《过程控制与自动化仪表》习题答案.pdf

第 1 章第 1 章 P15 1 基本练习题 基本练习题 1 简述过程控制的特点 简述过程控制的特点 Q 1 系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成 系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成 2 被控过程复杂多样 通用控制系 统难以设计 被控过程复杂多样 通用控制系 统难以设计 3 控制方案丰富多彩 控制要求越来越高 控制方案丰富多彩 控制要求越来越高 4 控制过程大多属于慢变过程与参 量控制 控制过程大多属于慢变过程与参 量控制 5 定值控制是过程控制的主要形式 定值控制是过程控制的主要形式 2 什么是过程控制系统 试用框图表示其一般组成 什么是过程控制系统 试用框图表示其一般组成 Q 1 过程控制是生产过程自动化的简称 它泛指石油 化工 电力 冶金 轻工 建材 核 能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制 是自动化技术的重要组成 部分 过程控制通常是对生产过程中的温度 压力 流量 液位 成分和物性等工艺参数进行 控制 使其保持为定值或按一定规律变化 以确保产品质量和生产安全 并使生产过程按最优 化目标自动进行 过程控制是生产过程自动化的简称 它泛指石油 化工 电力 冶金 轻工 建材 核 能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制 是自动化技术的重要组成 部分 过程控制通常是对生产过程中的温度 压力 流量 液位 成分和物性等工艺参数进行 控制 使其保持为定值或按一定规律变化 以确保产品质量和生产安全 并使生产过程按最优 化目标自动进行 2 组成框图 组成框图 3 单元组合式仪表的统一信号是如何规定的 单元组合式仪表的统一信号是如何规定的 Q 各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络 各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络 1 模拟仪表的信号 气动 模拟仪表的信号 气动 0 02 0 1MPa 电动 型 电动 型 4 20mADC 或或 1 5V DC 2 数字式仪表的信号 无统一标准 数字式仪表的信号 无统一标准 4 试将图 试将图 1 2 加热炉控制系统流程图用框图表示 加热炉控制系统流程图用框图表示 Q 是串级控制系统 方块图 是串级控制系统 方块图 5 过程控制系统的单项性能指标有哪些 各自是如何定义的 过程控制系统的单项性能指标有哪些 各自是如何定义的 Q 1 最大偏差 超调量 衰减比 余差 调节时间 峰值时间 振荡周期和频率 最大偏差 超调量 衰减比 余差 调节时间 峰值时间 振荡周期和频率 2 略 略 8 通常过程控制系统可分为哪几种类型 试举例说明 通常过程控制系统可分为哪几种类型 试举例说明 Q 1 按结构不同 分为反馈控制系统 前馈控制系统 前馈 按结构不同 分为反馈控制系统 前馈控制系统 前馈 反馈复合控制系统 按设定值 不同 分为定值控制系统 随动控制系统 顺序控制系统 反馈复合控制系统 按设定值 不同 分为定值控制系统 随动控制系统 顺序控制系统 2 略 略 10 只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗 为什么 只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗 为什么 Q 1 不是这样 不是这样 2 比如对安全火花型防爆仪表 还有安全等级方面的考虑等 比如对安全火花型防爆仪表 还有安全等级方面的考虑等 11 构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗 为什么 构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗 为什么 Q 1 是 是 2 