过程控制系统及仪表习题及思考题解答

.过程控制系统与仪表习题与思考题解答第1章 思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3控制多属慢过程参数控制4定值控制是过程控制的一种主要控制形式5过程控制系统由规化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几局部组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的构造和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例P控制、比例积分PI控制，比例、积分、微分PID控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。通常分类：1按设定值的形式不同划分：1定值控制系统2随动控制系统3程序控制系统2按系统的构造特点分类：1反响控制系统2前馈控制系统3前馈反响复合控制系统1-5 什么是定值控制系统解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。二者之间的关系：1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态：对于定值控制，当控制系统输入设定值和扰动不变时，整个系统假设能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态或静态。动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开场动作，到整个系统又建立新的稳态到达新的平衡、调节过程完毕的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？解答：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n；过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A；超调量：第一个波峰值与最终稳态值y之比的百分数；剩余偏差C： 过渡过程完毕后，被控参数所到达的新稳态值y与设定值之间的偏差C称为剩余偏差，简称残差；调节时间：从过渡过程开场到过渡过程完毕所需的时间；振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰或波谷之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；峰值时间：过渡过程开场至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。1-10 *被控过程工艺设定温度为900，要求控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-4所示。试求该系统过渡过程的单项性能指标：最大动态偏差、衰减比、振荡周期，该系统能否满足工艺要求？解答：最大动态偏差A：衰减比n：振荡周期T：A1 (衰减振荡)，所以系统满足工艺要求。第2章 思考题与习题2-1 *一标尺为01000的温度计出厂前经校验得到如下数据：标准表读数/02004006008001000被校表读数/02014026048061001求：1该表最大绝对误差；2该表精度；3如果工艺允许最大测量误差为5，该表是否能用？2-2 一台压力表量程为010MPa，经校验有以下测量结果：标准表读数/MPa0246810被校表读数/MPa正行程01.983.965.947.979.99反行程02.024.036.068.0310.01求：1变差；2根本误差；3该表是否符合1.0级精度？2-3 *压力表的测量围为010MPa，精度等级为1.0级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？假设用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa时，标准压力计上读数为5.08MPa，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？解答：1根本误差=最大绝对误差ma*0.01100.1MPa2校验点为5 MPa时的根本误差：0.8 0.01 MPa, 所以不符合要求；2精度为1级，量程为01.0MPa的表，其最大绝对误差：1.0ma*1.010.01 MPa， 0.01 MPa, 所以最大误差符合要求，但是压力表的最大测量值应 2/3仪表量程，否则压力波动会使测量值超出仪表量程。所以，该表也不符合要求。2-14 *台空压机的缓冲器，其工作压力围为1.01.6MPa，工艺要求就地观察罐压力，并要测量结果的误差不得大于罐压力的5%。试选择一块适宜的压力表类型、测量围、精度等级，并说明其理由。解答：根据题意知：压力围1.01.6MPa，允许最大误差：ma*1.650.08 MPa1量程确定：应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处，即1.6 MPa2/32.4 MPa可以选量程为02.5 MPa的弹簧压力表。2精度等级确定：求出根本误差，以确定满足要求的精度等级。 ，允许的精度等级为2.5级。综上分析，选择量程为02.5 MPa，精度等级为2.5级的弹簧压力表。该表的最大绝对误差：ma*2.52.50.0625 MPa，