過程控制系統(tǒng)與儀表習(xí)題答案王再英

第1章思慮題與習(xí)題1-1過程控制有哪些主要特色為何說過程控制多屬慢過程參數(shù)控制解答：1．控制對象復(fù)雜、控制要求多樣控制方案豐富3．控制多屬慢過程參數(shù)控制4．定值控制是過程控制的一種主要控制形式5．過程控制系統(tǒng)由規(guī)范化的過程檢測控制儀表構(gòu)成1-2什么是過程控制系統(tǒng)典型過程控制系統(tǒng)由哪幾部分構(gòu)成解答：過程控制系統(tǒng)：一般是指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動控制系統(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)。構(gòu)成：參照圖1-1。1-4說明過程控制系統(tǒng)的分類方法，往常過程控制系統(tǒng)可分為哪幾類解答：分類方法說明：按所控制的參數(shù)來分，有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)所辦理的信號方式來分，有模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)；按控制器種類來分，有慣例儀表控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)；按控制系統(tǒng)的構(gòu)造和所達(dá)成的功能來分，有串級控制系統(tǒng)、平均控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)等；按其動作規(guī)律來分，有比率（P）控制、比率積分（PI）控制，比例、積分、微分（PID）控制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)構(gòu)成回路的狀況來分，有單回路與多回路控制系統(tǒng)、開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)；按被控參數(shù)的數(shù)目可分為單變量和多變量控制系統(tǒng)等。往常分類：1．按設(shè)定值的形式不一樣區(qū)分：（1）定值控制系統(tǒng)2）隨動控制系統(tǒng)3）程序控制系統(tǒng)2．按系統(tǒng)的構(gòu)造特色分類：（1）反應(yīng)控制系統(tǒng)2）前饋控制系統(tǒng)3）前饋—反應(yīng)復(fù)合控制系統(tǒng)1-5什么是定值控制系統(tǒng)解答：在定值控制系統(tǒng)中設(shè)定值是恒定不變的，惹起系統(tǒng)被控參數(shù)變化的就是擾動信號。1-6什么是被控對象的靜態(tài)特征什么是被控對象的動向特征二者之間有什么關(guān)系解答：被控對象的靜態(tài)特征：穩(wěn)態(tài)時控制過程被控參數(shù)與控制變量之間的關(guān)系稱為靜態(tài)特征。被控對象的動向特征：。系統(tǒng)在動向過程中，被控參數(shù)與控制變量之間的關(guān)系即為控制過程的動向特征。二者之間的關(guān)系：1-7試說明定值控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與動向的含義。為何在剖析過程控制系統(tǒng)得性能時更關(guān)注其動向特征解答：穩(wěn)態(tài)：關(guān)于定值控制，當(dāng)控制系統(tǒng)輸入（設(shè)定值和擾動）不變時，整個系統(tǒng)若能達(dá)到一種均衡狀態(tài)，系統(tǒng)中各個構(gòu)成環(huán)節(jié)暫不動作，它們的輸出信號都處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，這類狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)（或靜態(tài)）。動向：從外面擾動出現(xiàn)、均衡狀態(tài)遇到破壞、自動控制裝置開始動作，到整個系統(tǒng)又成立新的穩(wěn)態(tài)（達(dá)到新的均衡）、調(diào)理過程結(jié)束的這一段時間，整個系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的狀態(tài)和參數(shù)都處于變化的過程之中，這類狀態(tài)稱為動向。在實質(zhì)的生產(chǎn)過程中，被控過程常常遇到各樣振動的影響，不行能向來工作在穩(wěn)態(tài)。只有將控制系統(tǒng)研究與剖析的要點放在各個環(huán)節(jié)的動向特征，才能設(shè)計出優(yōu)秀的控制系統(tǒng)。1-8評論控制系統(tǒng)動向性能的常用單項指標(biāo)有哪些各自的定義是什么解答：單項性能指標(biāo)主要有：衰減比、超調(diào)量與最大動向偏差、靜差、調(diào)理時間、振蕩頻率、上漲時間和峰值時間等。衰減比：等于兩個相鄰的同向波峰值之比n；過渡過程的最大動向偏差：關(guān)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y1