这是构成安全火花型防爆系统的一个条件 这是构成安全火花型防爆系统的一个条件 2 综合练习题 综合练习题 1 简述图 简述图 1 11 所示系统的工作原理 画出控制系统的框图并写明每一框图的输入所示系统的工作原理 画出控制系统的框图并写明每一框图的输入 输出变量 名称和所用仪表的名称 输出变量 名称和所用仪表的名称 Q 1 图为液位控制系统 由储水箱 被控过程 液位检测器 测量变送器 液位控制器 调节阀组成的反馈控制系统 为了达到对水箱液位进行控制的目的 对液位进行检测 经过液 位控制器来控制调节阀 从而调节 图为液位控制系统 由储水箱 被控过程 液位检测器 测量变送器 液位控制器 调节阀组成的反馈控制系统 为了达到对水箱液位进行控制的目的 对液位进行检测 经过液 位控制器来控制调节阀 从而调节q1 流量 来实现液位控制的作用 流量 来实现液位控制的作用 2 框图 框图 3 控制器输入输出分别为 设定值与反馈值之差 控制器输入输出分别为 设定值与反馈值之差e t 控制量 控制量u t 执行器输入输出分别为 控制量 执行器输入输出分别为 控制量u t 操作变量 操作变量q1 t 被控对象的输入输出为 操作变量 被控对象的输入输出为 操作变量q1 t 扰动量 扰动量q2 t 被控 量 被控 量h 所用仪表为 控制器 例如 所用仪表为 控制器 例如PID 控制器 调节阀 液位测量变送器 控制器 调节阀 液位测量变送器 2 什么是仪表的信号制 通常 现场与控制室仪表之间采用直流电流信号 控制室内部仪 表之间采用直流电压信号 这是为什么 什么是仪表的信号制 通常 现场与控制室仪表之间采用直流电流信号 控制室内部仪 表之间采用直流电压信号 这是为什么 Q 1 自动化仪表的信号制是指在成套系列仪表中 各个仪表的输入 自动化仪表的信号制是指在成套系列仪表中 各个仪表的输入 输出信号均采用某种统 一的标准形式 使各个仪表间的任意连接成为可能 输出信号均采用某种统 一的标准形式 使各个仪表间的任意连接成为可能 2 略 略 3 某化学反应过程规定操作温度为800 最大超调量小于或等于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 某化学反应过程规定操作温度为800 最大超调量小于或等于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 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 Q 1 由上图可得 由上图可得y y 810 设定值 r 800 810 设定值 r 800 B B1 1 850 810 40 850 810 40 B B2 2 820 810 10 820 810 10 稳态误差稳态误差e e r r y y 800 810 10 衰减比 800 810 10 衰减比 1 2 40 4 1 10 B n B 最大超调量 最大超调量 850810 100 100 4 938 810 p y ty y 过渡过程时间 过渡过程时间t ts s 大概在17min 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800 而最后趋于稳定的值却为 810 因此不满足工艺要求 大概在17min 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800 而最后趋于稳定的值却为 810 因此不满足工艺要求 4 图 图 1 13 所示为一类简单锅炉汽包水位控制流程图 试画出该控制系统框图 并说明其被 控过程 被控参数 控制参数和干扰参数各是什么 所示为一类简单锅炉汽包水位控制流程图 试画出该控制系统框图 并说明其被 控过程 被控参数 控制参数和干扰参数各是什么 Q 1 控制系统框图 Q 1 控制系统框图 被控过程 加热器 汽包 被控参数 汽包水位 控制参数 上水流量 干扰参数 蒸汽流量变化 被控过程 加热器 汽包 被控参数 汽包水位 控制参数 上水流量 干扰参数 蒸汽流量变化 第 2 章第 2 章 P70 1 基本练习题 基本练习题 3 某台测温仪表测量的上下限为 