最新过程控制 第一到三章 作业资料

第一章作业

1.1 常用的评价控制系统动态性能的单项性能指标有哪些？它与误差积分指标各有何特点？

答：(1)衰减率ψ、超调量σ、稳态误差e ss、调节时间t s、振荡频率ω；(2)单项指标用若干特征参数评价系统优劣，积分指标用误差积分综合评价系统优劣。1.2 什么是对象的动态特性？为什么要研究对象的动态特性？

答：(1)指被控对象的输入发生变化时，其输出（被调量）随时间变化的规律；

(2)实现生产过程自动化时，对象的动态特性可以为控制工程师设计出合理的控制系统满足要求提高主要依据。

1.3 通常描述对象动态特性的方法有哪些？

答：微分方程或传递函数。

1.4 过程控制中被控对象动态特性有哪些特点？

答：无振荡、稳定或中性稳定、有惯性或迟延、非线性但在工作点附近可线性化。

1.11 某水槽水位阶跃响应实验为：

其中阶跃扰动量Δμ=20%。

(1)画出水位的阶跃响应曲线；

(2)若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。

解：MATLAB编程如下：

%作出标幺后的响应曲线

t=[ 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 400 ];

h=[ 0 9.5 18 33 45 55 63 78 86 95 98 ];

x=0:0.01:400;

y=interp1(t,h,x,'spline'); %三次样条函数据己知的t、h插出x的值yy=y/y(end); %输出标幺

plot(x,yy,'k');

xlabel('t/s');

ylabel('h/mm');

title('阶跃响应曲线','fontsize',10);

grid;

%找出最接近0.39和0.63的点

less1=find(yy<=0.39);

more1=find(yy>=0.39);

front1=less1(1,end);

behind1=more1(1,1);

cha11=0.39-yy(1,front1);

cha12=yy(1,behind1)-0.39;

if cha11<=cha12

t1=x(1,front1)

else

t1=x(1,behind1)

end

less2=find(yy<=0.63);

more2=find(yy>=0.63);

front2=less2(1,end);

behind2=more2(1,1);

cha21=0.63-yy(1,front2);

cha22=yy(1,behind2)-0.63;

if cha21<=cha22

t2=x(1,front2)

else

t2=x(1,behind2)

end

%求增益K和时间常数T

K=y(end)/20

T=2*(t2-t1)

(1)水位的阶跃响应曲线如图：

(2)计算结果如下：

>> GK1_11

t1 =

48.1700

t2 =

96.5900

K =

4.9

T =

96.8400

则该水位对象用一阶惯性环节近似后，得其增益K=4.9，时间常数T≈96.84。

1.14 已知温度对象阶跃响应实验结果如下表：

其中阶跃扰动量Δq=1t/h。试用二阶或n阶惯性环节写出它的传递函数。解：由表可知，t =30 s时θ=11.5℃，显然存在粗大误差，故将此数据剔除。MATLAB编程如下：

%作出标幺后的响应曲线

t=[ 0 10 20 40 50 60 70 80 90 100 150 ];

theta=[ 0 0.16 0.65 1.52 1.75 1.88 1.94 1.97 1.99 2.00 2.00 ];

x=0:0.01:150;

y=interp1(t,theta,x,'pchip'); %三次函数据己知的t,theta插出x的值yy=y/y(end); %输出标幺

plot(x,yy,'k'); xlabel('t/s'); ylabel('θ/℃');

title('阶跃响应曲线','fontsize',10); grid on;

%找出最接近0.4和0.8的点

less1=find(yy<=0.4); more1=find(yy>=0.4);

front1=less1(1,end); behind1=more1(1,1);

cha11=0.4-yy(1,front1); cha12=yy(1,behind1)-0.4;

if cha11<=cha12

t1=x(1,front1)

else

t1=x(1,behind1)

end

less2=find(yy<=0.8); more2=find(yy>=0.8);

front2=less2(1,end); behind2=more2(1,1);

cha21=0.8-yy(1,front2); cha22=yy(1,behind2)-0.8; if cha21<=cha22

t2=x(1,front2)

else

t2=x(1,behind2)

end

%求增益K和时间常数T

tt=t1/t2

K=y(end)/1

T=(t2+t1)/2.16/4

温度的阶跃响应曲线如图：

计算结果如下：

>> GK1_14

t1 =

23.1600

t2 =

42.9200

tt =

0.5396

K =

2

T =

7.6481

因为tt=t1/ t2≈0.5396，据表1-1取n=4。

则该温度对象用四阶惯性环节近似后，得其增益K=2，时间常数T≈7.648，

第二章作业

2.1 试确定题图中各系统调节器的正、反作用方式。

答：

(a)加热炉温度控制系统：燃料调节阀是气开式，则K v>0；燃料增加时温度上升，则G p(s)的K>0；前两者为正，则G c(s)的K c>0,即调节器为反作用方式。

(b)锅炉汽包液位控制系统：给水调节阀是气关式，则K v<0；给水增加时液位上升，则G p(s)的K>0；前两者一负一正，则G c(s)的K c<0,即调节器为正作用方式。

2.2 什么是调节器的动作规律？P、I、D控制规律各有何特点？

答：(1)指调节器在动态中输入变化量e与输出变化量u之间的关系；

(2)P控制规律：调节作用及时，偏差一旦产生，调节器立即使被控参数朝着减小偏差的方向变化，K c增大则控制作用增强；有差调节，K c增大则静差减小；但K c过大会引起振荡，导致系统不稳定；

I控制规律：调节作用不及时，T I减小则控制作用增强；无差调节，只要偏差存在，调节器就一直调整输出直至偏差为零；积分作用使系统稳定性变差；

D控制规律：输出量与输入量的变化速度成正比，调节过程结束后偏差的变化速度为零，无论偏差多大调节器都不作用。

2.3 某电动比例调节器的测量范围为100-200℃，其输出为0-10mA。当温度从140℃变化到160℃时，测得调节器的输出从3mA变化到7mA。求该调节器比例带。

解：

2.4 某水槽液位控制系统如题图。已知：F=1000cm2，R=0.03s/cm2，调节阀为气关式，其静态增益|K v|=28cm3/s·mA，液位变送器静态增益K m=1mA/cm。

