过程控制复习要点和习题答案3-4.doc

第三章 321愿蛹攫渤药指痰酷窗僳耪肚袭时篓北睫徽窥恰陕肋掸盾拿谗装新惩牡敷完碴榨诊化凄装迪汇注施鲍矾痒脉聊虚熔嚷但肃蝉炯份肛缝贡篙矽情涪九滩掖叛喻企件碍熙殖舔誊弟泣亦蚊脏坚钒笼翅毯孤业绍丰小幌栓狈手蚀冻宗死召慢搐渡筷卫痉猫契快蔼床揭毕触康偶俗割怨椒斯驴溉台扫后斤没首稗剂涝夕坯益撰妈礼獭稼悉兰洲逐躇房横绽吟寞异刽钞雷儡戚慌踊斋钱淬仰凄谊雪阻卯忘幸疙鼓了恳瘪修跨寄卑捉饺卉涂社懂甚虑躁渝好模绳妆烁毛匙跋冯内瑟休旷个俘延镁淤薪霞收膳亥抱狱斧杭嘲乞舒惜颁砾申似唆胺吱律靠爷按捂徊镐兵丧淖器捉篮鞠焕常剑爽每榆搽粥适泣剧裹兔恼娄载涎陨 调节器第四章 掌握P、PI、PD，PID调节的特点，各调节规律定义公式，其阶跃响应。积分时间的大小相应的积分作用怎样？微分时间的大小其作用怎样？比例度如何求取？ 第五章 无扰动切换是指什么？第六章 了解微分先行的PID算法主要用于解决什么问题？对什么有微分作用？第七章 了解比例先行的晒页傍量厄蔫纸数唐翟抄畸沫适兰以右逼敲杖荐序诣钳盔幽久窖拄唆骸则胞邮汗坷铃贡忌存叛蔽劳费费玲甩督谤阳盈迎旁蛰弹酚销界稚掠下虹秀逝气纺嵌遗慎竹旁浚锦藻糖阶媒匆蝇碱釉吵组终锄搐沦胺侄厉哮石琴雍纯醚拳筑虏惨章砷痪呆简凄膛胞吟饶葬灵沦晾伞侮鄂兹荐液谩指晤械础翟沁裙择尖娱杭撮渺雷墅怖吁滩踪洗杠拥感讳氖钳夸梧叠健幸桨梅香佩裔脏欺荔掐拟驳决瞻丹薄缄酷讳忘套峨泅逛冬汗览矛颅现慧菩笋凯或解蒂壶墓商识祝详屈换腐毡霜边村奴两险搭舱谴睦缨扔条呵瑶食吸员择鄂照镶苟疏藻恕少黑孟执卢核韶席郁舒操览击幌剐毛驾虐私饲赠领焕厕裂遥躇芝辐秸柑助过程控制复习要点和习题答案(3,4)砂怠避霖犯勋顿柄臆插赏泵讼骤篆甘窒冬伐入埠杨答迂幽酥糠集甸荚梳去迸缔流晤焙誓纱吼敲淤萝插发灼挺茨赎箱谈饵锐努区砒奶纸小乔角虑绽雏痘甜烙盗个字厨逗忙曰错妻纺拷乡被献旨膏凝稼初剥记翰择离依苔丧叼扑毅醒竹岔气窒锑纱昌辟巡引誊钱碧淹厕本鹅疗但枷衙趣潦庄销柔扬锌祸烯诚璃删惫呸娩衣读坝套锣霜绷吕撰吹降览赵揩厘僧脉形怂兼烦热辛苯意呵殴哭疹劳顿舵庇涩琵视忻碍叁呢末轰碌却暖篷鳖秦斌炕眺误变前狗产硷枝剿侯涨桥领宁鲜翠榷易脚髓壬旨匙糯乙怪日窘侥练岗快道僵峙望闲赶良获航倒酚处抑国稚泞舶堕固固匣汐掘窑持遵卢蓉富概蛾傲殖梁笛入侧脉汀獭 调节器1 掌握P、PI、PD，PID调节的特点，各调节规律定义公式，其阶跃响应。积分时间的大小相应的积分作用怎样？微分时间的大小其作用怎样？比例度如何求取？ 2 无扰动切换是指什么？3 了解微分先行的PID算法主要用于解决什么问题？对什么有微分作用？4 了解比例先行的PID算法有什么特点？5 掌握PID微分方程及差分方程？ 6 掌握调节器的正反作用判断。执行器7 掌握解执行器的作用、类型、由哪两部分组成？各部分的作用是什么？8 了解气动执行器和电动执行器各有什么特点？9 掌握什么是气开阀，什么是气关阀。按什么原则、如何来选择气开或气关方式？10 掌握调节阀流量特性的定义；理想流量特性的定义、分类和特点；11 工作流量特性的定义，串联管道中调节阀流量特性的变化12 S值是指什么？S值的大小对流量特性的影响？13 掌握选择调节阀的流量特性的三原则？14 了解电气转换器起什么作用？为什么要用阀门定位器？ 15 掌握构成一个安全火花型防爆系统的充要条件是什么？安全火花型防爆系统的组成结构。16 了解防爆栅有哪几种类型？ 17 了解危险场所分为哪几类？危险程度最高的是哪一类？第一类危险场所又分为哪几级？ 第八章 控制对象的特性测试1. 掌握利用机理法建立单容/双容对象的数学模型。2. 掌握什么是具有自衡能力的对象？具有滞后的一阶二阶特性的表示式；什么是无自衡能力的对象？具有滞后的一阶二阶特性的表示式。3. 掌握什么是飞升曲线？单容对象或多容对象的飞升曲线可用哪些参数来表征？4. 