某台测温仪表测量的上下限为 500 1000 它的最大绝对误差为 2 试确定该仪表的 精度等级 0 它的最大绝对误差为 2 试确定该仪表的 精度等级 Q 仪表的引用误差 仪表的引用误差 2 100 100 0 4 1000500 最大绝对误差 量程 最大绝对误差 量程 其精度等级为 其精度等级为 0 4 级 级 4 某台测温仪表测量的上下限为 某台测温仪表测量的上下限为 100 1000 工艺要求该仪表指示值的误差不超过 2 应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求 0 工艺要求该仪表指示值的误差不超过 2 应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求 Q 工艺允许的仪表引用误差为 工艺允许的仪表引用误差为 100 允允 允许的最大绝对误差 量程 允许的最大绝对误差 量程 2 100 0 22 1000100 应选应选 0 2 级的仪表才能满足 级的仪表才能满足 5 有一台 有一台 DDZ 型两线制差压变送器 已知其量程为 型两线制差压变送器 已知其量程为 20 100kPa 当输入信号为 当输入信号为 40kPa 和和 80kPa 时 变送器的输出分别是多少 时 变送器的输出分别是多少 Q 1 8mA 2 16mA 6 设有某 设有某 DDZ 型毫伏输入变送器 其零点迁移值 型毫伏输入变送器 其零点迁移值 umin 6mV DC 量程为 量程为 12mV DC 现 已知变送器的输出电流为 现 已知变送器的输出电流为 12mA DC 试问 被测信号为多少毫伏 试问 被测信号为多少毫伏 Q 12mV DC 12 某被测温度信号在 某被测温度信号在 40 80 范围内变化 工艺要求测量误差不超过 1 现有两台测温 仪表 精度等级均为 0 范围内变化 工艺要求测量误差不超过 1 现有两台测温 仪表 精度等级均为 0 5 级 其中一台仪表的测量范围为级 其中一台仪表的测量范围为 0 100 另一台仪表的测量范围为0 另一台仪表的测量范围为 0 200 试问这两台仪表能否满足上述测量要求 0 试问这两台仪表能否满足上述测量要求 Q 工艺允许的最大绝对误差 工艺允许的最大绝对误差 1 0 4 40 40 1 使用 使用 0 100 的仪表 则0 的仪表 则 0 4 100 0 4 100 允允 0 5 级精度不可以满足 级精度不可以满足 2 使用 使用 0 200 的仪表 则0 的仪表 则 0 4 100 0 2 200 允允 0 5 级精度不可以满足 级精度不可以满足 13 热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿 其补偿方法常采用哪几种 热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿 其补偿方法常采用哪几种 Q 1 采用补偿导线可把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方 延伸到温度较低和比较稳 定的操作室内 但冷端温度还不是 采用补偿导线可把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方 延伸到温度较低和比较稳 定的操作室内 但冷端温度还不是 0 而工业上常用热电偶的 而工业上常用热电偶的 Et t 关系曲线是在冷端温度关系曲线是在冷端温度 t0 0 情况下得到的 与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的 而操作室的温 度往往不是 情况下得到的 与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的 而操作室的温 度往往不是 0 这样测量结果就会有误差 因此需要进行冷端温度的校正 解决冷端温度 这样测量结果就会有误差 因此需要进行冷端温度的校正 解决冷端温度 不为零的问题 不为零的问题 2 常用的有查表法 电桥补偿法 常用的有查表法 电桥补偿法 14 