自动化仪表与过程控制期末考试题库.pdf

自动化仪表与过程控制复习要点 第一章 绪论 1 过程控制系统组成 2 模拟仪表信号制 电动 1 5 V4 2 0 ma 气动 0 0 2 MA 0 1 MA 3 安全火花防爆系统 第二章 参数检测 1 精度及精度等级 2 测温原理 热电阻 热电偶 第三导体定律与冷端延伸意义 前者说明可以用电表检 测回路上的热电势 后者说明在温度低于 1 0 0度环境下可以用廉价金属代替贵重金属 冷 端 延 伸 原 因 分 度 表 上 的 对 应 关 系 是 基 于 冷 端 为 0度 的 数 据 校 正 方 法 电桥补偿法 查表法 3 压力检测与变送 弹性式压力计原理 电动压力变送器原题 电容式压力变送器原理 压力仪表的选用与安装 4 容积式流量计原理 差压式流量计原理 科氏流量计原理 5 变浮力式液位计原理 差压式液位计原理与应用 敞口罐与密闭罐 不凝气与可凝气 第三章 过程控制仪表 1 P I D各环节特点 P比例控制及时 适当 I 积分作用具有保持功能 可消除余差 D按偏 差变化速度来产生调节作用 超前 克服预计的偏差 2 各种调节机构特点 直通单座阀 双座阀 角形阀 三通阀 隔膜阀 蝶阀 3 固有流量特性 4 执行器的正反选择依据 保证工艺安全 气开为正 第四章 被控过程的数学模型 1 过程特性 有自衡 无自衡 反向特性 2 解析法建模 步骤 会求单容过程的数学模型 3 实验法建模 会用阶跃响应曲线法和方波响应曲线法建立一阶系统的数学模型 第五章 简单控制系统的设计 1 干扰通道和控制通道参数对过程控制系统的影响 2 控制方案的确定 被控变量与控制变量的确定 执行器气开气关的确定 调节器正反的 确定 3 参数整定 考试题型及分值 一 选择器 3 1 0 二 判断题 2 5 三 填空器 2 1 0 四 简答题 7 8 五 计算题 2 1 0 六 综合题 1 1 5 按学校按学校最新通知最新通知要求要求 与往年重复率与往年重复率 44 00 AA BB卷卷 重复率重复率 2 02 0 本次试卷与往届重复率本次试卷与往届重复率 55 自动化仪表与过程控制习题集 一 选择题 1简单控制系统从结构上来说是由一个受控对象 一个测量变送器 一个控制器和一个执行 器 调节阀 所组成的 C 系统 A 预测控制B 推理控制C 闭环控制 2电子式电动执行器接受的控制信号为 A A 4 2 0 mA D C信号B 2 2 0 V A C信号C 开关信号 3由热偶测温原理 下列哪种条件下 可测得电势 A A 热电偶电极材料不同 两端温度不同 B 热电偶电极材料相同 两端温度不同 C 热电偶电极材料不同 两端温度相同 4热电偶是利用热电偶的 B 测量温度的 A 电阻值B 热电效应C 电磁感应 5在过程控制中 使用最多的是 A A 气动执行器 B 电动执行器 C 热动执行器 D 手动执行器 6与热敏电阻相比 金属电阻的温度系数 B A 大 B 小 C 相等 D 与外部条件有关 7若仪表的精度为 1级 即允许误差为 A A 1 B 1 C 1 8校验一块精度为 1 5级 量程为 6 0 MP a 的工业压力表 选用的标准压力表的精度和量程 为 C A 0 4级 1 6 Mp aB 0 6级 1 0 Mp a C 0 2 5级 1 0 Mp a 9一台测温仪表 其测温范围为 6 0 0 1 1 0 0 已知其最在绝对误差为 6 则其精度等级 为 C A 1 0级B 1 2级C 1 5级 1 0压力表的测量使用范围一般为其量程的 A 处 A 1 3 2 3B 1 3 1 1压力表的测量使用范围一般为其量程的 1 3 2 3处 如果低于 1 3则 C A 因压力过低而仪表无指示B 精度等级降低C 相对误差增大 1 2现有两台压力变送器 精度等级都为 1级 第一台量程为 0 6 0 0 K P a 第二台量程为 2 5 0 5 0 0 K P a 测量变化范围 3 2 0 3 6 0 K P a 的的压力 下列说法正确的是 B A 第一台准确度高B 第二台准确度高C 两者结果一样 1 3测量管道内的液体静压力 为了防止液体中固体颗粒混合物或气泡的不良影响 