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(cè)控制儀表組成1- 2 什么是過程控制系統(tǒng)？典型過程控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？ 解答：過程控制系統(tǒng)： 一般是指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動(dòng)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)。組成：參照?qǐng)D 1-1。1-4 說明過程控制系統(tǒng)的分類方法，通常過程控制系統(tǒng)可分為哪幾類？解答： 分類方法說明： 按所控制的參數(shù)來分，有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系

2、統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等；按控制 系統(tǒng)所處理的信號(hào)方式來分， 有模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)； 按控制器類型來分， 有 常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)； 按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所完成的功能來分， 有串級(jí) 控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)等；按其動(dòng)作規(guī)律來分，有比例（ P）控制、 比例積分（ PI）控制，比例、積分、微分（ PID ）控制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)組成回路的 情況來分， 有單回路與多回路控制系統(tǒng)、 開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)； 按被控參數(shù)的數(shù)量可分 為單變量和多變量控制系統(tǒng)等。通常分類：1按設(shè)定值的形式不同劃分： （1）定值控制系統(tǒng) （2）隨動(dòng)控制系統(tǒng) （3）程序控制系統(tǒng)2按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類： （

3、1）反饋控制系統(tǒng) （2）前饋控制系統(tǒng)（3）前饋 反饋復(fù)合控制系統(tǒng)1-5 什么是定值控制系統(tǒng) ?解答： 在定值控制系統(tǒng)中設(shè)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(dòng)信號(hào)。1- 6 什么是被控對(duì)象的靜態(tài)特性？什么是被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性？二者之間有什么關(guān) 系？解答：被控對(duì)象的靜態(tài)特性： 穩(wěn)態(tài)時(shí)控制過程被控參數(shù)與控制變量之間的關(guān)系稱為靜態(tài)特 性。被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性：。系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過程中，被控參數(shù)與控制變量之間的關(guān)系即為 控制過程的動(dòng)態(tài)特性。二者之間的關(guān)系：1- 7 試說明定值控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)的含義。為什么在分析過程控制系統(tǒng)得性能時(shí)更 關(guān)注其動(dòng)態(tài)特性？解答：穩(wěn)態(tài)：對(duì)于定值控制，當(dāng)控制系統(tǒng)輸入（設(shè)定值

4、和擾動(dòng)）不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)若能達(dá) 到一種平衡狀態(tài)，系統(tǒng)中各個(gè)組成環(huán)節(jié)暫不動(dòng)作，它們的輸出信號(hào)都處于相對(duì)靜 止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)（或靜態(tài)） 。動(dòng)態(tài)： 從外部擾動(dòng)出現(xiàn)、平衡狀態(tài)遭到破壞、自動(dòng)控制裝置開始動(dòng)作，到整個(gè)系統(tǒng) 又建立新的穩(wěn)態(tài)（達(dá)到新的平衡） 、調(diào)節(jié)過程結(jié)束的這一段時(shí)間，整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)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(dòng)態(tài)。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中， 被控過程常常受到各種振動(dòng)的影響， 不可能一直工作在穩(wěn)態(tài)。 只有將控制系統(tǒng)研究與分析的重點(diǎn)放在各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性， 才能設(shè)計(jì)出良好的控制系 統(tǒng)。1- 8 評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的常用單項(xiàng)指標(biāo)有哪些？各自的定義是什么？解答：單項(xiàng)性能指標(biāo)

5、主要有：衰減比、超調(diào)量與最大動(dòng)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。衰減比：等于兩個(gè)相鄰的同向波峰值之比 n；過渡過程的最大動(dòng)態(tài)偏差： 對(duì)于定值控制系統(tǒng)， 是指被控參數(shù)偏離設(shè)定值的最大值 A；超調(diào)量：第一個(gè)波峰值 y1 與最終穩(wěn)態(tài)值 y（ ）之比的百分?jǐn)?shù) ；1y1 100%y（ ）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；調(diào)節(jié)時(shí)間：從過渡過程開始到過渡過程結(jié)束所需的時(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；峰值時(shí)間：過渡過程開始至

6、被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間。1- 10 某被控過程工藝設(shè)定溫度為 900，要求控制過程中溫度偏離設(shè)定值最大不得超 過 80 ?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線 如圖 1-4 所示。試求該系統(tǒng)過渡過程的單項(xiàng)性能指標(biāo)：最大動(dòng)態(tài)偏差、衰減比、 振蕩周期，該系統(tǒng)能否滿足工藝要求？解答：1 最大動(dòng)態(tài)偏差 A ： A 950 C 900 C 50 C2 衰減比 n： n3 振蕩周期 T：950 9005:1910 900T 45 9 36(min)A1 （衰減振蕩 ），所以系統(tǒng)滿足工藝要求。第 2 章 思考題與習(xí)題2-1 某一標(biāo)尺為 01000的溫度計(jì)出廠前經(jīng)校驗(yàn)得到如

7、下數(shù)據(jù)：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù) /02004006008001000被校表讀數(shù) /02014026048061001求： 1）該表最大絕對(duì)誤差；2）該表精度；3）如果工藝允許最大測(cè)量誤差為 5，該表是否能用？2-2 一臺(tái)壓力表量程為 010MPa，經(jīng)校驗(yàn)有以下測(cè)量結(jié)果：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù) /MPa0246810被校表正行程01.983.965.947.979.99讀數(shù) 反行程 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 /MPa求： 1）變差；2）基本誤差；3）該表是否符合 1.0 級(jí)精度？2- 3 某壓力表的測(cè)量范圍為 010MPa，精度等級(jí)為 1.0 級(jí)。試問此壓力表允許的最大 絕對(duì)誤差是多少？若