热电阻测温电桥中的三线制接法为什么能减小环境温度变化对测温精度的影响 热电阻测温电桥中的三线制接法为什么能减小环境温度变化对测温精度的影响 Q 因为用热电阻测温时 热电阻要安装在被测温度的现场 而电桥中的其它电阻连同仪表一 起则安装在控制室 现场与控制室之间有一定的距离 因此连接热电阻的导线的电阻往往不可 因为用热电阻测温时 热电阻要安装在被测温度的现场 而电桥中的其它电阻连同仪表一 起则安装在控制室 现场与控制室之间有一定的距离 因此连接热电阻的导线的电阻往往不可 忽略 若采用普通的二线制接法 则连接热电阻的两根导线都分布在电桥的一个桥臂上 因此 忽略 若采用普通的二线制接法 则连接热电阻的两根导线都分布在电桥的一个桥臂上 因此 连接导线的电阻随着环境温度的变化而变化 将同热电阻阻值的变化一起加在平衡电桥的一个 桥臂上 这会使测量产生较大的误差 采用三线制接法可以减少甚至抵消连接导线电阻对测量 连接导线的电阻随着环境温度的变化而变化 将同热电阻阻值的变化一起加在平衡电桥的一个 桥臂上 这会使测量产生较大的误差 采用三线制接法可以减少甚至抵消连接导线电阻对测量 结果造成的误差 结果造成的误差 2 综合练习题 综合练习题 1 某一标定为 某一标定为 100 600 的温度计出厂前经校验 各点的测量结果值如下 被校表读数 100 150 200 250 300 400 500 600 的温度计出厂前经校验 各点的测量结果值如下 被校表读数 100 150 200 250 300 400 500 600 标准表读数 102 149 204 256 296 403 495 606 标准表读数 102 149 204 256 296 403 495 606 1 1 试求该仪表的最大绝对误差 2 试求该仪表的最大绝对误差 2 确定该仪表的精度等级 3 确定该仪表的精度等级 3 经过一段时间后 仪表的最大绝对误差为 7 问此时仪表的精度等级为多少 经过一段时间后 仪表的最大绝对误差为 7 问此时仪表的精度等级为多少 Q 1 取 取 a xx 中的最大值 计算可知最大绝对误差等于 中的最大值 计算可知最大绝对误差等于 6 2 仪表引用误差 2 仪表引用误差 1 6 100 100 1 2 600100 最大绝对误差 量程 最大绝对误差 量程 符合 符合 1 5 级精度 级精度 3 仪表引用误差 仪表引用误差 2 7 100 100 1 4 600100 最大绝对误差 量程 最大绝对误差 量程 符合 符合 1 5 级精度 级精度 2 用分度号 用分度号 Pt100 的热电阻测温 却错查了的热电阻测温 却错查了 Cu50 的分度表 得到的温度是的分度表 得到的温度是 150 问实际 温度是多少 问实际 温度是多少 Q 1 查 Cu50 的分度表 找出与 150 对应的电阻值 Rt 82 13 查 Pt100 的分度表 找出 与 82 13 对应的温度值 约为 45 查 Cu50 的分度表 找出与 150 对应的电阻值 Rt 82 13 查 Pt100 的分度表 找出 与 82 13 对应的温度值 约为 45 3 若被测压力的变化范围为 若被测压力的变化范围为 0 5 1 4MPa 要求测量误差不大于压力示值的 要求测量误差不大于压力示值的 5 可供选用 的压力表规格 量程为 可供选用 的压力表规格 量程为 0 1 6 MPa 0 2 5 MPa 0 4MPa 精度等级为 精度等级为 1 0 1 5 2 5 试选择 合适量程和精度的压力表 试选择 合适量程和精度的压力表 Q 最大工作压力不超过仪表量程的 最大工作压力不超过仪表量程的 2 3 则可选择 则可选择 0 2 5MPa 范围 允许的最大绝对误差 范围 允许的最大绝对误差 0 5 5 0 025MPa 允许的最大引用误差 允许的最大引用误差 0 025 100 1 2 5 允允 可选择 可选择 1 0 级精度 等级 级精度 等级 5 用差压变送器与标准孔板配套测量管道介质流量 若差压变送器量程为 用差压变送器与标准孔板配套测量管道介质流量 若差压变送器量程为 104Pa 对应输出 信号为 对应输出 信号为 4 20mADC 相应流量为 相应流量为 0 320m3 h 求差压变送器输出信号为 