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《过程控制系统》复习题


过程控制系统复习题 一.选择题(每题 2 分,共 10 题,共 20 分) 1.过程控制系统由几大部分组成,它们是:( C A.传感器、变送器、执行器 )

B.控制器、检测装置、执行机构、调节阀门 D. 控制器、检测装置、执行器 )。 D. 被控对象 )为好,主、副回路恰能发挥

C. 控制器、检测装置、执行器、被控对象

2. 在简单控制系统中,接受偏差信号的环节是( B A .变送器 B. 控制器, C. 控制阀

3. 串级控制系统主、副对象的时间常数之比,T01/T02=( 其优越性,确保系统高质量的运行。 A. 3~10 B. 2~8 C. 1~4 D. 1~2

4. 过渡过程品质指标中,余差表示( )。 A.新稳态值与给定值之差 B.测量值与给定值之差 C.调节参数与被调参数之差 D.超调量与给定值之差 5.PID 调节器变为纯比例作用,则( )。 A. 积分时间置∞、微分时间置∞ B. 积分时间置 0、微分时间置∞ C. 积分时间置∞,微分时间置 0 D. 积分时间置 0,微分时间置 0 6.( )在阀芯行程比较小时,流量就比较大,随着行程的增加,流量很快地达到最大。 A. 快开流量特性 B. 线性流量特性 C. 抛物线流量特性 D. 等百分比流量特性 7.闭环控制系统是根据( )信号进行控制的。 A.被控量 B.偏差 C.扰动 D.给定值 8.衡量控制准确性的质量指标是( )。 A.衰减比 B.过渡过程时间 C.最大偏差 D.余差 9.对象特性的实验测取常用的方法是( )。 A.阶跃响应曲线法 B.频率特性法 C.比例积分法 D.最小二乘法 10.用于迅速启闭的切断阀或两位式调节阀应选择( )的调节阀。 A.快开特性 B.等百分比特性 C.线性 D.抛物线特性 11.调节具有腐蚀性流体,可选用( )阀。 A.单座阀 B.双座阀 C.蝶阀 D.隔膜阀 12.调节阀接受调节器发出的控制信号,把( )控制在所要求的范围内,从而达到生产过 程的自动控制。 A. 操纵变量 B.被控变量 C. 扰动量 D. 偏差 13.串级调节系统主调节输出信号送给( )。 A.调节阀 B.副调节器 C. 变送器 D. 主对象 14.在阶跃扰动作用下,过程控制系统的过渡过程出现的形式如下,( )是一种稳定控制 系统 A.发散振荡过程 B.等幅振荡过程 C.衰减振荡过程 D.非振荡发散过程 15. 串级控制系统参数整定步骤应为( )。 A. 先主环,后副环 B.先副环后主环 C.只整定副环 D.没有先后顺序 16. 引起被调参数偏离给定值的各种因素称( )。 A.调节 B.扰动 C.反馈 D.给定

17.依据所测物理量的不同, 控制系统可分为( )。 A.压力控制系统、物位控制系统、流量控制系统、温度控制系统等 B.指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等 C.离散型和连续型 D.以上都不对 18.在简单的控制系统中,扰动主要针对( )环节。 A.测量变送 B.控制器 C.控制阀 D.被控对象 19.经验凑试法的关键是“看曲线,调参数”。在整定中,观察到曲线最大偏差大且趋于非周 期过程时,需把比例度( )。 A. 增大 B.减少 C.减到最小 D.置 0 20.选择被控变量的首要原则是( )。 A.直接质量指标 B.间接质量指标 C.灵敏度高的变量 D.容易测量的变量。 21. 某单回路反馈控制系统,控制器采用 PID 器,欲减小系统的余差,可以采取如下措施 ( ) A.增大比例系数 B.增大积分常数 C.A、B 均可 D.减小比例系数。 22.对于一阶对象特性,通常可以用( A )来表示。 A. 放大倍数 K、时间常数 T B. 放大倍数 K、滞后时间 τ C. 时间常数 T、滞 后时间 τ D. 放大倍数 K、时间常数 T、滞后时间 τ 23.开关量的输出一般不用于控制( B )。 A.报警器 B.调节阀 C.指示灯 D.继电器 24.流量、压力调节系统的调节规律,通常选用(A) 。 A. PI B. PD C. PID 25.要消除系统的稳态误差,调节系统的调节规律,通常选用(A) 。 A. PI B. PD C. P D. 以上都不对 26.温度调节系统的调节规律,通常选用(C) 。 A. PI B. PD C. PID D. 以上都不对 27. 某控制系统采用比例积分作用调节器。 某人用先比例后加积分的凑试法来整定调节器的 参数。若比例带的数值已基本合适,在加入积分作用的过程中,则( B ) 。 A. 应适当减小比例带 B. 应适当增加比例带 C. 无需改变比例带 28.调节系统中调节器正、反作用的确定是根据(B) : A.实现闭环回路的正反馈 B.实现闭环回路的负反馈 C.系统放大倍数 恰到好处 D.生产的安全性。 29. 串级控制系统参数整定步骤应为( B ) 。 A. 先主环,后副环 B. 先副环后主环 C. 只整定副环 D. 没有先后顺序 30.19. 不是描述对象特性的参数有(A ) 。 A. t B. T C. K D. τ 31. 16. 控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫作( B ) 。 A. 负反馈 B.正反馈 C.前馈 D.回馈 32. 经验凑试法的关键是“看曲线,调参数” 。在整定中,观察到曲线振荡很频繁,需把比 例度( A )以减少振荡 A. 增大 B. 减少 C. 减到最小 D. 置 0 33. 经验凑试法的关键是“看曲线,调参数” 。当曲线最大偏差大且趋于非周期过程时,需 把比例度( B ) 。