100%調(diào)量：第一個波峰值y1與最后穩(wěn)態(tài)值y（）之比的百分?jǐn)?shù)；y()剩余偏差C：過渡過程結(jié)束后，被控參數(shù)所達(dá)到的新穩(wěn)態(tài)值y（）與設(shè)定值之間的偏差C稱為剩余偏差，簡稱殘差；調(diào)理時間：從過渡過程開始到過渡過程結(jié)束所需的時間；振蕩頻次：過渡過程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的時間間隔叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻次；峰值時間：過渡過程開始至被控參數(shù)抵達(dá)第一個波峰所需要的時間。1-10某被控過程工藝設(shè)定溫度為900℃，要求控制過程中溫度偏離設(shè)定值最大不得超出80℃?，F(xiàn)設(shè)計的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍擾亂作用下的過渡過程曲線如圖1-4所示。試求該系統(tǒng)過渡過程的單項性能指標(biāo)：最大動向偏差、衰減比、振蕩周期，該系統(tǒng)可否知足工藝要求解答：○1最大動向偏差A(yù)：A950C900C50Cn9509005:1910900○2衰減比n：○3振蕩周期T：T45936(min)A<80C,且n>1(衰減振蕩)，所以系統(tǒng)知足工藝要求。第2章思慮題與習(xí)題2-1某一標(biāo)尺為0～1000℃的溫度計出廠前經(jīng)校驗獲取以下數(shù)據(jù)：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)02004006008001000℃被校表讀數(shù)02014026048061001℃求：1）該表最大絕對偏差；2）該表精度；3）假如工藝同意最大丈量偏差為±5℃，該表能否能用2-2一臺壓力表量程為0～10MPa，經(jīng)校驗有以下丈量結(jié)果：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa0246810被校正行0表讀數(shù)程/MPa反行0程求：1）變差；2）基本偏差；3）該表能否切合級精度2-3某壓力表的丈量范圍為0～10MPa，精度等級為級。試問此壓力表同意的最大絕對誤差是多少若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計來校驗該壓力表，在校驗點為5MPa時，標(biāo)準(zhǔn)壓力計上讀數(shù)為，試問被校壓力表在這一點上能否切合1級精度，為何解答：1）基本偏差=100%最大絕對偏差?max＝×10＝2）校驗點為5MPa時的基本偏差：％<1％，所以切合級表。

5.08510

100%0.8%2-4為何丈量儀表的丈量范圍要依據(jù)被丈量大小來選用選一臺量程很大的儀表來丈量很小的參數(shù)值有什么問題解答：1）2）2-5有兩塊直流電流表，它們的精度和量程分別為1)級，0～250mA2）級，0～75mA現(xiàn)要丈量50mA的直流電流，從正確性、經(jīng)濟性考慮哪塊表更適合解答：剖析它們的最大偏差：1）?max＝250×1％＝；2）?max＝75×％＝；

2.5100%5%501.875100%3.75%50選擇級，0～75mA的表。2-11某DDZ-Ⅲ型溫度變送器輸入量程為200～1000℃，輸出為4～20mA。當(dāng)變送器輸出電流為10mA時，對應(yīng)的被測溫度是多少解答：1000200T20410；T=500C。2-12試簡述彈簧管壓力計的工作原理。現(xiàn)有某工藝要求壓力范圍為±，可采納的彈簧管壓力計精度有、、、和五個等級，可采納的量程規(guī)格有0～、0～和0～4MPa。請說明采納何種精度和量程（見附錄E）的彈簧管壓力計最適合解答：1）工作原理：2）依據(jù)題意：壓力范圍為＋MPa，即同意的最大絕對偏差?max＝○1剖析采納不一樣量程的表所需的精度等級：～MPa量程：

0.05100%3.125%1.6，可選級表；0～MPa量程：0～MPa量程：

