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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？1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？1-4 说明过程控制的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 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结构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。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按系统的结构特点分类（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?在定值控制系统中设定值是恒定不变的，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？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？对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若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）。从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，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？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超调量第一个波峰值与最终稳态值y）之比； 残余偏差C过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y）与设定值之间的偏差C称为残余偏差，简称残差调节时间从过渡过程开始到过渡过程结束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始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间1-10 某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？ 最大动态偏差A： 衰减比n： 振荡周期T： A80, 且n1 (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 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃ 0 201 402 604 806 1001 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0～10MPa，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa 正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 求：1）变差； 2）基本误差； 3）该表是否符合1.0级精度？ 2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa，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？若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？ 基本误差= ?max＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa时的基本误差： 0.8％1％ ，所以符合1.0级表。 2-5 有两块直流电流表，们的精度和量程分别为