8、用標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來校驗(yàn)該壓力表， 在校驗(yàn)點(diǎn)為 5MPa 時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì) 上讀數(shù)為 5.08MPa，試問被校壓力表在這一點(diǎn)上是否符合 1 級(jí)精度，為什么？解答：1）基本誤差 = 100% 最大絕對(duì)誤差 ?max0.01 100.1MPa5.08 52）校驗(yàn)點(diǎn)為 5 MPa 時(shí)的基本誤差：5.08 5 100% 0.8%100.81 ，所以符合 1.0 級(jí)表。2- 4 為什么測(cè)量儀表的測(cè)量范圍要根據(jù)被測(cè)量大小來選??？選一臺(tái)量程很大的儀表來 測(cè)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(jí)， 0250mA2）2.5 級(jí)， 0 75mA現(xiàn)要測(cè)量

9、50mA 的直流電流，從準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性考慮哪塊表更合適？ 解答：分析它們的最大誤差：2.52.5 100% 5%501.8751.875 100% 3.75%501) ? max 250 1 2.5mA ；2)?max752.5 1.875mA； 選擇 2.5級(jí)， 075mA 的表。2-11 某 DDZ- 型溫度變送器輸入量程為 2001000，輸出為 420mA。當(dāng)變送器輸出電流為 10mA 時(shí)，對(duì)應(yīng)的被測(cè)溫度是多少？解答：1000 200 T20 4 10T=500 C 。2-12 試簡述彈簧管壓力計(jì)的工作原理?，F(xiàn)有某工藝要求壓力范圍為1.2 0.05MPa，可選用的彈簧管壓力計(jì)精度有 1

10、.0、1.5、2.0、2.5和 4.0五個(gè)等級(jí)，可選用的量程規(guī)格有 0 1.6MPa、02.5MPa 和 04MPa。請(qǐng)說明選用何種精度和量程（見附錄 E）的彈簧管壓 力計(jì)最合適？解答：1）工作原理：2）根據(jù)題意：壓力范圍為 1.20.5 MPa，即允許的最大絕對(duì)誤差 ?max 0.051分析選用不同量程的表所需的精度等級(jí)：01.6 MPa 量程：02.5 MPa 量程：04.0 MPa 量程：0.0501.0.6502.0554.0100% 3.125% ，可選 2.5 級(jí)表；100% 2%，可選 1.5或 2.0級(jí)表；100% 1.2% ，可選 1.0 級(jí)表。2 量程選擇：被測(cè)最大壓力 1

11、/3 2/3 量程上限01.6 MPa 量程：02.5 MPa 量程：04.0 MPa 量程：34.22613.22.50.33 14.0 3綜合分析，選用 1.5 級(jí)或 2.0 級(jí)，02.5 MPa 量程的表最合適。2- 13 如果某反應(yīng)器最大壓力為 1.0MPa，允許最大絕對(duì)誤差為 0.01MPa?，F(xiàn)用一臺(tái)測(cè)量 范圍為 01.6MPa，精度為 1 級(jí)的壓力表來進(jìn)行測(cè)量， 問能否符合工藝要求？若采用一 臺(tái)測(cè)量范圍為 01.0MPa，精度為 1 級(jí)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，允許最大絕對(duì)誤差為 0.01MPa。 分別求出兩臺(tái)儀表的最大允許誤差

12、，進(jìn)行判斷。1）精度為 1 級(jí)，量程為 01.6MPa的表，其最大絕對(duì)誤差： ?1.6max1.610.016 MPa， 0.01 MPa, 所以不符合要求；2）精度為 1 級(jí)，量程為 01.0MPa的表，其最大絕對(duì)誤差： ?1.0max1.010.01 MPa， 0.01 MPa, 所以最大誤差符合要求，但是壓力表 的最大測(cè)量值應(yīng) 2/3 儀表量程，否則壓力波動(dòng)會(huì)使測(cè)量值超出儀表量程。 所以，該表也不符合要求。2- 14 某臺(tái)空壓機(jī)的緩沖器，其工作壓力范圍為 1.01.6MPa，工藝要求就地觀察罐內(nèi) 壓力，并要測(cè)量結(jié)果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的 5%。試選擇一塊合適的壓力表 （類型、 測(cè)量范圍

13、、精度等級(jí)） ，并說明其理由。解答：根據(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： 應(yīng)滿足工作最大壓力小于儀表量程的 2/3 處，即 1.6 MPa2/32.4 MPa 可以選量程為 0 2.5 MPa 的彈簧壓力表。2）精度等級(jí)確定： 求出基本誤差，以確定滿足要求的精度等級(jí)。0.08 100% 3.2% ，允許的精度等級(jí)為 2.5 級(jí)。2.5綜上分析，選擇量程為 0 2.5 MPa，精度等級(jí)為 2.5 級(jí)的彈簧壓力表。 該表的最大絕對(duì)誤差： ?max 2.5（ 2.5） 0.0625 MPa，0.08 MPa 所以滿足要求。2-