0.05100%2%2.5，可選或級表；0.05100%1.2%4.0，可選級表。○2量程選擇：被測最大壓力＝1/3～2/3量程上限1.2320～MPa量程：1.64311.220～MPa量程：32.531.20.310～MPa量程：4.03綜合剖析，采納級或級，0～MPa量程的表最適合。2-13假如某反響器最大壓力為，同意最大絕對偏差為?，F(xiàn)用一臺丈量范圍為0～，精度為1級的壓力表來進(jìn)行丈量，問可否切合工藝要求若采納一臺丈量范圍為0～，精度為1級的壓力表，能切合要求嗎試說明其原由。解答：工藝要求：最大壓力為，同意最大絕對偏差為。分別求出兩臺儀表的最大同意偏差，進(jìn)行判斷。1）精度為1級，量程為0～的表，其最大絕對偏差：＝×1％＝MPa，>MPa,所以不切合要求；2）精度為1級，量程為0～的表，其最大絕對偏差：?＝×1％＝MPa，＝MPa,所以最大偏差切合要求，可是壓力表的最大丈量值應(yīng)≤2/3儀表量程，不然壓力顛簸會使丈量值高出儀表量程。所以，該表也不切合要求。2-14某臺空壓機的緩沖器，其工作壓力范圍為～，工藝要求就地察看罐內(nèi)壓力，并要測量結(jié)果的偏差不得大于罐內(nèi)壓力的±5%。試選擇一塊適合的壓力表（種類、丈量范圍、精度等級），并說明其原由。解答：依據(jù)題意知：壓力范圍～，同意最大偏差：?max＝×（＋5％）＝＋MPa1）量程確立：應(yīng)知足工作最大壓力小于儀表量程的2/3處，即MPa×2/3＝MPa能夠選量程為0～MPa的彈簧壓力表。2）精度等級確立：求出基本偏差，以確立知足要求的精度等級。0.08100%3.2%2.5，同意的精度等級為級。綜上剖析，選擇量程為0～MPa，精度等級為級的彈簧壓力表。該表的最大絕對偏差：?max＝×（＋％）＝＋MPa，<MPa所以知足要求。2-17什么叫標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置試述差壓式流量計丈量流量的原理；并說明哪些要素對差壓式流量計的流量丈量有影響解答：1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置：包含節(jié)流件和取壓裝置。2）原理：鑒于液體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量丈量的。3）影響要素：P47○1流量系數(shù)的大小與節(jié)流裝置的形式、孔口對管道的面積比m及取壓方式親密有關(guān)；○2流量系數(shù)的大小與管壁的粗拙度、孔板邊沿的尖利度、流體的粘度、溫度及可壓縮性相關(guān)；○3流量系數(shù)的大小與流體流動狀態(tài)有關(guān)。2-19為何說轉(zhuǎn)子流量計是定壓式流量計而差壓式流量計是變壓降式流量計解答：1）轉(zhuǎn)子流量計是定壓式流量計(P47)固然轉(zhuǎn)子流量計也是依據(jù)節(jié)流原理丈量流量的，但它是利用節(jié)流元件改變流體的流通面積來保持轉(zhuǎn)子上下的壓差恒定。所以是定壓式。2）差壓式流量計是變壓降式流量計(P45)是鑒于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置是產(chǎn)生的壓差實現(xiàn)流量丈量的。所以是變壓降式。2-21橢圓齒輪番量計的特色是什么對被測介質(zhì)有什么要求解答：1）特色：流量丈量與流體的流動狀態(tài)沒關(guān)，這是因為橢圓齒輪番量計是依賴被測介質(zhì)的壓頭推進(jìn)橢圓齒輪旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行計量的。粘度愈大的介質(zhì)，從齒輪和計量空空隙中泄露出去的泄露量愈小，所以核測介質(zhì)的粘皮愈大，泄露偏差愈小，對丈量愈有益。橢圓齒輪番量計計量精度高，合用于高粘度介質(zhì)流量的丈量。2）對被測介質(zhì)的要求：不合用于含有固體顆粒的流體(固體顆粒會將齒輪卡死，致使沒法丈量流量)。假如被測液體介質(zhì)中夾雜有氣體時，也會惹起丈量偏差。2-22電磁流量計的工作原理是什么它對被測介質(zhì)有什么要求解答：P511）原理：利用導(dǎo)電液體經(jīng)過磁場時在兩固定電極上感覺出電動是丈量流速。2）對被測介質(zhì)的要求：導(dǎo)電液體，被測液體的電導(dǎo)率應(yīng)大于水的電導(dǎo)率(100cm)，不可以丈量油類或氣體的流量。2-24超聲波流量計的特色是什么解答：超聲波流量計的非接觸式丈量方式，不會影響被測流體的流動狀況，被測流體也不會對流量計造成磨損或腐化損害，所以合用范圍廣闊。2-25用差壓變送器測某儲罐的液位，差壓變送器的安裝地點如圖2-75所示。請導(dǎo)出變送器所測差壓p與液位H之關(guān)系。變送器零點需不需要遷徙為何2-26用法蘭式差壓變送器測液位的長處是什么解答：P57丈量擁有腐化性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝結(jié)等液體的液位，在膜盒、毛細(xì)管和測量室所構(gòu)成的關(guān)閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油，作為傳壓介質(zhì)，使被測介質(zhì)不進(jìn)入毛細(xì)管與變送器，免得擁塞?？晒?jié)儉隔絕罐。2-27試述電容式物位計的工作原理。解答：利用電容器的極板之間介質(zhì)變化時，電容量也相應(yīng)變化的原理測物位，可丈量液位、料位和兩種不一樣液體的分界面。