過程控制系統(tǒng)與儀表課后習(xí)題答案完整版匯總1-4說明過程控制系統(tǒng)的分類方法，通常過程控制系統(tǒng)可分為哪幾類按所控制的參數(shù)來分，有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)所處理的信號方式來分，有模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)；按控制器類型來分，有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所完成的功能來分，有串級控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)等；按其動(dòng)作規(guī)律來分，有比例(P)控制、比例積分(PI)控制，比例、積分、微分(PID)控制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)組成回路的情況來分，有單回路與多回路控制系統(tǒng)、開環(huán)與量可分為單變量和多變量控制系統(tǒng)等。1．按設(shè)定值的形式不同劃分：(1)定值控制系統(tǒng)(2)隨動(dòng)控制系統(tǒng)(3)程序控制系統(tǒng)2．按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類：(1)反饋控制系統(tǒng)(2)前饋控制系統(tǒng)(3)前饋—反饋復(fù)合控制系統(tǒng)1-6什么是被控對象的靜態(tài)特性什么是被控對象的動(dòng)態(tài)特性二者之間有什么關(guān)系態(tài)過程中，被控參數(shù)與控制變量之間的關(guān)系即為控制過程關(guān)注其動(dòng)態(tài)對于定值控制，當(dāng)控制系統(tǒng)輸入(設(shè)定值和擾動(dòng))不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)若能達(dá)節(jié)暫不動(dòng)作，它們的輸出信號都處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)(或靜態(tài))。動(dòng)控制裝置開始動(dòng)作，到整個(gè)系統(tǒng)又建立新的穩(wěn)態(tài)(達(dá)到新的平衡)、調(diào)節(jié)過程結(jié)束的這一段時(shí)間，整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的狀態(tài)和參程常常受到各種振動(dòng)的影響，不可能一直工作在穩(wěn)態(tài)。只有將升衰減比：等于兩個(gè)相鄰的同向波峰值之比n；1結(jié)束所需的時(shí)間；振蕩頻率：過渡過程中相鄰兩同向波峰(或波谷)之間的時(shí)間間隔叫振蕩周期或工作周期，差、衰減比、振蕩周期，該系統(tǒng)能否滿足工2-1某一標(biāo)尺為0~1000℃的溫度計(jì)出廠前經(jīng)校驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)：002)該表精度；3)如果工藝允許最大測量誤差為±5℃，該表是否能用2-2一臺壓力表量程為0~10MPa，經(jīng)校驗(yàn)有以下測量結(jié)果：/MPa正行程反行程00048622)基本誤差；3)該表是否符合級精度2-3某壓力表的測量范圍為0~10MPa，精度等級為級。試問此壓力表允許的最大絕對誤差是多1)基本誤差62-4為什么測量儀表的測量范圍要根據(jù)被測量大小來選取選一臺量程很大的儀表來測量很小的參么問題maxS0maxS0精度和量程分別為2)級，0~75mA2-11某DDZ-Ⅲ型溫度變送器輸入量程為200~1000℃，輸出為4~20mA。當(dāng)變送器輸出電流為2-12試簡述彈簧管壓力計(jì)的工作原理。現(xiàn)有某工藝要求壓力范圍為±，可選用的彈簧管壓力計(jì)精度有、、、和五個(gè)等級，可選用的量程規(guī)格有0~、0~和0~4MPa。請說明選用何種精度和量程(見附錄E)的彈簧管壓力計(jì)最合適1)工作原理：2)根據(jù)題意：壓力范圍為＋MPa，即允許的最大絕對誤差＝maxI.9I.9vsv.0s2-13如果某反應(yīng)器最大壓力為，允許最大絕對誤差為?，F(xiàn)用一臺測量范圍為0~，精度為1級能符合要求嗎試說明其理由。程為0~的表，其最大絕對誤差：2-14某臺空壓機(jī)的緩沖器，其工作壓力范圍為~，工藝要求就地觀察罐內(nèi)壓力，并要測量結(jié)果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的±5%。試選擇一塊合適的壓力表(類型、測量范圍、精度等級)，并根據(jù)題意知：壓力范圍~，允許最大誤差：＝×(＋5％)＝＋MPamax1)量程確定：2)精度等級確定：綜上分析，選擇量程為0~MPa，精度等級為級的彈簧壓力表。