期末考試過(guò)程控制計(jì)算題

1、B2 B?(130 105)(110 105)Ty(tp) y()最大偏差A(yù),即超調(diào)量c = y()100%130 105105100% 23.8%計(jì)算及問(wèn)答題1 某換熱器溫度控制系統(tǒng)(設(shè)定值為100C),在階躍擾動(dòng)作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如圖所示。分別求出衰減比、最大偏差、余差、過(guò)渡時(shí)間和振蕩周期(按土3%穩(wěn)態(tài)值來(lái)確定過(guò)渡時(shí)間)。溫度c130.0.81解：衰減比® =余差 C= | y (a) y ( 0 )|=105 100=5過(guò)渡時(shí)間ts=27min ,(計(jì)算穩(wěn)態(tài)值的土 3%,即102或108,用尺子量后估算出時(shí)間) 振蕩周期，時(shí)間作衰減振蕩，所以振蕩周期T=20 8=12min,

2、(兩個(gè)波峰的時(shí)間差)2 已知某被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型為U(s)E(s)KTs 1應(yīng)用前向差分法，求關(guān)于 u(k)和e(k)的差分方程。 參考計(jì)算控制課本 p129解: U(s)?(Ts 1) K?E(S)Ts?U(s) U(s) K?E(s)T 響 u(t) Ke(t)du(t) u(k 1) u(k)設(shè)采樣周期為Ts,代入 dTTSTS(u(k 1) u(k) u(k) Ke(k)u(k)天u(k 1)嚴(yán) Ke(k)3.臺(tái)儀表的測(cè)溫范圍為100550C,絕對(duì)誤差的最大值為 2C,求這臺(tái)儀表的相對(duì)誤差。2解軍：合=550 100100%0.44%4.某一標(biāo)尺為0500 C的溫度計(jì)出廠前經(jīng)校驗(yàn)，其刻

3、度標(biāo)尺各點(diǎn)測(cè)量結(jié)果值分別為:被校表讀數(shù)0100200300400500標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)0103198303406495(1) 求出儀表最大絕對(duì)誤差值；(2) 確定儀表的允許誤差及精確度等級(jí)；(3) 儀表經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后，重新校驗(yàn)時(shí)，儀表最大絕對(duì)誤差為土8 C,問(wèn)該儀表是否 還符合出廠時(shí)的精確度等級(jí)。解：(1)最大絕對(duì)誤差值為 6。儀表精度3 =贏100%1.2%1.5%(3 )求液位過(guò)程的傳遞函數(shù)W(s)=(1) q2 J q3R2R2R3 W o(s)= CR2R3S r2 r3所以允許誤差為土 %儀表精度等級(jí)為級(jí)。使用一段時(shí)間后的精度為3=島100%1.6%1.5%所以不符合出廠時(shí)的精確度等級(jí)

4、。5如下圖所示液位控制系統(tǒng)中，被控過(guò)程物料的輸入量和輸出量是什么控制系統(tǒng)的(1)被控變量、(2)操縱變量、(3)主要擾動(dòng)、(4)輸入信號(hào)、(5)輸出信號(hào)各是什么此題需特別注意！ ！解：被控過(guò)程物料的輸入量時(shí)水的流量Q1,輸出量是水的流量 Q2;(1) 被控變量是液位H;(2) 操縱變量是流量 Q2;(開(kāi)關(guān)在這 里，控制排水量，而不是入水 量)(3) 主要擾動(dòng)是流量Q1;(4) 輸入信號(hào)是液位的給定值； 6圖所示液位過(guò)程的輸入量為 q1,流出量為q2、q3,液位h為被控參數(shù)，C為容量系數(shù)，設(shè)R、艮、R為線性液阻，求：(1 )列出液位過(guò)程的微分方程組；(2 )畫出液位過(guò)程的框圖；Q3(S)+，Qi

5、(s)（3）做拉氏變換1R3- 1,1*1. J/CsQ2（S）1H(s)Q（s）野H(s)R3CsH(s)Wo(s)CR2R3S R2 R3R2&7用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法整定單回路控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)，測(cè)得過(guò)程的t= 8s, T=80s，自平衡率p = 1,當(dāng)調(diào)節(jié)器分別采用 P、PI、PID控制規(guī)律時(shí)，求，調(diào)節(jié)器整定的參數(shù)解：由于t需0.1,故應(yīng)用表中0.2時(shí)的公式計(jì)算。（1）比例調(diào)節(jié)比例度0.1（2）比例積分調(diào)節(jié)比例度1.1- t 0.11積分時(shí)間Ti3.326.4s（3）比例積分微分調(diào)節(jié)比例度 0.85 丄0.085積分時(shí)間Ti216s微分時(shí)間Td 0.5 4s某熱交換器圖所示， 用蒸

6、汽將進(jìn)入其中的冷水加熱到一定的溫度，生產(chǎn)工藝要求熱水溫度保持定值（t ± 1C），試設(shè)計(jì)一個(gè)單回路控制系統(tǒng)，并說(shuō)明該控制系統(tǒng)的基本工作原理，系 統(tǒng)的被控變量、控制量和主要擾動(dòng)量是什么及選用的控制算法。¥調(diào)勺器，謂節(jié)貓控制譴書厲便菇慕汽流量±0大*從“僮莖啦出口的上升*當(dāng)赫水出口的溫豐達(dá)到設(shè)宦值 ”對(duì).荃統(tǒng)再次穩(wěn).定.”:專噴的被控g昆叭水的返査.”羥*1旦熱趙汽射血亙；”M主要擾奇是冷水的應(yīng)量：-選用prMJK法，8.某前饋控制系統(tǒng)框圖如圖所示，試通過(guò)推導(dǎo)分析，前饋控制器W(s)、過(guò)程擾動(dòng)通道傳遞函數(shù) W( s)和過(guò)程控制通道傳遞函數(shù)V3(s)滿足什么關(guān)系時(shí)，能夠

