過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表習(xí)題答案王再英

1、過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表第 1 章 思考題與習(xí)題1-1 過(guò)程控制有哪些主要特點(diǎn)？為什么說(shuō)過(guò)程控制多屬慢過(guò)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(guò)程參數(shù)控制 4定值控制是過(guò)程控制的一種主要控制形式 5過(guò)程控制 系統(tǒng)由規(guī)范化的過(guò)程檢測(cè)控制儀表組成1- 2 什么是過(guò)程控制系統(tǒng)？典型過(guò)程控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？ 過(guò)程控制系統(tǒng)： 一般是指工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(shuō)明過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi)方法，通常過(guò)程控制系統(tǒng)可分為哪幾類(lèi)？ 分類(lèi)方法說(shuō)明： 按所控制的參數(shù)來(lái)分，有溫度控制系統(tǒng)

2、、壓力控制系統(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(lái)分，有模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)； 按控制器類(lèi)型來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)分，有單回 路與多回路控制系統(tǒng)、開(kāi)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(lèi)：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(lèi)：（ 1）反饋控制系

3、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) ?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？被控對(duì)象的靜態(tài)特性：穩(wěn)態(tài)時(shí)控制過(guò)程被控參數(shù)與控制變量之間的關(guān)系稱(chēng)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(guò)程中，被控參數(shù)與控制變量之間的關(guān)系即為控制過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性。二者之間的關(guān)系：1-7 試說(shuō)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(guò)程控制系統(tǒng)得性能時(shí)更關(guān)注其動(dòng)態(tài)特性？穩(wěn)態(tài)：對(duì)于定值控制，當(dāng)控制系統(tǒng)輸入（設(shè)定值和擾動(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)

4、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(chēng)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(kāi)始動(dòng)作，至y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(guò)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(guò)程之中，這種狀態(tài)稱(chēng)為動(dòng)態(tài)。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，被控過(guò)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：?jiǎn)雾?xiàng)性能指標(biāo)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

5、、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(guò)渡過(guò)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(chǔ);超調(diào)量：第一個(gè)波峰值yi與最終穩(wěn)態(tài)值y （二）之比的百分?jǐn)?shù)匚；殘余偏差C:過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，被控參數(shù)所達(dá)到的新穩(wěn)態(tài)值 y （二）與 設(shè)定值之間的偏差C稱(chēng)為殘余偏差，簡(jiǎn)稱(chēng)殘差；調(diào)節(jié)時(shí)間：從過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始到過(guò)渡過(guò)程結(jié)束所需的時(shí)間；振蕩頻率：過(guò)渡過(guò)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(chēng)為振蕩頻率；峰值時(shí)間：過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始至被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間1- 10 某被控過(guò)程工藝設(shè)定溫度為900C，要求控制過(guò)程中溫度偏離設(shè)定值

6、 最大不得超過(guò)80C?，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(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)如圖1-4所示。試求該系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)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(mǎn)足工藝要求？解答：CD最大動(dòng)態(tài)偏差 A: A = 950 C - 900 C = 50 C衰減比 n： n = 950 一900 =5:1910-900C振蕩周期 T: T=459=36(min)A1 (衰減振蕩)，所以系統(tǒng)滿(mǎn)足工藝要求。第2章思考題與習(xí)題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(wèn)此壓力 表允許的最大絕對(duì)誤差是多少？若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來(lái)校驗(yàn)該壓力表， 在校驗(yàn)點(diǎn) 為5MPa時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力

7、計(jì)上讀數(shù)為5.08MPa,試問(wèn)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：最大絕對(duì)誤差1)基本誤差丄乞100%最大絕對(duì)誤差？max= 0.01 X 10= 0.1MPa2)校驗(yàn)點(diǎn)為5 MPa時(shí)的基本誤差：二5.08 一 5 100% 78%100.8 % 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：?1.0max= 1.0 X 1% = 0.01 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)W 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

8、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)壓力的士 5%試選擇 一塊合適的壓力表（類(lèi)型、測(cè)量范圍、精度等級(jí)），并說(shuō)明其理由。根據(jù)題意知：壓力范圍1.01.6MPa,允許最大誤差：?max= 1.6 X(+ 5%)=+ 0.08 MPa1）量程確定：應(yīng)滿(mǎn)足工作最大壓力小于儀表量程的2/3處，即1.6 MPX 2/3 = 2.4 MPa可以選量程為02.5 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(mǎn)足要求的精度等級(jí)。:一008 100% 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02.5 MPa，精度等級(jí)為2.