A. 增大 B. 减少 C. 减到最小 D. 置 0 34.典型衰减振荡过程曲线最佳衰减比为( C ) 。 A. 4:1 B. 10:1 C. 4:1~10:1 D. 2:1~10:1 35. 双容对象特性与单容对象特性相比增加了( D ) 。 A. 纯滞后 B. 传送滞后 C. 测量滞后 D.容量滞后 二、判断题(每题 1 分,共 10 题,共 10 分) 1.对于 500℃以下的中、低温,热电偶输出的热电势很小,容易受到干扰而测不准。一般使 用热电阻温度计来进行中低温度的测量。 ()对 2. 热电阻的三线制接法:电阻测温信号通过电桥转换成电压时,热电阻的接线如用两线接 法,接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差,必须用三线接法。 ()对 3. 为了合理、经济使用仪表,仪表的量程不能选得太大,但为了保证测量精度,一般被测 压力的最小值不低于仪表满量程的 1/3 为宜。 ()对 4.控制仪表又称控制器或调节器。 ()对 5.对于惯性较大的对象,常常希望能加快控制速度,此时可增加微分作用。 ()对 6.微分作用能超前控制()对 7.目前最常用的安全栅是齐纳式安全栅安全栅和变压器隔离式安全栅。 ()对 8.响应曲线法属于闭环环整定方法。 ()错 9. 当对象的滞后较大,干扰比较剧烈、频繁时,采用简单控制系统往往控制质量较差,满足不了 工艺上的要求,这时,可考虑采用串级控制系统。 ()对 10、在燃烧比值控制系统中,燃料是从动量,空气是主动量。(错) 11.调节系统投运时,当调节器的测量值与设定值相等(即无偏差)时,就可进行手、自动 切换操作。(错) 12.串级调节系统可以用于非线性对象, 且负荷变化又较大的场合, 用于改善对象特性。 (对) 13.对一个系统总是希望能够做到余差小,最大偏差小,调节时间短,恢复快。 (对) 14.扰动量是作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。(错) 15. 过程控制系统中,需要控制的工艺设备(塔、容器、贮糟等)、机器称为被控对象。 (√) 16. 扰动量是作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。 (× ) 答案:扰动量是除操纵变量外作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。 17. 由调节器输出至被调参数间的所有环节称为干扰通道。 (× ) 答案:由调节器输出至被调参数间的所有环节称为调节通道。 18. 过程控制系统的偏差是指设定值与测量值之差。 (√) 19. 由控制阀操纵,能使被控变量恢复到设定值的物料量或能量即为操纵变量。 (√) 20. 按控制系统的输出信号是否反馈到系统的输入端可分为开环系统和闭环系统。 (√) 21. 在闭环控制系统中,按照设定值的情况不同,可分为定值控制系统、前馈控制系统、程 序控制系统。 (×)答案:在闭环控制系统中,按照设定值的情况不同,可分为定值控制系 统、随动控制系统、程序控制系统。 22. 在一个定值控制系统中,被控变量不随时间变化的平衡状态,也即被控变量变化率等于 零的状态,称为系统的动态。 (× )答案:在一个定值控制系统中,被控变量不随时间变化 的平衡状态,也即被控变量变化率等于零的状态,称为系统的静态,静态是一种相对静止状 态。 23. 对一个系统总是希望能够做到余差小,最大偏差小,调节时间短,回复快。 (√) 24. 时间常数越小,被控变量的变化越慢,达到新的稳态值所需的时间也越长。 (× ) 答案:时间常数越大,被控变量的变化越慢,达到新的稳态值所需的时间也越长。