因此开 孔位置应为 B A 管道上方 B 管道下方 4 5度区域C 管道底部 1 4科氏流量计从其测量原理上来说 是一种什么类型的流量计 B A 体积流量计B 质量流量计C 速度式流量计 1 5采用容积测量法的是 B 涡轮流量计 罗茨流量计 电磁流量计 1 6适用于大口径大流量和浓稠浆液及悬浮粒的场合的控制阀是 B A 三通阀B 蝶阀C 球阀 1 7自动调节阀门按照工作所用能源形式可分为电动调节阀 气动调节阀和液动调节阀 其 中 C 推力最大 但安装 维护麻烦 使用不多 A 电动调节阀B 气动调节阀C 液动调节阀 1 8常见的调节阀按其工作方式分有气动 电动和液动 其中加工 安装和维护工作量大 但动力强劲 常用于航空航天 矿山机械的是 C A 电动调节阀B 气动调节阀C 液动调节阀 1 9电 气阀门定位器将 4 2 0 MA的标准信号转换为 B 的标准气压信号 A 0 0 4 MP a 0 0 2 MP a B0 0 2 MP a 0 1 MP aC 0 0 1 0 0 5 MP a 2 0如图所示的阀门原理示意图为 B A 直通阀B 隔膜阀C 蝶阀 2 1如图所示直通双座阀 下列表述正确的是 A A 适于大压差场合B 不适于大管径场合C 泄漏量较小 2 2执行器由执行机构的正 反作用和阀体的正 反作用方式 组合成气开 气关阀 如下 图所示 哪种为气关阀 C ABC 2 3对于调节器 正 作用的定义正确的是 C A 调节器的输出随测量值的增加而增加的作用为正作用 B 调节器的输出偏差值的增加而增加的为正作用 C 调节器的输出值随正偏差的增加而增加的为正作用 2 4调节阀的固有流量特性取决于 B A 介质特性B 阀芯形状C 流通能力 2 5 P I 调节器需要整定的参数是 C A比例带B比例带 微分时间 积分时间C比例带 积分时间 2 6下列调节规律中能够消除余差的是 C A 比例调节规律B 微分调节规律C 积分调节规律 2 7下列调节规律中能够预测偏差的变化趋势的是 C A 比例调节B 积分调节C 微分调节 2 8微分控制对下列信号没有反应能力的是 A A 静态偏差B 斜坡信号C 正弦信号 2 9下列表示中 A 越大 表示对象的输入对输出的影响越大 A 放大倍数B 时间常数C 纯滞后时间 3 0下列表达式中 表示比例积分调节规律的是 A A B C 3 1对象受到阶跃输入后 输出达到新的稳态值的 6 3 2 所需的时间 就是 B A 放大倍数B 时间常数C 纯滞后时间 3 2使用实验手段经典辨识法建立过程的数学模型时 最常用的是基于 C 辨识方法 A 解析法B 最小二乘法C 响应曲线法 3 3有些工艺对象不允许长时间施加较大幅度的扰动 在实验法建立其数学模型时应采用 B A 阶跃响应曲线法B 方波响应曲线法C 解析法 3 4用差压变送器测量液位的方法是利用 B A 动压原理 B 静压原理 C 电容原理 3 5当被测介质含有固体悬浮物时 且为电介质时 宜选用 A流量计 A 电磁 B 涡街 C 椭圆齿轮 3 6用电子电位差计测温度 当热电偶热端升高 2 室温 冷端温度 下降 2 则仪表的 指示 A A 升高 2 B 升高 4 C 不改变 3 7调节系统中调节器的正反作用的确定是依据 C A 生产的安全性 B 系统放大倍数恰到好处 C 实现闭环回路的负反馈 3 8被测压力低于大气压力时测称为 A A 负压 B 表压 C 绝对压力 3 9现有一块 1 0级的压力表 需重新校验 算得最大相对百分误差为 1 2 则该仪表应定 为 C A 1 0级 B 2 5级 C 1 5级 4 0选择控制参数时 干扰进入点与被控过程位置呈什么关系时 对调节质量越有利 B A 靠近 B 远离 C 无所谓 4 1在用热电偶测温时 常采用补偿导线 补偿导线的作用是 B A为了接入其他仪表 B为了延伸冷端 使冷端远离热端 C与第三种导线的作用相同 D为了 补偿回路的热电势 4 2当仪表安装高度与容器最低液位不在同一水平位置上时 静压式液位测量读数需要正迁 移修正 下列哪个为正确的修正公式 C 4 3关于锅炉汽水包水位变化过程的特性描述错误的为 A A有自衡 