14、 17 什么叫標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置？試述差壓式流量計(jì)測(cè)量流量的原理； 并說明哪些因素對(duì)差 壓式流量計(jì)的流量測(cè)量有影響？解答：1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置：包括節(jié)流件和取壓裝置。2）原理：基于液體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí) 現(xiàn)流量測(cè)量的。3）影響因素： P471 流量系數(shù)的大小與節(jié)流裝置的形式、孔口對(duì)管道的面積比m 及取壓方式密切相關(guān)；2 流量系數(shù)的大小與管壁的粗糙度、 孔板邊緣的尖銳度、 流體的粘度、 溫度及可壓 縮性相關(guān)；3 流量系數(shù)的大小與流體流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。2- 19 為什么說轉(zhuǎn)子流量計(jì)是定壓式流量計(jì)？而差壓式流量計(jì)是變壓降式流量計(jì)？解答：1）轉(zhuǎn)子流量計(jì)是定壓式流量計(jì) （P47）

15、雖然轉(zhuǎn)子流量計(jì)也是根據(jù)節(jié)流原理測(cè)量流量的， 但它是利用節(jié)流元件改變流體的流 通面積來保持轉(zhuǎn)子上下的壓差恒定。所以是定壓式。2）差壓式流量計(jì)是變壓降式流量計(jì) （P45） 是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置是產(chǎn)生的壓差實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量 的。所以是變壓降式。2- 21 橢圓齒輪流量計(jì)的特點(diǎn)是什么？對(duì)被測(cè)介質(zhì)有什么要求？ 解答： 1）特點(diǎn)：流量測(cè)量與流體的流動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，這是因?yàn)闄E圓齒輪流量計(jì)是依靠被測(cè) 介質(zhì)的壓頭推動(dòng)橢圓齒輪旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行計(jì)量的。粘度愈大的介質(zhì)， 從齒輪和計(jì)量空間隙中泄漏出去的泄漏量愈小， 因此核測(cè)介質(zhì)的 粘皮愈大，泄漏誤差愈小，對(duì)測(cè)量愈有利。橢圓齒輪流量計(jì)計(jì)量精度高，適用于高粘度

16、介質(zhì)流量的測(cè)量。2）對(duì)被測(cè)介質(zhì)的要求：不適用于含有固體顆粒的流體 （固體顆粒會(huì)將齒輪卡死，以 致無法測(cè)量流量 ）。如果被測(cè)液體介質(zhì)中夾雜有氣體時(shí)，也會(huì)引起測(cè)量誤差。2- 22 電磁流量計(jì)的工作原理是什么？它對(duì)被測(cè)介質(zhì)有什么要求？ 解答： P511）原理：利用導(dǎo)電液體通過磁場(chǎng)時(shí)在兩固定電極上感應(yīng)出電動(dòng)是測(cè)量流速。2）對(duì)被測(cè)介質(zhì)的要求： 導(dǎo)電液體，被測(cè)液體的電導(dǎo)率應(yīng)大于水的電導(dǎo)率 （100 cm）， 不能測(cè)量油類或氣體的流量。2- 24 超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)是什么？解答：超聲波流量計(jì)的非接觸式測(cè)量方式， 不會(huì)影響被測(cè)流體的流動(dòng)狀況， 被測(cè)流體也不 會(huì)對(duì)流量計(jì)造成磨損或腐蝕傷害，因此適用范圍廣闊。2-

17、 25 用差壓變送器測(cè)某儲(chǔ)罐的液位，差壓變送器的安裝位置如圖 2-75 所示。請(qǐng)導(dǎo)出 變送器所測(cè)差壓 p與液位 H 之關(guān)系。變送器零點(diǎn)需不需要遷移？為什么？2- 26 用法蘭式差壓變送器測(cè)液位的優(yōu)點(diǎn)是什么？解答： P57測(cè)量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、 易凝固等液體的液位， 在膜盒、 毛細(xì) 管和測(cè)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(cè)介質(zhì)不進(jìn)入毛細(xì)管與 變送器，以免堵塞?？晒?jié)省隔離罐。2-27 試述電容式物位計(jì)的工作原理。解答：利用電容器的極板之間介質(zhì)變化時(shí)， 電容量也相應(yīng)變化的原理測(cè)物位， 可測(cè)量液位、 料位和兩種不同液體的分界面。2-28 超聲波液位計(jì)適用于什么場(chǎng)

18、合？解答： P60 適合于強(qiáng)腐蝕性、高壓、有毒、高粘性液體的測(cè)量。第 3 章 習(xí)題與思考題3- 1 什么是控制器的控制規(guī)律？控制器有哪些基本控制規(guī)律？ 解答：1）控制規(guī)律：是指控制器的輸出信號(hào)與輸入偏差信號(hào)之間的關(guān)系。2）基本控制規(guī)律：位式控制、比例控制、比例積分控制、比例微分控制和比例積 分微分控制。3- 2 雙位控制規(guī)律是怎樣的？有何優(yōu)缺點(diǎn)？ 解答： 1）雙位控制的輸出規(guī)律是根據(jù)輸入偏差的正負(fù)，控制器的輸出為最大或最小。 2）缺點(diǎn)：在位式控制模式下，被控變量持續(xù)地在設(shè)定值上下作等幅振蕩，無法穩(wěn)定在設(shè)定值上。 這是由于雙位控制器只有兩個(gè)特定的輸出值， 相應(yīng)的控制閥也只有兩個(gè) 極限位置，總是過