9、5級(jí)的彈簧壓力表。該表的最大絕對(duì)誤差：?max= 2.5 X （土2.5 %） =土0.0625 MPa 0.08 MPa 所以滿(mǎn)足要求。2- 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(shuō)明哪些因素對(duì)差壓式流量計(jì)的流量測(cè)量有影響？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：P47 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)； 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)； 流量系數(shù)的大小與流體流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。2- 19為

10、什么說(shuō)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)？1）轉(zhuǎn)子流量計(jì)是定壓式流量計(jì)（P47）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(lái)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？1）特點(diǎn)：流量測(cè)量與流體的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)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

11、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(wú)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？1）原理：利用導(dǎo)電液體通過(guò)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山】cm）,不能測(cè)量油類(lèi)或氣體的流量。2- 24超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)是什么？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

12、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- 26用法蘭式差壓變送器測(cè)液位的優(yōu)點(diǎn)是什么？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)合？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)

13、律？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)？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(wú)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(guò)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(kāi)關(guān) 的頻繁程度，延長(zhǎng)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？產(chǎn)生

14、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：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(lái)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(shuō)明比例控制會(huì)永遠(yuǎn)存在余差。3- 4試寫(xiě)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?1）積分控制作用的輸出變化量y是輸入偏差e的積分：y二丄edtT12）當(dāng)有偏差存在時(shí)，輸出信號(hào)將隨時(shí)間增大（或減?。．?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(wú) 余差。3- 5 什么是積分時(shí)間？試述積分時(shí)間對(duì)控制過(guò)程的影響。11）y edtT積分時(shí)間是控

15、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?。?。只有當(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(lái)表示積分作用的強(qiáng)弱，在 數(shù)值上，T=1/K i。顯然，T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(wèn)經(jīng)過(guò)5min后，輸出將由5mA變化為多少？由比例積分公式：y = l e+丄Jedt分析：P i丿依題意：p 二丄=100%，即 K p =1, Ti= 2 min ,

16、e =土0.2 ;Kp_穩(wěn)態(tài)時(shí)：y = 5mA1( 1 亠 y = y +石 e + 戸 JedtP 1 丁15min 后:1= 5+1x(0.2x0.2x5)2= (50.7)mA3- 7比例控制器的比例度對(duì)控制過(guò)程有什么影響？調(diào)整比例度時(shí)要注意什 么問(wèn)題？1）控制器的比例度P越小，它的放大倍數(shù)Kp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(guò)調(diào)整比例度 P實(shí) 現(xiàn)。2）比例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

17、，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？1）y吒2）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(mén)。 實(shí)際應(yīng)用中，一般加以慣性延遲，如圖 3-7所示，稱(chēng)為實(shí)際微分。3- 9 試寫(xiě)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：3- 10 試分析比例、積分、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?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(wú)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

18、， 不單獨(dú)使用。3- 12 DDZ-皿型控制器的軟手動(dòng)和硬手動(dòng)有什么區(qū)別？各用在什么條件 下？1）軟手動(dòng)操作是指調(diào)節(jié)器的輸出電流 I 0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 I 0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(wú)擾動(dòng)切換？在 DDZ-m型調(diào)節(jié)器中為了實(shí)現(xiàn)無(wú)擾 切換，在設(shè)計(jì) PID 電路時(shí)采取了哪些措施？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(wú)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)

19、器動(dòng)作過(guò)程中分別產(chǎn)生什么影響？若將 t,取Td取 0，分別代表調(diào)節(jié)器處于什么狀態(tài)？比例度P含義：使控制器的輸出變化滿(mǎn)量程時(shí)（也就是控制閥從全關(guān) 到全開(kāi)或相反），相應(yīng)的輸入測(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T取乂，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？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(kāi)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)

20、輸入方式？輸出電路是怎樣 將輸出電壓轉(zhuǎn)換成4 20mA電流的？1）采用差動(dòng)輸入方式，可以消除公共地線(xiàn)上的電壓降帶來(lái)的誤差。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？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？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(wèn)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)有哪些主要類(lèi)型？各使用在什么場(chǎng)合？

21、1 ）類(lèi)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：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？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(chēng)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(mén)、設(shè)備、 管道等串連使用，閥門(mén)兩端的壓差隨流量變化而變 化，這時(shí)的流量特性稱(chēng)為工作流量特性。2）常用理想流量特性：直線(xiàn)流量特性、等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性、快開(kāi)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？1） 可調(diào)