25. 时间常数指当对象受到阶跃输入作用后,被控变量达到新稳态值的 63.2 %所需要的时 间。 (√) 26. 对干扰通道时间常数越小越好,这样干扰的影响和缓,控制就容易。 (× ) 答案:时间常数越大越好,这样干扰的影响和缓,控制就容易。 27. 放大倍数 K 取决于稳态下的数值,是反映静态特性的参数。 (√) 28. 对象特性放大系数 Κm 是动特性,时间常数 Tm 和滞后时间 τm 是测量元件和变送器的 静态特性。 (× ) 答案:对象特性放大系数 Κm 是静特性,时间常数 Tm 和滞后时间 τm 是测量元件和变送器 的动特性。 29. 当调节过程不稳定时,可增大积分时间或加大比例度,使其稳定。 (√) 30. 比例调节过程的余差与调节器的比例度成正比,比例度越大则余差越大。 (√) 31. 临界比例度法是在纯比例运行下通过试验,得到临界比例度 δK 和临界周期 TK,然后 根据经验总结出来的关系,求出调节器各参数值。 (√) 32. 采用 PID 调节器的条件是对象纯滞后较大。 (× ) 答案:采用 PID 调节器的条件是对象纯滞后不能太大,否则应考虑采用其他控制方法。 33. 当生产不允许被调参数波动时,选用衰减振荡形式过渡过程为宜。 (× ) 答案:当生产不允许被调参数波动时,选用非周期衰减过程为宜。 34. 时间常数越小,对象受干扰后达到稳定值所需时间越短。 (√) 35. 化工过程中,通常温度控制对象时间常数和滞后时间都较短。 (× ) 答案:化工过程中,通常温度控制对象时间常数和滞后时间都较大。应合理选择检测点。 36. 自动调节系统干扰通道放大倍数越大,则超调量越大;调节通道放大倍数越大,则超调 量越小。 (√) 37. 对象特性时间常数越长,则过程反应越快,易引起较长的过渡时间。 (× ) 答案:对象特性时间常数越长,则过程反应越慢,易引起较长的过渡时间。 38. 纯滞后时间长,将使系统超调量增加,干扰通道中纯滞后对调节品质没有影响。 (√) 39. 目前国内生产调节阀主要有有线性、等百分比、快开 3 种流量特性。 (√) 40. 积分作用可以消除余差,但要求用在对象时间常数较小,系统负荷变化较小的控制过程 中。 (√) 41. 串级调节系统可以用于改善纯滞后时间较长的对象,有超前作用。 (√) 42. 串级调节系统可以用于非线性对象, 且负荷变化又较大的场合, 用于改善对象特性。 (√) 43. 串级调节系统要求对主参数和副参数均应保证实现无差控制。 (× ) 答案:串级调节系统一般对主参数有控制精度要求,副回路则以“先调”、“快调”、 “粗调” 的形式起到克服干扰作用, 提高串级调节系统的克服干扰能力, 所以副参数不能保证无差控 制。 44. 凡是有两个以上的调节器相互连接,该调节系统就是串级调节系统。 (× )答案:许多控 制系统都是由两个以上的调节器相互连接,只有结构上有两个闭合回路;主副调节器串联, 主调节器的输出作为副调节器的给定; 副调节器的输出操纵调节阀动作, 实现主调节器的定 值控制的控制系统才是串级控制。 45. 比值系统中,两个需配比的流量中选择主受控变量是任意的。 (× )答案:两个需配比的 流量中,一般以生产中的主要物料量为主变量。 46. 串级控制系统中主调节器以“先调”、“快调”、“粗调”克服干扰。 (× )答案:串级控制系 统中主调节器以“慢调”、“细调”作用,使主参数稳定在设定值上,副调节器则以“先调”、“快 调”、“粗调”克服干扰。 47 串级控制系统起主导作用的参数是主参数,稳定主导参数的辅助参数叫副参数。 (√)