19、量調(diào)節(jié)所致。3）優(yōu)點(diǎn)：偏差在中間區(qū)內(nèi)時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，可以降低控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程 度，延長控制器中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。3- 3 比例控制為什么會(huì)產(chǎn)生余差？解答：產(chǎn)生余差的原因：比例控制器的輸出信號(hào) y 與輸入偏差 e之間成比例關(guān)系： y K pe為了克服擾動(dòng)的影響， 控制器必須要有控制作用， 即其輸出要有變化量， 而對(duì)于比 例控制來講， 只有在偏差不為零時(shí)， 控制器的輸出變化量才不為零， 這說明比例控制會(huì) 永遠(yuǎn)存在余差。3- 4 試寫出積分控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。為什么積分控制能消除余差？ 解答：11）積分控制作用的輸出變化量 y 是輸入偏差 e的積分： y 1 edtT12）當(dāng)有偏差存在時(shí)

20、，輸出信號(hào)將隨時(shí)間增大（或減小） 。當(dāng)偏差為零時(shí)，輸出停止 變化，保持在某一值上。因而積分控制器組成控制系統(tǒng)可以到達(dá)無余差。3- 5 什么是積分時(shí)間？試述積分時(shí)間對(duì)控制過程的影響。解答：11） yedtT1積分時(shí)間是1 控制器消除偏差的調(diào)整時(shí)間， 只要有偏差存在， 輸出信號(hào)將隨時(shí)間增大 （或減?。Ｖ挥挟?dāng)偏差為零時(shí)，輸出停止變化，保持在某一值上。2） 在實(shí)際的控制器中， 常用積分時(shí)間 Ti 來表示積分作用的強(qiáng)弱， 在數(shù)值上， Ti=1 Ki 。顯然， Ti越小， K i 就越大，積分作用就越強(qiáng)，反之亦然。3- 6 某比例積分控制器輸入、輸出范圍均為 420mA ，若將比例度設(shè)為 100%、積分

21、 時(shí)間設(shè)為 2min、穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出調(diào)為 5mA ，某時(shí)刻，輸入階躍增加 0.2mA，試問經(jīng)過 5min 后，輸出將由 5mA 變化為多少？解答：由比例積分公式： y 1 e 1 edt 分析：1 P T1依題意： p 100% ，即 Kp =1, TI= 2 min , e 0.2；Kp穩(wěn)態(tài)時(shí)： y0 5mA，1 y y0 Pe 1 edt3-715min 后： 5 1 ( 0.2 12 0.2 5)解答：P74？調(diào)整比例度時(shí)要注意什么問題？1）控制器的比例度 P 越小，它的放大倍數(shù) K p就越大，它將偏差放大的能力越強(qiáng)，控制力也越強(qiáng)，反之亦然，比例控制作用的強(qiáng)弱通過調(diào)整比例度 P 實(shí)現(xiàn)2）比例

22、度不但表示控制器輸入輸出間的放大倍數(shù)，還表示符合這個(gè)比例關(guān)系的有效輸 入?yún)^(qū)間。一表的量程是有限的，超出這個(gè)量程的比例輸出是不可能的。所以，偏差的變化使控制器的輸出可以變化全量程（16mA），避免控制器處于飽和狀態(tài)3- 8 理想微分控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？為什么常用實(shí)際為分控制規(guī)律？解答：de1） y TD dt2）由于理想微分運(yùn)算的輸出信號(hào)持續(xù)時(shí)間太短，往往不能有效推動(dòng)閥門。實(shí)際應(yīng) 用中，一般加以慣性延遲，如圖 3-7 所示，稱為實(shí)際微分。3- 9 試寫出比例、積分、微分（ PID）三作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式 解答：1 1 de y e edt TDPT1D dt3- 10 試分析比例、積

23、分、微分控制規(guī)律各自的特點(diǎn)，積分和微分為什么不單獨(dú)使用？ 解答：1）比例控制及時(shí)、反應(yīng)靈敏，偏差越大，控制力越強(qiáng)；但結(jié)果存在余差。2）積分控制可以達(dá)到無余差；但動(dòng)作緩慢，控制不及時(shí)，不單獨(dú)使用。3）微分控制能起到超前調(diào)節(jié)作用；但輸入偏差不變時(shí)，控制作用消失，不單獨(dú)使 用。3- 11 DDZ- 型基型控制器由哪幾部分組成？各組成部分的作用如何？ 解答： P791）組成如圖 3-11 所示2）作用參照 P79。3- 12 DDZ- 型控制器的軟手動(dòng)和硬手動(dòng)有什么區(qū)別？各用在什么條件下？ 解答：1）軟手動(dòng)操作是指調(diào)節(jié)器的輸出電流 I0 與手動(dòng)操作的輸入信號(hào)成積分關(guān)系； 硬手動(dòng)操作是指調(diào)節(jié)器的輸出電流