B无自衡 C具有反向特性 二 填空题 1 自动调节系统方块图中 经常使用 D V表示偏差偏差 2 自动调节系统方块图中 给定值 S V 测量值 P V 偏差 D V之间的关系是D VD V SS VV P VP V 3 弹性式式压力计是根据弹性元件的变形和所受压力成比例所受压力成比例 的原理工作的 4 气动执行器的标准输入信号范围为00 0 20 2 00 11 mP a 5 D D Z 型调节仪表现场传输信号为44 2 02 0 mAmA电流 1 5 V电压的 A D C 6 D D Z和 Q D Z分别表示电动单元组合电动单元组合仪表和气动单元组合仪表 7 常见的调节阀流量特性有直线直线流量特性 对数流量特性和快开特性 8 在串级调节系统中 应尽可能多地把干扰干扰包括在副回路中 9 系统误差 随机误差和疏忽误差中 其中随机误差随机误差可以通过统计计算 滤波的方 法消除 1 0 比例度 5 0 时 控制器输入偏差变化 5 0 就可使控制器输出变化 1 0 01 0 0 1 1 比例度比例度就是指控制器输入偏差的相对变化值与相应的输出相对变化值之比 用百 分数表示 1 2 被控过程的数学模型建模方法有 机理演绎法机理演绎法 解析法解析法 试验辨识法和混合法 1 3 单回路控制时 其积分作用越强 积分时间越小 微分时间越长 微分作 用越强 1 4 调节器的比例放大系数越小 比例作用越弱 余差越大 1 5 安全栅起到隔离主要是通过 限压 和 限流 来实现的 1 6 节流元件应用最广泛的是孔板 其次是喷嘴和文丘里管等 1 7 目前求取过程数学模型的方法有两种 其中一种是根据过程的内在机理 通过 物料 和 能量 物料平衡关系 用机理演绎法求取过程的数学模型 1 8 控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是 干扰通道的时间常数愈大 对被控 变量的影响 越小 干扰通道容量滞后愈多 则调节质量 越好 干扰通道的纯滞后对 调节质量 无影响 1 9 仪表自动化标准中 气动仪表标准信号范围是0 0 2 0 1 MP a 现在最常使用的 电动标准信号范围是4 2 0 mA 2 0 构成安全火花防爆系统必须具备两个条件是现场仪表必须设计成安全火花型和现场仪 表与非危险场所间必须经过安全栅 2 1 补偿导线通常在0 1 0 0 范围内其热电特性与热电偶本身几乎完全一样 2 2 测量温度的方法虽然很多 但从感受温度的途径来分 可以分为两大类 一类是 接触式 的 即通过测温元件与被测物体的接触而感知物体的温度 另一类是非接触式 的 即通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度 2 3 从结构来说 执行器一般由执行机构 和调节机构 两部分组成 2 4 过程控制系统一般由 控制器 执行器 被控过程 和测量变送等环节组成 2 5 仪表的精度等级又称 准确度级 通常用 引用误差 作为判断仪表精度等级的尺度 2 6 过程控制系统动态质量指标主要有 衰减比 n 超调量 和过渡过程时间等 2 7 真值是指被测变量本身所具有的真实值 在计算误差时 一般用 约定真值 或 相对真 值 来代替 2 8 根据使用的能源不同 调节阀可分为 气动调节阀 电动调节阀 和 液动调节阀 三 大类 2 9 积分作用的优点是可消除 稳态误差 余差 但引入积分作用会使系统 稳定性 下降 3 0 随着控制通道的增益 K0的增加 控制作用 增强 克服干扰的能力 增大 系统的余 差 减小 最大偏差 减小 3 1 从理论上讲 干扰通道存在纯滞后 不影响 系统的控制质量 3 2 控制系统对检测变送环节的基本要求是 准确 迅速 和 可靠 三 判断题 1 标准孔板是一块具有圆形开孔 并与管道同心 其直角入口边缘非常锐利的薄板 2 克服余差的办法是在比例控制的基础上加上微分控制作用 3 在自动调节系统中给定值是指生产中要求保持的工艺指标 4 用标准节流装置测量流量时 流体必经充满圆管的节流装置 5 在危险场所和控制室之间设置安全栅 这样构成的系统叫做安全火花型防爆系统 1 4 转子流量计的锥管必须垂直安装 