過程控制與集散系統(tǒng)課后習(xí)題答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1-1過程控制系統(tǒng)中有哪些類型的被控量溫度、壓力、流量、液位、物位、物性、成分1-2過控系統(tǒng)有哪些基本單元構(gòu)成，與運(yùn)動控制系統(tǒng)有無區(qū)別被控過程或?qū)ο蟆⒂糜谏a(chǎn)過程參數(shù)檢測的檢測儀表和變送儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、報警保護(hù)盒連鎖等其他部件過程控制，是一種大系統(tǒng)控制，控制對象比較多，可以想象為過程控制是對一條生產(chǎn)線的控制，運(yùn)動控制是生產(chǎn)線內(nèi)某個部件的具體控制。1-4衰減比和衰減率衰減比等于兩個相鄰?fù)虿ǚ逯抵?。衡量振蕩過程衰減程度的指標(biāo)。衰減率是經(jīng)過一個周期以后，波動幅度衰減的百分?jǐn)?shù)。衡量振蕩過程衰減程度的另一種指標(biāo)。一般希望過程控制系統(tǒng)的衰減比=4:110:1,相當(dāng)于衰

2、減率=0.75到0.9。若衰減率 =0.75,大約振蕩兩個波系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。1-5最大動態(tài)偏差和超調(diào)量有何異同最大動態(tài)偏差是指在階躍響應(yīng)中，被控參數(shù)偏離其最終穩(wěn)態(tài)值的最大偏差量，表現(xiàn)在過渡過程開始的第一個波峰（y1）。最大動態(tài)偏差是衡量過程控制系統(tǒng)動態(tài)準(zhǔn)確性的指標(biāo)。超調(diào)量為最大動態(tài)偏差占被控量穩(wěn)態(tài)值的百分比。余差是指過渡過程結(jié)束后，被控量新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值的差值。余差是過程控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性的衡量指標(biāo)。調(diào)節(jié)時間ts 是從過渡過程開始到結(jié)束的時間。理論上應(yīng)該為無限長。一般認(rèn)為當(dāng)被控量進(jìn)入其穩(wěn)態(tài)值的±5%范圍內(nèi)所需時間就是調(diào)節(jié)時間.調(diào)節(jié)時間是過程控制系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。振蕩頻率是振蕩周期的倒

3、數(shù)。 在同樣的振蕩頻率下，衰減比越大則調(diào)節(jié)時間越短；當(dāng)衰減比相同時，則振蕩頻率越高，調(diào)節(jié)時間越短。振蕩頻率在一定程度上也可作為衡量過程控制系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。過程控制的目標(biāo)安全性 穩(wěn)定性 經(jīng)濟(jì)性 過程工業(yè)的特點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實時性和整體性/全局優(yōu)化的重要性/安全性要求過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn) / 被控過程的多樣性 / 控制方案的多樣性/被控過程屬慢過程、多參數(shù)控制/定值控制/過程控制多種分類方法過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)/穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性/快速性2-1什么是對象的動態(tài)特性，為什么要研究它研究對象特性通常以某種形式的擾動輸入對象，引起對象輸出發(fā)生相應(yīng)的變化，這種變化在時域或者頻域上用微分方程或者傳遞函數(shù)進(jìn)行描述，稱為對

4、象的動態(tài)特性。動態(tài)特性：被控參數(shù)隨時間變化的特性y(t) 研究被控對象動態(tài)特性的目的是據(jù)以配合合適的控制系統(tǒng)，以滿足生產(chǎn)過程的需求。 2-2描述對象動態(tài)特性的方法有哪些參數(shù)描述法  /傳遞函數(shù)描述/差分方程描述/狀態(tài)空間描述非參數(shù)描述法-響應(yīng)曲線/階躍響應(yīng)/脈沖響應(yīng)/頻率響應(yīng)/噪聲響應(yīng):白噪聲、M序列2-3過控中被控對象動態(tài)特性有哪些特點(diǎn)1)對象的動態(tài)特性是不振蕩的 2）對象動態(tài)特性有延遲 3）被控對象本身是穩(wěn)定的或中性穩(wěn)定的2-4單容對象放大系數(shù)K和時間常數(shù)T各與哪些因素有關(guān)，K、T大小對動態(tài)特性的影響T反映對象響應(yīng)速度的快慢K是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)/K大，