24、 I0 與手動(dòng)操作的輸入信號(hào)成比例關(guān)系。2）軟手動(dòng)操作：系統(tǒng)投運(yùn) 硬手動(dòng)操作：系統(tǒng)故障3-13 什么叫控制器的無擾動(dòng)切換？在 DDZ- 型調(diào)節(jié)器中為了實(shí)現(xiàn)無擾切換，在設(shè)計(jì) PID 電路時(shí)采取了哪些措施？解答： P84 1）調(diào)節(jié)器進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換后，輸出值不發(fā)生跳動(dòng)，即狀態(tài)轉(zhuǎn)換無沖擊。 2）CM、CI。P85中。3-14 PID 調(diào)節(jié)器中，比例度 P、積分時(shí)間常數(shù) TI 、微分時(shí)間常數(shù) TD 分別具有什么含義？ 在調(diào)節(jié)器動(dòng)作過程中分別產(chǎn)生什么影響？若將 TI 取、TD取 0，分別代表調(diào)節(jié)器處于什 么狀態(tài)？解答：比例度 P 含義：使控制器的輸出變化滿量程時(shí) （也就是控制閥從全關(guān)到全開或相反） 相應(yīng)的輸

25、入測(cè)量值變化占儀表輸入量程的百分比。比例作用的強(qiáng)弱取決于比例度的大 小。積分時(shí)間常數(shù) TI含義： TI 越小，積分作用越強(qiáng)；越大積分作用越弱；若將 TI 取， 則積分作用消失。微分時(shí)間常數(shù) TD含義： TD越大，微分作用越強(qiáng)； TD取0，微分作用消失。3-15 什么是調(diào)節(jié)器的正 /反作用？在電路中是如何實(shí)現(xiàn)的？ 解答：1）正作用：偏差 =測(cè)量值 -給定值； 反作用：偏差 =給定值 -測(cè)量值。2）運(yùn)放輸入端的切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。3-16 調(diào)節(jié)器的輸入電路為什么要采取差動(dòng)輸入方式？輸出電路是怎樣將輸出電壓轉(zhuǎn) 換成 420mA 電流的？解答： 1）采用差動(dòng)輸入方式，可以消除公共地線上的電壓降帶來的誤差。

26、2）參照 P83 下的輸出電路。3-18 給出實(shí)用的 PID 數(shù)字表達(dá)式，數(shù)字儀表中常有哪些改進(jìn)型 PID 算法？10解答：1） P91式（ 3-18）2）改進(jìn)的算法：第 4 章 思考題與習(xí)題4- 1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥主要由哪兩部分組成？各起什么作用？解答：1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用：按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作； 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的作用：由閥芯在閥體內(nèi)的移動(dòng)，改變閥芯與閥座之間的流通面積， 從而改變被控介質(zhì)的流量。4- 2 試問調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)有哪些主要類型？各使用在什么場(chǎng)合？解答：1）類型：直通單座閥、直通雙座閥。2）直通單座閥使用場(chǎng)合：小口徑、低壓差的場(chǎng)合； 直通雙座閥使用場(chǎng)合

27、：大口徑、大壓差的場(chǎng)合。4- 4 什么叫調(diào)節(jié)閥的理想流量特性和工作流量特性？常用的調(diào)節(jié)閥理想流量特性有哪 些？解答：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。工作流量特性：在實(shí)際的工藝裝置上，調(diào)節(jié)閥由于和其他閥門、設(shè)備、管道等串 連使用， 閥門兩端的壓差隨流量變化而變化， 這時(shí)的流量特性稱 為工作流量特性。2）常用理想流量特性：直線流量特性、等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性、快開特性4- 6 什么叫調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍？在串聯(lián)管道中可調(diào)范圍為什么會(huì)變化？解答：1）可調(diào)范圍：反映調(diào)節(jié)閥可控制的流量范圍，用 RQmax/Qmin 之比表示。 R 越大，

28、調(diào)節(jié)流量的范圍越寬 ,性能指標(biāo)就越好。2）由于串聯(lián)管道阻力的影響。114- 7 什么是串聯(lián)管道中的閥阻比 S？ S值的變化為什么會(huì)使理想流量特性發(fā)生畸變？ 解答：1）閥阻比：用閥阻比 S pTmin / po表示存在管道阻力的情況下，閥門全開時(shí)，閥 門前后的最小壓差 pT min 占總壓力 po 的比值。2）在S1 時(shí)，由于串聯(lián)管道阻力的影響，使閥門開大時(shí)流量達(dá)不到預(yù)期的值，也 就是閥的可調(diào)范圍變小。 隨著 S 值的減小，直線特性漸漸區(qū)于快開特性， 等百分比特性 漸漸趨近于直線特性。4- 8 什么叫氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣開式與氣關(guān)式？其選擇原則是什么？解答：1）氣開式：無壓力信號(hào)時(shí)閥門全閉，隨著壓力信

29、號(hào)增大，閥門逐漸開大的氣動(dòng)調(diào) 節(jié)閥為氣開式。氣關(guān)式：無壓力信號(hào)時(shí)閥門全開，隨著壓力信號(hào)增大，閥門逐漸關(guān)小的氣動(dòng)調(diào) 節(jié)閥為氣關(guān)式。2）選擇原則：從工藝生產(chǎn)安全考慮，一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障、信號(hào)中斷時(shí)，調(diào)節(jié) 閥的開關(guān)狀態(tài)應(yīng)能保證工藝設(shè)備和操作人員的安全。4- 9 如圖 4-24 所示的蒸氣加熱器對(duì)物料進(jìn)行加熱。為保證控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，加熱 器的耐熱材料不被燒壞，試確定蒸氣管道上調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式。解答：氣開式調(diào)節(jié)閥。4- 11 試述電 /氣轉(zhuǎn)換器的用途與工作原理。解答： P1131）用途： 為了使氣動(dòng)閥能夠接收電動(dòng)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)， 必須使用電氣轉(zhuǎn)換器 把調(diào)節(jié)器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流信換為 20 10