該表的最大絕對誤差：＝×(＋％)＝＋MPa，<MPamax2-17什么叫標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置試述差壓式流量計(jì)測量流量的原理；并說明哪些因素對差壓式流量計(jì)1)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置：包括節(jié)流件和取壓裝置。P2-24超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)是什么超聲波流量計(jì)的非接觸式測量方式，不會(huì)影響被測流體的流動(dòng)狀況，被測流體也不會(huì)對流量計(jì)造成磨損或腐蝕傷害，因此適用范圍廣闊。2-25用差壓變送器測某儲罐的液位，差壓變送器的安裝位置如圖2-75所示。請導(dǎo)出變送器所測2-26用法蘭式差壓變送器測液位的優(yōu)點(diǎn)是什么測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固等液體的液位，在膜盒、毛細(xì)管和測量電容量也相應(yīng)變化的原理測物位，可測量液位、料位和場合哪些基本控制規(guī)律1)控制規(guī)律：是指控制器的輸出信號與輸入偏差信號之間的關(guān)系。2)基本控制規(guī)律：位式控制、比例控制、比例積分控制、比例微分控制和比例積分微分控1)雙位控制的輸出規(guī)律是根據(jù)輸入偏差的正負(fù)，控制器的輸出為最大或最小。2)缺點(diǎn)：在位式控制模式下，被控變量持續(xù)地在設(shè)定值上下作等幅振蕩，無法穩(wěn)定在設(shè)定值的輸出值，相應(yīng)的控制閥也只有兩個(gè)極限位置，總是過量3)優(yōu)點(diǎn)：偏差在中間區(qū)內(nèi)時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，可以降低控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程度，延長控為什么積分控制能消除余差T持在某一值上。因而積分控制器組成控制系統(tǒng)可以到達(dá)無余差。3-5什么是積分時(shí)間試述積分時(shí)間對控制過程的影響。T積分時(shí)間1是控制器消除偏差的調(diào)整時(shí)間，只要有偏差存在，輸出信號將隨時(shí)間增大(或減小)。只有當(dāng)偏差為零時(shí)，輸出停止變化，保持在某一值上。TiTK。iiTK越大，積分作用就越強(qiáng)，反之亦然。ii3-6某比例積分控制器輸入、輸出范圍均為4~20mA，若將比例度設(shè)為100%、積分時(shí)間設(shè)為少0KKeDdt2)由于理想微分運(yùn)算的輸出信號持續(xù)時(shí)間太短，往往不能有效推動(dòng)閥門。實(shí)際應(yīng)用中，一般3-9試寫出比例、積分、微分(PID)三作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。3-10試分析比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點(diǎn)，積分和微分為什么不單獨(dú)使用1)比例控制及時(shí)、反應(yīng)靈敏，偏差越大，控制力越強(qiáng)；但結(jié)果存在余差。2)積分控制可以達(dá)到無余差；但動(dòng)作緩慢，控制不及時(shí)，不單獨(dú)使用。3)微分控制能起到超前調(diào)節(jié)作用；但輸入偏差不變時(shí)，控制作用消失，不單獨(dú)使用。3-11DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪幾部分組成各組成部分的作用如何2)作用參照P79。DDZ什么區(qū)別各用在什么條件下1)軟手動(dòng)操作是指調(diào)節(jié)器的輸出電流I與手動(dòng)操作的輸入信號成積分關(guān)系；0硬手動(dòng)操作是指調(diào)節(jié)器的輸出電流I與手動(dòng)操作的輸入信號成比例關(guān)系。02)軟手動(dòng)操作：系統(tǒng)投運(yùn)1)調(diào)節(jié)器進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換后，輸出值不發(fā)生跳動(dòng)，即狀態(tài)轉(zhuǎn)換無沖擊。MIIDID程的百分比。比例作用的強(qiáng)弱取決于比例度的大小。IIIDDD中是如何實(shí)現(xiàn)的2)運(yùn)放輸入端的切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。3-16調(diào)節(jié)器的輸入電路為什么要采取差動(dòng)輸入方式輸出電路是怎樣將輸出電壓轉(zhuǎn)換成4~20mA1)采用差動(dòng)輸入方式，可以消除公共地線上的電壓降帶來的誤差。