5、系統(tǒng)的靈敏度高2-5對象的純滯后時間產(chǎn)生的原因是什么純延遲現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于擾動發(fā)生的地點(diǎn)與測定被控參數(shù)位置有一定距離。具有自平衡能力的雙容對象的傳遞函數(shù)有純延遲時具有自平衡能力的多容對象若還有純延遲4 PID調(diào)節(jié)原理4-1，P、I、D控制規(guī)律各有何特點(diǎn)，那些是有差、無差調(diào)節(jié)，為了提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，消除控制系統(tǒng)的誤差，應(yīng)該選擇那些調(diào)節(jié)規(guī)律P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號u與偏差信號e成比例 u = Kp e P調(diào)節(jié)對偏差信號能做出及時反應(yīng)，沒有絲毫的滯后有差調(diào)節(jié),(放大系數(shù)越小，即比例帶越大，余差就越大)比例帶大,調(diào)節(jié)閥的動作幅度小，變化平穩(wěn)，甚至無超調(diào)，但余差大，調(diào)節(jié)時間也很長比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

6、：（1）比例調(diào)節(jié)的輸出增量與輸入增量呈一一對應(yīng)的比例關(guān)系，即：u = K e（2）比例調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，輸出與輸入同步，沒有時間滯后，其動態(tài)特性好。（3）比例調(diào)節(jié)的結(jié)果不能使被調(diào)參數(shù)完全回到給定值，而產(chǎn)生余差。若對象較穩(wěn)定,則比例帶可選小些，這樣可以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)速度加快積分調(diào)節(jié)（I調(diào)節(jié))調(diào)節(jié)器的輸出信號的變化速度du/dt與偏差信號e成正比，或者說調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號的積分成正比，只要偏差存在，調(diào)節(jié)器的輸出就會不斷變化積分調(diào)節(jié)作用能自動消除余差./無差調(diào)節(jié)穩(wěn)定作用比P調(diào)節(jié)差滯后特性使其難以對干擾進(jìn)行及時控制增大積分速度，調(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低微分調(diào)節(jié)（D調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)器的

7、輸出u與被調(diào)量或其偏差e對于時間的導(dǎo)數(shù)成正比微分調(diào)節(jié)只與偏差的變化成比例，變化越劇烈，由微分調(diào)節(jié)器給出的控制作用越大微分調(diào)節(jié)主要用于克服調(diào)節(jié)對象有較大的傳遞滯后和容量滯后微分調(diào)節(jié)不能消除余差，有差調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱。加入積

8、分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。4-2，調(diào)節(jié)器P、PI、PD動作規(guī)律對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影

9、響PI,比例積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：具有比例調(diào)節(jié)作用反應(yīng)快、無滯后的優(yōu)點(diǎn)，可以加快調(diào)整作用，縮短調(diào)節(jié)時間，又具有積分調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，可以消除靜差。對于一般調(diào)節(jié)對象，均可用比例積分調(diào)節(jié)，比例帶和積分時間選擇合適，基本可以滿足生產(chǎn)工藝要求。PD,比例微分調(diào)節(jié)的特點(diǎn):PD調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)微分調(diào)節(jié)有提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用適度引入微分動作可以允許稍許減小比例帶微分動作太強(qiáng)容易導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥開度向兩端飽和在PD調(diào)節(jié)中總是以比例動作為主，微分動作只能起輔助調(diào)節(jié)作用。PD調(diào)節(jié)器的抗干擾能力很差微分調(diào)節(jié)動作對于純遲延過程是無效的4-3，什么是積分飽和，引起它的原因是，如何消除如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)到極限位置，仍然不能消除靜差時，由