48. 串级控制系统两步整定法是主、副回路分别整定,第一步先整定副回路,第二步再整定 主回路。 (√) 49. 单闭环比值控制系统对主物料来说是开环的, 而对从物料来说是一个随动控制系统。 (√) 50. 串级控制系统对进入主回路的扰动具有较强的克服能力。 (× ) 答案:串级控制系统对进入副回路的扰动具有较强的克服能力。 三.简答题(每题 5 分,共 5 题,共 25 分) 1、 过程控制系统按其基本结构形式可分为几类?其中闭环系统中按设定值的不同形式又可分 为几种? 答:过程控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。 在闭环控制系统中,按照设定值的不同形式又可分为: (1)定值控制系统 (2)随动 控制系统 (3)程序控制系统 2、试述热电阻测温原理,常用热电阻的种类有哪些? R0 各为多少? 答:热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的, 只要设法测出电阻值的变化,就可达到温度测量的目的。 工业上常用的热电阻有:铂电阻,铜电阻。 目前工业上使用的铂电阻有两种:一种是 R0 =10 ? ;另外一种是 R0 =100 ? 。 工业上使用的铜电阻也有两种:一种是 R0 =50 ? ;另一种是 R0 =100 ? 。 3、试述过程控制系统中常用的控制规律及其特点。 答: 控制系统中常用的控制规律有比例(P)、 比例积分(PI)、 比例积分微分(PID)控制规律。 比例控制规律是控制器的输出信号与它的输入信号(给定值与测量值的偏差)成比例。 它的特点是控制及时,克服干扰能力强,但在系统负荷变化后,控制结果有余差。 比例积分控制规律是控制器的输出信号不仅与输入信号成比例, 而且与输入信号对时 间的积分成比例。它的特点是能够消除余差,但是积分控制作用比较缓慢、控制不及时。 比例积分微分控制规律是在比例积分的基础上再加上微分作用, 微分作用是控制器的 输出与输入的变化速度成比例,它对克服对象的容量滞后有显著的效果。 4、何为控制阀的理想流量特性和工作流量特性?常用的调节阀理想流量特性有哪些? 答:阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量特性;在实际使用过程中,阀前后 的压差会随阀的开度的变化而变化,此时的流量特性称为工作流量特性。 常用的调节阀理想流量特性有:直线流量特性、等百分比(对数)流量特性、快开特 性。 5、控制器参数整定的任务是什么?工程上常用的控制器参数整定有哪几种方法? 比例度 ? 积分时间 T1 微分时间 TD ),以便使系统能获得好的控制质量。 答:控制器参数整定的任务是:根据已定的控制方案,来确定控制器的最佳参数值(包括

控制器参数的工程整定法主要有临界比例度法、衰减曲线法和经验凑试法等。 6、什么是调节器的控制规律?基本控制规律有哪几种?各有什么特点? 答:调节器的输出信号随着它的输入偏差信号变化的规律叫控制规律。 基本控制规律有:①双位控制:输出不是最大,就是最小,只有两个位置。 ②比例控制:控制作用及时,有余差。 ③积分控制:具有消除余差的作用。 ④微分控制:具有超前调节的作用。

7.串级系统有什么特点? ⑴对进入副回路的干扰有很强的克服能力; ⑵改善了被控过程的动态特性, 提高了系统的工作频率; 对进入主回路的干扰控制效果也有改善; ⑶对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力。 8.过程控制系统有什么特点? 过程控制的特点: ⑴控制对象——被控过程复杂、控制要求多样 ⑵控制方案丰富多彩 ⑶控制过程大多数属于慢过程与参数控制 ⑷定值控制是过程控制的主要形式 ⑸过程控制系统由规范化的、系列化的检测与控制仪表或自动化装置组成 9.自动调节阀按照工作所用能源形式可分为哪几种,各有什么特点? 电动调节阀:电源配备方便,信号传输快、损失小,可远距离传输;但推力较小。 气动调节阀:结构简单,可靠,维护方便,防火防爆;但气源配备不方便。 液动调节阀:用液压传递动力,推力最大;但安装、维护麻烦,使用不多。 10.气动调节阀主要由哪两部分组成?各起什么作用? 答:气动调节阀由执行机构和控制机构(阀)两部分组成。 执行机构是推动装置,它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。 控制机构是阀门,它将阀杆的位移转换为流通面积的大小。 11.什么叫气动调节阀的气开式与气关式?起选择的原则是什么? 答:气动调节阀在气压信号中断后阀门会复位。 无压力信号时阀全开,随着信号增大,阀门逐渐关小的称为气关式。 反之,无压力信号时阀全闭,随着信号增大,阀门逐渐开大称的为气开式 阀门气开气关式的选择原则: 当控制信号中断时,阀门的复位位置能使工艺设备处于安全状态 12.简单控制系统由哪几部分组成? 答: 简单过程控制系统的结构与组成: 指由一个测量变送器、 一个控制器、 一个执行器 (控制阀) 和一个对象(四个基本环节)所构成的单闭环控制系统。 13.试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点,积分和微分为什么不单独使用? 1)比例控制及时、反应灵敏,偏差越大,控制力越强;但结果存在余差。 2)积分控制可以达到无余差;但动作缓慢,控制不及时,不单独使用。