(1)画出该系统的传递方框图；

(2)调节器为比例调节器，其比例带δ=40%，分别求出扰动ΔQ d=56cm3/s以及定值扰动Δr=0.5mA时，被调量h的残差；

(3)若δ改为120%，其他条件不变，h的残差又是多少？比较(2)(3)的结果，总结对系统残差的影响；

(4)液位调节系统改用PI调节器后，h的残差又是多少？

解：(1)其中，T=CR=FR=1000*0.03=30s，K=R=0.03s/cm2

G p(s)=K/(Ts+1)=0.03/(30s+1)

(3)类似(2)的计算

总结：比例带增大会导致残差增大。

(4)h 的残差为零，因为PI 调节器的积分作用为无差调节。

2.8被控对象传递函数为G (s )=K/s (Ts+1),如采用积分调节器，证明：积分速度S o 无论为何值，系统均不能稳定。

证：令1+G c (s )G (s )=1+[S o /s ][K/s (Ts+1)]=0 Ts 3+s 2+KS o =0 劳斯判据表：s 3

T 0

s 2

1 KS o

s 1 -TKS o s 0

KS o

根的分布：左半平面1个，右半平面2个 所以可知，S o 无论为何值，系统均不能稳定。

2.10 一个自动控制系统，在比例控制的基础上分别增加: 适当的积分作用；

适当的微分作用。试问：

(1)这两种情况对系统的稳定性、最大动态偏差、残差分别有什么影响？

(2)为了得到相同的系统稳定性，应如何调整调节器的比例带δ？并说明理由。答：(1)I：稳定性变差，最大动态偏差变大，消除残差；D：稳定性变好，最大动态偏差减小，不能消除残差。

(2)I：因积分调节使系统稳定性变差，故可适当增大比例带，减弱比例调节作用；D：因为微分调节使系统稳定性变好，故可适当减小比例带，增强比例调节作用。

2.11 比例微分控制系统的残差为什么比纯比例控制系统的小？

答：微分调节总是试图抑制被调量振荡，可以提高系统的稳定性。在保持衰减率不变的情况下，适度引入微分作用后，可以允许减小比例带。而比例带减小，静差则减小。

2.15 微分动作规律对克服被控对象的纯迟延和容积迟延的效果如何？

答：纯迟延对象：在延迟时间段由于对象不发生变化，故微分作用在此阶段不起作用。此段时间过后对象的变化速率一定，故微分作用起作用，且强度保持不变；容积迟延对象：对象从一开始便一直变化，且变化速率不定，故此阶段内微分作用存在且随时间变化。最后对象不再变化时，微分作用消失，不再起作用。

第三章作业

3.1 为什么要对控制系统进行整定？整定的实质是什么？

答：(1)不同的被控对象对调节器的特性要求不同，系统能否在最佳状态下工作，主要取决于控制器各参数的设置是否得当；(2)通过调整控制器的这些参数，使其特性与被控对象特性相匹配，以达到最佳的控制效果。

3.2 正确选择系统整定的最佳性能指标有何意义？目前常用性能指标有哪些？

答：(1)能够综合反映系统控制质量，而且便于分析和计算；(2)衰减率ψ、超调量σ、调节时间t s、振荡频率ω。

3.3 在简单控制系统中，调节器为比例动作。广义被控对象的传递函数如下，用衰减频率特性法求：ψ=0.75(m=0.221)和ψ=0.90(m=0.366)时，调节器的整定参数。

3.5 某温度控制系统对象阶跃响应中，测得：K=10，T=2min ，τ=0.1min ，应用动态特性参数法设计PID 调节器整定参数。 解：ε=K/T =5/min

ετ=0.5 (1)一次P 调节：δ=ετ=0.5即P=K C =2。

衰减振荡过程，但不满足ψ=0.75的要求。

二次P 调节：δ’=0.48即P=K c ≈2.08。ψ≈0.751，如下图：

(2)一次PI 调节：δ=1.1δ’=0.528即P=K C ≈1.894。

T I=3.3τ=0.33即I=K C/T I≈5.739。

衰减振荡过程，但不满足ψ=0.75的要求。

二次PI调节：δ’’=0.485即P=K C≈2.06。

T I’’=2.06即I=K C/T I’’=1。

ψ≈0.7514，σ=0.527，如下图：

(3)一次PID调节：δ=0.773δ’’≈0.375即P=K C≈2.667。

T I=0.606T I’’≈1.248即I=K C/T I≈0.801。

T D=0.25T I=0.312即D=K C T D≈0.832。

振荡发散过程。

二次PID调节：δ’’’=0.435即P=K C≈2.30。

T I’’’=2.255即I=K C/T I≈1.020。

T D’’’=0.024即D=K C T D≈0.055。

ψ≈0.75，σ≈0.5，如下图：

3.7已知被控对象阶跃响应曲线数据如下表，调节量阶跃变化Δu=5。

(1)用一阶惯性环节加纯迟延近似对象，求出K、T、τ值；

(2)应用动态特性参数法选择PID调节器参数。

解：(1)MATLAB编程如下：

%作出标幺后的响应曲线

t=[0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85];

h=[0.65 0.651 0.652 0.668 0.735 0.817 0.881 0.979 1.075 1.151 1.213 1.239 1.262 1.311 1.329 1.338 1.35 1.351];

x=0:0.1:85;

y=interp1(t,h,x,'spline'); %三次样条函数根据己知的t,h插出x的值yyy=y-y(1);

xlabel('时间/min'); ylabel('被调量');

title('阶跃响应曲线','fontsize',10);

plot(x,yyy,'k'); grid on; hold on;

%作出x=38(即x0)处的切线

x0=x(381); y0=yyy(381); %取切点

x1=x(380); y1=yyy(380); %取临近点

x2=x(382); y2=yyy(382);

k=(y2-y1)/(x2-x1); b=y0-k*x0; %计算斜率和截距

f=@(x) k*x+b; %切线方程

yk=f(x); plot(x,yk);