2-28超聲波液位計合用于什么場合解答：P60適合于強腐化性、高壓、有毒、高粘性液體的丈量。第3章習(xí)題與思慮題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)律解答：1）控制規(guī)律：是指控制器的輸出信號與輸入偏差信號之間的關(guān)系。2）基本控制規(guī)律：位式控制、比率控制、比率積分控制、比率微分控制和比率積分微分控制。3-2雙位控制規(guī)律是如何的有何優(yōu)弊端解答：1）雙位控制的輸出規(guī)律是依據(jù)輸入偏差的正負(fù)，控制器的輸出為最大或最小。2）弊端：在位式控制模式下，被控變量連續(xù)地在設(shè)定值上下作等幅振蕩，沒法穩(wěn)固在設(shè)定值上。這是因為雙位控制器只有兩個特定的輸出值，相應(yīng)的控制閥也只有兩個極限地點，總是過度調(diào)理所致。3）長處：偏差在中間區(qū)內(nèi)時，控制機構(gòu)不動作，能夠降低控制機構(gòu)開關(guān)的屢次程度，延長控制器中運動零件的使用壽命。3-3比率控制為何會產(chǎn)生余差解答：產(chǎn)生余差的原由：比率控制器的輸出信號y與輸入偏差e之間成比率關(guān)系：yKpe為了戰(zhàn)勝擾動的影響，控制器一定要有控制作用，即其輸出要有變化量，而關(guān)于比率控制來講，只有在偏差不為零時，控制器的輸出變化量才不為零，這說明比率控制會永久存在余差。3-4試寫出積分控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。為何積分控制能除去余差y1edt解答：1）積分控制作用的輸出變化量y是輸入偏差e的積分：T12）當(dāng)有偏差存在時，輸出信號將隨時間增大（或減?。．?dāng)偏差為零時，輸出停止變化，保持在某一值上。因此積分控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)能夠抵達(dá)無余差。3-5什么是積分時間試述積分時間對控制過程的影響。解答：1yedt1）T1積分時間是控制器除去偏差的調(diào)整時間，只需有偏差存在，輸出信號將隨時間增大（或減?。Ｖ挥挟?dāng)偏差為零時，輸出停止變化，保持在某一值上。2）在實質(zhì)的控制器中，常用積分時間Ti來表示積分作用的強弱，在數(shù)值上，Ti=1／Ki。明顯，Ti越小，Ki就越大，積分作用就越強，反之亦然。3-6某比率積分控制器輸入、輸出范圍均為4～20mA，若將比率度設(shè)為100%、積分時間設(shè)為2min、穩(wěn)態(tài)時輸出調(diào)為5mA，某時刻，輸入階躍增添，試問經(jīng)過5min后，輸出將由5mA變化為多少解答：y1e1edt由比率積分公式：PT1剖析：1100%p依題意：Kp，即Kp=1,TI=2min,e＝＋；穩(wěn)態(tài)時：y0＝5mA，yy01e1edtPT151(0.210.25)2(50.7)mA5min后：3-7比率控制器的比率度對控制過程有什么影響調(diào)整比率度時要注意什么問題解答：P741）控制器的比率度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，控制力也越強，反之亦然，比率控制作用的強弱經(jīng)過調(diào)整比率度P實現(xiàn)。2）比率度不只表示控制器輸入輸出間的放大倍數(shù)，還表示切合這個比率關(guān)系的有效輸入?yún)^(qū)間。一表的量程是有限的，高出這個量程的比率輸出是不行能的。所以，偏差的變化使控制器的輸出能夠變化全量程（16mA），防止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)式是什么為何常用實質(zhì)為分控制規(guī)律解答：TDde1）dt2）因為理想微分運算的輸出信號連續(xù)時間很短，常常不可以有效推進(jìn)閥門。實質(zhì)應(yīng)用中，一般加以慣性延緩，如圖3-7所示，稱為實質(zhì)微分。3-9試寫出比率、積分、微分（PID）三作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。解答：y1e1edtTDdePT1dt3-10試剖析比率、積分、微分控制規(guī)律各自的特色，積分和微分為何不獨自使用解答：1）比率控制實時、反響敏捷，偏差越大，控制力越強；但結(jié)果存在余差。2）積分控制能夠達(dá)到無余差；但動作遲緩，控制不實時，不獨自使用。3）微分控制能起到超前調(diào)理作用；但輸入偏差不變時，控制作用消逝，不獨自使用。3-11DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪幾部分構(gòu)成各構(gòu)成部分的作用如何解答：P791）構(gòu)成如圖3-11所示。2）作用參照P79。3-12DDZ-Ⅲ型控制器的軟手動和硬手動有什么差別各用在什么條件下解答：1）軟手動操作是指調(diào)理器的輸出電流I0與手動操作的輸入信號成積分關(guān)系；硬手動操作是指調(diào)理器的輸出電流I0與手動操作的輸入信號成比率關(guān)系。