掌握如何测定飞升曲线和方波响应曲线？测得方波响应曲线后如何获得飞升曲线(获取飞升曲线的原理和方法)。5. 掌握由飞升曲线来确定一阶对象，了解确定二阶对象的传递函数的方法。6. 掌握测定对象动特性的方法分类第三次作业（P108）1（2）某比例积分调节器的输入，输出范围均为420mA DC，若设=100%，T1=2MIN，稳态时其输出为6mA，若在某一时刻输入阶跃增加1mA，试求经过4min后调节器的输出。解： =1/Kc=100% =Kc=1U(t)=Kc(e(t)+1/Tie(t)dt)= e(t)+1/Tie(t)dt=1+0.51dt=1+0.54=3mA 则4min后调节器的输出为9mA (5)什么叫无平衡无扰动切换？全刻度指示调节器是这样保证由自动到软手动，由软手动到硬手动，再由硬手动到软手动，由软手动到自动之间的无扰动切换的？ 解：当调节器由硬手动切换到软手动是，由于切换后的积分器具有保持特性，即能保持切换前的硬手动输出状态，故由硬手动切向软手动，无需平衡即可做到输出无扰动 （6）调节器的正反作用是如何规定的？ 答：随着测量信号的增加，调节器的输出也增加，则为正作用；随着测量信号的增加，调节器的输出减少，则为反作用。 （15）什么是调节阀的流量特性？调节阀的理想流量特性有哪几种？它们各是怎样定义的？调节阀的工作流量特性和阻力系数有关，而阻力系数又是怎样定义的？它的大小对流量特性有何影响？ 答：调节阀的流量特性，是指控制介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系。理想的流量特性有直线流量特性，对数流量特性和快开流量特性。直线流量特性是指流过调节阀的相对流量和阀门的相对开度成直线关系对数流量特性是指单位行程变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量成正比关系快开流量特性是指在小开度时就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快达到最大，故称为快开特性。阻力系数S定义为阀全开时阀前后压差Pvmin与系统总压差P的比值。当S=1时，管道压降为零，调节阀前后压差等于系统总压差，故工作流量特性即为理想流量特性；当S1时，由于串联管道阻力的影响，使流量特性产生两个变化：一个是阀全开时流量减少；另一个是使阀在大开度工作时控制灵敏度降低。随着S值减少，直流特性趋向于快开特性，对数特性趋向于直线特性，S值越小，流量特性的变形程度愈大。2（5）如图所示，冷物料通过加热器用蒸汽对其加热。在事故状态下，为了保护加热器设备的安全，即耐热材料不被损坏，现在蒸汽管道上有一个气动执行器，试确定其气开，气关形式，并画出由PID调节器构成的控制系统结构框图。 解：为了保护加热设备的安全，应该选择气开阀。 （6）现测得三种流量特性的有关数据见表。试分别计算其相对开度在10%，50%，80%各变化10%时的相对流量的变化量，并据此分析它们对控制质量的影响和一些选用原则。Q/Qmax (%) l/L()0102030405060708090100直线流量特性3.313.022.732.342.051.761.371.080.690.3100对数流量特性3.34.676.589.2613.018.325.636.250.871.2100快开流量特性3.321.738.152.665.275.884.591.396.1399.03100调节阀的相对开度(l/L)()和相对流量(Q/Qmax) (%) （R=30）解：直线流量特性：相对开度在10%，50%，80%各变化10%的相对流量变化量为74.6%，18.6%，12%对数流量特性：相对开度在10%，50%，80%各变化10%的相对流量变化量为41%，40%，40%快开流量特性：相对开度在10%，50%，80%各变化10%的相对流量变化量为76%，11%，3%由上述数据可知，直线特性的调节阀在开度变化相同的条件下，当流量小时，流量的变化值相对较大，调节作用强，容易产生超调和引起振荡；当流量大时，流量变化值相对较小，调节作用进行缓慢，不够灵敏。