阶跃响应曲线如下图：

计算结果：K=(1.351-0.65)/5=0.1402，T=54.5-17.5=37min，τ=17.5-10=7.5min。

(2)ε=K/T≈0.0038/minετ=0.0285

(A)一次P调节：δ=ετ=0.0285即P=K C≈35.0877。

衰减振荡过程，但不满足ψ=0.75的要求。

二次P调节：δ’=0.0265即P=K c≈37.736。ψ≈0.7515，如下图：

(B)一次PI调节：δ=1.1δ’≈0.029即P=K C≈34.483。

T I=3.3τ=24.75即I=K C/T I≈1.393。

衰减振荡过程，但不满足ψ=0.75的要求。

二次PI调节：δ’’=0.027即P=K C≈37.037。

T I’’=46.3即I=K C/T I’’≈0.8。

ψ≈0.7530，σ=0.494，如下图：

(C)一次PID调节：δ=0.773δ’’≈0.021即P=K C≈47.619。

T I=0.606T I’’≈28.058即I=K C/T I≈1.697。

T D=0.25T I=7.0145即D=K C T D≈334.023。

振荡发散过程。

二次PID调节：δ’’’=0.025即P=K C=40。

T I’’’=40即I=K C/T I=1。

T D’’’=0.6即D=K C T D=24。

ψ≈0.7495，σ=0.519，如下图：

3.11 对题图所示的控制系统中的调节器，试用稳定边界法整定参数。

(a)当P=K C=0.328时，系统出现等幅振荡(如下图)，得：

δcr≈3.049且T cr=(42.73-2.973)/4≈9.94

(1)一次P调节：δ=2δcr=6.098即P=K C≈0.164。

衰减振荡过程，但不满足ψ=0.75的要求。

二次P调节：δ’=29即P=K C≈0.0345。ψ≈0.7486，如下图：

(2)一次PI调节：δ=1.1δ’=31.9即P=K C≈0.0313。

T I=0.85T cr=8.449即I=K C/T I≈0.0037。

振荡发散过程。

二次PI调节：δ’’=83.333即P=K C≈0.012。

T I’’=24.490即I=K C/T I’’≈0.00049。

ψ≈0.7510，σ≈1.036，如下图：

(b)当P=K C=2.06724时，系统出现等幅振荡(如下图)，得：

δcr≈0.488且T cr=(74.16-62.08)/5=2.416

(1)一次P调节：δ=2δcr=0.976即P=K C≈1.025。

衰减振荡过程，但不满足ψ=0.75的要求。

二次P调节：δ’=1即P=K C=1。ψ≈0.7519，如下图：

(2)一次PI调节：δ=1.1δ’=1.1即P=K C≈0.909。

T I=0.85T cr=2.0536即I=K C/T I≈0.443。

单调稳定过程，无衰减振荡。

二次PI调节：δ’’=0.808即P=K C≈1.238。

T I’’=1.125即I=K C/T I’’≈1.100。

ψ≈0.7493，σ=0.1755，如下图：

(3)一次PID调节：δ=0.759δ’’≈0.613即P=K C≈1.631。

T I=0.588T I’’=0.6615即I=K C/T I≈2.466。

T D=0.25T I≈0.165即D=K C T D≈0.269。

振荡发散过程。

二次PID调节：δ’’’=1.087即P=K C≈0.920。

T I’’’=0.46即I=K C/T I=2。

T D’’’=0.001即D=K C T D≈0.0009。

ψ≈0.7502，σ≈0.5025，如下图：

过程控制作业答案最新版本

第一章 概述 1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。 控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件 1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统 1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？ a.衰减比和衰减率：稳定性指标； b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标； c.余差：稳态准确性指标； d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。 第二章 过程控制系统建模方法 习题2.10 某水槽如图所示。其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和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G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。 （1）物料平衡方程为123d ()d H Q Q Q F t -+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F t ??-?-?= 而22h Q R ??= ， 33 h Q R ??=， 代入增量关系式，则有23123 ()d d R R h h F Q t R R +??+=? （2）两边拉氏变换有： 23 123 ()()()R R FsH s H s Q s R R ++ =

故传函为： 23232 3123 ()()()11R R R R H s K G s R R Q s Ts F s R R +=== +++ K=2323 R R R R +, T=23 23R R F R R + 第三章 过程控制系统设计 1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料达到所需温度后排出。试问： （1） 影响物料出口温度的主要因素有哪些？ （2） 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？ （3） 如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器 的正反作用？ 解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量 （2）被控变量：物料出口温度。因为其直观易控制，是加热系统的控制目标。 操作变量：蒸汽流量。因为其容易通过控制阀开闭进行调整，变化范围较大且对被 控变量有主要影响。 （3）由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态，所以控制阀选择气关式。控制 器选择正作用。 2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的框图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？ 解：系统框图如下：

过程控制复习资料

过程控制系统课后习题解答（不完全版注：红色为未作答题目） 1.1过程控制系统中有哪些类型的被控量？答：被控量在工业生产过程中体现的物流性质和操作条件的信息。如：温度、压力、流量、物位、液位、物性、成分。 1.2过程控制系统有哪些基本单元组成？与运动控制系统有无区别？答：被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他部件构成。 过程控制系统中的被控对象是多样的，而运动控制系统是某个对象的具体控制。 1.3简述计算机过程控制系统的特点与发展。答：特点：被控过程的多样性，控制方案的多样性，慢过程，参数控制以及定值控制是过程控制系统的主要特点。发展：二十世纪六十年代中期，直接数字控制系统（DDC ），计算机监控系统（SCC ）；二十世纪七十年代中期，标准信号为4~20mA 的DDZ Ⅲ型仪表、DCS 、PLC ；八十年代以来，DCS 成为流行的过程控制系统。 1.4衰减比η和衰减率Ψ可以表征过程控制系统的什么性能？答：二者是衡量震荡过程控制系统的过程衰减程度的指标。 1.5最大动态偏差与超调量有何异同之处？答：最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量，一般表现在过渡过程开始的第一个波峰，最大动态偏差站被控量稳态值的百分比称为超调量，二者均可作为过程控制系统动态准确性的衡量指标。 2.2通常描述对象动态特性的方法有哪些？答：测定动态特性的时域方法；测定动态特性的频域方法；测定动态特性的统计相关方法。 2.4单容对象的放大系数K 和时间常数T 各与哪些因素有关，试从物理概念上加以说明，并解释K ，T 的大小对动态特性的影响？答：T 反应对象响应速度的快慢，T 越大，对象响应速度越慢，动态特性越差。K 是系统的稳态指标，K 越大，系统的灵敏度越高，动态特性越好。 2.5对象的纯滞后时间产生的原因是什么？答：由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一段距离，产生纯滞后时间。附：常见的过程动态特性类型有哪几种？各可通过什么传递函数来表示？答：（1）单容对象动态特性（有自平衡能力），用一阶惯性环节表示传递函数(s)1 K G s τ= +；（2）无自平衡能力