2）軟手動操作：系統(tǒng)投運硬手動操作：系統(tǒng)故障3-13什么叫控制器的無擾動切換在DDZ-Ⅲ型調(diào)理器中為了實現(xiàn)無擾切換，在設(shè)計PID電路時采納了哪些舉措解答：P84）調(diào)理器進(jìn)行狀態(tài)變換后，輸出值不發(fā)生跳動，即狀態(tài)變換無沖擊。）CM、CI。P85中。3-14PID調(diào)理器中，比率度P、積分時間常數(shù)TI、微分時間常數(shù)TD分別擁有什么含義在調(diào)理器動作過程中分別產(chǎn)生什么影響若將TI取∞、TD取0，分別代表調(diào)理器處于什么狀態(tài)解答：比率度P含義：使控制器的輸出變化滿量程時（也就是控制閥從全關(guān)到全開或相反），相應(yīng)的輸入丈量值變化占儀表輸入量程的百分比。比率作用的強弱取決于比率度的大小。積分時間常數(shù)

TI

含義：

TI

越小，積分作用越強；越大積分作用越弱；若將

TI

取∞，則積分作用消逝。微分時間常數(shù)TD含義：什么是調(diào)理器的正

TD越大，微分作用越強；TD取0，微分作用消逝。/反作用在電路中是如何實現(xiàn)的解答：1）正作用：偏差=丈量值-給定值；反作用：偏差=給定值-丈量值。2）運放輸入端的切換開關(guān)實現(xiàn)的。3-16調(diào)理器的輸入電路為何要采納差動輸入方式輸出電路是如何將輸出電壓變換成4～20mA電流的解答：1）采納差動輸入方式，能夠除去公共地線上的電壓降帶來的偏差。2）參照P83下的輸出電路。3-18給出適用的PID數(shù)字表達(dá)式，數(shù)字儀表中常有哪些改良型PID算法解答：1）P91式（3-18）2）改良的算法：第4章思慮題與習(xí)題4-1氣動調(diào)理閥主要由哪兩部分構(gòu)成各起什么作用解答：1）履行機構(gòu)和調(diào)理機構(gòu)。2）履行機構(gòu)的作用：按調(diào)理器輸出的控制信號，驅(qū)動調(diào)理機構(gòu)動作；調(diào)理機構(gòu)的作用：由閥芯在閥體內(nèi)的挪動，改變閥芯與閥座之間的流通面積，進(jìn)而改變被控介質(zhì)的流量。4-2試問調(diào)理閥的構(gòu)造有哪些主要種類各使用在什么場合解答：1）種類：直通單座閥、直通雙座閥。2）直通單座閥使用處合：小口徑、低壓差的場合；直通雙座閥使用處合：大口徑、大壓差的場合。4-4什么叫調(diào)理閥的理想流量特征和工作流量特征常用的調(diào)理閥理想流量特征有哪些解答：1）理想流量特征：在調(diào)理閥前后壓差固定的狀況下得出的流量特征稱為固有流量特征，也叫理想流量特征。工作流量特征：在實質(zhì)的工藝裝置上，調(diào)理閥因為和其余閥門、設(shè)施、管道等串通使用，閥門兩頭的壓差隨流量變化而變化，這時的流量特征稱為工作流量特征。2）常用理想流量特征：直線流量特征、等百分比（對數(shù)）流量特征、快開特征4-6什么叫調(diào)理閥的可調(diào)范圍在串連管道中可調(diào)范圍為何會變化解答：1）可調(diào)范圍：反應(yīng)調(diào)理閥可控制的流量范圍，用R＝Qmax/Qmin之比表示。R越大，調(diào)理流量的范圍越寬,性能指標(biāo)就越好。2）因為串連管道阻力的影響。4-7什么是串連管道中的閥阻比SS值的變化為何會使理想流量特征發(fā)生畸變解答：1）閥阻比：用閥阻比SpTmin/po表示存在管道阻力的狀況下，閥門全開時，閥門前后的最小壓差pTmin占總壓力po的比值。2）在S＜1時，因為串連管道阻力的影響，使閥門開大時流量達(dá)不到預(yù)期的值，也就是閥的可調(diào)范圍變小。跟著S值的減小，直線特征逐漸區(qū)于快開特征，等百分比特征逐漸趨近于直線特征。4-8什么叫氣動調(diào)理閥的氣開式與氣關(guān)式其選擇原則是什么解答：1）氣開式：無壓力信號時閥門全閉，跟著壓力信號增大，閥門逐漸開大的氣動調(diào)節(jié)閥為氣開式。氣關(guān)式：無壓力信號時閥門全開，跟著壓力信號增大，閥門逐漸關(guān)小的氣動調(diào)理閥為氣關(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、信號中止時，調(diào)理閥的開關(guān)狀態(tài)應(yīng)能保證工藝設(shè)施和操作人員的安全。4-9如圖4-24所示的蒸氣加熱器對物料進(jìn)行加熱。為保證控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，加熱器的耐熱資料不被燒壞，試確立蒸氣管道上浮理閥的氣開、氣關(guān)形式。解答：氣開式調(diào)理閥。4-11試述電/氣變換器的用途與工作原理。