期末考试过程控制计算题

第1页计算和论文问题1.阶跃扰动下换热器温控系统(设定值为100)的过渡过程曲线如图所示。分别计算衰减比、最大偏差、残差、过渡时间和振荡周期(过渡时间由3%稳态值决定)。解决方案：衰减比=最大偏差a，即过冲=残差c=y - y(0)=105-100=5转换时间ts=27分钟(计算稳态值的3%，即102或108，用直尺测量后估算时间)振荡周期，时间为衰减振荡，因此振荡周期t=20-8=12 min，(两个峰值之间的时间差)2.众所周知，受控过程的数学模型是前向差分法用于求解u(k)和e(k)的差分方程。参考计算控制教科书p129解决方案：将采样周期设置为TS，并将其替换为3.仪器的温度测量范围为100 550，最大绝对误差为2。计算这台仪器的相对误差。解决方案：=4.一个0 500的温度计在出厂前已经校准过了。比例尺上各点的测量结果如下：校准仪表的读数0100200300400500标准仪表读数0103198303406495(1)找出仪器的最大绝对误差值；(2)确定仪器的允许误差和准确度等级；(3)仪器使用一段时间后，重新检查时，仪器的最大绝对误差为8。询问仪器是否仍符合工厂的精度水平。解决方法：(1)最大绝对误差值为6。(2)仪器精度=因此，允许误差为1.5%，仪器的精度等级为1.5。(3)使用一段时间后的精度为=因此，它不符合工厂的精度水平。5.在下图所示的液位控制系统中，受控过程材料的输入和输出是什么？控制系统的(1)受控变量、(2)操纵变量、(3)主要干扰、(4)输入信号和(5)输出信号是什么？这个话题需要特别注意！解决方案：当受控过程物料的输入量为水流Q1时，输出量为水流Q2；(1)被控变量为液位H；(2)操纵变量是流量Q2；(开关在这里是用来控制排量，而不是流入量)(3)主要扰动是Q1流；(4)输入信号是液位的给定值；(5)输出信号是液位h6.图中液位过程的输入量为q1，流出量为q2和q3，液位H为控制参数，C为容量系数，R1、R2和R3为线性液体阻力。计算：(1)列出液位过程的微分方程；(2)绘制液位过程框图；(3)找到液位过程的传递函数W0(s)=H(s)/Q1(s)(1)(3) W0(s)=(2)(3)做拉普拉斯变换7.当用动态特性参数法调整单回路控制系统的调节器参数时，被测过程=8s，T=80s，自平衡率=1。当调节器分别采用P、PI和PID控制律时，计算=0.75，并确定调节器设定的参数。解决方案：因此，表中的时间公式用于计算。(1)比例调整比例带(2)比例积分调整比例带积分时间(3)比例积分微分调节比例带积分时间速率时间如图5.1所示的热交换器，蒸汽用于将进入热交换器的冷水加热到一定温度。生产过程要求热水温度保持恒定值(t1)，并设计了单回路控制系统。阐述了控制系统的基本工作原理，系统的被控变量、控制变量和主要干扰变量是什么，以及选择的控制算法。8.图中显示了前馈控制系统的框图。通过推导和分析，当前馈控制器W1(s)、过程扰动通道传递函数W2(s)和过程控制通道传递函数W3(s)满足任何关系时，可以实现扰动的完全补偿。解决方案：参考计算机控制p38。求传递函数Y(s)/F(s)，然后使分子等于0，即9.液位过程的阶跃响应实验解决方案：(1)根据实验数据，液位过程的阶跃响应曲线如图所示：(2)那么，拿着从图中选取，进入类型，获取验证数据：当时，也就是说，当时，当时，因此，液位过程大致为：10、在蒸汽锅炉运行过程中，必须满足汽水平衡关系，汽包水位是一个非常重要的指标。当液位过低时，汽包中的水容易干燥，造成生产事故甚至爆炸。(1)尝试设计一个简单的液位控制系统，并在图中画出控制方案图。(2)确定调节阀的气体开关形式，并说明原因。(3)要确定调节器的正负反应模式，必须有详细的分析过程。(4)绘制控制系统框图。11.在生产过程中，冷材料由加热炉加热。根据工艺要求，需要严格控制热物料的出口温度。系统分析表明，主要干扰是燃油压力波动。(1)尝试设计热料出口温度串级控制系统，并在图中画出控制方案图。(2)绘制控制系统框图。(3)为保证设备的安全，炉温不应过高，调节阀的开、关形式应确定。(4)要确定两个调节器的正、负作用模式，必须有详细的分析过程。(5)确定两个监管机构应选择哪种监管规则。12.右图显示了加热器控制系统。加热材料(流体)的目的是通过进料(流体)和蒸汽之间的热交换来实现的。希望排放(流体)的温度保持不变。其中，已知进料(流)流()是最重要的干扰。(1)尽量选择合适的控制方案，说明原因，并画出控制系统框图和结构图。(2)为保证设备的安全，排放温度不应过高，调节阀的开、关形式应确定。确定监管者的正面和负面影响，以及应该选择什么样的监管规则。13.对于右下图所示的氨冷却器，液氨用于冷却铜液，出口铜液温度要求恒定。为了保证氨冷却器内有一定的汽化空间，避免液氨进入冰冷却器造成事故，采用了温度-液位串级控制。1)这个串级控制系统的主要和次要控制变量是什么？2)尝试设计一个温度-液位串级控制系统，完成控制方案的结构图(图中氨冷却器控制系统的原理图将全部补充)；3)尝试绘制温度-液位串级控制系统的控制框图；4)确定气动调节阀的启闭形式，并说明原因；5)确定主调节器和辅助调节器的正负效应。14.如图所示的热交换器使用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定温度。生产过程要求热水温度保持恒定(1)。尝试设计一个简单的温度控制系统，画出它的框图，确定调节阀的开、关气形式和调节器的正反反应方式，并指出调节器应选择什么调节规则。15.温度测量仪的温度测量范围为200700，仪器的最大绝对误差为4。尝试确定仪器的允许