期末考试过程控制计算题

计算及问答题1．某换热器温度控制系统(设定值为100℃），在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线以以下图。分别求出衰减比、最大误差、余差、过渡时间和振荡周期（按±3％稳态值来确定过渡时间).温度℃130110105100O820t(min)解：衰减比ψ=1B21(130105)0.8B1(110105)y(tp)y( )100%130105100%23.8%最大误差A，即超调量σ=y()105余差C=│y﹙∞﹚－y﹙0﹚│=105－100=5过渡时间ts=27min，（计算稳态值的±3％,即102或108，用尺子量后估计出时间）振荡周期，时间作衰减振荡，所以振荡周期T=20－8=12min，（两个波峰的时间差)2．已知某被控过程的数学模型为U(s)KE(s)Ts1应用前向差分法，求关于u（k）和e(k)的差分方程。参照计算控制课本p129解：U(s)?(Ts1)K?E(s)Ts?U(s)U(s)K?E(s)du(t)Tdtu(t)Ke(t)du(t)u(k1)u(k)设采样周期为TS，代入dtTSTT(u(k1)u(k))u(k)Ke(k)Su(k)TTTu(k1)TTSTKe(k)SS3．一台仪表的测温范围为100～550℃,绝对误差的最大值为2℃,求这台仪表的相对误差。2100%0.44%解：δ=550100

第页4．某一标尺为0~500℃的温度计出厂前经校验，其刻度标尺各点测量结果值分别为：被校表读数0100200300400500标准表读数01031983034064951）求出仪表最大绝对误差值；2）确定仪表的赞同误差及精确度等级；3）仪表经过一段时间使用后,重新校验时,仪表最大绝对误差为±8℃，问该仪表可否还吻合出厂时的精确度等级。解:（1)最大绝对误差值为6。100%1.2%1.5%2)仪表精度δ=5000所以赞同误差为±1.5%，仪表精度等级为1。5级.8100%1.6%1.5%(3）使用一段时间后的精度为δ=5000所以不吻合出厂时的精确度等级。5．以以下图所示液位控制系统中，被控过程物料的输入量和输出量是什么？控制系统的（1)被控变量、（2)控制变量、(3）主要扰动、(4）输入信号、（5）输出信号各是什么？此题需特别注意！！Q1解：被控过程物料的输入量时水的流量Q1，输出量是水的流量Q2；LTLC被控变量是液位H；控制变量是流量Q2；（开关在这里，控制排水量，而不是入水

Q2量）主要扰动是流量Q1；6．图所示液位过程的输入量为q，流出量为q、q,液位h为被控参数,C为容量系数，设R1231、R、R为线性液阻,求：23(1）列出液位过程的微分方程组；（2)画出液位过程的框图；(3）求液位过程的传达函数W（s)=H(s)/Q(s）01q2hq3hRR3R1q1(1)2qq2qCdh13dth1R2R3(3)W0(s)=CR2R3sR2R3q3R3R2q2C(2)1R3Q3(s)_+_1Q1(s)CsH(s)Q2(s)1R2(3)做拉氏变换Q1(s)H(s)H(s)CsH(s)R2R3W0(s)H(s)R2R3Q1(s)CR2R3sR2R37．用动向特点参数法整定单回路控制系统调治器参数时，测得过程的τ＝8s，T=80s，自平衡率ρ＝1，当调治器分别采用P、PI、PID控制规律时，求ψ＝0。75，调治器整定的参数解:由于T80.1,故应用表中T0.2时的公式计算。80（1）比率调治比率度1T0.1（2）比率积分调治比率度1.11T0.11积分时间TI3.326.4s（3）比率积分微分调治比率度0.851T0.085积分时间TI216s微分时间TD0.54s某热交换器图5.1所示，用蒸汽将进入其中的冷水加热到必然的温度，生产工艺要求热水温度保持定值（t±1℃)，试设计一个单回路控制系统，并说明该控制系统的基本工作原理,系统的被控变量、控制量和主要扰动量是什么及采用的控制算法。8。某前馈控制系统框图以以下图，试经过推导解析，前馈控制器W1（s)、过程扰动通道传递函数W2（s)和过程控制通道传达函数W3（s)满足什么关系时，能够实现对扰动的全补偿？解：参照计算机控制p38。求传达函数Y(s)/F(s)，然F(s)后令分子等于0，即W1(s)Y(s)W2W1W3W3(s)F(s)1????++Y(s)X(s)+_Wc(s)W3(s)++W2W1W30Wf(s)F(s)W2(s)++Y(s)W1(s)+W3(s)_Wf(s)Wc(s)9.某液位过程的阶跃响应实验测得以下数值t/s01020406080100140180250300400500600h/mm000。20.82。03。65。48.811。814.416.618.419。219.6当其阶跃扰动量为△μ=20%时，求：（1）画出液位过程的阶跃响应曲线；（2）该过程用一阶加滞后环节近似描述，确定液位过程的K0，T0,τ。参照课本p136,作业2-13，(一模一样）解：（1）由实验数据，液位过程的阶跃响应曲线以以下图：(2)取yY19.619.6,则K020%取yt10.39，yt20.63，由