2)改進(jìn)的算法：4-1氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥主要由哪兩部分組成各起什么作用1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用：按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的作用：由閥芯在閥體內(nèi)的移動(dòng)，改變閥芯與閥座之間的流通面積，從而改變被4-2試問調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)有哪些主要類型各使用在什么場合1)類型：直通單座閥、直通雙座閥。2)直通單座閥使用場合：小口徑、低壓差的場合；4-4什么叫調(diào)節(jié)閥的理想流量特性和工作流量特性常用的調(diào)節(jié)閥理想流量特性有哪些1)理想流量特性：在調(diào)節(jié)閥前后壓差固定的情況下得出的流量特性稱為固有流量特性，也備、管道等串連使用，2)常用理想流量特性：直線流量特性、等百分比(對數(shù))流量特性、4-6什么叫調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍在串聯(lián)管道中可調(diào)范圍為什么會(huì)變化1)可調(diào)范圍：反映調(diào)節(jié)閥可控制的流量范圍，用R＝Q/Q之比表示。R越大，調(diào)節(jié)流量的maxmin。2)由于串聯(lián)管道阻力的影響。4-7什么是串聯(lián)管道中的閥阻比SS值的變化為什么會(huì)使理想流量特性發(fā)生畸變1)閥阻比：用閥阻比S=p/p表示存在管道阻力的情況下，閥門全開時(shí)，閥門前后的Tmino最小壓差p占總壓力p的比值。Tmino2)在S＜1時(shí)，由于串聯(lián)管道阻力的影響，使閥門開大時(shí)流量達(dá)不到預(yù)期的值，也就是閥的可調(diào)范圍變小。隨著S值的減小，直線特性漸漸區(qū)于快開特性，等百分比特性漸漸趨近于直線特4-8什么叫氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣開式與氣關(guān)式其選擇原則是什么1)氣開式：無壓力信號時(shí)閥門全閉，隨著壓力信號增大，閥門逐漸開大的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥為氣著壓力信號增大，閥門逐漸關(guān)小的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥為氣2)選擇原則：從工藝生產(chǎn)安全考慮，一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障、信號中斷時(shí)，調(diào)節(jié)閥的開關(guān)器上的擋板靠近噴嘴，改變噴嘴和擋板之間的間隙。于噴嘴的微小位移靈敏地定位器的基本原理與工作過程。能用于易燃易爆場所安全火花是什么意思1)必須是采取安全防爆措施的儀表，就是限制和隔離儀表電路產(chǎn)生火花的能量。使其不會(huì)2)安全火花：電路在短路、開路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體2)利用齊納二極管的反向擊穿特性進(jìn)行限壓，用電阻進(jìn)行限流。-1什么是被控過程的數(shù)學(xué)模型被控過程的數(shù)學(xué)模型是描述被控過程在輸入(控制輸入與擾動(dòng)輸入)作用下，其狀態(tài)和輸出(被控參數(shù))變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。5-2建立被控過程數(shù)學(xué)模型的目的是什么過程控制對數(shù)學(xué)模型有什么要求2)要求：總的原則一是盡量簡單，二是正確可靠。階次一般不高于三階，大量采用具有純滯5-3建立被控過程數(shù)學(xué)模型的方法有哪些各有什么要求和局限性5-4什么是流入量什么是流出量它們與控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號有什么區(qū)別與聯(lián)系1)流入量：把被控過程看作一個(gè)獨(dú)立的隔離體，從外部流入被控過程的物質(zhì)或能量流量稱為合程的工作機(jī)理非常熟悉，被控參數(shù)與控制變量的變化都與物質(zhì)和能量的流動(dòng)與轉(zhuǎn)換衡特性被控過程的系統(tǒng)框圖有什么特點(diǎn)1)在擾動(dòng)作用破壞其平衡工況后，被控過程在沒有外部干預(yù)的情況下自動(dòng)恢復(fù)平衡的特性，2)被控過程輸出對擾動(dòng)存在負(fù)反饋。1)單容：只有一個(gè)儲蓄容量。