22、范圍：反映調(diào)節(jié)閥可控制的流量范圍，用R= QaJQmin之比表示。 R越大，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。4- 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？1）閥阻比：用閥阻比S-Tmin/Po表示存在管道阻力的情況下，閥門(mén)全 開(kāi)時(shí)，閥門(mén)前后的最小壓差pTmin占總壓力P。的比值。2）在SV1時(shí)，由于串聯(lián)管道阻力的影響，使閥門(mén)開(kāi)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(xiàn)特性漸漸區(qū)于快 開(kāi)特性，等百分比特性漸漸趨近于直線(xiàn)特性。4- 8 什么叫氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)式與氣關(guān)式？其選擇原則是什么？1）氣開(kāi)式

23、：無(wú)壓力信號(hào)時(shí)閥門(mén)全閉，隨著壓力信號(hào)增大，閥門(mén)逐漸開(kāi) 大的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)式。氣關(guān)式：無(wú)壓力信號(hào)時(shí)閥門(mén)全開(kāi)，隨著壓力信號(hào)增大，閥門(mén)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(kāi)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(kāi)、氣 關(guān)形式。氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥。4- 11 試述電/ 氣轉(zhuǎn)換器的用途與工作原理。1）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

24、信換為 20100kPa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(xiàn)圈，該線(xiàn)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(lái)得電流 I 通入線(xiàn)圈。當(dāng)輸入電流 I 增大時(shí)，線(xiàn)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(guò)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(mén)。4- 12 試述電 / 氣閥門(mén)定位器的基本原理與工作過(guò)程。 在杠桿上繞有力線(xiàn)圈，并置于磁場(chǎng)之中。當(dāng)輸入電流 I 增大時(shí)，力線(xiàn)圈 產(chǎn)生的

25、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？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(lái)危險(xiǎn)。2）安全火花：電路在短路、開(kāi)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- 1 什么是被控過(guò)

26、程的數(shù)學(xué)模型？被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是描述被控過(guò)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(guò)程數(shù)學(xué)模型的目的是什么？過(guò)程控制對(duì)數(shù)學(xué)模型有什么 要求？1）目的：O 設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)及整定控制參數(shù)； 指導(dǎo)生產(chǎn)工藝及其設(shè)備的設(shè)計(jì)與操作； 對(duì)被控過(guò)程進(jìn)行仿真研究； 培訓(xùn)運(yùn)行操作人員；工業(yè)過(guò)程的故障檢測(cè)與診斷。2）要求：總的原則一是盡量簡(jiǎn)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(guò)程數(shù)學(xué)模型的方法有哪些？各有什么要求和局限性？1 ）方法：機(jī)理法和測(cè)試法。2）機(jī)理法：

27、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？1）流入量： 把被控過(guò)程看作一個(gè)獨(dú)立的隔離體， 從外部流入被控過(guò)程的 物質(zhì)或能量流量稱(chēng)為流入量。流出量：從被控過(guò)程流出的物質(zhì)或能量流量稱(chēng)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？對(duì)被控過(guò)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？具有自衡特性被控過(guò)程的系統(tǒng)框圖有什么特點(diǎn)？1）在擾動(dòng)作用破壞其平衡工況后，被控過(guò)程在沒(méi)有外部干預(yù)的情況下

28、自動(dòng)恢復(fù)平衡的特性，稱(chēng)為自衡特性。2）被控過(guò)程輸出對(duì)擾動(dòng)存在負(fù)反饋。5- 7 什么是單容過(guò)程和多容過(guò)程？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。5- 8 什么是過(guò)程的滯后特性？滯后又哪幾種？產(chǎn)生的原因是什么？1）滯后特性：過(guò)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(guò)程對(duì)于擾動(dòng)的響應(yīng)在時(shí)間上的這種延遲被稱(chēng)為容 量滯后。純滯后：在生產(chǎn)過(guò)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(guò)程，輸入量為Qi，流出量為Q2、Q3，液位h 為被控參數(shù)，水箱截面為A，并設(shè)R2、R3為線(xiàn)性液阻。（1）列寫(xiě)液位過(guò)程的微分方程組；（2）畫(huà)出液位過(guò)

29、程的框圖；（3）求出傳遞函數(shù)H（s）.Q1（s），并寫(xiě)出放大倍數(shù)K和時(shí)間常數(shù)T的表達(dá)式。 解答：(1)R2 R3. ：Q2(2)框圖如圖:(3)H(s)Q1(s) AR2R3s R2 R55-10以Qi為輸入、h2為輸出列寫(xiě)圖組，并求出傳遞函數(shù)H2（s） Q4（s）。込解答:1）方程組:=A1dtLh|th2R2R2二 Ad = h2-Q _ Q2匚 Q- - : QQ2dt閥FQ 二 h2R32）傳遞函數(shù):R3H2(s)一 2Q11 (s)再(T1T2 T12)s13=A1R3式中：T1 - A1R2, T2 - A? R3, T125- 12 何為測(cè)試法建模？它有什么特點(diǎn)?解答:1）是根據(jù)