30、0kPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。2）原理：在杠桿的最左端安裝了一個(gè)線圈，該線圈能在永久磁鐵得氣隙中自由地 上下運(yùn)動(dòng)，由電動(dòng)調(diào)節(jié)器送來得電流 I通入線圈。當(dāng)輸入電流 I 增大時(shí)，線圈與磁鐵間 產(chǎn)生得吸力增大， 使杠桿左端下移， 并帶動(dòng)安杠桿上的擋板靠近噴嘴， 改變噴嘴和擋板 之間的間隙。噴嘴擋板機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)儀表中最基本的變換和放大環(huán)節(jié)， 能將擋板對(duì)于噴嘴的微小位 移靈敏地變換為氣壓信號(hào)。經(jīng)過氣動(dòng)功率放大器的放大后，輸出20l00kPa 的氣壓信號(hào) p 去推動(dòng)閥門。124- 12 試述電 /氣閥門定位器的基本原理與工作過程。解答： P115在杠桿上繞有力線圈，并置于磁場(chǎng)之中。當(dāng)輸入電流 I 增大時(shí)，力線圈產(chǎn)

31、生的磁場(chǎng) 與永久磁鐵相作用，使杠桿繞支點(diǎn) O 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)擋板靠近噴嘴，使其背壓增大， 經(jīng)氣動(dòng)功率放大器放大后，推動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)使閥桿移動(dòng)。4- 14 電動(dòng)儀表怎樣才能用于易燃易爆場(chǎng)所？安全火花是什么意思？解答：1）必須是采取安全防爆措施的儀表，就是限制和隔離儀表電路產(chǎn)生火花的能量。 使其不會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)帶來危險(xiǎn)。2）安全火花：電路在短路、開路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在 爆炸性氣體的點(diǎn)火能量之下。4- 16 齊納式安全柵的基本結(jié)構(gòu)是什么？它是怎樣限壓、限流的？解答：1）結(jié)構(gòu)：圖 4-19 所示。2）利用齊納二極管的反向擊穿特性進(jìn)行限壓，用電阻進(jìn)行限流。第 5 章 思考題與習(xí)題5-

32、 1 什么是被控過程的數(shù)學(xué)模型？ 解答：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(dòng)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。5- 2 建立被控過程數(shù)學(xué)模型的目的是什么？過程控制對(duì)數(shù)學(xué)模型有什么要求？ 解答：1）目的：1 設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)及整定控制參數(shù)；2 指導(dǎo)生產(chǎn)工藝及其設(shè)備的設(shè)計(jì)與操作；3 對(duì)被控過程進(jìn)行仿真研究；4 培訓(xùn)運(yùn)行操作人員；5 工業(yè)過程的故障檢測(cè)與診斷。132）要求：總的原則一是盡量簡單，二是正確可靠。階次一般不高于三階，大量采 用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。5- 3 建立被控過程數(shù)學(xué)模型的方法有哪些？各有什么要求和

33、局限性？ 解答： P1271）方法：機(jī)理法和測(cè)試法。2）機(jī)理法：測(cè)試法：5- 4 什么是流入量？什么是流出量？它們與控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)有什么區(qū)別與 聯(lián)系？解答： 1）流入量：把被控過程看作一個(gè)獨(dú)立的隔離體，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)別與聯(lián)系：控制系統(tǒng)的輸入量：控制變量和擾動(dòng)變量。 控制系統(tǒng)的輸出變量：系統(tǒng)的被控參數(shù)。5- 5 機(jī)理法建模一般適用于什么場(chǎng)合？解答： P128 對(duì)被控過程的工作機(jī)理非常熟悉， 被控參數(shù)與控制變量的變化都與物質(zhì)和能量的流 動(dòng)與轉(zhuǎn)換有密切關(guān)系。5- 6 什么是自衡特性？具有自衡特性被控

34、過程的系統(tǒng)框圖有什么特點(diǎn)？ 解答：1）在擾動(dòng)作用破壞其平衡工況后，被控過程在沒有外部干預(yù)的情況下自動(dòng)恢復(fù)平 衡的特性，稱為自衡特性。2）被控過程輸出對(duì)擾動(dòng)存在負(fù)反饋。5- 7 什么是單容過程和多容過程？ 解答：1）單容：只有一個(gè)儲(chǔ)蓄容量。2）多容：有一個(gè)以上儲(chǔ)蓄容量145- 8 什么是過程的滯后特性？滯后又哪幾種？產(chǎn)生的原因是什么？解答：1）滯后特性：過程對(duì)于擾動(dòng)的響應(yīng)在時(shí)間上的滯后。2）容量滯后：多容過程對(duì)于擾動(dòng)的響應(yīng)在時(shí)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(hào)）傳輸延遲引起的純 滯后。5- 9 對(duì)圖 5-40所示的液位過程，輸入量為 Q1，流出量為