不可倾斜 1 5 为使热电偶冷端保持恒定 常采用补偿导线将冷端延伸出来 要求补偿导线在任何温 度范围内具有和所连接的热电偶相同的热电特性 其材料又是廉价的金属 1 6 调节系统的超调量小 过渡过程短 没有余差 应选用 P I 调节规律 1 7 当微分时间较小时 增加微分时间可以减小偏差 增大响应时间 1 8 当广义过程控制通道时间常数较大或容量滞后较大时 应引入微分调节 1 9 热电偶主要用于测较高温度 热电阻主要用于测中低温度 2 0 被控过程的数学模型 依据过程特性的不同可分为自衡特性与无衡特性 2 1 简单控制系统控制参数选择时 干扰通道的静态增益应尽可能小 2 2 传感器通常由敏感元件和转换元件组成 2 3 系统仿真与实验研究是检验系统理论分析与综合正确与否的重要步骤 2 4 采用积分调节可以提高系统的无差度 提高系统的稳态控制精度 2 5 要使一个控制系统稳定 必须采用负反馈 2 6 方波响应曲线是在过程正常输入的基础上再叠加一个阶跃变化后获得的 2 7 在确定控制参数时 还应考虑工艺操作的合理性 可行性与经济性的关系 2 8 衰减曲线法是与临界比例度法完全不同的方法 2 9 当广义过程控制通道时间常数较小 负荷变化不大且工艺要求允许有静差时 应选用 P 调节 3 0 控制系统的性能指标有单项指标和综合指标两种 3 1 调节阀的工作流量特性指的就是其理想 固有 流量特性 3 2 评定仪表品质优劣的技术指标 主要是看仪表最大绝对误差的大小 3 3 热电偶分度表是在其冷端温度为 条件下制作的 所以在使用时冷端温度要控 制为 3 4 热电偶测温时 必须考虑冷端温度补偿问题 3 5 在危险场所采用了安全防爆仪表 所以其系统就是安全防爆系统 3 6 比例度 比例带越大 调节作用越强 3 7 一般情况下 对于温度控制对象 时间常数和滞后都比较小 3 8 执行机构依据动力能源的不同 分为气动 电动和液动 3 9 执行机构依据动力能源的不同 分为角行程和直行程执行器 4 0 自动控制过程就是用自动化来代替人工操作 4 1 测管道静压应避开压力扰动处 保证引压管内为单相流体 4 2 测量液体管道静压时 应选择在管道中间偏下方 4 5度取压 4 3 D D Z 型调节仪表现场传输信号为 4 2 0 mA电流 1 5 V电压的 A D C 气动执行 器的标准输入信号范围为 0 0 2 0 1 MP a 4 4 时常数越大 表示对象受到干扰作用后 到达新稳态值所需的时间越短 4 5 零点迁移的实质是测量范围的平移 它并不改变仪表的量程 4 6 工业过程控制系统大部分是随动系统 4 7 用电子电位差计测热电偶温度 若冷端温度下降 3 热端温度升高 3 则 示值约升高 6 4 8 混合法是将机理演绎法与试验辨识法相互交替使用的一种方法 4 9 机理演绎法 解析法 使用非常方便 所以基本上都是采用这种方法来推导过程 的数学模型 5 0 D D Z 型调节器的运算电路是 P D与 P I D两个运算电路串联组成的 5 1 D D Z 型仪表中 在要求较高的场合 防爆栅采用隔离式方案 以变压器作为 隔离元件 分别将输入 输出和电源电路进行隔离 以防止危险能量直接窜入现场 5 2 和最佳过渡过程相反的调节器参数值叫做最佳整定参数 5 3 采用安全火花防爆执行器构成的系统就是安全火花防爆系统 5 4 去掉最大引用误差中的 和 就是精度等级 5 5 D D Z I I I 型 P I D调节器采用的统一信号是 1 5 V电压 4 2 0 Ma 电流 5 6 液动调节阀用液压传递动力 推力最大 但安装 维护麻烦 故只 在特殊使用 5 7 蝶阀适用于大口径 大流量 低压差的场合 也可以用于含少量纤 维或悬浮颗粒状介质的控制 四 简答题 1热电阻测温有什么特点 为什么热电阻要用三线接法 答 a 在 2 0 0到 5 0 0摄氏度范围内精度高 性能稳定可靠 不需要冷端温度补偿 测温范围比热电偶低 存在非线性 b 连接导线为铜线 环境温度变化 则阻值变 若采用平衡电桥三线连接 连线 R使桥路电阻变化相同 则桥路的输出不变 即确保检 流计的输出为被测温度的输出 2 