7、實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)的全補(bǔ)償解：參考計(jì)算機(jī)控制 p38。 求傳遞函數(shù)Y(s)/F(s)，然后令分子等于0，即Y(s)W2 W1W3F(s) 1 ?X(s)w2 w1w309.某液位過(guò)程的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得如下數(shù)值t/s01020406080100140180250300400500600h/mm00當(dāng)其階躍擾動(dòng)量為卩=20%寸，求：(1) 畫出液位過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線；(2) 該過(guò)程用一階加滯后環(huán)節(jié)近似描述，確定液位過(guò)程的K0, To, t 。參考課本p136，作業(yè)2-13 ,(一模一樣)解：(1)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，液位過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線如圖所示:19.6，則 Ko J 號(hào) 98取 y 10.39, y t20.

8、63，由 y t在圖上得到t1 126, t2 195代入式中，得To 2(t2 ti) 1382ti t257校驗(yàn)數(shù)據(jù)：當(dāng)t3 時(shí)，即t357, y ts 0.0930當(dāng) t4(0.8T0) 167.4 時(shí)，y t40.542 0.55當(dāng) t5 (2T0) 333時(shí)，y t50.877 0.865所以該液位過(guò)程近似為：W°(s)K° sT°s 1 e98138s 1e 57s10、在蒸汽鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，必須滿足汽-水平衡關(guān)系，汽包水位是一個(gè)十分重要的指標(biāo)。當(dāng)液位過(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。（1）試設(shè)計(jì)一個(gè)液位的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，在圖中畫出

9、控制方案圖。（2）確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式，并說(shuō)明原因。（3）確定調(diào)節(jié)器的正、反作用方式，必須有詳細(xì)的分析過(guò)程。（4）畫出該控制系統(tǒng)的方框圖。汽包給那11、在某生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)加熱爐對(duì)冷物料加熱，根據(jù)工藝要求，需對(duì)熱物料出口溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。對(duì)系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，主要擾動(dòng)為燃料壓力波動(dòng)。（1）試設(shè)計(jì)一個(gè)熱物料出口溫度的串級(jí)控制系統(tǒng)，在圖中畫出控制方案圖。（2）畫出該控制系統(tǒng)方框圖。（3）為保證設(shè)備安全, 爐溫不能過(guò)高，確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式。（4）確定兩臺(tái)調(diào)節(jié)器的正反作用方式，必須有詳細(xì)的分析過(guò)程。（5）確定兩臺(tái)調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇什么調(diào)節(jié)規(guī)律。解:氣開(kāi)式劇調(diào)節(jié)黔作用主調(diào)節(jié)器反作川副調(diào)節(jié)器采用P或PI

10、調(diào)節(jié)規(guī)律主調(diào)廿器采用PI或PID調(diào)節(jié)規(guī)律12、右圖為一個(gè)加熱器控制系統(tǒng)， 通過(guò)將進(jìn)料（流體）與蒸汽進(jìn)行換熱達(dá)到對(duì)物料 （流體）進(jìn)行 加熱的目的，希望出料（流體）溫度恒定。其中已知進(jìn)料（流料）流量（qv）為最主要的干擾。（1） 試選用合適的的控制方案，說(shuō)明理由，并畫出控制系統(tǒng)框圖和結(jié)構(gòu)圖。（2）為保證設(shè)備安全，出料溫度不能過(guò)高，確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式。確定調(diào)節(jié)器的正反作用以及應(yīng)選擇什么 調(diào)節(jié)規(guī)律。解：氣開(kāi)式反作用前饋調(diào)節(jié)器采用靜態(tài)前饋反鍛調(diào)節(jié)器采用PI或PID控制13、右下圖所示的氨冷器，用液氨冷卻銅液，要求出口銅液溫度恒定。為保證氨冷器內(nèi)有定的汽化空間，避免液氨帶入冰機(jī)造成事故，采用溫度一

11、一液位串級(jí)控制。1）此串級(jí)控制系統(tǒng)的主副被控變量各是什么2）試設(shè)計(jì)一溫度一一液位串級(jí)控制系統(tǒng)，完成該控制方案的結(jié)構(gòu)圖（即將圖示的氨冷器控制系統(tǒng)示意圖補(bǔ)充完整）；3）試畫出溫度一一液位串級(jí)控制系統(tǒng)控制框圖；4）確定氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)氣關(guān)形式，并說(shuō)明原因；5）確定主副調(diào)節(jié)器的正反作用。氣氨主參數(shù)為銅液溫度孩副參數(shù)為液氨液位結(jié)構(gòu)閣（略）方框圖（略）氣開(kāi)式別調(diào)節(jié)器反作用主調(diào)節(jié)器正作用°副調(diào)節(jié)器采用P調(diào)節(jié)規(guī)律主調(diào)疔器采用PI或FID調(diào)節(jié)規(guī)律14、一個(gè)如圖所示的換熱器，用蒸汽將進(jìn)入其中的冷水加熱到一定溫度，生產(chǎn)工藝要求熱 水溫度維持恒定（土 1 C）。試設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單溫度控制系統(tǒng)，畫出其方框圖，并確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反作用方式，指出調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇什么調(diào)節(jié)規(guī)律解氣開(kāi)式 反作用PID控制規(guī)律15. 某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200700C，儀表的最