求差压变送器输出信号为 8mADC 时 对应的差 压值及流量值各是多少 时 对应的差 压值及流量值各是多少 Q 因为未加开方器 流量与差压的平方根成正比 因为未加开方器 流量与差压的平方根成正比 8mADC 对应的差压值为对应的差压值为 2500Pa 流量则 为 流量则 为 160 m3 h 3 设计题 设计题 1 用分度号为 用分度号为 K 的镍铬的镍铬 镍硅热电偶测量温度 在无冷端温度补偿的情况下 显示仪表指示 值为 镍硅热电偶测量温度 在无冷端温度补偿的情况下 显示仪表指示 值为 600 此时冷端温度为 此时冷端温度为 50 试问 实际温度是多少 如果热端温度不变 使冷端温度 为 20 时 此时显示仪表指示值应为多少 试问 实际温度是多少 如果热端温度不变 使冷端温度 为 20 时 此时显示仪表指示值应为多少 Q 1 查 查 K 分度表 知分度表 知 600 对应的热电势为 24 902mV 由题意可知这热电势是由热端温度为 对应的热电势为 24 902mV 由题意可知这热电势是由热端温度为 t 冷端温度为 冷端温度为 50 的 的 K 热电偶产生的 即热电偶产生的 即 50 24 902mVE t 又查 K 表知 又查 K 表知 50 0 2 022mVE 0 50 50 0 24 9022 02226 924mVE tE tE 再查 K 表得 t 约为 648 2 再查 K 表得 t 约为 648 2 20 0 20 0 26 126mVE tE tE 再查 K 表 与 26 126mV 热电势对应的温度为 628 8 再查 K 表 与 26 126mV 热电势对应的温度为 628 8 2 某容器的正常工作压力范围为 某容器的正常工作压力范围为1 0 1 5MPa 工艺要求就地指示压力 并要求测量误差小 于被测压力的 工艺要求就地指示压力 并要求测量误差小 于被测压力的 5 试选择一个合适的压力表 类型 量程 精度等级 并说明理由 试选择一个合适的压力表 类型 量程 精度等级 并说明理由 Q 1 类型 可使用弹簧管压力计 类型 可使用弹簧管压力计 2 最大工作压力不超过仪表量程的 最大工作压力不超过仪表量程的2 3 则可选择 则可选择0 2 5MPa范围 又由于最小工作压力范围 又由于最小工作压力1 0 大于仪表量程的大于仪表量程的1 3 所选范围是合适的 所选范围是合适的 3 允 许 的 最 大 绝 对 误 差 允 许 的 最 大 绝 对 误 差 1 0 5 0 05MPa 允 许 的 最 大 引 用 误 差 允 许 的 最 大 引 用 误 差 0 05 100 2 2 5 允允 可选择 可选择1 5级精度等级 级精度等级 4 某控制系统中有一个量程为 某控制系统中有一个量程为20 100kPa 精度等级为 精度等级为0 5级的差压变送器 在校验时发现 该仪表在整个量程范围内的绝对误差变化范围为 级的差压变送器 在校验时发现 该仪表在整个量程范围内的绝对误差变化范围为 0 5 0 4 kPa 试问 该变送器能否直接被 原控制系统继续使用 为什么 试问 该变送器能否直接被 原控制系统继续使用 为什么 Q 不能 因为其最大绝对误差为 不能 因为其最大绝对误差为 0 5 其引用误差 其引用误差 0 5 100 0 625 10020 超出了 原先设计的精度要求 超出了 原先设计的精度要求0 5级的范围 级的范围 第 3 章第 3 章 P108 1 基本练习题 基本练习题 1 在过程控制中 哪些仪表是属于过程控制仪表 在过程控制系统中 大多数调节器是电 动的 而执行器多数是气动的 这是为什么 气动单元组合仪表与电动单元组合仪表各单元之 间的标准统一信号又是如何规定的 在过程控制中 哪些仪表是属于过程控制仪表 在过程控制系统中 大多数调节器是电 动的 而执行器多数是气动的 这是为什么 气动单元组合仪表与电动单元组合仪表各单元之 间的标准统一信号又是如何规定的 Q 1 在过程控制中 过程控制仪表 调节器 电 在过程控制中 过程控制仪表 调节器 电 气转换器 执行器 安全栅等 气转换器 执行器 安全栅等 2 调节器 选电动的因为电源的问题容易解决 作用距离长 一般情况下不受限制 调节精度高 