上海大學過控復習要點和習題答案

1、課程掌握要點第一章 緒論1 過程控制定義？ 掌握術語DCS，F(xiàn)CS，DDZ，QDZ2 常規(guī)儀表過程控制系統(tǒng)的組成？3 過程控制系統(tǒng)的性能指標。尤其是單項指標。4 自動化儀表的分類，信號體制：掌握氣動儀表之間的聯(lián)絡信號是什么？電動模擬儀表的聯(lián)絡信號是什么？5 掌握單元組合儀表中設置活零點有什么好處？ 6 安全火花防爆系統(tǒng)第二章 檢測儀表1 傳感器，變送器的作用。檢測變送的功能：轉化為標準型號：24V DC電源供電，420 mA 電流信號，15V DC 電壓信號. 氣動執(zhí)行器 20100 KPa2 掌握儀表的性能指標（誤差，精度，特性曲線，零點，量程），掌握精度計算。3 了解變送器與控制室儀表之間

2、的信號四線制、三線制、二線制傳輸接線方式？4 掌握工業(yè)常用熱電阻類型，熱電阻的測溫范圍，注意事項及熱電阻的接線方式。5 掌握熱電偶測溫原理，范圍，注意事項及冷端補償和補償導線。6 掌握DDZ-III熱電偶的特點。7 了解熱電偶變送器的作用，組成結構、各部分功能，實現(xiàn)原理。8 掌握壓力測量的彈性元件有哪幾種？ 各種壓力之間的關系。9 掌握流量測量方法有那些，分類？節(jié)流式流量計測量流量原理，節(jié)流元件起什么作用？10 了解靶式流量計和其他流量計的工作原理。11 掌握轉子流量計的工作原理。與差壓流量計比較異同！渦街流量計測量原理。12 了解液位測量儀表有哪幾種？它們如何實現(xiàn)測量的原理？13 掌握利用壓

3、力或差壓變送器來測量液位的原理？ 零點遷移。課后作業(yè)答案：第一章 P151.（10） 錯 （11） 對2. （）（用下圖代替吧，手頭無畫圖工具）其中控制器為LC，執(zhí)行器為，檢測變送可寫為，對象為水槽，被控變量為液位（）DDZ-III采用的電模擬信號體制: 采用24V DC電源供電，420mA DC 電流信號作為工業(yè)現(xiàn)場和控制室之間各儀表之間的聯(lián)絡信號，15V DC電壓信號作為控制室內各儀表之間的聯(lián)絡信號。模擬氣動信號標準：20KPa100KPa （0.02MPa0.1MPa）（）（以該題為參考）某化學反應器工藝規(guī)定操作溫度為400+15，考慮安全因素，調節(jié)過程中溫度偏離給定值不得超過60?，F(xiàn)設

4、計運行的溫度定值調節(jié)系統(tǒng)，在最大階躍干擾下的過渡過程曲線如圖所示。試求該過渡過程的最大偏差、余差、衰減比、過渡時間（按被控變量進入新穩(wěn)態(tài)值的+2%為準）和振蕩周期，并說明該調節(jié)系統(tǒng)能否滿足工藝要求。 第二章P701（3）解： 該儀表的基本誤差為：去掉“±”號與“”號，其數(shù)值為0.4。由于國家規(guī)定的精度等級中有0.4級儀表， 故：這臺測溫儀表的精度等級為0.4級。（4）解： 根據(jù)工藝要求，儀表的允許基本誤差為：去掉“±”和“”號后，0.22介于0.20.4之間。若選精度為0.4級的儀表，其允許的最大絕對誤差為±3.6，超過了工藝允許的數(shù)值。若選精度為0.2級的儀表，

5、其允許的最大絕對誤差為±1.8， 故： 應選擇0.2級的表。（5）代入量程：100-20，輸出范圍20-4，以及對應壓力40和80，分別得到輸出為8mA ,16mA(6)（10）壓力之間的關系：(12)2(1) 最大誤差6（5）第三章 調節(jié)器14 掌握P、PI、PD，PID調節(jié)的特點，各調節(jié)規(guī)律定義公式，其階躍響應。積分時間的大小相應的積分作用怎樣？微分時間的大小其作用怎樣？比例度如何求?。苛私鉃槭裁丛趯嶋H應用中不用理想的微分作用？15 無擾動切換是指什么？16 了解微分先行的PID算法主要用于解決什么問題？對什么有微分作用？17 了解比例先行的PID算法有什么特點？18 掌握PID