35、Q2 、Q3 ，液位 h為被控參數(shù)， 水箱截面為 A，并設(shè) R2 、 R3為線性液阻。（1）列寫液位過程的微分方程組；（2）畫出液位過程的框圖；（3）求出傳遞函數(shù) H（s） Q1（s） ，并寫出放大倍數(shù) K和時(shí)間常數(shù) T的表達(dá)式。 解答：1）Q1Q2Q3 Ad h1 23 dtQ2hR2Q3R32）框圖如圖：3) H(s)R2R3Q1(s) AR2R3s R2 R3155-10 以Q1為輸入、 h2為輸出列寫圖 5-10 串聯(lián)雙容液位過程的微分方程組，并求出傳遞函數(shù) H 2(s) Q1(s)解答：1）方程組：Q1Q2A1d h1dtQ2Q 2 Q 3h1h2R2R 2d h2A2dth2R32

36、）傳遞函數(shù)：H 2(s)R3Q11(s) T1T2s2 (T1 T2 T12 )s 13Q3式中： T1 A1R2, T2 A2 R3, T12 A1R33）過程框圖：5- 12 何為測(cè)試法建模？它有什么特點(diǎn)？解答：1）是根據(jù)工業(yè)過程輸入、輸出的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行某種數(shù)學(xué)處理后得到數(shù)學(xué)模型。2）可以在不十分清楚內(nèi)部機(jī)理的情況下，把被研究的對(duì)象視為一個(gè)黑匣子，完全 通過外部測(cè)試來描述它的特性。165- 13 應(yīng)用直接法測(cè)定階躍響應(yīng)曲線時(shí)應(yīng)注意那些問題？ 解答： P1391）合理地選擇階躍輸入信號(hào)的幅度2）試驗(yàn)時(shí)被控過程應(yīng)處于相對(duì)穩(wěn)定的工況3）要仔細(xì)記錄階躍曲線的起始部分4）多次測(cè)試，消除非線性5- 1

37、4 簡述將矩形脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換為階躍響應(yīng)曲線的方法； 矩形脈沖法測(cè)定被控過程 的階躍響應(yīng)曲線的優(yōu)點(diǎn)是什么？解答： P139P1401）2）5-15 實(shí)驗(yàn)測(cè)得某液位過程的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)如下：ts06001020406080100140180250300400500h cm019.600.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.2當(dāng)階躍擾動(dòng)為 20% 時(shí)：（1）畫出液位的階躍響應(yīng)曲線；（2）用一階慣性環(huán)節(jié)加滯后近似描述該過程的動(dòng)態(tài)特性，確定K 、T 、解答：（1）（2）第 6 章 思考題與習(xí)題6- 1 簡單控制系統(tǒng)由幾個(gè)環(huán)節(jié)組成？ 解答： 測(cè)量變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、被

38、控過程四個(gè)環(huán)節(jié)組成。6- 2 簡述控制方案設(shè)計(jì)的基本要求17解答：安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性6- 3 簡單歸納控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。解答：1）控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)；2）工程設(shè)計(jì)；3）工程安裝和儀表調(diào)校；4）調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。6- 4 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括哪些步驟？解答： P174（1）熟悉和理解生產(chǎn)對(duì)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求與性能指標(biāo)（2）建立被控過程的數(shù)學(xué)模型（3）控制方案的確定（4）控制設(shè)備選型（5）實(shí)驗(yàn)（或仿真）驗(yàn)證6- 5 選擇被控參數(shù)應(yīng)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(guān)系？解答：1）原則：必須根據(jù)工藝要求，深入分析、生產(chǎn)過程，找出對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、 生產(chǎn)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

39、、環(huán)境保護(hù)、節(jié)能降耗等具有決定性作用，能較好反映生產(chǎn)工藝狀 態(tài)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(cè)量的參數(shù)3）間接參數(shù)：與質(zhì)量指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系、易于測(cè)量的變量，間接反映產(chǎn)品質(zhì)量、 生產(chǎn)過程的實(shí)際情況。4）兩者關(guān)系：間接參數(shù)是直接參數(shù)的單值函數(shù)。186- 6 選擇控制變量時(shí)，為什么要分析被控過程的特性？為什么希望控制通道放大系數(shù) Ko要大、時(shí)間常數(shù) To小、純滯后時(shí)間 o越小越好？而干擾通道的放大系數(shù) Kf 盡可能小、 時(shí)間常數(shù) Tf 盡可能大？解答：1）控制變量和干擾變量對(duì)被控參數(shù)的影響都于過程的特性密切相關(guān)。2）控制通道的靜態(tài)放大系數(shù) K0

40、越大，系統(tǒng)的靜態(tài)偏差越小， 表明控制作用越靈敏， 克服擾動(dòng)的能力越強(qiáng)，控制效果越好。時(shí)間常數(shù) T0 小，被控參數(shù)對(duì)控制變量的反應(yīng)靈敏、控制及時(shí)，從而獲得良好的控 制品質(zhì)。純滯后 0 的存在會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。 0值越大，對(duì)系統(tǒng)的影響越大。3）擾動(dòng)通道的靜態(tài)放大系數(shù) Kf 越小，表明外部擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響越小。 時(shí)間常數(shù) Tf 越大，外部干擾 f（t ）對(duì)被控參數(shù) y（ t）的影響越小，系統(tǒng)的控制品質(zhì)越好。6- 7 當(dāng)被控過程存在多個(gè)時(shí)間常數(shù)時(shí)，為什么應(yīng)盡量使時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開？ 解答： P182由自控理論知識(shí)可知， 開環(huán)傳遞函數(shù)中幾個(gè)時(shí)間常數(shù)值錯(cuò)開， 可提高系統(tǒng)的工作頻 率，減小過渡過程時(shí)間和最

