集散系统阶段练习二

集散系集散系统阶统阶段性段性练习练习 2 第三章 第三章 第四章 第四章 一 填空题一 填空题 1 集散控制系统性能评估的指标有可靠性可靠性 可可组态组态性性 实时实时性性和 经济经济性性 等 2 衡量集散控制可靠性的指标有可靠度可靠度 MTBF MTTF 和失效率失效率等 3 为了提高集散控制系统的实时性 对减少无效通信量常采取的措施有例外例外报报 告告 广播式通信广播式通信和压缩压缩数据的包装数据的包装等 4 横河公司对集散系统的可靠性设计提出三个准则 分别是 系系统统运行不受故运行不受故 障影响的准障影响的准则则 系系统统不易不易发发生故障的准生故障的准则则和迅速排除故障的准迅速排除故障的准则则 5 在集散控制系统 常采用冗余结构的部件或系统有供供电电系系统统 过过程控制装程控制装 置置 通信系通信系统统 和操作站操作站等 至少列出 3 个 6 对于扰动可测 不可控 扰动变化频繁且幅值较大的场合宜采用前前馈馈控制控制 哪类控制算法构成的系统 7 生产过程中的被控变量有时不能直接测量 如果扰动也不能直接测得 则应 采用推断控制推断控制 哪类控制算法构成的系统 8 针对一个生产装置的控制回路之间存在相互关联 相互耦合的存在 常采用 解耦控制解耦控制 来减少和解除耦合 哪类控制算法构成的系统 9 系统数学模型参数未知 常采用自适自适应应控制控制通过相应地改变控制器的参数 以适应系统特性的变化 从而可以保证系统的性能 哪类控制算法构成的系统 10 离散 PID 控制算法包括位置算法位置算法 增量算法增量算法和速度算法速度算法等三种算法 11 在集散系统的评估过程中常采用的方法有偏离表法偏离表法 和矩矩阵阵表法表法 12 假设单机系统的可靠度是 99 9 那用这样的系统组成冗余的双机系统 其可靠度可达到 99 9999 二 选择题二 选择题 1 下面属于衡量 DCS 系统的性能指标有 可靠性 分散性 可组态性 实时性 2 衡量 DCS 系统可靠性的指标有 可靠度 MTBF 失效率 故障率 有效度 3 提高集散控制系统可靠性的措施有 冗余设计技术 系统运行不易发生故障的设计 提高系统的自诊断 功能 采用专门的诊断 检修设备 4 集散控制系统的操作功能包括 过程显示功能 过程组态功能 过程画面调用功能 过程操作 功能 5 在集散控制系统中 为了满足过程控制的要求 常设计出一些包含子功能的 专用的功能模块 而子功能的有无则通过设置功能模块的 来确定 功能参数 连接参数 系统参数 设置参数 6 在 DCS 中为了减少无效通信量常采用的措施有 减少网络通信的吞吐量 例外报告 改进数据的包装 采用广 播式的发送方式 7 集散控制系统常用的控制算法有 PID 前馈控制 串级控制 选择控制 8 在离散 PID 控制算法中常采用三种形式 分别是 位置算法 增量算法 减量算法 速度算法 9 在 DCS 中组态操作通常包括 系统组态 控制组态 画面组态 操作组态 10 日本横河公司对集散系统的可靠性设计提出了三个准则 分别是 系统运行不受故障影响 系统不易发生故障 采用标准化产品 迅速排除故障 三 简答题三 简答题 1 已知某连续系统的控制器的传递函数为 D s s s 1 0 18 0 1 用计算机数字实现时 采样周期设定为 T 1s 写出增量型 PID 算法的表达 式 答 答 D s 1 8 10 18 0 1 s s s1 0 1 与控制器的理想 PID 表达式比较 1 1 sT sT Kp sE sU D I 得 Kp 1 8 Kp TI 1 0 1 TD 0 解得 Kp 1 8 TI 0 18s 最后得增量型 PID 算法的表达式为 2 简述前馈控制系统的设计思想 以及为什么前馈要与反馈结合起来使用 答 前答 前馈馈控制系控制系统统是根据是根据扰动扰动来来调节调节的开的开环环控制系控制系统统 其特点是当 其特点是当扰动产扰动产生后 生后 被控被控变变量量还还未未发发生生变变化之前 