3)微分控制能起到超前调节作用;但输入偏差不变时,控制作用消失,不单独使用 14.简单归纳控制系统设计的主要内容。 1)控制系统方案设计; 2)工程设计; 3)工程安装和仪表调校; 4)调节器参数整定。 14.什么是衰减曲线法?有何特点?解答:衰减曲线法是在纯比例运行下通过使系统产生衰 减振荡,得到衰减比例度 δS 和衰减周期 TS(或上升时间 T 升) ,然后根据经验总结出来 的关系求出控制器各参数值。这种方法比较简便,整定质量高,整定过程安全可靠,应用广 泛,但对于干扰频繁,记录曲线不规则的系统难于应用。

四、计算题(30 分,共 3 小题) 1.某换热器的温度控制系统,给定值为 200 ℃。在阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示。 试求最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡过程时间(± 2%) 。

解:最大偏差: A = 230-200 = 30℃; 余差:C= 205-200 = 5℃; 衰减比:n = y1: y3 =(230-205):(210-205)=25:5 = 5:1 振荡周期:T=20-5=15min 过渡时间:t=22min 2.某化学反应器工艺规定的操作温度为(900± 10)℃,考虑安全因素,要求控制过程中温度偏 离设定值不得超过 80℃。现设计的定值温度控制系统,在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下 图,试求最大动态偏差、衰减比、振荡周期,过渡过程时间(± 2%)该系统能否满足工艺要求?

解:最大动态偏差: A ? 950 ? 900 ? 50 ℃ 衰减比: n ?

y1 950 ? 908 42 ? ? ? 4.2 y3 918? 908 10

振荡周期: T ? 45 ? 5 ? 40 min 余差: C ? 908 ? 900 ? 8 ℃ 过渡过程时间:47min 因为最大动态偏差 50℃小于要求的 80℃,所以该系统能满足工艺要求。 3.某发酵过程工艺规定的操作温度为(40± 2)℃,考虑发酵效果,要求控制过程中温度偏离给 定值最大不得超过 6℃。现设计的定值温度控制系统,在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如下图,试 求最大偏差、衰减比、余差、过渡时间(± 2%! )和振荡周期,该系统能否满足工艺要求?

解: 最大动态偏差: A ? 45 ? 40 ? 5 ℃ 余差: C ? 41 ? 40 ? 1 ℃ 衰减比: n ?

y1 45 ? 41 4 ? ? ? 4: 1 y3 42 ? 41 1

过渡过程时间:23min 振荡周期: T ? 18 ? 5 ? 13 min 因为最大动态偏差 5℃小于要求的 6℃,所以系统能满足工艺要求。

4.某一标尺为 0~1000℃的温度计,出厂前校验数据如下: 标准表读数/℃ 被校验表读数/℃ 0 0 200 201 400 402 600 604 800 806 1000 1001

求: 该表⑴最大绝对误差; ⑵仪表的精度; ⑶如果工艺要求允许最大误差为± 5℃, 该表是否能用? 解: 标准表读数/℃ 被校验表读数/℃ 绝对误差 满度相对误差 ⑴最大绝对误差:+6℃ ⑵仪表的精度:1 级 ⑶如果工艺要求允许最大误差为± 5℃,该表 ? max ? 0 0 0 200 201 +1 +0.1% 400 402 +2 +0.2% 600 604 +4 +0.4% 800 806 +6 +0.6% 1000 1001 +1 +0.1%

a ? S FS 1 ? 1000 ? ? 10 ℃,不能用 100 100

5.如果某反应器最大压力为 1.0MPa,允许的最大绝对误差为 0.01MPa,现用一台测量范围为 0~1. 6MPa、 精度为 1 级的压力表进行测量, 问: 能否符合工艺要求?若用一台测量范围为 0~1. 0MPa、 精度为 1 级的压力表进行测量,问:能否符合要求? 解: 测量范围为 0~1.6MPa、精度为 1 级的压力表的允许的最大绝对误差为:

? max ?

a ? S FS 1 ? 1.6 ? ? 0.016 MPa,大于 0.01MPa,不能符合工艺要求 100 100

测量范围为 0~1.0MPa、精度为 1 级的压力表的允许的最大绝对误差为:

? max ?

a ? S FS 1 ? 1.0 ? ? 0.01 MPa,等于 0.01MPa,从允许的最大绝对误差角度,能符合工 100 100

艺要求,但量程不符合! 6.如果某反应器最大压力为 0.8MPa,允许的最大绝对误差为 0.01MPa,现用一台测量范围为 0~1. 6MPa、 精度为 1 级的压力表进行测量, 问: 能否符合工艺要求?若用一台测量范围为 0~1. 0MPa、 精度为 1 级的压力表进行测量,问:能否符合要求? 解: 测量范围为 0~1.6MPa、精度为 1 级的压力表的允许的最大绝对误差为:

? max ?

a ? S FS 1 ? 1.6 ? ? 0.016 MPa,大于 0.01MPa,不能符合工艺要求 100 100

测量范围为 0~1.0MPa、精度为 1 级的压力表的允许的最大绝对误差为:

? max ?

a ? S FS 1 ? 1.0 ? ? 0.01 MPa,等于 0.01MPa,从允许的最大绝对误差角度,能符合工 100 100

艺要求,量程也符合! 7 .某温度控制系统,控制温度为 800 ℃,要求绝对误差不超过 ± 7 ℃,现选择一台测量范围为 0~1200℃、精度等级为 1.0 级的仪表,问:是否合适?如果不合适,应如何选择? 解: 测量范围为 0~1200℃、精度等级为 1。0 级的仪表,其最大误差:

? max ?

a ? S FS 1 ? 1200 ? ? 12 ℃,12℃大于 7℃,不合适 100 100

应选择测量范围为 0~1200℃、精度等级为 0。5 级的仪表

? max ?

a ? S FS 0.5 ? 1200 ? ? 6 ℃,6℃小于 7℃,合适 100 100

8.用差压变送器测量某储罐的液体, 差压变送器安装位置如图; 导出变送器所测出的差压值 ?p 与 液位高度 H 之间的关系。变送器零点要不要迁移?如果迁移,迁移量?

解: ⑴

p? ? p0 ? ?1 gH ? ?1 gh1; p? ? p0 ? ? 2 gh2;

?p ? p? ? p? ? ?1 gH ? g(?1h1 ? ? 2 h2) H ? 0时,?p ? g(?1h1 ? ? 2 h2) ?0 !需要零点迁移 H ? 0时,?p ? g(?1h1 ? ? 2 h2) ?0 !需要零点正迁移 H ? 0时,?p ? g(?1h1 ? ? 2 h2) ?0 !需要零点负迁移

⑵本题 ?1 ? ? 2;h1 ? h2;需要负迁移,迁移量 ?p ? ?g(h2 ? h1) 10.用带隔离罐的差压变送器测某储罐的液位,差压变送器的安装位置如图所示。请导出变送器所 测差压 Δp 与液位 H 之关系。变送器零点需不需要迁移?若要迁移,是正迁移还是负迁移? 解: P+=Hρ1g+ h1ρ2g+P0 P-= h2ρ2g+P0 ΔP= P+- P-= Hρ1g-( h2- h1)ρ2g H=0 时,ΔP<0,需迁移 负迁移

11.DDZ-Ⅲ控制器,比例度 ? =50%,积分时间 TI =0.2min,微分时间 TD =2min,微分放大倍数 K D =10。 假定输出初始值为 4mA; 在 t ? 0 ? 时施加 0.5mA 的阶跃信号, 试写出在该阶跃信号作用下比例、 积分、微分输出的表达式;计算 t ? 12 s 时控制器的输出信号值。 解: 比例输出: ?I P ? 积分输出: ?I I ? 微分输出: ?I D ?

1

?

? ?I i ??

1 ? 0.5 ? 1 mA 0.5

1 1 ? ? TI
1

? ?I

i

? dt ??

