过程控制与自动化仪表-第三版-课后答案.docxVIP

PAGE18过程控制与自动化仪表

第1章思考题与习题

1．基本练习题

（1）简述过程控制的特点。

答：

1．控制对象复杂、控制要求多样

2．控制方案丰富

3．控制多属慢过程参数控制

4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式

5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成

（2）什么是过程控制系统？试用方框图表示其一般组成。

答：

过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

过程控制系统的一般性框图如图1-1所示：

图1-1过程控制系统的一般性框图

（3）单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？

答：

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0.02~0.1MPa；电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5VDC。

2）数字式仪表的信号：无统一标准。

（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。

答：

加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示：

图1-2加热炉过程控制系统流程

图1-3加热炉过程控制系统流程方框图

（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？

答：

1）单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。

2）各自定义为：

衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n；

超调量：第一个波峰值与最终稳态值y（）之比的百分数：

最大动态偏差A：在设定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度；

静差，也称残余偏差C：过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y（）与设定值之间的偏差C称为残余偏差，简称残差；

调节时间：系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的（）范围内所需要的时间；

振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；

上升时间：系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间；

峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。

（6）误差积分指标有什么缺点？怎样运用才较合理？

答：

误差积分指标存在的缺点是不能保证控制系统具有合适的衰减率。因此，通常先确定衰减率，然后再考虑使某种误差积分为最小。

（7）简述过程控制系统的设计步骤。

答：

过程控制系统设计的主要步骤：

1.确定控制目标；

2．选择被控参数；

3.选择控制量；

4.确定控制方案；

5.选择控制策略；

6.选择执行器；

7.设计报警和联锁保护系统；

8.系统的工程设计；

9．系统投运、调试和整定调节器的参数。

（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。

答：

过程控制系统按结构不同主要分为三类：

1.反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。

2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。

3.前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够使被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。

图1-8设定值干扰的过渡过程曲线示意图

答：

1）由上图可得y(∞)=81℃，设定值r=80℃,B1=85?81=4,B2=82?81=1

稳态误差e(∞)=r?y(∞)=80℃-81℃=?1℃

衰减比：，

最大超调量：

过渡过程时间ts：大概在18min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80℃，而最后趋于稳定的值却为81℃，因此不满足工艺要求。

（4）图1-9所示为一类简单锅炉汽泡水位控制流程图，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？

图1-9锅炉汽泡水位控制流程图

答：

1）控制系统框图如图1-10所示：

图1-10锅炉汽泡水位控制框图

2）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。

3．设计题

（1）举出你所见到的过程控制系统的实例，并指明其被控过程、被控参数、控制参数（或控制介质）、干扰作用，画出其控制流程图和系统方框图。

略

（2）试举你所见到的前馈-反馈复合控制系统的实例，画出其控制流程图和系统方框图。

略

第2章思考题与习题

1．基本练习题

（1）简述过程参数检测在过程控制中的重要意义以及传感器的基本构成。

答：

1）过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、成分等工艺参数进行控制，使其保持为定值或