10、于積分作用，盡管PID差分方程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)已無相應(yīng)的動作，這就叫積分飽和。積分飽和產(chǎn)生的條件1、調(diào)節(jié)器長期處于開環(huán)狀態(tài)2、調(diào)節(jié)器具有積分控制作用3、調(diào)節(jié)器輸入偏差長期得不到校正抗積分飽和的措施、限制PI調(diào)節(jié)器的輸出/積分分離法/遇限削弱積分法4-4一個自動控制系統(tǒng)，在比例控制的基礎(chǔ)上分別增加適當(dāng)?shù)姆e分、微分作用，問這兩種情況對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、最大動態(tài)偏差、余差分別有何影響為了得到相同的系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)如何調(diào)整調(diào)節(jié)器的比例帶，理由I作用：穩(wěn)定性變差，最大動態(tài)偏差變大，消除殘差。D作用：穩(wěn)定性變好，最大動態(tài)偏差減小，不能消除殘差。 2.I作用：因為積分調(diào)節(jié)使系統(tǒng)

11、穩(wěn)定性變差，故可適當(dāng)增大比例帶，減弱比例調(diào)節(jié)作2.D作用：因為分微調(diào)節(jié)使系統(tǒng)穩(wěn)定性變好，故可適當(dāng)減小比例帶，增強(qiáng)比例調(diào)節(jié)作4-5微分動作規(guī)律克服被控對象的純延遲和容積延遲的效果如何，克服外擾如何純遲延對象：在延遲時間段由于對象不發(fā)生變化，故微分作用在此階段不起作用。此段時間過后對象的變化速率一定，故微分作用起作用，且強(qiáng)度保持不變。 容積遲延對象：對象從一開始便一直變化，且變化速率不定，顧此階段內(nèi)微分作用存在且隨時間變化。最后對象不再變化時，微分作用消失，不再起作用。4-6增大積分時間對控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)有什么影響，增大微分時間呢增大積分時間TI，穩(wěn)定性提高、振蕩減慢、調(diào)節(jié)過程減慢、振

12、蕩頻率降低適度引入微分動作可以允許稍許減小比例帶，TD超出某一上限值后，變得不穩(wěn)定4-7計算題求比例帶 emax emin -偏差信號范圍，即儀表量程 umax umin -調(diào)節(jié)器輸出信號范圍，即控制器輸出的工作范圍4-14什么是數(shù)字PID位置型控制算法和增量式控制算法( 1）增量型算法不需做累加，計算誤差后產(chǎn)生的計算精度問題，對控制量的計算影響較小。位置型算法用到過去的誤差的累加，容易產(chǎn)生較大的累加誤差。 （2）增量型算法得出的是控制的增量，不會影響系統(tǒng)的工作。位置型算法的輸出是控制量的全部輸出，誤動作影響大4-15為什么在計算機(jī)控制裝置中通常采用增量式PID控制算法增量式PID控制算法的優(yōu)

13、點(diǎn)不累加誤差，增量的確定僅與最近幾次偏差采樣值有關(guān)，計算精度對控制量的計算影響較?。坏贸龅氖强刂屏康脑隽?，誤動作影響?。辉隽啃退惴ú粚ζ钭隼奂?，因而也不易引起積分飽和；易實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。PID控制的優(yōu)點(diǎn)原理簡單，使用方便；適應(yīng)性強(qiáng)；魯棒性強(qiáng)；控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不大敏感。對模型依賴少。比例作用是依據(jù)_偏差的大小_來動作的，在系統(tǒng)中起著_穩(wěn)定被控變量的作用；積分作用是依據(jù)_偏差是否存在_來動作的，在系統(tǒng)中起著_消除余差_的作用；微分作用是依據(jù)_偏差變化速度_來動作的，在系統(tǒng)中起著_超前調(diào)節(jié)_的作用。 5-1什么是串級控制系統(tǒng)，畫出原理圖就是采用兩個控制器串聯(lián)工作，