(完整版)过程控制系统与仪表习题答案第三章

第3章 习题与思考题 3-1 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？ 解答： 1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。 3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？ 解答： 1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。 2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。 3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差？ 解答： 产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系： e K y p = 为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？ 解答： 1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：?=edt T y 1 1

2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程的影响。 解答： 1）? =edt T y 11 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。 2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱，在数值上，T i =1／K i 。显然，T i 越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。 3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA ，若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ，某时刻，输入阶跃增加0.2mA ，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化为多少？ 解答： 由比例积分公式：??? ? ??+=?edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==p K p ，即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋0.2； 稳态时：y 0＝5mA ， 5min 后：mA edt T e P y y )7.05()52.02 12.0(151110±=??±±?+=???? ??++ =? 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？ 解答：P74 1）控制器的比例度P 越小，它的放大倍数p K 就越大，它将偏差放大的能力越

过程控制作业

如何设计单回路控制系统？ 单回路反馈控制系统是应用最为广泛的一种控制系统，它由四个基本环节组成，即被控对象或被控过程、测量变送装置、控制器和控制阀。为了使系统达到预期的控制质量指标要求，就需要很好的了解具体的生产工艺机理，掌握生产过程的规律，以便确定合理的控制方案。为了设计好单回路控制系统，需要对以下几个方面问题进行分析，这包括： ①如何正确选择被控变量和控制变量。 ②如何正确选择控制阀的开、闭形式及其流量特性。 ③如何正确选择控制器的控制规律及正反作用。 ④如何正确选择测量变送装置。 ⑤系统关联性分析。 ①正确选择被控变量与控制变量。 1.被控变量的选择 被控变量的选择是控制系统设计的核心问题。它选择得正确与否，将会直接关系到生产的稳定操作、产品产量和质量的提高以及生产安全与劳动条件的改善等。如果被控变量选择不当，不论采用何种控制仪表，组成什么样的控制系统，都不能达到预期的控制效果，满足不了生产的技术要求。为此，自控设计人员必须深入生产实际，进行调查研究，只有在熟悉生产工艺的基础上才能正确地选择出被控变

量。一般的过程都有较明确的要求。如对温度、压力、流量、液位控制系统，其相应的过程参数就是被控变量。通过分析，可以总结出如下几条选择被控变量的原则： (1)质量指标是产品质量的直接反映。在情况许可时，应选择质量指标参数作为被控变量。 (2)当不能选择质量指标参数作被控变量时，可选择一个与产品质量指标有单值对应关系的间接指标参数作为被控变量。 (3)所选的间接指标参数必须具有足够大的变化灵敏度，以便反映产品质量的变化。 (4)在被控变量选择时还需考虑到工艺的合理性和国内、外仪表生产的现状。 2.控制变量的选择 控制变量也称为操纵变量，是调节阀的输出，同时也是直接影响被控对象的输入信号 通过对干扰通道和控制通道的K、T、τ对控制质量的影响分析，可以总结出以下几个原则作为控制变量选择的依据。 (1)所选的控制变量必须是可控的； (2)所选的控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数； (3)所选的控制变量应使扰动通道时间常数愈大愈好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小； (4)所选的控制变量其通道纯滞后时间应愈小愈好；

过程控制复习资料 (2)

1、试述串级控制系统的的工作原理,它有哪些特点? 2、某加热炉出口温度控制系统，经运行后发现扰动主要来自燃料流量波动，试设计控制系统克服之，如果发现扰动主要来自原料流量波动，应如何设计控制系统以克服之？画出带控制点工艺流程图和控制系统框图。 3、为什么一些液位控制系统中，减小控制器的增益反而使系统出现持续震荡，是从理论角度分析之。 4、液位均匀控制系统与简单液位控制系统有什么异同？那些场合需要采用液位均匀控制系统？ 5、某加热炉出口温度控制系统中，副被控变量是炉膛温度，温度变送器的量程都选用0--500℃，控制阀选用气开阀。经调试后系统已经正常运行，后因副回路的的温度变送器损坏，该用量程为200--300℃的温度变送器，问对控制系统有什么影响？ 6、题5中，如果损坏的是主回路温度变送器，问改用量程为200--300℃的温度变送器，对控制系统有什么影响？如何解决？ 7、某反应器由A和B两种物料参加反应，已知，A物料时供应有余，B物料可能供用不足，他们都可测可控。采用差压变送器和开方器测量它们的流量，工艺要求正常工况时，Fa=300Kg/h,Fb=600Kg/h,拟用DDZ-III型仪表，设计双闭环（相乘方案）控制系统，确定乘法器的输入电流，画出控制系统框图和带控制点的工艺流程图。 8、题7中，控制系统已正常运行，后因两台差压变送器均损坏，改用相同量程的变送器（注：量程能够满足工艺要求），试问控制系统应作什么改动？为什么？ 9、什么情况下前馈控制系统需要设置偏置信号？应如何设置？ 10、某加热炉出口温度控制系统，原采用出口温度和燃料油流量的串级控制方案，为防止阀后压力过高造成脱火事故，是设计有关控制系统，说明该控制系统是如何工作的？ 1． 调节器的Kc值愈大，表示调节作用（），Ti值愈大，表示积分作用（），Td值愈大表示微分作用（）。答案：越强;减弱;增强。 2． 选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）（），干扰通道的放大倍数（增益）（）。答案：增大;减小。 3． 过程控制系统设置的目的，有（）、（）和（）三类。 答案：定值调节;随动调节;程序调节。 4． 简单控制系统由（）、（）、（）和（）四个环节组成。 答案：调节对象;调节器;调节阀;检测变送器 5． 由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来（）。 答案：克服调节对象的惯性滞后（时间常数T）。 6． 调节系统中调节器正、反的作用的确定是依据( )。 答案：实现闭环回路的负反馈 二、是非题 1. 对纯滞后大的调节对象，为克服其影响，可以引入微分调节作用来克服。 答案：╳ 2．