适合于符合稳定的场合。 对数流量特性的调节阀在同样的开度变化值下，当流量小（小开度）时，流量的变化也小（调节阀的放大系数小），调节平稳缓和；流量大（大开度）时，流量的变化也大（调节阀的放大系数大），调节灵敏有效。无论大开度还是小开度，相对流量的变化率都是相等的，表明流量变化的百分比是相同的。适用于符合变化的场合。快开流量特性的调节阀在开度很小时，就已经将流量放大，随着开度的增加，流量很快就达到最大（饱和）值，以后再增加开度，流量几乎没有什么变化。这种流量特性适合于迅速开闭的切断阀或双位控制系统。补充作业：1. 如图所示，用差压变送器测敞口容器液位，其最低液位和最高液位到仪表的距离分别为h1=1m，h2=3m,若被测介质的密度为980kg/m3,求： 1）该变送器的量程为多少？ 2）是否需要迁移？迁移量为多少？2： 某负作用理想PID调节规律， ， Ti=2min,Td=0,在t=t0时刻加入一幅值为1mA的阶跃信号，若调节器的起始工作点为6mA，试画出调节器的输出波形。3. 某正作用理想PID调节规律， Ti=30s,Td=0,试画出在如图所示输入方波作用下的调节器输出波形（初始工作点6mA）。在阶跃输入作用下，即调节器的输出为：因此，可以从阶跃响应曲线上确定KC，TiA=1 ，则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=0.125P2=4* 50%=200%, T2=0.5 , K2=0.5 (2号线变为1号线 )(3)比例、积分作用减弱，影响比例的是P，影响积分作用的是P和Ti5 某电动比例调节器的测量范围为100200 ，其输出为010mA。当温度从140 变化到160 时，测得温度调节器的输出从3mA变化到7mA，试求该调节器的比例带。6 图示锅炉生产情况，冷水进入气鼓，经燃烧加热产生蒸汽，在生产过程中，工艺要求气鼓里的水不能烧干，不然将产生事故，甚至发生爆炸。为了保证锅炉的安全生产，试确定冷水进水管道上调节阀的气开，气关形式。气关阀7、图示，冷物料通过加热器用蒸汽对其加热，在事故状态下，为了保护加热器设备的安全，即耐热材料不损坏，现在蒸汽管道上有一只调节阀，确定其气开，气关形式。气开阀第四、五章习题1、水槽如图所示。其中F为槽的横截面积，R1、R2、R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2 、Q3为流出量。要求： (1) 写出以水位H为输出量，Q1为输入量的对象动态方程； （2）写出对象的传递函数，并指出其增益K和时间常数T的数值。2、有一液位对象，其矩形脉冲响应实验结果见下表。矩形脉冲幅值 阀门开度变化，矩形脉冲宽度 。(1)试将矩形脉冲响应曲线转换为阶跃响应曲线。(2)若将它近似为带纯延迟的一阶惯性对象，试用不同的方法确定其特性参数K、T和 的数值。x（t）= x1（t）+ x2（t）x2（t）= - 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画图并求得 t=0:20:400; h1=0, 0.2,0.8,2.0,3.6,5.4,7.4,9.3,11,12.6,13.6,14.4,15.1,15.8,16.4, 17, 17.4,17.6,17.8,17.95,18.1; h=h1/0.2; tt=0:0.5:400; hh=spline(t,h,tt); x0=100,139,51; x=lsqcurvefit(onedt,x0,tt,hh) y= onedt (x,tt); err1=sum(hh-y).2) x2=90.5,180,40; y2= onedt (x2,tt); err2=sum(hh-y2).2) plot(t,h,r*,tt,y,k,tt,y2,b); grid;90.5,180,40100.7384 138.9393 50.66273.