说明热电偶温度变送器工作原理以及实现冷端温度补偿的方法 答 工作原理 应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻 热敏电阻集成 温度传感器 半导体温度传感器等 然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电 流信号或标准电压信号 由铜丝绕制的电阻 R c u安装在热电偶的冷端接线处 当冷端温度变化时 利用铜丝电阻 随温度变化的特性 向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿 桥路左臂由稳 压电压电源 V z 约 5 v 和高电阻 R 1 约 1 0 K欧 建立的恒值电流 I 2流过铜电阻 R c u 在 R c u上产生一个电压 此电压与热电动势 E t 串联相接 当温度补偿升高时 热电动 势 E t下降 但由于 R c u增值 在 R c u两端的电压增加 只要铜电阻的大小选择适当 便可得到满意的补偿 3 什么叫气动执行器的气开式与气关式 其选择原则是什么 答 随着送往执行器的气压信号的增加 阀逐渐打开的称为气开式 反之称为气关式 气开 气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的 一般来讲 阀全开时 生产过程或设备 比较危险的选气开式 阀全关时 生产过程或设备比较危险的应选择气关式 4 结合电 气阀门定位器结构图 试述其工作原理与作用 答 电一气阀门定位器除了能将电信号转换为气信号外 还能够使阀杆位移与送来的信号大小保 持线性关系 即实现控制器来的输人信号与阀门位置之间关系的准确定位 故取名为定位器 5控制变量的选择应遵循哪些原则 1 控制变量应是工艺上的可控变量 2 控制变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量 即控制通道的放大系数要大 一些 时间常数要小一些 纯滞后时间要尽量小 3 控制变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性 6 如右图所示为差压式流量计的三个典型截面 试结合动压能和静压能相互转化说明其工 作原理 答 差压式流量计是基于流体流动的节流原理 利用节流装置前后压差与流量的关系来测 流量 流体在管内流动时具有动压能和静压能 两种能量在一定条件下互相转化 但总和不 变 1分 流体通过截面 1后 在通过节流孔前 管壁处动压能转化为静压能 压力上升 大于流束中心压力 因此流束收缩 根据流体连续性方程 流速增大 静压力减小 流 束通过节流孔后由于惯性继续收缩 在截面 2处达到最小 然后流束增大 流速减小 也就是动压能减小 静压能逐渐增大 到截面 3处流体重新恢复满管 此时根据流体 连续性可知动压并没有损失 但由于摩擦损失 静压能并不能恢复原有水平 3分 因此根据能量守恒方程 伯努利方程 可以在孔板前面取压来计算流体的流量 在截面 流速 V 1 静压 P 1 1分 7 如图所示容积式流量计 试简述其工作原理 7分 流体通过 计量空间 时 在它的进出口之间产生一定的压力差 其转动部分在此压力差 作用下将产生旋转 并将流体由入口排向出口 在这个过程中 流体一次次地充满 计量空 间 又一次次地被送往出口 对已定的流量计而言 该 计量空间 的体积是确定的 只要 测得转子的转动次数 就可以得到被测流体体积的累积值 8 如右图所示浮筒式液位计示意图 试说明其工作原理 答 浸没于液体中的物体随浸没程度的变化而使之所受浮力发生变化 检测出浮力变化 则可知液位高度 1分 当沉筒不浸没于液体时 弹簧由于浮筒自身的重力被拉至最长 当沉筒开始浸于液 体 弹簧受力 F W F浮变小 弹簧向上移 带动差动变压器中铁芯的移动 2分 差压变压器把铁芯的位移转化为电压经整理放大 转化为统一信号输出 2分 9 结合控制通道特性对控制性能的影响 说明过程参数Kp Tp p的理想大 小 并说明为什么过程时常数越错开越好 5分 答 1 K p越大 控制作用对过程输出的影响越强 