根据化之前 根据扰动扰动作用大小作用大小进进行行调节调节 以 以补偿扰动补偿扰动作用作用对对被被 控控变变量的影响 特量的影响 特别别适合适合扰动扰动可可测测 不可控 不可控 扰动频扰动频繁且幅繁且幅值较值较大的大的场场合 合 0 fd Y sGsGs G s F s 0 0 fd GsGs G s 在扰动 f的作用下 输出y的偏差等于0 从以上前从以上前馈馈控制装置的控制装置的传递传递函数形式表明其与被控函数形式表明其与被控对对象的模型有很大关系 象的模型有很大关系 1 2 1 2 1 1 8 1 0 18 1 8 1 10 TTd u nKp e ne ne ne ne ne n TiT e ne ne n e ne ne n Gf Gd G0 F Y 0 f d Gs Gs G s 而且与而且与扰动扰动的数量有关 在的数量有关 在实际实际工工业过业过程中 要程中 要获获得精确的数学模型是十分困得精确的数学模型是十分困难难 的 而且的 而且扰动扰动也往往不止特定的一种或数种 因此也往往不止特定的一种或数种 因此为为了保了保证证有更大的适有更大的适应应性 要性 要 求前求前馈馈控制与反控制与反馈馈控制相控制相结结合 前合 前馈馈克服主要克服主要扰动扰动的影响 而反的影响 而反馈馈控制克服其余控制克服其余 扰动扰动及前及前馈补偿馈补偿不完全部分 不完全部分 这样这样在大而在大而频频繁的繁的扰动扰动下 仍然能下 仍然能获获得得优优良的控制良的控制 品品质质 3 简述离散 PID 控制的优缺点 为什么与等效参数下的连续 PID 相比会产生控 制性能的差异 答 答 1 对对离散离散 PID 控制来控制来说说 P I D 三种控制作用是独立的 没有控制器参三种控制作用是独立的 没有控制器参 数之数之间间的关的关联联 2 离散 离散 PID 控制的参数不受硬件的制控制的参数不受硬件的制约约 可以在更大范 可以在更大范围围内内设设置 置 3 采用离散 采用离散 PID 控制 引入了采控制 引入了采样样周期周期 这样这样会会产产生一个生一个的滞后的滞后环环TsT 2 s 节节 使控制品 使控制品质变质变差 也因此差 也因此导导致在等效参数情况下 不如致在等效参数情况下 不如连续连续 PID 的控的控 制性能制性能 4 试以串 并联为例来分析系统结构给系统可靠度带来的影响 答 答 1 串 串联联系系统统的可靠性的可靠性 若每个子系若每个子系统统的可靠度分的可靠度分别为别为 那么串 那么串联联系系统统的可靠度的可靠度为为 1 i R in 123 1 n sni i RR R RRR 在串在串联联系系统统中 任一子系中 任一子系统统失效都将失效都将导导致整个系致整个系统统的失效 的失效 若每个子系若每个子系统统的可靠度分的可靠度分别为别为 那么并 那么并联联系系统统的可靠度的可靠度为为 1 i R in 12 1 1 1 1 1 1 1 n sni i RRRRR 在并在并联联系系统统中 只要有一个子系中 只要有一个子系统统正常工作 那么整个系正常工作 那么整个系统统就能正常工作 就能正常工作 5 集散控制系统中采用哪些措施来提高实时性 答 系答 系统统的的实时实时性主要与通信速率 媒体存取控制 减小无效通信率 性主要与通信速率 媒体存取控制 减小无效通信率 实时实时控制控制 的数据的数据结结构和多任构和多任务应务应用等因素有关 因此从用等因素有关 因此从这这几个方面采取以下措施可以提几个方面采取以下措施可以提 高高实时实时性 性 1 选选用用较较高通信速率的集散系高通信速率的集散系统统 2 采用合适的媒体存取控制方式 采用合适的媒体存取控制方式 3 减小无效通信量 减小无效通信量 4 采用如分布式数据 采用如分布式数据库结库结构构实时实时控制的数据控制的数据结结构和多任构和多任务应务应用用软软件 件 四四 组态题组态题 1 以 TPS 系统为例完成一个单回路 PID 