还可以 实现微机化 执行器多数是气动的 因为执行器直接与控制介质接触 常常在高温 高压 深 冷 高粘度 易结晶 闪蒸 汽蚀 易爆等恶劣条件下工作 选气动的执行器就没有电压电流 信号 不会产生火花 这样可以保证安全生产和避免严重事故的发生 调节器 选电动的因为电源的问题容易解决 作用距离长 一般情况下不受限制 调节精度高 还可以 实现微机化 执行器多数是气动的 因为执行器直接与控制介质接触 常常在高温 高压 深 冷 高粘度 易结晶 闪蒸 汽蚀 易爆等恶劣条件下工作 选气动的执行器就没有电压电流 信号 不会产生火花 这样可以保证安全生产和避免严重事故的发生 3 气动仪表的输入输 出模拟信号统一使用 气动仪表的输入输 出模拟信号统一使用0 02 0 1MPa 的模拟气压信号 电动仪表的输入输出模拟信号有直流电 流 直流电压 交流电流和交流电压四种 各国都以直流电流和直流电压作为统一标准信号 过程控制系统的模拟直流电流信号为 的模拟气压信号 电动仪表的输入输出模拟信号有直流电 流 直流电压 交流电流和交流电压四种 各国都以直流电流和直流电压作为统一标准信号 过程控制系统的模拟直流电流信号为4 20mA DC 负载 负载250 模拟直流电压信号为 模拟直流电压信号为1 5V DC 2 某比例积分调节器的输入 输出范围均为 某比例积分调节器的输入 输出范围均为4 20mA DC 若设 若设 100 TI 2min 稳态时 其输出为 稳态时 其输出为6mA 若在某一时刻输入阶跃增加 若在某一时刻输入阶跃增加1mA 试求经过 试求经过4min后调节器的输出 后调节器的输出 Q 由式 由式 1 100 C K 可得 可得1 C K 在比例积分作用下 输出 在比例积分作用下 输出 u可由下式计算 可由下式计算 4 0 11 13 2 C I uKe te t dtdtmA T 即调节器的输出 即调节器的输出u u u 0 3 6 9mA 6 调节器的正 反作用是如何规定的 调节器的正 反作用是如何规定的 Q 当调节器的输出随偏差的增大而增大时 称为正作用调节器 反之为反作用调节器 当调节器的输出随偏差的增大而增大时 称为正作用调节器 反之为反作用调节器 7 数字式控制器有哪些主要特点 简述其硬件的基本构成 数字式控制器有哪些主要特点 简述其硬件的基本构成 Q 1 数字式控制器的主要特点 数字式控制器的主要特点 1 采用了模拟仪表与计算机一体的设计方法 使数字式控 制器的外形结构 面板布置 操作方式等保留了模拟调节器的特征 采用了模拟仪表与计算机一体的设计方法 使数字式控 制器的外形结构 面板布置 操作方式等保留了模拟调节器的特征 2 与模拟调节器相比具 有更丰富的运算控制功能 与模拟调节器相比具 有更丰富的运算控制功能 3 具有数据通信功能 便于系统扩展 具有数据通信功能 便于系统扩展 4 可靠性高具有自诊断功 能 维护方便 可靠性高具有自诊断功 能 维护方便 2 数字式控制器的硬件电路由主机电路 过程输入通道 过程输出通道 人 数字式控制器的硬件电路由主机电路 过程输入通道 过程输出通道 人 机联系部件 通信部件等 机联系部件 通信部件等 18 过程控制系统的所有仪表与装置是否都应考虑安全防爆 为什么 过程控制系统的所有仪表与装置是否都应考虑安全防爆 为什么 Q 不是 现场的所有仪表应考虑安全防爆 非危险场所的仪表则不一定要防爆 现场仪表与 非危险场所 包括控制室 之间必须经过安全栅 不是 现场的所有仪表应考虑安全防爆 非危险场所的仪表则不一定要防爆 现场仪表与 非危险场所 包括控制室 之间必须经过安全栅 19 安全栅在安全防爆系统中的主要作用是什么 简单齐纳式安全栅有何缺点 它是如何改 进的 安全栅在安全防爆系统中的主要作用是什么 简单齐纳式安全栅有何缺点 它是如何改 进的 Q 1 参教材 参教材P104 2 参教材参教材P105 3 参教材 参教材P105 2 综合练习题 综合练习题 2 已知某比例微分调节器的传递函数为 已知某比例微分调节器的传递函数为 2 1 1 1 OD D OD D VT sa T VK s K 试求单位阶跃输入作用下的输 出响应表达式 画出响应曲线 试求单位阶跃输入作用下的输 