解答：P1131）用途：為了負(fù)氣動閥能夠接收電動調(diào)理器的輸出信號，一定使用電／氣變換器把調(diào)理器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流信換為20～100kPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號。2）原理：在杠桿的最左端安裝了一個線圈，該線圈能在永久磁鐵得氣隙中自由地上下運動，由電動調(diào)理器送來得電流I通入線圈。當(dāng)輸入電流I增大時，線圈與磁鐵間產(chǎn)生得吸力增大，使杠桿左端下移，并帶動安杠桿上的擋板湊近噴嘴，改變噴嘴和擋板之間的空隙。噴嘴擋板機構(gòu)是氣動儀表中最基本的變換和放大環(huán)節(jié)，能將擋板關(guān)于噴嘴的細(xì)小位移敏捷地變換為氣壓信號。經(jīng)過氣動功率放大器的放大后，輸出20～l00kPa的氣壓信號p去推進(jìn)閥門。4-12試述電/氣閥門定位器的基來源理與工作過程。解答：P115在杠桿上繞有力線圈，并置于磁場之中。當(dāng)輸入電流I增大時，力線圈產(chǎn)生的磁場與永久磁鐵相作用，使杠桿繞支點O順時針轉(zhuǎn)動，帶動擋板湊近噴嘴，使其背壓增大，經(jīng)氣動功率放大器放大后，推進(jìn)薄膜履行機構(gòu)使閥桿挪動。4-14電動儀表如何才能用于易燃易爆場所安全火花是什么意思解答：1）一定是采納安全防爆舉措的儀表，就是限制和隔絕儀表電路產(chǎn)生火花的能量。使其不會給現(xiàn)場帶來危險。2）安全火花：電路在短路、開路及誤操作等各樣狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點火能量之下。4-16齊納式安全柵的基本構(gòu)造是什么它是如何限壓、限流的解答：1）構(gòu)造：圖4-19所示。2）利用齊納二極管的反向擊穿特征進(jìn)行限壓，用電阻進(jìn)行限流。第5章思慮題與習(xí)題5-1什么是被控過程的數(shù)學(xué)模型解答：被控過程的數(shù)學(xué)模型是描繪被控過程在輸入（控制輸入與擾動輸入）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成立被控過程數(shù)學(xué)模型的目的是什么過程控制對數(shù)學(xué)模型有什么要求解答：1）目的：○1設(shè)計過程控制系統(tǒng)及整定控制參數(shù)；○2指導(dǎo)生產(chǎn)工藝及其設(shè)施的設(shè)計與操作；○3對被控過程進(jìn)行仿真研究；○4培訓(xùn)運轉(zhuǎn)操作人員；○5工業(yè)過程的故障檢測與診療。2）要求：總的原則一是盡量簡單，二是正確靠譜。階次一般不高于三階，大批采納擁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成立被控過程數(shù)學(xué)模型的方法有哪些各有什么要乞降限制性解答：P1271）方法：機理法和測試法。2）機理法：測試法：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、輸出信號有什么差別與聯(lián)系解答：1）流入量：把被控過程看作一個獨立的隔絕體，從外面流入被控過程的物質(zhì)或能量流量稱為流入量。流出量：從被控過程流出的物質(zhì)或能量流量稱為流出量。2）差別與聯(lián)系：控制系統(tǒng)的輸入量：控制變量和擾動變量?？刂葡到y(tǒng)的輸出變量：系統(tǒng)的被控參數(shù)。5-5機理法建模一般合用于什么場合解答：P128對被控過程的工作機理特別熟習(xí)，被控參數(shù)與控制變量的變化都與物質(zhì)和能量的流動與轉(zhuǎn)換有親密關(guān)系。5-6什么是自衡特征擁有自衡特征被控過程的系統(tǒng)框圖有什么特色解答：1）在擾動作用破壞其均衡工況后，被控過程在沒有外面干涉的狀況下自動恢復(fù)均衡的特性，稱為自衡特征。2）被控過程輸出對擾動存在負(fù)反應(yīng)。5-7什么是單容過程和多容過程解答：1）單容：只有一個積蓄容量。2）多容：有一個以上積蓄容量。5-8什么是過程的滯后特征滯后又哪幾種產(chǎn)生的原由是什么解答：1）滯后特征：過程關(guān)于擾動的響應(yīng)在時間上的滯后。2）容量滯后：多容過程關(guān)于擾動的響應(yīng)在時間上的這類延緩被稱為容量滯后。純滯后：在生產(chǎn)過程中還常常碰到由（物料、能量、信號）傳輸延緩惹起的純滯后。5-9對圖5-40所示的液位過程，輸入量為Q1，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為線性液阻。1）列寫液位過程的微分方程組；2）畫出液位過程的框圖；（3）求出傳達(dá)函數(shù)H(s)Q1(s)，并寫出放大倍數(shù)K和時間常數(shù)T的表達(dá)式。解答：Q1Q2Q3AdhdthQ2R2hQ3（1）R3（2）框圖如圖：H(s)R2R3（3）Q1(s)AR2R3sR2R35-10以Q1為輸入、h2為輸出列寫圖5-10串連雙容液位過程的微分方程組，并求出傳遞函數(shù)H2(s)Q1(s)。