克服干扰的作用能力也越强 系统的稳 态误差也越小 被控参数对控制作用的反应越灵敏 在开球放大倍数一定时 K p越大 则 K c 可以减小 降低了对调节器的性能要求 所以 K p越大越好 1分 2 T p越大 对被控参数的调节作用不及时 过渡过程时间拖长 但当 T p过小 会使控制 作用过于灵敏 容易引越系统振荡 所以 T p应适当 既不能太大也不能太小 1分 3 控制通道的纯滞后时间 p会对控制质量带来极为不利的影响 这是因为 a 测量方面 的纯时延 会使控制器不能及时察觉被控参数的变化 b 控制方面的纯时延 会使控制作 用不能及时产生应有的效果 c 纯时延会增加滞后相角 导致系统的稳定性降低 2分 4 控制通道的时间常数应尽可能错开 这是因为 当广义被控过程近似为高阶过程时 由 控制理论可知 时间常数越错开 增益越大 对系统稳定性越有利 对控制质量越有利 1 分 1 0 热电偶为什么要进行冷端温度补偿 有哪些冷端温度补偿方法 答 因为各种显示仪表和热电偶分度表都是在热电偶冷端温度为零的时候做出的 但实际 中热电偶冷端温度不等于零 且经常波动 这必然造成输出减少 所以要进行热电偶的冷端 温度补偿 热电偶常用的冷端温度补偿方法在实验室可以使用冰浴法 如果在工业环境中 需要快速 检测 减少人工干预 可以使用查表法或电桥补偿法 安全栅有哪些作用 5分 答 安全栅的作用 一是保证信号的正常传输 2分 1 1 另一方面控制流入危险的能量在爆炸性气体或者爆炸性混合物的点火能量以下 以确 保系统的安全火花性能 3分 1 2 什么是调节器的正 反作用 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式 答 1 测量值增加 偏差信号 e 减少 调节器输出增加 则调节器静态放大放大系数为负 K C为 负值 称正作用调节器 反之 测量值增加 偏差减小 调节器输出减小 则调节器静态放大系数 为正 K C为正值 称反作用调节器 2 由于所有的仪表都用同一个电源供电 在公共电源地线上 难免出现电压降 为了避免这些压降带来误差 输入电路需要采用差动输入方式 1 3调节阀有哪些结构形式 分别适用于什么场合 执行机构是指执行器中的哪一部分 执行 器选用气开 气关的原则是什么 答 调节阀根据结构分为九个大类 1 单座调节阀 适用于泄漏要求严 工作压差小的干净介质 场合 2 双座调节阀 适用于泄漏要求不严 工作压差大的干净介质场合 3 套筒调节阀 适用于 单座阀场合 4 角形调节阀 适用于泄漏要求些压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场 合 5 三通调节阀 用于分流和合流及两相流 温度差不大于 1 5 0 的场合 6 隔膜阀 适用于不 干净介质 弱腐蚀介质的两位切断场合 7 蝶阀 适用于不干净介质和大口径 大流量 大压差的 场合 8 球阀 适用于不干净 含纤维介质 可调比较大的控制场合 9 偏心旋转阀 故适用于不干 净介质 泄漏要求小的调节场合执行机构是执行器的推动部分 规则 气开气闭的选择主要从 生产安全角度考虑 当工厂发生断电或其他事故引起信号压力中断时 调节阀的开闭状态应避 免损坏设备和伤害操作人员 如阀门在此时打开危险性小 则宜选气闭式执行器 反之 则选用 气开式执行器 五 计算题 1 室温 2 0 采用 K型热电偶测量某物体温度 与其相配的显示仪表无冷端补偿功能 测 量电路如图所示 当仪表指示为 1 0 0 时 求被测物体的温度 T 已知 E 2 0 0 0 7 9 8 mV E 8 0 0 3 2 6 6 mV E 1 0 0 0 4 0 9 5 mV E 1 2 0 0 4 9 1 9 mV 5分 解 4 0 9 5 0 7 9 8 4 8 9 3 mV 4 9 1 9 4 5 0 8 0 4 1 1 mV 4 8 9 3 4 5 0 8 0 3 8 5 mV 0 3 8 5 0 4 1 1 0 9 3 6 7 1 1 0 0 9 3 6 7 1 0 1 1 9 2 用分度号为 K的镍铬 镍硅热电偶测量温度 在无冷端补偿的情况下 