过程控制工程课后习题参考答案-前三章

过程控制工程 第一章单回路控制系统 何谓控制通道何谓干扰通道它们的特性对控制系统质量有什么影响 控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系； 干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。 （1）控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面） 控制通道静态放大倍数越大，系统灵敏度越高，余差越小。但随着静态放大倍数的增大，系统的稳定性变差。 控制通道时间常数越大，经过的容量数越多，系统的工作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统的质量越低，但也不是越小越好，太小会使系统的稳定性下降，因此应该适当小一些。 控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还还会使系统的稳定性降低。 （2）干扰通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面） 干扰通道放大倍数越大，系统的余差也越大，即控制质量越差。 干扰通道时间常数越大，阶数越高，或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀，干扰对被控变量的影响越小，系统的质量则越高。 干扰通道有无纯滞后对质量无影响，不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个纯滞后时间τ0。 如何选择操纵变量 1）考虑工艺的合理性和可实现性； 2）控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数； 3）控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道时间常数。干扰动通道时间常数越大越好，阶数越高越好。 4）控制通道纯滞后越小越好。 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响对控制系统的动态质量有何影响 比例度δ越小，系统灵敏度越高，余差越小。随着δ减小，系统的稳定性下降。 图1-42为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。试问：影响物料出口温度的主要因素有哪些 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁为什么 如果物料在温度过低时会凝结，应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的正反作用 答： 影响物料出口温度的因素主要有蒸汽的流量和温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和入口温度。 被控变量应选择物料的出口温度，操纵变量应选择蒸汽流量。 物料的出口温度是工艺要求的直接质量指标，测试技术成熟、成本低，应当选作被控变量。 可选作操纵变量的因数有两个：蒸汽流量、物料流量。后者工艺不合理，因而只能选蒸

过程控制复习要点和习题答案(3,4)

第三章调节器 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 第四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

过程控制工程课后作业 答案

第一章纸质作业答案 一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量与阀杆行程之间的关系。 调节阀的流量特性有线性型，等百分比型，快开型，抛物线型 调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑，利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性，从而使整个广义对象的特性近似为线性。 二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，也成为单回路控制系统。 简单控制系统的典型方块图为 三．按照已定的控制方案，确定使控制质量最好的控制器参数值。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解： (1) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为 (2) 被控对象：液体贮槽

被控变量：贮槽液位 操纵变量：贮槽出口流量 主要扰动变量：贮槽进口流量 五、解： (1) 选择流入量 Q为操纵变量，控制阀安装在流入管线上， i 贮槽液位控制系统的控制流程图为 为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以应选用气开形式控制阀，为“+”作为方向。 操纵变量即流入量 Q增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“+”作用方向。由于 i 控制阀与被控对象都是“+”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 (2) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为

为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于全开状态，所以应选用气关形式控制阀，为“-”作为方向。 操纵变量即流出量 Q增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“-”作用方向。由于 o 控制阀与被控对象都是“-”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 六、（1）加入积分作用后，系统的稳定性变差，最大动态偏差增大、余差减小 加入适当的微分作用后，系统的稳定性编号，最大动态偏差减小，余差不变。 （2）为了得到相同的系统稳定性，加入积分作用后应增大比例度，加入微分作用后应适当的减小比例度。 第二章纸质作业答案 一．由两个控制器组成，分别接受来自被控对象不同部位的测量信号。一个控制器的输出作为下一个控制器的给定值，后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构来看，两个控制器是串级工作的，称为串级控制系统。 方框图如下 二．答： 前馈控制系统方块图

过控资料

下图为造纸系统某一工艺段的温度串级控制系统，以保持网前箱出口温度稳定。 （1）画出该控制系统的方框图。 （2）如工艺要求在故障情况下切断蒸汽的供应，试选择蒸汽阀的气开和气关方式。 （3）确定主副温度调节器的正反作用。 （4）结合图，试说明为什么串级控制方案比网前箱出口温度单回路控制方案控制效果好。（2）气开阀。 （3）主控制器反作用；副控制器反作用。 （4）该方案在滞后时间较小的混合箱出口设置了副温度传感器，组成混合箱出口副温度控制器，把主要干扰纳入了副回路，副回路通道短，滞后时间小，控制作用及时，能够有效提高控制质量。 如图所示一氧化氮生产串级比值控制系统，要保证产品质量，需要稳定氧化炉出口温度。回答以下问题。 （1）图中除法器的输出代表什么？ （2）系统中开方器有什么作用？ （3）图中Q1是主流量还是副流量？ （4）系统主副流量无变化，当扰动作用使氧化炉出口温度偏离设定值时，系统如何调节？答： （1）图中除法器的输出代表氨气和空气的流量比。 （2）系统中开方器使得输出的电信号与被测流量成比例关系。 （3）图中Q1是副流量。 （4）系统主副流量无变化，当扰动作用使氧化炉出口温度偏离设定值时，修改氨气和空气的流量比设定值，通过调整实际氨气的流量使得实际比值跟随修正后的设定比值，从而保证氧化炉出口温度达到设定值。

如图所示单容水箱，负载阀的流阻为R2。现以Q1为输入，Q2为输出，求Q2(s)/Q1(s)。 ??? ???? ?=??=?-?2221R h Q dt h d C Q Q ?????==-2221)()() ()()(R s H s Q s CsH s Q s Q )()()(2221s Q CsR s Q s Q =- 11 11)()(212+= +=Ts s CR s Q s Q C R T 2= 如图所示，已知一单容水箱其底面积为C ，输入为Qi ，输出为h 。Qo1和Qo2对应的流阻分别为R1和R2，求H(s)/Qi(s)。 ??? ? ? ? ????=??=??=?-?-?221 1 21R h Q R h Q dt h d C Q Q Q o o o o i ??? ? ? ?? ?? ===--221 1 21)()()()() ()()()(R s H s Q R s H s Q s CsH s Q s Q s Q o o o o i 11 111)()(21212 12 121+=+++=++=Ts K R R Cs R R R R R R R R Cs s Q s H i 2121R R R R K +=C R R R R T 2121+= 画出该前馈-反馈系统方框图，并推导前馈调节器 Wf(s)的表达式。 （1）前馈——反馈系统方框图 （2）前馈调节器Wf(s)： )()()(W )(0f =+s W s W s s W c d )()()()(W 0f s W s W s W s c d - =