41、大偏差等，改善控制質(zhì)量。6- 8 選擇檢測(cè)變送裝置時(shí)要注意哪些問題？怎樣克服或減小純滯后？ 解答：1）P184-1、2、3、42）合理選擇檢測(cè)點(diǎn)。6- 9 調(diào)節(jié)閥口徑選擇不當(dāng)，過大或過小會(huì)帶來什么問題？正常工況下，調(diào)節(jié)閥的開度 在什么范圍比較合適？解答：1）調(diào)節(jié)閥口徑選得過大，閥門調(diào)節(jié)靈敏度低，工作特性差，甚至?xí)a(chǎn)生振蕩或調(diào)節(jié)失靈的情況19調(diào)節(jié)閥口徑選得過小，當(dāng)系統(tǒng)受到較大的擾動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)閥工作在全開或全關(guān)的飽和狀態(tài)，使系統(tǒng)暫時(shí)處于失控工況，這對(duì)擾動(dòng)偏差的消除不利2）正常工況下要求調(diào)節(jié)閥的開度在 15%-85%之間。6- 10 選擇調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)方式的首要原則是什么？解答：保證人身安全、系統(tǒng)與

42、設(shè)備安全是調(diào)節(jié)閥開、關(guān)作用方式選擇的首要原則6-11 調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇依據(jù)是什么？ 解答： 確定原則是整個(gè)單回路構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)。6-12 在蒸氣鍋爐運(yùn)行過程中，必須滿足汽 -水平衡關(guān)系，汽包水位是一個(gè)十分主要的 指標(biāo)。當(dāng)液位過低時(shí)，汽包中的水易被燒干引發(fā)生產(chǎn)事故，甚至?xí)l(fā)生爆炸，為此設(shè)計(jì) 如圖 6-28所示的液位控制系統(tǒng)。 試確定調(diào)節(jié)閥的氣開、 氣關(guān)方式和調(diào)節(jié)閥 LC 正、反作用；畫出該控制系統(tǒng)的框圖 解答：見圖 2 281）調(diào)節(jié)閥：氣關(guān)方式2）調(diào)節(jié)器：正作用。3）框圖：6-13 在如圖 6-29 所示的化工過程中，化學(xué)反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。為使化學(xué)反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行， 必須用熱水通過加熱套加熱

43、反應(yīng)物料， 以保證化學(xué)反應(yīng)在規(guī)定的溫度下進(jìn)行。 如果溫度 太低，不但會(huì)導(dǎo)致反映停止， 還會(huì)使物料產(chǎn)生聚合凝固導(dǎo)致設(shè)備堵塞， 為生產(chǎn)過程再次 運(yùn)行造成麻煩甚至損壞設(shè)備。為此設(shè)計(jì)如圖 6-29 所示的溫度控制系統(tǒng)。試確定調(diào)節(jié)閥20的氣開、氣關(guān)方式和調(diào)節(jié)閥的 TC 正、反作用；畫出該控制系統(tǒng)的框圖解答：1）調(diào)節(jié)閥：氣開式2）調(diào)節(jié)器：反作用3）框圖：6-14 簡述比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點(diǎn)。解答： P1931）比例控制：是最簡單的調(diào)節(jié)規(guī)律，它對(duì)控制作用和擾動(dòng)作用的響應(yīng)都很迅速。 比例調(diào)節(jié)只有一個(gè)參數(shù)，整定簡便。比例調(diào)節(jié)的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)存在靜差。2）積分控制：積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是沒有靜差。但它的動(dòng)態(tài)

44、偏差最大、調(diào)節(jié)時(shí)間長， 只能用于有自衡特性的簡單對(duì)象、很少單獨(dú)使用。3）微分控制：超前調(diào)節(jié)。6-21 試比較臨界比例度法、衰減曲線法、響應(yīng)曲線法及經(jīng)驗(yàn)法的特點(diǎn)。解答： P201臨界比例度法：衰減曲線法：響應(yīng)曲線法：經(jīng)驗(yàn)法：6-22 如圖 6-30 所示熱交換器，將進(jìn)入其中的冷卻物料加熱到設(shè)定溫度。工藝要求熱 物料溫度的 T 1 C ，而且不能發(fā)生過熱情況，以免造成生產(chǎn)事故。試設(shè)計(jì)一個(gè)簡單 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)熱物料的溫度控制，并確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)方式，調(diào)節(jié)器的正反作 用方式，以及調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律。21解答：1）被控參數(shù)選擇：熱交換器出口溫度。2）控制參數(shù)選擇：載熱介質(zhì)流量。3）檢測(cè)儀表選擇：溫度傳感器與溫度變送器。4）調(diào)節(jié)閥選擇：1 流量特性選擇：對(duì)數(shù)流量特性。2 氣開、氣關(guān)方式選擇：氣開。5）調(diào)節(jié)器選擇：1 調(diào)節(jié)規(guī)律選擇： PI 或 PID。2 正反