30、工業(yè)過(guò)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(guò)外部測(cè)試來(lái)描述它的特性。5- 13 應(yīng)用直接法測(cè)定階躍響應(yīng)曲線(xiàn)時(shí)應(yīng)注意那些問(wèn)題?（1）合理地選擇階躍輸入信號(hào)的幅度（2）試驗(yàn)時(shí)被控過(guò)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(xiàn)的起始部分（4）多次測(cè)試，消除非線(xiàn)性第 6 章 思考題與習(xí)題6- 1 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由幾個(gè)環(huán)節(jié)組成？ 測(cè)量變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、被控過(guò)程四個(gè)環(huán)節(jié)組成。6- 2 簡(jiǎn)述控制方案設(shè)計(jì)的基本要求。 安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。6- 3 簡(jiǎn)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)；

31、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(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括哪些步驟？（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(guò)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)？?jī)烧哂泻侮P(guān)系？1 ）原則：必須根據(jù)工藝要求，深入分析、生產(chǎn)過(guò)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、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(guò)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)

32、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(guò)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)。6- 6 選擇控制變量時(shí)，為什么要分析被控過(guò)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(guò)程的特性密切 相關(guān)。2）控制通道的靜態(tài)放大系數(shù) Ko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)To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

33、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(guò)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(kāi)？ 解答：由自控理論知識(shí)可知，開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中幾個(gè)時(shí)間常數(shù)值錯(cuò)開(kāi)，可 提高系統(tǒng)的工作頻率，減小過(guò)渡過(guò)程時(shí)間和最大偏差等，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(wèn)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(guò)大或過(guò)小會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題？正常工況下, 調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度在什

34、么范圍比較合適？解答：1）調(diào)節(jié)閥口徑選得過(guò)大，閥門(mén)調(diào)節(jié)靈敏度低，工作特性差，甚至 會(huì)產(chǎn)生振蕩或調(diào)節(jié)失靈的情況。調(diào)節(jié)閥口徑選得過(guò)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(kāi) 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(kāi)度在 15%-85沱間。6- 10 選擇調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)、氣關(guān)方式的首要原則是什么？解答：保證人身安全、系統(tǒng)與設(shè)備安全是調(diào)節(jié)閥開(kāi)、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(guò)程中，必須滿(mǎn)足汽-水平衡關(guān)系，汽包水位是- 個(gè)十分主要的指標(biāo)。當(dāng)液位

35、過(guò)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(kāi)、氣關(guān)方式和調(diào)節(jié)閥LC正、反作用；畫(huà)出該控制系統(tǒng)的框圖。解答：1）調(diào)節(jié)閥：氣關(guān)方式。2）調(diào)節(jié)器：正作用。3）框圖:汽包解答：1）調(diào)節(jié)閥：氣開(kāi)式。6-13 在如圖6-29所示的化工過(guò)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(guò)加熱套加熱反應(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(guò)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)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)方式

36、和調(diào)節(jié) 閥的TC正、反作用；畫(huà)出該控制系統(tǒng)的框圖2）調(diào)節(jié)器：反作用。3）框圖：6-14 簡(jiǎn)述比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點(diǎn)解答：1）比例控制：是最簡(jiǎn)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(jiǎn)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(méi)有靜差。但它的動(dòng)態(tài)偏差最大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，只能用于有自衡特性的簡(jiǎn)單對(duì)象、很少單獨(dú)使用。3）微分控制：超前調(diào)節(jié)。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.汀乞_1 C，而且不能發(fā)生過(guò)熱情況，以免造成生產(chǎn)事 故。試設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)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(kāi)、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。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：崢物料溫度傳感器與溫度變送器。4） 調(diào)節(jié)閥選擇：-流量特性選擇：對(duì)數(shù)流量特性。氣開(kāi)、氣關(guān)方式選擇：氣開(kāi)。5）調(diào)節(jié)器選擇:調(diào)節(jié)規(guī)律選擇：PI或PID 正反作用方式選擇：反作用方式系統(tǒng)各環(huán)節(jié)正、負(fù)符號(hào)判別：被控過(guò)程：+;變送器：+;調(diào)節(jié)閥：+;根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋條件：各環(huán)節(jié)符號(hào)之