6、微分方程及差分方程？ 尤其是PI輸出的特點，影響。19 掌握調節(jié)器的正反作用判斷。執(zhí)行器20 掌握解執(zhí)行器的作用、類型、由哪兩部分組成？各部分的作用是什么？21 了解氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器各有什么特點？22 掌握什么是氣開閥，什么是氣關閥。按什么原則、如何來選擇氣開或氣關方式？23 掌握調節(jié)閥流量特性的定義；理想流量特性的定義、分類和特點；24 工作流量特性的定義，串聯(lián)管道中調節(jié)閥流量特性的變化25 S值的大小對流量特性的影響？26 掌握選擇調節(jié)閥的流量特性的三原則？27 了解電氣轉換器起什么作用？為什么要用閥門定位器？ 28 掌握構成一個安全火花型防爆系統(tǒng)的充要條件是什么？安全火花型防爆系統(tǒng)

7、的組成結構。29 了解防爆柵有哪幾種類型？ 30 了解危險場所分為哪幾類？危險程度最高的是哪一類？第一類危險場所又分為哪幾級？ 第四章 控制對象的特性測試1. 掌握利用機理法建立單容/雙容對象的數(shù)學模型。2. 掌握什么是具有自衡能力的對象？具有滯后的一階二階特性的表示式；什么是無自衡能力的對象？具有滯后的一階二階特性的表示式。3. 掌握什么是飛升曲線？單容對象或多容對象的飛升曲線可用哪些參數(shù)來表征？4. 掌握如何轉換飛升曲線和方波響應曲線？轉換的原理和方法。5. 掌握由飛升曲線來確定一階對象特性參數(shù)的方法。6. 掌握測定對象動特性的方法分類第五章 系統(tǒng)的設計1 掌握什么是調節(jié)通道？什么是干擾通

8、道？2 掌握調節(jié)過程常用的品質指標，定義！3 掌握干擾通道的放大系數(shù)、時間常數(shù)及純滯后的影響！干擾進入位置的影響。4 掌握調節(jié)通道對象的放大系數(shù)、時間常數(shù)及純滯后的影響！5 掌握調節(jié)方案設計中控制量被控量的選擇原則！6 掌握調節(jié)規(guī)律對系統(tǒng)動特性的影響！P,I,D,PI,PD,PID7 掌握參數(shù)整定的方法有那些，各自特點。（三種典型）第三次作業(yè)（P108）1（2）某比例積分調節(jié)器的輸入，輸出范圍均為420mA DC，若設ó=100%，T1=2MIN，穩(wěn)態(tài)時其輸出為6mA，若在某一時刻輸入階躍增加1mA，試求經過4min后調節(jié)器的輸出。解： =1/Kc=100% =>Kc=1U(t

9、)=Kc(e(t)+1/Tie(t)dt)= e(t)+1/Tie(t)dt=1+0.51dt=1+0.5×4=3mA 則4min后調節(jié)器的輸出為9mA(5)什么叫無平衡無擾動切換？全刻度指示調節(jié)器是這樣保證由自動到軟手動，由軟手動到硬手動，再由硬手動到軟手動，由軟手動到自動之間的無擾動切換的？ 解：當調節(jié)器由硬手動切換到軟手動是，由于切換后的積分器具有保持特性，即能保持切換前的硬手動輸出狀態(tài)，故由硬手動切向軟手動，無需平衡即可做到輸出無擾動（6）調節(jié)器的正反作用是如何規(guī)定的？ 答：隨著測量信號的增加，調節(jié)器的輸出也增加，則為正作用；隨著測量信號的增加，調節(jié)器的輸出減少，則為反作用。

10、 （15）什么是調節(jié)閥的流量特性？調節(jié)閥的理想流量特性有哪幾種？它們各是怎樣定義的？調節(jié)閥的工作流量特性和阻力系數(shù)有關，而阻力系數(shù)又是怎樣定義的？它的大小對流量特性有何影響？ 答：調節(jié)閥的流量特性，是指控制介質流過閥門的相對流量與閥門相對開度之間的關系。理想的流量特性有直線流量特性，對數(shù)流量特性和快開流量特性。直線流量特性是指流過調節(jié)閥的相對流量和閥門的相對開度成直線關系對數(shù)流量特性是指單位行程變化所引起的相對流量變化與該點的相對流量成正比關系快開流量特性是指在小開度時就有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快達到最大，故稱為快開特性。阻力系數(shù)S定義為閥全開時閥前后壓差Pvmin與系統(tǒng)總壓差P的