解答：Q1Q2A1dh1dtQ2h1h2R2R2Q2Q3Adh2dtQ3h2R31）方程組：H2(s)R32）傳達(dá)函數(shù)：Q11(s)T1T2s2(T1T2T12)s13T1A1R2,T2A2R3,T12A1R3式中：3）過程框圖：5-12何為測試法建模它有什么特色解答：1）是依據(jù)工業(yè)過程輸入、輸出的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行某種數(shù)學(xué)辦理后獲取數(shù)學(xué)模型。2）能夠在不十分清楚內(nèi)部機理的狀況下，把被研究的對象視為一個黑匣子，完整經(jīng)過外部測試來描繪它的特征。5-13應(yīng)用直接法測定階躍響應(yīng)曲線時應(yīng)注意那些問題解答：P1391）合理地選擇階躍輸入信號的幅度2）試驗時被控過程應(yīng)處于相對穩(wěn)固的工況3）要認(rèn)真記錄階躍曲線的開端部分4）多次測試，除去非線性5-14簡述將矩形脈沖響應(yīng)曲線變換為階躍響應(yīng)曲線的方法；矩形脈沖法測定被控過程的階躍響應(yīng)曲線的長處是什么解答：P139～P1401）2）5-15實驗測得某液位過程的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)以下：tshcm00當(dāng)階躍擾動為20%時：（1）畫出液位的階躍響應(yīng)曲線；（2）用一階慣性環(huán)節(jié)加滯后近似描繪該過程的動向特征，確立K、T、。解答：1）2）第6章思慮題與習(xí)題6-1簡單控制系統(tǒng)由幾個環(huán)節(jié)構(gòu)成解答：丈量變送器、調(diào)理器、調(diào)理閥、被控過程四個環(huán)節(jié)構(gòu)成。6-2簡述控制方案設(shè)計的基本要求。解答：安全性、穩(wěn)固性、經(jīng)濟性。6-3簡單概括控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容。解答：1）控制系統(tǒng)方案設(shè)計；2）工程設(shè)計；3）工程安裝和儀表調(diào)校；4）調(diào)理器參數(shù)整定。6-4過程控制系統(tǒng)設(shè)計包含哪些步驟解答：P1741）熟習(xí)和理解生產(chǎn)對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求與性能指標(biāo)2）成立被控過程的數(shù)學(xué)模型3）控制方案確實定4）控制設(shè)施選型5）實驗（或仿真）考證6-5選擇被控參數(shù)應(yīng)按照哪些基來源則什么是直接參數(shù)什么是間接參數(shù)二者有何關(guān)系解答：1）原則：一定依據(jù)工藝要求，深入剖析、生產(chǎn)過程，找出對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、生產(chǎn)安全、經(jīng)濟運轉(zhuǎn)、環(huán)境保護(hù)、節(jié)能降耗等擁有決定性作用，能較好反應(yīng)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)：能直接反應(yīng)生產(chǎn)過程中產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，又易于丈量的參數(shù)3）間接參數(shù)：與質(zhì)量指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系、易于丈量的變量，間接反應(yīng)產(chǎn)質(zhì)量量、生產(chǎn)過程的實質(zhì)狀況。4）二者關(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，為何要剖析被控過程的特征為何希望控制通道放大系數(shù)Ko要大、時間常數(shù)To小、純滯后時間o越小越好而擾亂通道的放大系數(shù)Kf盡可能小、時間常數(shù)Tf盡可能大解答：1）控制變量和擾亂變量對被控參數(shù)的影響都于過程的特征親密有關(guān)。2）控制通道的靜態(tài)放大系數(shù)K0越大，系統(tǒng)的靜態(tài)偏差越小，表示控制作用越敏捷，戰(zhàn)勝擾動的能力越強，控制成效越好。時間常數(shù)T0小，被控參數(shù)對控制變量的反響敏捷、控制實時，進(jìn)而獲取優(yōu)秀的控制質(zhì)量。純滯后0的存在會使系統(tǒng)的穩(wěn)固性降低。0值越大，對系統(tǒng)的影響越大。3）擾動通道的靜態(tài)放大系數(shù)Kf越小，表示外面擾動對被控參數(shù)的影響越小。