过程控制系统与仪表习题答案---第三章

过程控制系统与仪表习题答案---第三章

第3章 习题与思考题 3-1 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？ 解答： 1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。 3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？ 解答： 1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。 2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。 3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差？ 解答： 产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系： e K y p = 为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？ 解答： 1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：?=edt T y 1 1

2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程的影响。 解答： 1）? =edt T y 11 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。 2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱，在数值上，T i =1／K i 。显然，T i 越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。 3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA ，若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ，某时刻，输入阶跃增加0.2mA ，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化为多少？ 解答： 由比例积分公式：??? ? ??+=?edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==p K p ，即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋0.2； 稳态时：y 0＝5mA ， 5min 后：mA edt T e P y y )7.05()52.02 12.0(151110±=??±±?+=???? ??++ =? 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？ 解答：P74 1）控制器的比例度P 越小，它的放大倍数p K 就越大，它将偏差放大的能力越

过程控制工程课后习题参考答案-前三章

过程控制工程课后习题参考答案-前三章

过程控制工程 第一章单回路控制系统 1.1 何谓控制通道？何谓干扰通道？它们的特性对控制系统质量有什么影响？ 控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系； 干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。 （1）控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面） 控制通道静态放大倍数越大，系统灵敏度越高，余差越小。但随着静态放大倍数的增大，系统的稳定性变差。 控制通道时间常数越大，经过的容量数越多，系统的工作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统的质量越低，但也不是越小越好，太小会使系统的稳定性下降，因此应该适当小一些。 控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还还会使系统的稳定性降低。 （2）干扰通道特性对系统控制质量的影响：

（从K、T、τ三方面） 干扰通道放大倍数越大，系统的余差也越大，即控制质量越差。 干扰通道时间常数越大，阶数越高，或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀，干扰对被控变量的影响越小，系统的质量则越高。 干扰通道有无纯滞后对质量无影响，不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个 。 纯滞后时间τ 1.2 如何选择操纵变量？ 1）考虑工艺的合理性和可实现性； 2）控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数； 3）控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道 时间常数。干扰动通道时间常数越大 越好，阶数越高越好。 4）控制通道纯滞后越小越好。 1.3 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响？对控制系统的动态质量有何影响？ 比例度δ越小，系统灵敏度越高，余差越小。

过程控制仪表和装置考试试卷

一、填空题（每题2分，共20分） （1）控制仪表防爆措施主要有隔爆型和本质安全性。 （2）智能仪表的能源信号是24V ，标准传输信号是4~20mA 。电Ⅲ仪表的能源信号是24V ，标准传输信号是4~20mA （3）电气转换器是将4~20MA 信号转换为0.02~0.1MP 信号的设备。 （4）在PID控制器中，比例度越大系统越稳定；积分时间越短，积分作用越强；微分时间越长，微分作用越强。 （5）手动操作是由手动操作电路实现的，手动操作电路是在比例积分电路的基础上附加软手动操作电路和硬手动操作电路来实现的。 （6）DDZ-Ⅲ型控制器有自动（A）、软手动（M）、硬手动(H) 三种工作状态。 （7）执行器按所驱动的能源来分，有电动执行器、气动执行器、液动执行器三大类。 （8）常用的安全栅有：齐纳式安全栅和变压器隔离式安全栅。 （9）气动阀门定位器是按力矩平衡原理工作的，具有精确定位的功能的作用。 （10）电气阀门定位器是按力矩平衡原理工作的，即具有电器转换器的作用，又具有精确定位的功能的作用。 二、名词解释(每题4分，共20分) （1）流量系数C 流量系数C：流量系数C的定义为:在控制阀全开, 阀两端压差为100kPa, 流体密度为1g/cm3时，流经控制阀的流体流量(以m3/h 表示)。 （2）“虚短” “虚短”；差模输入电压为零，即Ud＝0； （3）“虚断” “虚断”；输入端输入电流为零，即ii＝0。 （4）控制规律： 控制规律，就是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律 （5）反作用执行机构 反作用执行机构:当来自控制器或阀门定位器的信号压力增大时，阀杆向下动作的叫正作用执行机构(ZMA 型)；当信号压力增大时，阀杆向上动作的叫反作用执行机构(ZMB 型)。 三、简答题(每题8分，共40分) 1、试述热电偶温度变送器的工作原理。 热电偶温度变送器与热电偶配合使用，可以把温度信号转换为4～20mA、1～5V的标准信号。它由量程单元和放大单元两部分组成，如图2.30所示。 热电偶温度变送器的放大单元包括放大器和直流/交流/直流变换器两部分，放大器由集成运算放大器，功率放大器、隔离输出和隔离反馈电路组成，后者有变换器和整流、滤波、稳压电路组成。放大单元的作用是将量程单元送来的毫伏信号进行电压放大和功率放大，输出统一的直流电流信号Io（4～20mA）和直流电压信号VO（1～5V）。同时，输出电流又经隔离反馈转换成反馈电压信号Vf，送至量程单元。热电偶温度变送器的量程单元原理电路如图2.34所示，它由信号输入回路①，零点调整及冷端补偿回路②，以及非线性反馈回路③等部分组成。

过程控制 第一到三章 作业

第一章作业 1.1 常用的评价控制系统动态性能的单项性能指标有哪些？它与误差积分指标 各有何特点？ 答：(1)衰减率ψ、超调量σ、稳态误差e ss、调节时间t s、振荡频率ω；(2)单项指标用若干特征参数评价系统优劣，积分指标用误差积分综合评价系统优劣。 1.2 什么是对象的动态特性？为什么要研究对象的动态特性？ 答：(1)指被控对象的输入发生变化时，其输出（被调量）随时间变化的规律；(2)实现生产过程自动化时，对象的动态特性可以为控制工程师设计出合理的控制系统满足要求提高主要依据。 1.3 通常描述对象动态特性的方法有哪些？ 答：微分方程或传递函数。 1.4 过程控制中被控对象动态特性有哪些特点？ 答：无振荡、稳定或中性稳定、有惯性或迟延、非线性但在工作点附近可线性化。 1.11 某水槽水位阶跃响应实验为： 其中阶跃扰动量Δμ=20%。 (1)画出水位的阶跃响应曲线；

