期末考試過(guò)程控制計(jì)算題

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100℃），在階躍擾動(dòng)作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線以以下圖。分別求出衰減比、最大誤差、余差、過(guò)渡時(shí)間和振蕩周期（按±3％穩(wěn)態(tài)值來(lái)確定過(guò)渡時(shí)間).溫度℃130110105100O820t(min)解：衰減比ψ=1B21(130105)0.8B1(110105)y(tp)y( )100%130105100%23.8%最大誤差A(yù)，即超調(diào)量σ=y()105余差C=│y﹙∞﹚－y﹙0﹚│=105－100=5過(guò)渡時(shí)間ts=27min，（計(jì)算穩(wěn)態(tài)值的±3％,即102或108，用尺子量后估計(jì)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，（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)KE(s)Ts1應(yīng)用前向差分法，求關(guān)于u（k）和e(k)的差分方程。參照計(jì)算控制課本p129解：U(s)?(Ts1)K?E(s)Ts?U(s)U(s)K?E(s)du(t)Tdtu(t)Ke(t)du(t)u(k1)u(k)設(shè)采樣周期為TS，代入dtTSTT(u(k1)u(k))u(k)Ke(k)Su(k)TTTu(k1)TTSTKe(k)SS3．一臺(tái)儀表的測(cè)溫范圍為100～550℃,絕對(duì)誤差的最大值為2℃,求這臺(tái)儀表的相對(duì)誤差。2100%0.44%解：δ=550100

第頁(yè)4．某一標(biāo)尺為0~500℃的溫度計(jì)出廠前經(jīng)校驗(yàn)，其刻度標(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)01031983034064951）求出儀表最大絕對(duì)誤差值；2）確定儀表的贊同誤差及精確度等級(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±8℃，問(wèn)該儀表可否還吻合出廠時(shí)的精確度等級(jí)。解:（1)最大絕對(duì)誤差值為6。100%1.2%1.5%2)儀表精度δ=5000所以贊同誤差為±1.5%，儀表精度等級(jí)為1。5級(jí).8100%1.6%1.5%(3）使用一段時(shí)間后的精度為δ=5000所以不吻合出廠時(shí)的精確度等級(jí)。5．以以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)控制變量、(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??！Q1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；LTLC被控變量是液位H；控制變量是流量Q2；（開(kāi)關(guān)在這里，控制排水量，而不是入水

Q2量）主要擾動(dòng)是流量Q1；6．圖所示液位過(guò)程的輸入量為q，流出量為q、q,液位h為被控參數(shù),C為容量系數(shù)，設(shè)R1231、R、R為線性液阻,求：23(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；(3）求液位過(guò)程的傳達(dá)函數(shù)W（s)=H(s)/Q(s）01q2hq3hRR3R1q1(1)2qq2qCdh13dth1R2R3(3)W0(s)=CR2R3sR2R3q3R3R2q2C(2)1R3Q3(s)_+_1Q1(s)CsH(s)Q2(s)1R2(3)做拉氏變換Q1(s)H(s)H(s)CsH(s)R2R3W0(s)H(s)R2R3Q1(s)CR2R3sR2R37．用動(dòng)向特點(diǎn)參數(shù)法整定單回路控制系統(tǒng)調(diào)治器參數(shù)時(shí)，測(cè)得過(guò)程的τ＝8s，T=80s，自平衡率ρ＝1，當(dāng)調(diào)治器分別采用P、PI、PID控制規(guī)律時(shí)，求ψ＝0。75，調(diào)治器整定的參數(shù)解:由于T80.1,故應(yīng)用表中T0.2時(shí)的公式計(jì)算。80（1）比率調(diào)治比率度1T0.1（2）比率積分調(diào)治比率度1.11T0.11積分時(shí)間TI3.326.4s（3）比率積分微分調(diào)治比率度0.851T0.085積分時(shí)間TI216s微分時(shí)間TD0.54s某熱交換器圖5.1所示，用蒸汽將進(jìn)入其中的冷水加熱到必然的溫度，生產(chǎn)工藝要求熱水溫度保持定值（t±1℃)，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)量是什么及采用的控制算法。8。某前饋控制系統(tǒng)框圖以以下圖，試經(jīng)過(guò)推導(dǎo)解析，前饋控制器W1（s)、過(guò)程擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)W2（s)和過(guò)程控制通道傳達(dá)函數(shù)W3（s)滿足什么關(guān)系時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)擾動(dòng)的全補(bǔ)償？解：參照計(jì)算機(jī)控制p38。求傳達(dá)函數(shù)Y(s)/F(s)，然F(s)后令分子等于0，即W1(s)Y(s)W2W1W3W3(s)F(s)1????++Y(s)X(s)+_Wc(s)W3(s)++W2W1W30Wf(s)F(s)W2(s)++Y(s)W1(s)+W3(s)_Wf(s)Wc(s)9.某液位過(guò)程的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得以下數(shù)值t/s01020406080100140180250300400500600h/mm000。20.82。03。65。48.811。814.416.618.419。219.6當(dāng)其階躍擾動(dòng)量為△μ=20%時(shí)，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，T0,τ。參照課本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)曲線以以下圖：(2)取yY19.619.6,則K020%取yt10.39，yt20.63，由