显示仪表指示值为 6 0 0 此时冷端温度为 2 0 问 实际温度为多少 8分 K型镍铬 镍硅 镍铬 镍铝 热电动势 mV J J G3 5 1 8 4 参考端温度为 0 温度 0123456789 1 00 3 9 7 0 4 3 7 0 4 7 7 0 5 1 7 0 5 5 7 0 5 9 7 0 6 3 7 0 6 7 7 0 7 1 8 0 7 5 8 2 00 7 9 8 0 8 3 8 0 8 7 9 0 9 1 90 9 611 0 4 1 1 0 8 1 1 1 2 2 1 1 6 2 3 01 2 0 3 1 2 4 4 1 2 8 5 1 3 2 5 1 3 6 6 1 4 0 7 1 4 4 8 1 4 8 9 1 5 2 91 5 7 4 01 6 1 1 1 6 5 2 1 6 9 3 1 7 3 4 1 7 7 6 1 8 1 7 1 8 5 8 1 8 9 91 9 41 9 8 1 5 02 0 2 2 2 0 6 4 2 1 0 5 2 1 4 6 2 1 8 8 2 2 2 92 2 72 3 1 2 2 3 5 3 2 3 9 4 6 1 02 5 3 3 2 5 3 7 2 5 4 1 2 5 4 52 5 52 5 5 4 2 5 5 8 2 5 6 2 2 5 6 7 2 5 7 1 6 2 02 5 7 5 2 5 7 9 2 5 8 4 2 5 8 8 2 5 9 2 2 5 9 6 2 6 0 1 2 6 0 5 2 6 0 9 2 6 1 3 6 3 02 6 1 8 2 6 2 2 2 6 2 62 6 32 6 3 5 2 6 3 9 2 6 4 3 2 6 4 7 2 6 5 2 2 6 5 6 6 4 02 6 62 6 6 4 2 6 6 8 2 6 7 3 2 6 7 7 2 6 8 1 2 6 8 52 6 92 6 9 4 2 6 9 8 6 5 02 7 0 2 2 7 0 7 2 7 1 1 2 7 1 5 2 7 1 9 2 7 2 3 2 7 2 8 2 7 3 2 2 7 3 62 7 4 解 2 4 9 0 2 0 7 9 8 2 5 7 mV 5分 3分 3 如下图所示液位过程的输入量为 Q 1 流出量为 Q 2 Q 3 液位 H为被控参数 C为容量 系数 阀的液阻分别为 R 1 R 2 R 3 5分 1 列写该过程的增量式微分方程 2 求该过程的传递函数 解 1 由题可以列写微分方程组 3分 2 传递函数 2分 4 某液位控制系统在控制阀开度增加 1 0 后 液位的响应数据如下表所示 如果用具有时 滞的一阶惯性环节近似 试用两点法确定其传递函数 1 0分 t s 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 0 h m 00 82 84 55 45 96 16 26 36 36 3 解 利用两点法 取 A 2 0 2 8 和 B 5 0 5 9 两点进行计算 1分 2分 1分 1分 2分 2分 1分 说明 如果点选取不合适 计算结果会有差别 不再扣分 另 K为 6 3 0亦可 1 某液位控制系统的矩形脉冲响应记录数据如下表所示 已知矩形脉冲宽度为 t 2 0 s 脉冲幅值 为1 0 m s 试将该脉冲响应曲线转换为阶跃响应试验数据 给出公式 数据 以表格形式给出即可 若将其近似为带纯滞后的一阶惯性对象 用计算法求参数K T 确定其传递函数 1 2分 t s 0 1 02 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 H m 0 0 8 2 8 3 7 2 6 1 4 0 7 0 3 0 2 0 1 0 解 矩形脉冲可看成两个相反方向的阶跃作用的代数和 因此 3分 可知其阶跃响应数据如下表所示 t s 0 1 02 03 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 H m 0 0 8 2 8 4 5 5 4 5 9 6 1 6 2 6 3 6 3 6 3 3分 利用两点法 