过程控制仪表及控制系统_复习题2014.doc

第一章 思考题与习题 课后练习题 1-1,1-3,1-5,1-8,2-4 部分参考答案： 1 如图所示为一制备乙炔气体的温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。 解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体 并释放出热量。当电石加入时，内部温度上升，温度 检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控 制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调 节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。 系统框图如下： 被控过程：乙炔发生器 被控参数：乙炔发生器内温度 控制参数：冷水流量 参照此题完成2-4 2 常用过程控制系统结构可分为哪几类? 课后题1-8 答：过程控制系统主要分为三类： 1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。 2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。 3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。 3 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？ 课后题1-5 答：1. 余差(静态偏差）e：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c之差。它是一个静态指标，对定值控制系统。希望余差越小越好。 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即： n＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。 衡量系统稳定性也可以用衰减率φ 4．最大偏差A：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。过程过渡时间ts过渡过程时间从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％ （根据系统要求）范围内所需要的时间。它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，ts越小，过渡过程进行得越快。6．峰值时间tp: 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。称为峰值时间tp。它反映了系统响应的灵敏程度。 有一压力控制系统选用DDZ－Ⅲ压力变送器，其量程为0～200kPa。生产工艺要求被控压力为150±2kPa，现将该变送器量程调整到100～200 kPa，求零点迁移前后该压力变送器的灵敏度。 解： .说明DDZ－Ⅲ热电偶温度变送器的冷端温度补偿原理。3 .DDZ-Ⅲ温度变送器测温范围为400～600°C。选择哪一种测温元件较为合理？当温度从500°C变化到550°C时，输出电流变化多少？检测温度低于600℃，择铂电阻测温元件。 温度变化50℃时，输出电流变化： ΔI＝0.08 mA/℃×50℃＝4 mA 第三章 思考题与习题 课后练习题 1-2,1-6,1-11,1-12,1-13，1-14,1-15,2-5 部分参考答案与补充内容： 1 什么是正作用调节器和反作用调节器？如何实现调节器的正反作用？ 答：输入增加时，调节器输出也随之增加称为正作用调节器；输入增加时，调节器输出减小称为反作用调节器。在调节器输入级的输入端设有一个双向开关，通过切换改变输入信号的极性来实现调节器的正反作用。 80 m3/h ，该流体密度为0.16×10－2g/cm3，阀前后一压差为0.1MPa，试选择调节阀的公称直径和阀座直径。（要求泄露量小） 解：调节阀的流通能力C为： 取 查表得dg＝32mm，Dg＝32mm 。 1-3,1-4,1-7，2-3， 部分参考答案与补充内容： 1 如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求： 列出过程的微分方程组； 求过程的传递函数W0（S）＝H（S）/Q1（S）； 画出过程的方框图。 解：（1）根据动态物料平衡关系，流入量＝流出量： 过程的微分方程的增量形式： 中间变量： 消除中间变量： 同除 (R2+R3) 得到： 令： 上式可写为： （2）Laplace 变换得到： 传递函数: （3） 过程的方框图： 2．脉冲