出响应表达式 画出响应曲线 Q 单 位 阶 跃 输 入 的 拉 氏 变 换 单 位 阶 跃 输 入 的 拉 氏 变 换 1 1 O V s 在 阶 跃 输 入 作 用 下 的 输 出 拉 氏 变 换 为 在 阶 跃 输 入 作 用 下 的 输 出 拉 氏 变 换 为 2 111 1 1 DD O DD DD DD T sT saa V TT sKK sss KK 对其取拉氏反变换 可得 对其取拉氏反变换 可得 2 1 1 D D K T OD D t a vtKe K 第 4 章第 4 章 P139 1 基本练习题 基本练习题 1 什么是被控过程的特性 什么是被控过程的数学模型 为什么要研究过程的数学模型 什么是被控过程的特性 什么是被控过程的数学模型 为什么要研究过程的数学模型 目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种 目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种 Q 1 被控过程的特性 被控过程输入量与输出量之间的关系 被控过程的特性 被控过程输入量与输出量之间的关系 2 被控过程的数学模型 被 控过程的特性的数学描述 即过程输入量与输出量之间定量关系的数学描述 被控过程的数学模型 被 控过程的特性的数学描述 即过程输入量与输出量之间定量关系的数学描述 3 研究过程的 数学模型的意义 是控制系统设计的基础 是控制器参数确定的重要依据 是仿真或研究 开 发新型控制策略的必要条件 是设计与操作生产工艺及设备时的指导 是工业过程故障检测与 诊断系统的设计指导 研究过程的 数学模型的意义 是控制系统设计的基础 是控制器参数确定的重要依据 是仿真或研究 开 发新型控制策略的必要条件 是设计与操作生产工艺及设备时的指导 是工业过程故障检测与 诊断系统的设计指导 4 主要方法 机理演绎法 试验辨识法 混合法 主要方法 机理演绎法 试验辨识法 混合法 2 响应曲线法辨识过程数学模型时 一般应注意哪些问题 响应曲线法辨识过程数学模型时 一般应注意哪些问题 Q 试验测试前 被控过程应处于相对稳定的工作状态 相同条件下应重复多做几次试验 分 别作正 反方向的阶跃输入信号进行试验 每完成一次试验后 应将被控过程恢复到原来的工 况并稳定一段时间再做第二次试验 输入的阶跃幅度不能过大也不能过小 试验测试前 被控过程应处于相对稳定的工作状态 相同条件下应重复多做几次试验 分 别作正 反方向的阶跃输入信号进行试验 每完成一次试验后 应将被控过程恢复到原来的工 况并稳定一段时间再做第二次试验 输入的阶跃幅度不能过大也不能过小 4 图 图4 30所示液位过程的输入量为所示液位过程的输入量为q1 流出量为 流出量为q2 q3 液位 液位h为被控参数 为被控参数 C为容量系 数 并设 为容量系 数 并设R1 R2 R3均为线性液阻 要求 均为线性液阻 要求 1 列写该过程的微分方程组 列写该过程的微分方程组 2 画出该过程框 图 画出该过程框 图 3 求该过程的传递函数 求该过程的传递函数G0 s H s Q1 s Q 1 微分方程组 微分方程组 123 2 2 3 3 d h qqqC dt h q R h q R 2 过程框图 过程框图 3 传递函数 传递函数 01 23 1 11 G sH sQ s Cs RR 5 某水槽水位阶跃响应的试验记录为 某水槽水位阶跃响应的试验记录为 t s 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 h mm 0 9 5 18 33 45 55 63 78 86 95 98 其中阶跃扰动量其中阶跃扰动量u 为稳态值的为稳态值的10 1 画出水位的阶跃响应标幺值曲线 画出水位的阶跃响应标幺值曲线 2 若该水位对象用一阶惯性环节近似 试确定其增益 若该水位对象用一阶惯性环节近似 试确定其增益K 和时间常数和时间常数T Q 1 阶跃响应标幺值 阶跃响应标幺值 0 98 y ty t y t y 图略 图略 2 一阶惯性环节传递函数 一阶惯性环节传递函数 0 0 1 K G s T s 又 又u 10 h 9