取 2 0 2 8 和 5 0 5 9 两点进行计算 3分 可知系统传函为 3分 1 某换热器出口温度控制系统的控制阀开度脉冲响应实验数据如下表所示 矩形脉冲的幅 值为 2t h 脉冲宽度为1 0 mi n 试转换为阶跃响应 如果用具有时滞的一阶惯性环节近 似 用计算法确定其参数 写出其传函 1 0分 解解 矩形脉冲可看成两个相反方向的阶跃作用的代数和矩形脉冲可看成两个相反方向的阶跃作用的代数和 因此因此 可用一阶惯性纯滞后环节可用一阶惯性纯滞后环节 利用两点法利用两点法 取取 AA 1 51 5 4 44 4 和和 BB 3 03 0 8 08 0 99 两点进行计算两点进行计算 可知其传函为可知其传函为 3 某化学反应过程规定操作温度为 8 0 0 最大超调量小于等于 5 要求设计的定值控 制系统 在设定值作阶跃干扰时的过渡过程曲线如下图所示 要求 1 计算该系统的稳态 误差 衰减比 最大超调量和过渡过程时间 2 说明该系统是否满足工艺要求 1 由上图可得 y 8 1 0 设定值 r 8 0 0 B1 8 5 0 8 1 0 4 0B2 8 2 0 8 1 0 1 0 稳态误差 e 8 0 0 8 1 0 1 0 衰减比 n B1 B2 4 1 最大超调量 过渡过程时间 ts 大概在 1 7 mi n 左右 2 虽然该系统最大超调满足要求 然而在规定操作温度为 8 0 0 而最后趋于稳定的 值却 为 8 1 0 因此不满足工艺要求 4 某比例积分调节器的输入输出范围均为 4 2 0 mA D C 若设 1 0 0 T 1 2 mi n 稳态时 其输出为 6 mA 若在某一时刻输入阶跃增加 1 mA 试求经过 4 mi n后调节器的输出 解 六 综合题 综合题要求一般按参考题第一题形式分成 5项分别提问 1如下图所示为喷雾式奶粉干燥设备生产过程及调节系统示意图 浓缩的乳液由高位槽流 下 经过滤器去掉凝结块 然后到干燥器 乳液从喷嘴喷出 空气由鼓风机送至加热器加热 热空气经风管至干燥器 乳液中水分即被蒸发 而乳粉则随湿空气一道送出再行分离 干燥 后成品质量要求高 含水量不能波动大 换热器为双容对象 T1 T2 1 0 0s 风管到干燥器 的纯延迟时间 3s 1 选择被控参数 说明依据 3分 成品质量的关键因素是产品的含水率 由于测量水分含量的仪表精度较低 所以选择与 含水率有单值对应关系的干燥器温度这一间接变量作为被控变量 2 乳液温度和流量的波动记为f1 t 旁路冷风流量记为f2 t 蒸汽压力 温度的变化记为 f3 t 请分别以f1 t f2 t f3 t 作为控制参数 分析优劣 选择控制参数 4分 1 以乳液流量为控制参数时 控制方案的性能最优 但乳液流量是控制系统的生产负 荷 生产负荷通常不能作为控制参数 2 以冷风量为控制参数时 控制回路增加了一个纯滞后环节 调节性能下降 但是该 方案避免了工艺的不合理 由于系统的纯滞后时间小 对系统性能影响不大 3 以蒸汽量为控制参数时 容量滞后和纯滞后同时存在 这个控制方案的性能是最差 的 根据以上分析选择冷风量为控制参数 3 阀门选择气动调节阀 为确保生产处于安全状态 事故时要求不超温 阀 1应为气开阀 阀 2应为气关阀 阀 3应为气开阀 3分 4 结合说明过程对象 变送环节 执行器的正反作用 确定调节器的正反作用 4分 系统若要稳定 需要采用负反馈 所以要保证闭合回路中有奇数个反作用环节 由于冷 风量的增加 干燥器的温度降低 故过程对象为反作用环节 变送器为正作用环节 执 行器为反作用 所以调节器应选反作用 5 画出控制系统框图 1分 2如图所示为一反应温度控制系统示意图 A B两种物料进入反应器进行反应 通过改变进 入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变 试画出该温度控制系统的方块图 并指出 该项系统中的被控对象 被控变量 操纵变量 即控制变量 及可能影响被控变量的干扰是 什么 并说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统 答 被控对象 反应器 被