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yt在图上获取t1126,t2195代入式中，得T02(t2t1)1382t1t257校验数据：当t3时,即t357，yt30.0930当t4(0.8T)167.4时，yt40.5420.550当t5(2T)333时，yt0.8770.86505W0(s)K0s98e57s所以该液位过程近似为：T0s1e138s1h0120(mm)02010、在蒸汽锅炉运行过程中，必定满足汽—水平衡关系，汽包水位是一个十分重要的指标。当液位过低时,汽包中的水易被烧干惹起生产事故，甚至会发生爆炸。（1)试设计一个液位的简单控制系统，在图中画出控制方案图。（2)确定调治阀的气开、气关形式,并说明原因.3）确定调治器的正、反作用方式，必定有详细的解析过程。（4）画出该控制系统的方框图。11、在某生产过程中，经过加热炉对冷物料加热，依照工艺要求，需对热物料出口温度进行严格控制。对系统解析发现，主要扰动为燃料压力颠簸。（1）试设计一个热物料出口温度的串级控制系统，在图中画出控制方案图。(2)画出该控制系统方框图。（3）为保证设备安全,炉温不能够过高,确定调治阀的气开、气关形式。（4）确定两台调治器的正反作用方式,必定有详细的解析过程。（5)确定两台调治器应选择什么调治规律。12、右图为一个加热器控制系统，经过将进料（流体)与蒸汽进行换热达到对物料(流体)进行加热的目的，希望出料(流体）温度恒定.其中已知进料(流料)流量（qv)为最主要的搅乱。（1）试采用合适的的控制方案，说明原因,并画出控制系统框图和结构图。（2）为保证设备安全，出料温度不能够过高,确定调治阀的气开、气关形式。确定调治器的正反作用以及应选择什么调治规律。13、右以下图所示的氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液温度恒定。为保证氨冷器内有一定的汽化空间,防备液氨带入冰机造成事故，采用温度――液位串级控制。1)此串级控制系统的主副被控变量各是什么?2）试设计一温度—－液位串级控制系统,完成该控制方案的结构图(立刻图示的氨冷器控制系统表示图补充完满）；3）试画出温度――液位串级控制系统控制框图;4)确定气动调治阀的气开气关形式，并说明原因;确定主副调治器的正反作用。气氨铜液LTTTTCLC液氨14、一个以以下图的换热器，用蒸汽将进入其中的冷水加热到必然温度,生产工艺要求热水温度保持恒定（Δθ≤±1℃）.试设计一简单温度控制系统，画出其方框图,并确定调治阀的气开、气关形式和调治器的正、反作用方式,指出调治器应选择什么调治规律?15.某台测温仪表的测温范围为200~700℃，仪表的最大绝对误差为±4℃，试确定该仪表