1 1 12 ? ? 0.5 ? ? 1 mA 0.5 0.2 60
1 ? [(10 ? 1)e ?(10 / 2 )(12 / 60 ) ] ? 0.5 ? 9e ?1 ? 3.3 mA 0.5

?

[( K D ? 1)e ?( K D / TD ) t ] ? ?I i ??

t ? 12 s 时控制器的输出信号值

I O ? I 0 ? ?I P ? ?I T ? ?I D ? 9.3 mA
12.DDZ-Ⅲ控制器, 比例度 ? =80%, 积分时间 TI =0.4min, 微分时间 TD =2.4min, 微分放大倍数 K D
? =10。 假定输出初始值为 6mA; 在 t ? 0 时施加 0.4mA 的阶跃信号, 试写出在该阶跃信号作用下比例、

积分、微分输出的表达式;计算 t ? 24 s 时控制器的输出信号值。 解: 比例输出: ?I P ? 积分输出: ?I I ?

1

?

? ?I i ??

1 ? 0.4 ? 0.5 mA 0.8

1 1 ? ? TI

? ?I

i

? dt ??

1 1 24 ? ? 0.4 ? ? 0.5 mA 0.8 0.4 60

微分输出:?I D ?

1

?

[( K D ? 1)e ?( K D / TD )t ] ? ?I i ??

1 ? [(10 ? 1)e ?(10 / 0.4)( 24 / 60 ) ] ? 0.4 ? 4.5e ?1 ? 1.65 mA 0.8

t ? 12 s 时控制器的输出信号值

I O ? I 0 ? ?I P ? ?I T ? ?I D ? 7.85mA
13.某比例积分控制器输入、输出均为 4~20mA,若将比例度设为 100%,积分时间 TI =2min,稳 态时输出为 5mA,某瞬间,输入突然增加了 0.2mA,试问经过 5min 后,输出将由 5mA 变化到多少? 解: ,对于比例输入:控制器输入、输出均为 4~20mA,比例度 ? ?

1 KP

某瞬间,输入突然增加了 0.2mA,输出增量 ?I O ? K P ? ?I i ?

KP ? ?I i ? t TI

?I O ? K P ? ?I i ?

KP 1 ? ?I i ? t ? 1? 0.2 ? ? 0.2 ? 5 ? 0.7 mA TI 2
I O ? 5 ? 0.7 ? 5.7 mA。

则经过 5min 后,输出将由 5mA 变化到

14.DDZ-Ⅲ基型调节器,输入信号阶跃变化了 0。5mA 时,其输出信号由 6mA 变化到 7mA,试 求调节器的比例放大系数 K P 与比例度 ? 。 解:DDZ-Ⅲ基型调节器的输入、输出均为 4~20mA,所以:

??

?e 0.5 ? 100% ? ? 100% ? 50%; ?p 7?6 1 1 KP ? ? ?2 ? 0。 50

15.一台 DDZ-Ⅲ型温度控制器,测量的全量程为 0~800℃,当温度阶跃变化了 40℃时,控制器 的输出由 6mA 变化到 8mA,试求控制器的比例度 ? 。 解:

??

?e /( xmax ? xmin ) 40 / 800 1 / 20 ? ? ? 0.4 ? 40% ?p /( pmax ? pmin ) (8 ? 6) /(20 ? 4) 2 / 16

16.一台 DDZ-Ⅲ型温度控制器,测量的全量程为 0~1000℃,当温度阶跃变化了 40℃时,控制器 的比例度 ? =50%,试求控制器的输出变化。 解:

? ?

?e /(x max ? x min ) ; ?p /( p max ? p min )

? ? ? 50 %, ?e ? 40 ?e / (x max ? x min ) ?p ? ? / (p max ? p min) ? 40 / 1000 ? 1.28 mA 0.5 / 16

17.、甲的正常流量为 240kg/h,仪表量程为 0-360kg/h;乙的正常流量为 120NM3/h,仪表量 程为 0-240NM3/h。采用控制乙的单闭环比值控制系统,计算引入开方运算与不引入开方运 算所分别设置的比值系数 答: F1 为甲流量,F2 为乙流量 1.引入开方器时:

2.不引入开方器时:

五、设计题(共 1 题,共 15 分) 1、在蒸汽锅炉运行过程中,必须满足汽-水平衡关系,汽包水位是一个十分重要的指标。当 液位过低时,汽包中的水易被烧干引发生产事故,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)确定调节阀的气开、气关形式,并说明原因。 (3)确定调节器的正、反作用方式,必须有详细的分析过程。 (4)画出该控制系统的方框 图。