98yt

yt在圖上獲取t1126,t2195代入式中，得T02(t2t1)1382t1t257校驗(yàn)數(shù)據(jù)：當(dāng)t3時(shí),即t357，yt30.0930當(dāng)t4(0.8T)167.4時(shí)，yt40.5420.550當(dāng)t5(2T)333時(shí)，yt0.8770.86505W0(s)K0s98e57s所以該液位過(guò)程近似為：T0s1e138s1h0120(mm)02010、在蒸汽鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，必定滿足汽—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惹起生產(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)，在圖中畫出控制方案圖。（2)確定調(diào)治閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式,并說(shuō)明原因.3）確定調(diào)治器的正、反作用方式，必定有詳細(xì)的解析過(guò)程。（4）畫出該控制系統(tǒng)的方框圖。11、在某生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)加熱爐對(duì)冷物料加熱，依照工藝要求，需對(duì)熱物料出口溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。對(duì)系統(tǒng)解析發(fā)現(xiàn)，主要擾動(dòng)為燃料壓力顛簸。（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,爐溫不能夠過(guò)高,確定調(diào)治閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式。（4）確定兩臺(tái)調(diào)治器的正反作用方式,必定有詳細(xì)的解析過(guò)程。（5)確定兩臺(tái)調(diào)治器應(yīng)選擇什么調(diào)治規(guī)律。12、右圖為一個(gè)加熱器控制系統(tǒng)，經(jīng)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)為最主要的攪亂。（1）試采用合適的的控制方案，說(shuō)明原因,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，出料溫度不能夠過(guò)高,確定調(diào)治閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式。確定調(diào)治器的正反作用以及應(yīng)選擇什么調(diào)治規(guī)律。13、右以下圖所示的氨冷器，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)有一定的汽化空間,防備液氨帶入冰機(jī)造成事故，采用溫度――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—－液位串級(jí)控制系統(tǒng),完成該控制方案的結(jié)構(gòu)圖(立刻圖示的氨冷器控制系統(tǒng)表示圖補(bǔ)充完滿）；3）試畫出溫度――液位串級(jí)控制系統(tǒng)控制框圖;4)確定氣動(dòng)調(diào)治閥的氣開(kāi)氣關(guān)形式，并說(shuō)明原因;確定主副調(diào)治器的正反作用。氣氨銅液LTTTTCLC液氨14、一個(gè)以以下圖的換熱器，用蒸汽將進(jìn)入其中的冷水加熱到必然溫度,生產(chǎn)工藝要求熱水溫度保持恒定（Δθ≤±1℃）.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)治閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式和調(diào)治器的正、反作用方式,指出調(diào)治器應(yīng)選擇什么調(diào)治規(guī)律?15.某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200~700℃，儀表的最大絕對(duì)誤差為±4℃，試確定該儀表