11、比值。當S=1時，管道壓降為零，調節(jié)閥前后壓差等于系統(tǒng)總壓差，故工作流量特性即為理想流量特性；當S<1時，由于串聯(lián)管道阻力的影響，使流量特性產生兩個變化：一個是閥全開時流量減少；另一個是使閥在大開度工作時控制靈敏度降低。隨著S值減少，直流特性趨向于快開特性，對數(shù)特性趨向于直線特性，S值越小，流量特性的變形程度愈大。2（5）如圖所示，冷物料通過加熱器用蒸汽對其加熱。在事故狀態(tài)下，為了保護加熱器設備的安全，即耐熱材料不被損壞，現(xiàn)在蒸汽管道上有一個氣動執(zhí)行器，試確定其氣開，氣關形式，并畫出由PID調節(jié)器構成的控制系統(tǒng)結構框圖。 解：為了保護加熱設備的安全，應該選擇氣開閥。 （6）現(xiàn)測得三種流量

12、特性的有關數(shù)據(jù)見表。試分別計算其相對開度在10%，50%，80%各變化10%時的相對流量的變化量，并據(jù)此分析它們對控制質量的影響和一些選用原則。Q/Qmax (%) l/L()0102030405060708090100直線流量特性3.313.022.732.342.051.761.371.080.690.3100對數(shù)流量特性3.34.676.589.2613.018.325.636.250.871.2100快開流量特性3.321.738.152.665.275.884.591.396.1399.03100調節(jié)閥的相對開度(l/L)()和相對流量(Q/Qmax) (%) （R=30）解：直線流

13、量特性：相對開度在10%，50%，80%各變化10%的相對流量變化量為74.6%，18.6%，12%對數(shù)流量特性：相對開度在10%，50%，80%各變化10%的相對流量變化量為41%，40%，40%快開流量特性：相對開度在10%，50%，80%各變化10%的相對流量變化量為76%，11%，3%由上述數(shù)據(jù)可知，直線特性的調節(jié)閥在開度變化相同的條件下，當流量小時，流量的變化值相對較大，調節(jié)作用強，容易產生超調和引起振蕩；當流量大時，流量變化值相對較小，調節(jié)作用進行緩慢，不夠靈敏。適合于符合穩(wěn)定的場合。 對數(shù)流量特性的調節(jié)閥在同樣的開度變化值下，當流量小（小開度）時，流量的變化也?。ㄕ{節(jié)閥的放大系數(shù)

14、小），調節(jié)平穩(wěn)緩和；流量大（大開度）時，流量的變化也大（調節(jié)閥的放大系數(shù)大），調節(jié)靈敏有效。無論大開度還是小開度，相對流量的變化率都是相等的，表明流量變化的百分比是相同的。適用于符合變化的場合?？扉_流量特性的調節(jié)閥在開度很小時，就已經將流量放大，隨著開度的增加，流量很快就達到最大（飽和）值，以后再增加開度，流量幾乎沒有什么變化。這種流量特性適合于迅速開閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。補充作業(yè)：1. 如圖所示，用差壓變送器測敞口容器液位，其最低液位和最高液位到儀表的距離分別為h1=1m，h2=3m,若被測介質的密度為980kg/m3,求： 1）該變送器的量程為多少？ 2）是否需要遷移？遷移量為多少？2

15、： 某負作用理想PID調節(jié)規(guī)律， ， Ti=2min,Td=0,在t=t0時刻加入一幅值為1mA的階躍信號，若調節(jié)器的起始工作點為6mA，試畫出調節(jié)器的輸出波形。3. 某正作用理想PID調節(jié)規(guī)律， Ti=30s,Td=0,試畫出在如圖所示輸入方波作用下的調節(jié)器輸出波形（初始工作點6mA）。4.在階躍輸入作用下，即調節(jié)器的輸出為：因此，可以從階躍響應曲線上確定KC，TiA=1 ，則t=0, y=Kc=1/P t=Ti y=2Kc=2/P(1) P1=1/0.5=2=200%, T1=0.5 P2=1/2=50%, T2=1(2) P1=4*200%=800%, T1=0.25, K1=0.125