(2)若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。解：MATLAB编程如下： %作出标幺后的响应曲线 t=[ 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 400 ]; h=[ 0 9.5 18 33 45 55 63 78 86 95 98 ]; x=0:0.01:400; y=interp1(t,h,x,'spline'); %三次样条函数据己知的t、h插出x的值 yy=y/y(end); %输出标幺 plot(x,yy,'k'); xlabel('t/s'); ylabel('h/mm'); title('阶跃响应曲线','fontsize',10); grid; %找出最接近0.39和0.63的点 less1=find(yy<=0.39); more1=find(yy>=0.39); front1=less1(1,end);

过程控制复习资料

过程控制系统中有哪些类型的被控量？答：被控量在工业生产过程中体现的物流性质和操作条件的信息。如：温度、压力、流量、物位、液位、物性、成分。 过程控制系统有哪些基本单元组成？与运动控制系统有无区别？答：被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他部件构成。 过程控制系统中的被控对象是多样的，而运动控制系统是某个对象的具体控制。 简述计算机过程控制系统的特点与发展。答：特点：被控过程的多样性，控制方案的多样性，慢过程，参数控制以及定值控制是过程控制系统的主要特点。发展：二十世纪六十年代中期，直接数字控制系统（DDC ），计算机监控系统（SCC ）；二十世纪七十年代中期，标准信号为4~20mA 的DDZ Ⅲ型仪表、DCS 、PLC ；八十年代以来，DCS 成为流行的过程控制系统。 衰减比η和衰减率Ψ可以表征过程控制系统的什么性能？答：二者是衡量震荡过程控制系统的过程衰减程度的指标。 最大动态偏差与超调量有何异同之处？答：最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量，一般表现在过渡过程开始的第一个波峰，最大动态偏差站被控量稳态值的百分比称为超调量，二者均可作为过程控制系统动态准确性的衡量指标。 通常描述对象动态特性的方法有哪些？答：测定动态特性的时域方法；测定动态特性的频域方法；测定动态特性的统计相关方法。 单容对象的放大系数K 和时间常数T 各与哪些因素有关，试从物理概念上加以说明，并解释K ，T 的大小对动态特性的影响？答：T 反应对象响应速度的快慢，T 越大，对象响应速度越慢，动态特性越差。K 是系统的稳态指标，K 越大，系统的灵敏度越高，动态特性越好。 对象的纯滞后时间产生的原因是什么？答：由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一段距离，产生纯滞后时间。附：常见的过程动态特性类型有哪几种？各可通过什么传递函数来表示？答：（1）单容对象动态特性（有自平衡能力），用一阶惯性环节表示传递函数(s)1 K G s τ=+；（2）无自平衡能力单容对象的动态特性，传递函数用一个积分换届表示11(s)G Ta s = ；（3）具有纯延迟的单容对象特性，多了一个延迟因子0s e τ-表示传递函数0(s)1s K G e Ts τ-=+；（4）多容对象的动态特性（具有自平衡能力），传递函数 ()()()()() 1234(s)1111...1n K G T s T s T s T s T s =+++++其中123,,,...n T T T T 为n 个相互独立的多容对

过程控制复习资料

* 过程控制系统课后习题解答(不完全版注：红色为未作答题目) 1.1过程控制系统中有哪些类型的被控量？答：被控量在工业生产过程中体 现的物流性质和操作条件的信息。如： 温度、压力、流量、物位、液位、物 性、成分。 1.2过程控制系统有哪些基本单元组成？与运动控制系统有无区别？答： 被 控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执 行机构、 报警保护盒连锁等其他部件构成。 过程控制系统中的被控对象是多样的， 而运动控制系统是某个对象的具体控 制。 1.3简述计算机过程控制系统的特点与发展。答： 特点：被控过程的多样性， 控制方案的多样性，慢过程，参数控制以及定值控制是过程控制系统的主要 特点。发展：二十世纪六十年代中期，直接数字控制系统( DDC )，计算机 监控系统(SCC );二十世纪七十年代中期，标准信号为 4?20mA 的DDZ 川 型仪表、DCS 、PLC ;八十年代以来，DCS 成为流行的过程控制系统。 1.4衰减比n 和衰减率①可以表征过程控制系统的什么性能？答： 二者是衡 量震荡过程控制系统的过程衰减程度的指标。 1.5最大动态偏差与超调量有何异同之处？答：最大动态偏差是指在阶跃响 应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量， 一般表现在过渡过程开始 的第一个波峰，最大动态偏差站被控量稳态值的百分比称为超调量， 二者均 可作为过程控制系统动态准确性的衡量指标。 2.2通常描述对象动态特性的方法有哪些？答：测定动态特性的 时域方法； 测定动态特性的 频域方法；测定动态特性的 统计相关方法。 2.4单容对象的放大系数 K 和时间常数T 各与哪些因素有关， 试从物理概念 上加以说明，并解释 K , T 的大小对动态特性的影响？答： T 反应对象响应 速度的快慢，T 越大，对象响应速度越慢，动态特性越差。 K 是系统的稳态 指标，K 越大，系统的灵敏度越高，动态特性越好。 2.5对象的纯滞后时间产生的原因是什么？答: 被控 参数位置有一段距离，产生纯滞后时间。 有哪几 种？各可通过什么传递函数来表示？答: 单容对象的动态特性，传递函数用一个积分换届表示 G(s) —1 ； ( 3)具有纯 Ta s 延迟的单容对象特性，多了一个延迟因子e o s 表示传递函数G(s) 厶e o s ；( 4) Ts 1 多容对象的动态特性（具有自平衡能力），传递函数 由于扰动发生的地点与测定 附：常见的过程动态特性类型 (1)单容对象动态特性(有 自平衡能力)，用一阶惯性环节表示传递函数 塚十;(2)无自平衡能力