2、如图所示的反应釜进行的是吸热反应,为使化学反应持续进行,必须用热水通过加热套 加热反应物料,以保证化学反应在规定的温度下进行。如果釜内温度太低,不但会导致反映 停止, 还会使物料产生聚合凝固导致设备堵塞, 为生产过程再次运行造成麻烦甚至损坏设备。

要求: (1)设计一个釜内温度的简单控制系统,在图中画出控制方案图。 (2)确定调节阀的气开、气关形式,并说明原因。 (3)确定调节器的正、反作用方式,必须有详细的分析过程。 (4)画出该控制系统的方框图。

3、如图所示热交换器,将进入其中的冷却物料加热到设定温度。工艺要求热物料温度的, 而且不能发生过热情况,以免造成生产事故。 (1)试设计一个简单控制系统,实现热物料的 温度控制,在图中画出控制方案图。 (2)确定调节阀的气开、气关形式,并说明原因。 (3) 确定调节器的正、反作用方式,必须有详细的分析过程。 (4)确定调节器的调节规律。

4、一个如图所示的换热器,用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定温度,生产工艺要求热水 温度维持恒定(Δθ≤±1℃) ,而且不能发生过热情况。 (1)试设计一简单温度控制系统,在 图中画出控制方案图,并画出其方框图。 (2)确定调节阀的气开、气关形式,并说明原因。 (3)确定调节器的正、 反作用方式, 必须有详细的分析过程。 (4)确定调节器的调节规律。

5、在某生产过程中,通过加热炉对冷物料加热,根据工艺要求,需对热物料出口温度进行 严格控制。对系统分析发现,主要扰动为燃料压力波动。 (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)为保证设备安全,炉温不能过高,确定调节阀 的气开、气关形式。 (3)确定两台调节器的正反作用方式,必须有详细的分析过程。 (4)确 定两台调节器应选择什么调节规律。

6、如图所示的氨冷器,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,避免液氨带入冰机造成事故,采用温度―液位串级控制。要求:

(1)此串级控制系统的主副被控变量各是什么? (2)在图中画出该串级控制方案图。 (3)确定气动调节阀的气开气关形式,并说明原因。 (4)确定主副调节器的正反作用,必须有详细的分析过程。

7、如图所示为一管式加热炉,由于工艺对原油出口温度控制精度要求很高,单回路控制 满足不了要求,需采用原油出口温度与炉膛温度串级控制系统。要求: (1)画出该串级控制系统流程图,并画出其方框图。 (2)选择调节阀的气开、气关形式。 (3)确定主、副调节器的正、反作用。 (4)画出该控制系统的方框图

8、某内进行放热反应,釜温过高会发生事故,为此采用夹套水冷却。由于釜温控制要求较 高,且冷却水压力、温度波动较大,故设置控制系统如图所示。 1)这是什么类型的控制系统?说明其主变量和副变量是什么? 2) 试画出其方块图; 3)选择调节阀的气开、气关型式; 4)选择调节器的正、反作用; 5)如主要干扰是冷却水的温度波动,试简述其控制过程;

解: (1)该系统是串级控制系统。主变量是釜内温度,副变量是嘉套水温度。 (2)方块图如 下所示:

给定值

-

T1C

-

T2C

执行器

夹套

?2

反应釜

?1

? 2 测量变送
?1 测量变送

(3)为了在气源中断时保证冷却水继续供应,以防止釜温过高,故调节阀应采用气关阀。 (4)主调节器 T1C 的作用方向可以这样来确定:由于主、副变量(θ1、θ2)增加时,都要 求冷却水的调节阀开大,因此主调节器应为“反”作用。 副调节器 T2C 的作用方向可按简单(单回路)控制系统的原则来确定。由于冷却水流量增 加时,夹套温度 θ2 是下降的,即副对象为“-”方向。已知调节阀为气关阀,“-”方向,故调 节阀 T2C 应为“反”作用。 (5)如主要干扰是冷却水温度波动,整个串级控制系统的工作过程是这样的:设冷却水的 温度升高,则夹套内的温度 θ2 升高,由于 T2C 为反作用,故其输出降低,因而气关阀的阀

门开大,冷却水流量增加以及时克服冷却水温度变化对夹套温度 θ2 的影响,因而减少以致 消除冷却水温度波动对釜内温度 θ1 的影响,提高了控制质量。


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