16、P2=4* 50%=200%, T2=0.5 , K2=0.5 (2號線變?yōu)?號線 )(3)比例、積分作用減弱，影響比例的是P，影響積分作用的是P和Ti5 某電動比例調節(jié)器的測量范圍為100200 ，其輸出為010mA。當溫度從140 變化到160 時，測得溫度調節(jié)器的輸出從3mA變化到7mA，試求該調節(jié)器的比例帶。6 圖示鍋爐生產情況，冷水進入氣鼓，經燃燒加熱產生蒸汽，在生產過程中，工藝要求氣鼓里的水不能燒干，不然將產生事故，甚至發(fā)生爆炸。為了保證鍋爐的安全生產，試確定冷水進水管道上調節(jié)閥的氣開，氣關形式。氣關閥7、圖示，冷物料通過加熱器用蒸汽對其加熱，在事故狀態(tài)下，為了保護加熱器設備的安全

17、，即耐熱材料不損壞，現(xiàn)在蒸汽管道上有一只調節(jié)閥，確定其氣開，氣關形式。氣開閥第四、五章習題1、水槽如圖所示。其中F為槽的橫截面積，R1、R2、R3均為線性水阻，Q1為流入量，Q2 、Q3為流出量。要求： (1) 寫出以水位H為輸出量，Q1為輸入量的對象動態(tài)方程； （2）寫出對象的傳遞函數(shù)，并指出其增益K和時間常數(shù)T的數(shù)值。2、有一液位對象，其矩形脈沖響應實驗結果見下表。矩形脈沖幅值 閥門開度變化，矩形脈沖寬度 。(1)試將矩形脈沖響應曲線轉換為階躍響應曲線。(2)若將它近似為帶純延遲的一階慣性對象，試用不同的方法確定其特性參數(shù)K、T和 的數(shù)值。x（t）= x1（t）+ x2（t）x2（t）=

18、- x1（t -t）y（t）= y1（t）+ y2（t） = y1（t）- y1（t-t）t020406080100120140160180200220240260280h100.20.82.03.65.47.49.31112.613.614.415.115.816.43003203403603804001717.417.617.817.9518.1畫圖并求得3.求無自平衡能力的雙容水槽液位與輸入流量的對應關系解：根據(jù)動態(tài)平衡關系，列出以下增量方程 進行拉普拉斯變換，整理，得到傳遞函數(shù)、數(shù)學模型 為槽1的時間常數(shù)為槽2的時間常數(shù) 4.求有自平衡能力的雙容水槽液位與輸入流量的對應關系5. 如圖所

19、示簡單水槽對象，進水流量Qi為20m3/h，液位h穩(wěn)定在10m處，現(xiàn)在我們人為地將進水流量突然加大到30m3/h，液位h的反應曲線如圖所示，試求出該水槽對象的特性參數(shù)并寫出對象傳函。（液位h為輸出變量，進水流量Qi為輸入變量）6.（1）（2） 干擾通道特性對控制質量的影響, 當干擾是幅值為F的階躍信號1. 調節(jié)通道特性對控制質量的影響，當給定是幅值為R的階躍信號（3）比例度越大，余差越大。（4）7通常情況下，如圖系統(tǒng)閥門氣開氣關型式和調節(jié)器正反作用應選（ C ）。A. 氣開閥 正作用調節(jié)器B. 氣開閥 反作用調節(jié)器C. 氣關閥 正作用調節(jié)器D. 氣關閥 反作用調節(jié)器8.試設計控制系統(tǒng)（被控參數(shù)選擇，控制參數(shù)選擇，調節(jié)閥及調節(jié)器調節(jié)規(guī)律，正反作用的選擇，畫出控制系統(tǒng)框圖） 參考書上奶粉加工過程控制系統(tǒng)的設計第六章 高性能過程控制1 掌握串級調節(jié)系統(tǒng)的結構特點、優(yōu)點，會分析！2 掌握串級系統(tǒng)設計中主副變量的選擇原則，調節(jié)器的調節(jié)規(guī)律的確定原則，調節(jié)器的正反作用的確定第6章： 1（8） 能 1（9） 是 （反饋環(huán)節(jié)視為正時） 1（11） 1）T1C調節(jié)閥副對象主對象T1TT2TT2C T1T2給定干擾 2）氣