14、主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值，由副控制器的輸出去操縱控制閥，從而對主被控變量具有更好的控制效果。 5-2傳級控制系統(tǒng)與單回路相比有什么特點(diǎn)(1)  串級系統(tǒng)由于副回路的存在, 使等效副對象時間常數(shù)減小，改善了對象的特性,使系統(tǒng)工作頻率提高。 (2) 串級控制系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗干擾能力，特別是干擾作用于副環(huán)的情況下,系統(tǒng)的抗干擾能力會更強(qiáng)。 (3) 串級系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力。 5-3舉例說明串級控制系統(tǒng)克服干擾的工作過程如，在整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)下，燃料壓力突然升高。結(jié)果，二次干擾對主變量的影響在副回路中得以克服。若，二

15、次干擾對主變量的影響較強(qiáng)，則通過主回路進(jìn)一步加以抑制。5-9參數(shù)整定計算題整定參數(shù)的方法可分為以下三種：逐步逼近法、一步整定法、兩步整定法6-1比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式有幾種，以及各自工作過程以實現(xiàn)兩個或兩個以上物料保持一定比例關(guān)系為目的的控制系統(tǒng)。 開環(huán)比值控制 單閉環(huán)比值控制 雙閉環(huán)比值控制 變比值控制6-6為什么4:1整定方法不適合比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)的副流量回路、變比值回路均為隨動控制系統(tǒng)，希望副流量跟隨主流量變化，始終保持固定的配比關(guān)系。出現(xiàn)4：1振蕩時，固定配比關(guān)系不能保證。 6-8設(shè)置均勻控制的目的是什么，特點(diǎn)？ 使兩個有關(guān)聯(lián)的被控變量在規(guī)定范圍內(nèi)緩慢地

16、、均勻地變化，前后設(shè)備在物料的供求上相互兼顧、均勻協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。兩被控變量都是變化的兩個被控變量的調(diào)節(jié)過程是緩慢的兩個被控變量的變化在工藝允許的范圍內(nèi)6-10均勻控制的與單回路系統(tǒng)有何異同單：一對一控制咯，不是正作用就是反作用。響應(yīng)快，效果好。環(huán)節(jié)少，故障少。7-1前饋控制與反饋控制各自特點(diǎn)？在前饋中，如何達(dá)到全補(bǔ)償？靜態(tài)和動態(tài)前饋的聯(lián)系和區(qū)別反饋控制按被控量的偏差進(jìn)行控制，即控制器的輸入是被控量的偏差。所以，反饋控制作用期間系統(tǒng)是偏離設(shè)定值的，即被控量是受擾動影響的。前饋控制按擾動量的變化進(jìn)行控制，即控制器的輸入是擾動量?！扒梆仭钡囊馑迹焊鶕?jù)擾動量的大?。ǘ潜豢亓糠答伜蟮玫降钠睿﹣碇苯痈淖兛刂屏?，以抵消或減小擾動對被控量的影響。7-2前饋控制有哪些結(jié)構(gòu)形式，工業(yè)控制中為什么很少單獨(dú)使用前饋控制，而選用前饋-反饋控制系統(tǒng)。單純的前饋控制只能對指定的擾動量進(jìn)行補(bǔ)償；對指定的擾動量，由于環(huán)節(jié)或系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的簡化、工況的變化以及對象特性的漂移等，也很難實現(xiàn)完全補(bǔ)償。前饋反饋控制前饋控制器用來消除主要擾動量的影響；反饋控制器則用來消除前饋控制器不精確和其它不可測干擾所產(chǎn)生的影響。7-3設(shè)計前饋控制器7-48-1常用的解耦設(shè)計方法有，各自優(yōu)缺點(diǎn)前饋補(bǔ)償解耦法/ 反饋解耦法/解耦器通常配置在反饋通道上，而不是配置在系統(tǒng)的前向通道上。對角陣