控制系统的组态至少要使用哪些功能模 块 画出组态的框图 答 完成一个答 完成一个单单回路回路 PID 控制系控制系统统的的组态组态至少需要 至少需要 输输入入 输输出模出模块块和和 PID 模模块块 五 论述题五 论述题 试述集散控制系统可靠性设计的准则有哪些 提高集散控制系统的可靠性可 采取哪些措施 答 答 DCS 的可靠性是的可靠性是评评估集散系估集散系统统的一个重要性能指的一个重要性能指标标 除了系 除了系统统制造制造时应该时应该 保保证证符合符合设计设计要求外 要求外 还还可以从可靠性可以从可靠性设计设计和和维维修性两个方面修性两个方面进进行分析 在可靠行分析 在可靠 性性设计时设计时一般遵循下列准一般遵循下列准则则 1 有效地利用以前的 有效地利用以前的经验经验 2 尽可能减少零件件数 尤其是故障率高的零件数 尽可能减少零件件数 尤其是故障率高的零件数 3 采用 采用标标准化的准化的产产品 品 4 检查检查 调试调试和互和互换换容易容易实现实现 5 零件互 零件互换换性好 性好 6 可靠性特殊 可靠性特殊设计设计方法 如可靠度合理分配 冗余方法 如可靠度合理分配 冗余设计设计等 等 提高集散系提高集散系统统主要从硬件和主要从硬件和软软件两个方面着手 提高集散系件两个方面着手 提高集散系统统硬件可靠性的硬件可靠性的 措施可从下面几个方面考措施可从下面几个方面考虑虑 1 冗余 冗余结结构构设计设计 冗余 冗余结结构构设计设计可以保可以保证证系系统统运行运行时时不受故障的影响 不受故障的影响 设计设计 冗余冗余结结构的范构的范围应围应与系与系统统的可靠性要求 自的可靠性要求 自动动化水平以及化水平以及经济经济性一起考性一起考虑虑 为为了了 便于多便于多级级操作 操作 实现实现分散控制 集中管理的目分散控制 集中管理的目标标 在集散系 在集散系统统的的应应用用时时 越是 越是处处 于下于下层层的部件 装置或系的部件 装置或系统统越需要冗余 而且冗余度也越高 一般越需要冗余 而且冗余度也越高 一般对过对过程控制装程控制装 置 供置 供电电系系统统 通信系 通信系统统等都需采用合适的冗余等都需采用合适的冗余结结构 构 2 不易 不易发发生故障的硬件生故障的硬件设计设计 为为了提高使用寿命 可从下面几个方面考了提高使用寿命 可从下面几个方面考虑虑硬硬 件的件的设计设计和系和系统统的的选选型 型 对对于运于运动动部件多部件多选选用用电电子元器件 而子元器件 而对对接插卡件接插卡件则则考考虑虑 计计算机控制的自算机控制的自动动流水流水线线上通上通过过先先进进的制造工的制造工艺艺生生产产的卡件 另外的卡件 另外对电对电路路优优化化设设 计计采用大采用大规规模和超大模和超大规规模的集成模的集成电电路芯片 尽可能减少路芯片 尽可能减少焊焊接点 接点 3 迅速排除故障的硬件 迅速排除故障的硬件设计设计 为为了迅速排除故障 减小了迅速排除故障 减小 MTTR 除了具有足 除了具有足够够的的备备品品备备件以及提高件以及提高维维修人修人 员员技能外 在硬件技能外 在硬件设计设计方面可采取下述措施 自方面可采取下述措施 自诊诊断 通常由硬件和断 通常由硬件和软软件共同来件共同来 完成自完成自诊诊断功能 采用易断功能 采用易检检修 更修 更换换 不易 不易发发生故障的硬件生故障的硬件设计设计 制造 制造专专用的用的诊诊断断 和和检检修修设备设备以及具有良好的售后服以及具有良好的售后服务务和足和足够够的的备备品品备备件 件 提高集散系提高集散系统软统软件可靠性的措施主要从下面几个方面考件可靠性的措施主要从下面几个方面考虑虑 1 分散 分散结结构构设计设计 把整体的 把整体的软软件件设计设计分散成个子系分散成个子系统统的的设计设计 各自独立 又 各自独立 又 共享共享资资源 源 这这种分散种分散结结构的构的软软件件设计设计既有利于既有利于设计设计工作的开展也有利于工作的开展也有利于软软件的件的 调试调试 2 容 容错设计错设