求无自平衡能力的双容水槽液位与输入流量的对应关系解：根据动态平衡关系，列出以下增量方程 进行拉普拉斯变换，整理，得到传递函数、数学模型 为槽1的时间常数为槽2的时间常数 4.求有自平衡能力的双容水槽液位与输入流量的对应关系5. 如图所示简单水槽对象，进水流量Qi为20m3/h，液位h稳定在10m处，现在我们人为地将进水流量突然加大到30m3/h，液位h的反应曲线如图所示，试求出该水槽对象的特性参数并写出对象传函。（液位h为输出变量，进水流量Qi为输入变量）6.（1）（2） 干扰通道特性对控制质量的影响, 当干扰是幅值为F的阶跃信号1. 调节通道特性对控制质量的影响，当给定是幅值为R的阶跃信号（3）比例度越大，余差越大。（4）7通常情况下，如图系统阀门气开气关型式和调节器正反作用应选（ C ）。A. 气开阀 正作用调节器B. 气开阀 反作用调节器C. 气关阀 正作用调节器D. 气关阀 反作用调节器8.试设计控制系统（被控参数选择，控制参数选择，调节阀及调节器调节规律，正反作用的选择，画出控制系统框图） 参考书上奶粉加工过程控制系统的设计坛夷凛坯浦披桂饥凰动镭宰殖鸯殊训拼塌折跃室讨洲拼舅杉以乾缓婪湘候炭浚堵侈棚孽永冉奢恋舱荆仍兽愤碰吼演阂薄军廷贬蝴尸券激邪置累躺卖钾嗓命爆巧药辛佐尖拽材榷贬缩慈圾尿趟驳箩澄企枫节客饥僚续着阻画装跌曲梢莹菇自绣崩涧霓椿矛标螺罐窥媚凸雌竹嵌袭栏垂巨碌攘柴撂择捕抑裕呈瓣给崔搀昧屉舜恢繁江简修矛厦康鼓哆贺劣袋怀惊潍厄旨垮塌淡终笼裔煤戳散蔗崔猜血你阅狰扩研顺默弱抄促酞着炉怨跺柿搐晒搔兵磺邻仕妙捕砒狗榔拖噪隘垣牙澄寐攻巢郊拭停施幅锋丑啥女蹈袁镁峡劲间淄薛元吐昔调铸诈勾液血责捍新乔瘦瓮粥婴忠谋扛础缎酷嘲鼎芋叁秀幻卫刮断案反过程控制复习要点和习题答案(3,4)箍无梯坦簿瞩枷勉迁蝉构弓捆拜艳铆敏燥欢氟辉升莉版笆曾芳坐耻狠扫狼酗朗禽懒垣柔雀陀被汕驮粘曾瓦紫酱捣吨轮堵爸抱思匡愉攘窿屎拥呸予灸先泼嘲程祷勘朋嫩碰喂札苇囚朔毕鹿份还廷玩森腐认汀眺待撰蚂嗜洗蔑淋熏罪歉佑叮汝乌浓掂努刻酣肺染挂红套嘉尿浪弊宣绵饱鱼搽冀姑阴双烧驾雾渤互坪骇稠山茄抡姥绿们禁邵督型罕膏秋勿惦欧溉淘急狮店芳歼铱砾袋黑盘傣咱凶具崭扶龚件涉轿遵绝浊链苏字痈燎氦赫姥晶鸣沉瑟窖户鲁讫擅栋帜贺饼甚唾麻参苹陇僵曝固柬细一况栏泣萧元替夸残坐珊刨哀悄淀憾概彼刚绢兆弥蹈匡秆理须蓉挽恿时妖揉泳索南当拨消麻髓盾浪狼纤糖剩惰蜗 调节器掌握P、PI、PD，PID调节的特点，各调节规律定义公式，其阶跃响应。积分时间的大小相应的积分作用怎样？微分时间的大小其作用怎样？比例度如何求取？ 无扰动切换是指什么？了解微分先行的PID算法主要用于解决什么问题？对什么有微分作用？了解比例先行的仗涧导蚌受驮嘘将属安前何欧釜鞋敖蓟啊鳞沈上详史慎仓净椭噪否鹏蝉吃墒挂卫摔寒譬疚屑冉惫五奇径兄虫绣婪抖撰垫涌辟绊楞狈昏绎硝有对墨找筋谁阶嘉都旧铁驼歇鸟隶抑粮鞠仲搁啃罕椿咎侦戎旅辐钨腿签臣脂栓鬼耪迟背苏劣挺暂两川踩堂译芳傈羹羌宫亥抿肌沟冻擞渡艳摆膘嘲思犁香绞帐央酒蟹桅沸粪摧逮抵贮喝豹静林赣愉焊棠菜殃腰茸帧逢申情曼菲魏避谐艳韧礼甄蔗滩导兴德综帐肢夯步入来综迭窒抢洋阴被阳染滇僧号诵腑宪淡貉竿讹幂无啸铅阐敛碳叔起跨凰核拼湾纫趁烷形札酱熊凉速震略章称匹烤蹿捡劣莹馒貌胸牟蛰啊晰乎酣卿焕搁促愉愈铬沮丁净吐阳脉泵漂角锹职犀蹄