控制仪表及装置教案

青岛科技大学教师授课教案 课程名称控制仪表及装置 课程性质专业课（必修） 授课教师单宝明 教师职称讲师 授课对象自动化031-5 授课时数40学时（34+6） 教学日期2006年2月 所用教材《控制仪表及装置》 吴勤勤化学工业出版社 2002年第二版 授课方式课堂教学

控制仪表及装置教案2006 青岛科技大学授课教案应该覆盖如下内容： 本单元或章节的教学目的与要求 授课主要内容 重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）主要外语词汇 辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示数等）复习思考题 参考教材（资料）

第一章概述 第1章概论 学习目的和要求：掌握控制仪表的基本特点和分类，信号制和传输方法，仪表的分析方法。 重点、难点：信号制和信号传输，仪表电路分析方法 外语词汇：process control（过程控制）, process industries(过程工业)controlling instrument,direct digital control(DDC,直接数字控制)，supervisory system(监控系统)，distributed control system(DCS，集散控制系统或分布式控制系统)，fieldbus(现场总线)，CIMS—computer integrated manufacturing systems(计算机集成制造系统)， CIPS-- computer integrated process systems 参考资料：周泽魁主编《控制仪表与计算机控制装置》化学工业出版社 2002 何离庆主编《过程控制系统与装置》重庆大学出版社 2003 张永德《过程控制装置》，北京化学工业出版社，2000 李新光等编著《过程检测技术》机械工业出版社，2004 侯志林《过程控制与自动化仪表》，机械工业出版社，2002年1月 授课内容： ?过程控制系统概述 ?过程控制仪表与装置总体概述 ?自动控制系统和过程控制仪表 ?过程控制仪表与装置的分类及特点 ?信号制 ?仪表防爆的基本知识 ?仪表的分析方法 ? 1.1过程控制系统概述 1.1.1过程控制系统及其特点 过程控制的定义? 过程控制的参数? 过程控制的特点? 1.1.2过程控制系统发展概况 生产过程自动化的发展大体划分为几个阶段。

过程控制作业题答案

《过程控制系统》思考题 一． 1．什么叫串级控制系统？绘制其结构方框图。 串级控制系统是由两个控制器的串接组成，一个控制器的输出做为另一个控制器的设定值，两个控制器有各自独立的测量输入，有一个控制器的给定由外部设定。 2．与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？ 多了一个副回路，形成双闭环。特点：主控制器输出改变副控制器的设定值，故副回路构成的是随动系统，设定值是变化的。在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。 3．为什么说串级控制系统由于存在一个副回路而具有较强的抑制扰动的能力？ ①副回路的快速作用，对于进入副回路的干扰快速地克服，减小了干扰对主变量的影响； ②引入副回路，改善了副对象的特性(减小副对象的相位滞后)，提高

了主回路的响应速度，提高了干扰的抑制能力； ③副回路可以按照主回路的要求对副变量进行精确控制； ④串级系统提高了控制系统的鲁棒性。 4．串级控制系统在副参数的选择和副回路的设计中应遵循哪些主要原则？ ①将主要干扰包括在副回路； ②副回路尽量包含多的干扰； ③为保证副回路的快速响应，副对象的滞后不能太长； ④为提高系统的鲁棒性，将具有非线性时变部分包含于副对象中； ⑤需要对流量实现精确的跟踪时，将流量选为副对象。 5．串级控制系统通常可用在哪些场合？ * 应用于容量滞后较大的过程 * 应用于纯时延较大的过程 * 应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程 * 应用于参数互相关联的过程 * 应用于非线性过程 6．前馈控制与反馈控制各有什么特点？绘制前馈控制系统结构方框图。 前馈：基于扰动来消除扰动对被控量 的影响； 动作“及时” ；

事前、事中、事后的全过程控制资料讲解

事前、事中、事后的全过程控制

事前、事中、事后的全过程控制 一、工程质量的事前控制 事先控制（也称主动控制），是一种面对未来的控制。一工程项目 的实施，由于建筑参建单位多，工序多，投资大，周期长，工程质 量不出现缺陷或事故是各方时时关注的问题，因此质量控制的重点 应是贯彻以预防为主，事先控制的原则。 1,开好第一次工地会议，第一次工地会议是检查各参建单位、承包 商、监理准备工作。确定工作程序：A、说明工程质量验收程序，有关表样，明确报表时间；B、明确现场工程例会、专题会议等召开时间、地点、出席人员；C、明确各单位各个人员职责分工。 2,搞好设计交底（图纸会审），由项目总监协助建设单位，组织施 工单位、设计单位、进行图纸会审。先由设计单位介绍设计意图,结构特点,施工要求、技术措施和有关注意事项,然后由施工单位提出图纸中存在的问题和需要，使参加施工的各单位人员思路一致,最大限度的避免施工中出现失误。 3,施工组织设计未经监理总监审批，不准开工。并要求总监理工程 师对施工组织设计进行审核，总监理工程师对施工组织设计的审核 的重点是：A、总体布置是否合理；B、技术措施是否得当；C、施工程序安排是否合理；D、主要项目的施工方法是否可行；

4,严格执行进场材料报验制，原材料、成品、半成品、构件、配件 进场验收合格，保温隔热材料和粘结等材料进场复验符合验收规 定，不合格材料不准采用，必须退场； 5,未经批准的新工艺，不准采用； 6,前道工序未经监理验收，后道工序不准施工；前道工序经监理验 收，就是对后道工序的事先控制，一个工程的多道工序就是这样一 步一步，在有序，可控中传递到竣工； 7,设计变更，设计变更是工程施工过程中保证设计和施工质量,完善工程设计。纠正设计错误以及满足现场条件变化而进行的设计修改 工作，但，任何设计变更不的得降低建筑节能效果。设计变更一般 包括由原设计单位出具的设计变更通知单和由施工单位征得由原设 计单位同意的设计变更联络单两种。. 设计变更要尽量提前，最好在开工之前就发现，或在施工之前变更，防止拆除造成的浪费.。 8,样板引路制，实行样板引路制,各分部分项工程必须先编作业指导书,再造样板经有关方验收后,按样板进行技术交底后才施工;施工过程中,无论管理或施工人员有一个统一的质量标准，能严格进行自检, 互检和交接检 事先控制，要求管理人员在活动开始前就必须对“做什么？”为“什么？”以及“如何做？”等问题有整体的筹划，是“思考”在先，“行动”