時間常數(shù)Tf越大，外面擾亂f（t）對被控參數(shù)y（t）的影響越小，系統(tǒng)的控制質(zhì)量越好。6-7當(dāng)被控過程存在多個時間常數(shù)時，為何應(yīng)盡量使時間常數(shù)錯開解答：P182由自控理論知識可知，開環(huán)傳達(dá)函數(shù)中幾個時間常數(shù)值錯開，可提升系統(tǒng)的工作頻次，減小過渡過程時間和最大偏差等，改良控制質(zhì)量。6-8選擇檢測變送裝置時要注意哪些問題如何戰(zhàn)勝或減小純滯后解答：1）P184-1、2、3、42）合理選擇檢測點。6-9調(diào)理閥口徑選擇不妥，過大或過小會帶來什么問題正常工況下，調(diào)理閥的開度在什么范圍比較適合解答：1）調(diào)理閥口徑選得過大，閥門調(diào)理敏捷度低，工作特征差，甚至?xí)a(chǎn)生振蕩或調(diào)理失靈的狀況。調(diào)理閥口徑選得過小，當(dāng)系統(tǒng)遇到較大的擾動時，調(diào)理閥工作在全開或全關(guān)的飽和狀態(tài)，使系統(tǒng)臨時處于失控工況，這對擾動偏差的除去不利。2）正常工況下要求調(diào)理閥的開度在15%-85%之間。6-10選擇調(diào)理閥氣開、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)施安全部是調(diào)理閥開、關(guān)作用方式選擇的首要原則。6-11調(diào)理器正、反作用方式的選擇依照是什么解答：確立原則是整個單回路構(gòu)成負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)。6-12在蒸氣鍋爐運轉(zhuǎn)過程中，一定知足汽-水均衡關(guān)系，汽包水位是一個十分主要的指標(biāo)。當(dāng)液位過低時，汽包中的水易被燒干引起生產(chǎn)事故，甚至?xí)l(fā)生爆炸，為此設(shè)計如圖6-28所示的液位控制系統(tǒng)。試確立調(diào)理閥的氣開、氣關(guān)方式和調(diào)理閥LC正、反作用；畫出該控制系統(tǒng)的框圖。解答：見圖2－281）調(diào)理閥：氣關(guān)方式。2）調(diào)理器：正作用。3）框圖：6-13在如圖6-29所示的化工過程中，化學(xué)反響為吸熱反響。為使化學(xué)反響連續(xù)進(jìn)行，一定用熱水經(jīng)過加熱套加熱反響物料，以保證化學(xué)反響在規(guī)定的溫度下進(jìn)行。假如溫度太低，不只會致使反應(yīng)停止，還會使物料產(chǎn)生聚合凝結(jié)致使設(shè)施擁塞，為生產(chǎn)過程再次運轉(zhuǎn)造成麻煩甚至破壞設(shè)施。為此設(shè)計如圖6-29所示的溫度控制系統(tǒng)。試確立調(diào)理閥的氣開、氣關(guān)方式和調(diào)理閥的TC正、反作用；畫出該控制系統(tǒng)的框圖。解答：1）調(diào)理閥：氣開式。2）調(diào)理器：反作用。3）框圖：6-14簡述比率、積分、微分控制規(guī)律各自的特色。解答：P1931）比率控制：是最簡單的調(diào)理規(guī)律，它對控制作用和擾動作用的響應(yīng)都很快速。比率調(diào)節(jié)只有一個參數(shù)，整定簡易。比率調(diào)理的主要弊端是系統(tǒng)存在靜差。2）積分控制：積分調(diào)理的特色是沒有靜差。但它的動向偏差最大、調(diào)理時間長，只好用于有自衡特征的簡單對象、極少獨自使用。3）微分控制：超前調(diào)理。6-21試比較臨界比率度法、衰減曲線法、響應(yīng)曲線法及經(jīng)驗法的特色。解答：P201臨界比率度法：衰減曲線法：響應(yīng)曲線法：經(jīng)驗法：6-22如圖6-30所示熱互換器，將進(jìn)入此中的冷卻物料加熱到設(shè)定溫度。工藝要求熱物料溫度的T1C，并且不可以發(fā)生過熱狀況，免得造成生產(chǎn)事故。試設(shè)計一個簡單控制系統(tǒng)，實現(xiàn)熱物料的溫度控制，并確立調(diào)理閥的氣開、氣關(guān)方式，調(diào)理器的正反作用方式，以及調(diào)理器的調(diào)理規(guī)律。解答：1）被控參數(shù)選擇：熱互換器出口溫度。2）控制參數(shù)選擇：載熱介質(zhì)流量。3）檢測儀表選擇：溫度傳感器與溫度變送器。4）調(diào)理閥選擇：○1流量特征選擇：對數(shù)流量特征?！?氣開、氣關(guān)方式選擇：氣開。5）調(diào)理器選擇：○1調(diào)理規(guī)律選擇：PI或PID。○2正反作用方式選擇：反作用方式。系統(tǒng)各環(huán)節(jié)正、負(fù)符號鑒別：被控過程：＋；變送器：＋；調(diào)理閥：＋；依據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反應(yīng)條件：各環(huán)節(jié)符號之積必為“－”，則調(diào)理器為“－”。6