2)多容：有一個(gè)以上儲蓄容量。種產(chǎn)生的原因是什么1)滯后特性：過程對于擾動(dòng)的響應(yīng)在時(shí)間上的滯后。2)容量滯后：多容過程對于擾動(dòng)的響應(yīng)在時(shí)間上的這種延遲被稱為容量滯后。純滯后：在生產(chǎn)過程中還經(jīng)常遇到由(物料、能量、信號)傳輸延遲引起的純滯后。2323(1)列寫液位過程的微分方程組；(2)畫出液位過程的框圖；(3)求出傳遞函數(shù)H(s)Q(s)，并寫出放大倍數(shù)K和時(shí)間常數(shù)T的表達(dá)式。1ddhQQQ=A123dthQ=2R2hQ=(1)(2)框圖如圖：(3(3)=2312323H(s)RR2H(s)Q(s)。21Q=Adh121dtQ=h1h2RR1)方程組：1)方程組：2)傳遞函數(shù)：Q=Adh23dthH(s)RQ=hH(s)R3RQ(s)TTs2+(T+T+T)sART=AR,T=AR22312133)過程框圖：象視為一個(gè)黑匣子，完全通過外部測(1)合理地選擇階躍輸入信號的幅度(2)試驗(yàn)時(shí)被控過程應(yīng)處于相對穩(wěn)定的工況(3)要仔細(xì)記錄階躍曲線的起始部分(4)多次測試，消除非線性響00102040608010014018025030040050000…0(1)畫出液位的階躍響應(yīng)曲線；(2)用一階慣性環(huán)節(jié)加滯后近似描述該過程的動(dòng)態(tài)特性，確定K、T、T。(1)(2)6-1簡單控制系統(tǒng)由幾個(gè)環(huán)節(jié)組成成。1)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)；2)工程設(shè)計(jì)；3)工程安裝和儀表調(diào)校；4)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。6-4過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括哪些步驟(1)熟悉和理解生產(chǎn)對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求與性能指標(biāo)(2)建立被控過程的數(shù)學(xué)模型(3)控制方案的確定(4)控制設(shè)備選型(5)實(shí)驗(yàn)(或仿真)驗(yàn)證6-5選擇被控參數(shù)應(yīng)遵循哪些基本原則什么是直接參數(shù)什么是間接參數(shù)兩者有何關(guān)系1)原則：必須根據(jù)工藝要求，深入分析、生產(chǎn)過程，找出對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、生產(chǎn)安全、具有決定性作用，能較好反映生產(chǎn)工藝狀態(tài)及變化的參數(shù)作為2)直接參數(shù)：能直接反映生產(chǎn)過程中產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，又易于測量的參數(shù)3)間接參數(shù)：與質(zhì)量指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系、易于測量的變量，間接反映產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)過程4)兩者關(guān)系：間接參數(shù)是直接參數(shù)的單值函數(shù)。6-6選擇控制變量時(shí)，為什么要分析被控過程的特性為什么希望控制通道放大系數(shù)K要大、時(shí)o間常數(shù)T小、純滯后時(shí)間越小越好而干擾通道的放大系數(shù)K盡可能小、時(shí)間常數(shù)T盡可能大ooff1)控制變量和干擾變量對被控參數(shù)的影響都于過程的特性密切相關(guān)。2)控制通道的靜態(tài)放大系數(shù)K越大，系統(tǒng)的靜態(tài)偏差越小，表明控制作用越靈敏，克服擾0間常數(shù)T小，被控參數(shù)對控制變量的反應(yīng)靈敏、控制及時(shí)，從而獲得良好的控制品質(zhì)。0外部干擾f(t)對被控參數(shù)y(t)的影響越小，系統(tǒng)的控制品質(zhì)越好。數(shù)時(shí)，為什么應(yīng)盡量使時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開哪些問題怎樣克服或減小純滯后或過小會(huì)帶來什么問題正常工況下，調(diào)節(jié)閥的開度在什么范圍比1)調(diào)節(jié)閥：氣開式。2)調(diào)節(jié)器：反作用。2)正常工況下要求調(diào)節(jié)閥的開度在15%-85%之間。方式的首要原則是什么的選擇依據(jù)是什么，必須滿足汽-水平衡關(guān)系，汽包水位是一個(gè)十分主要的指標(biāo)。當(dāng)液1)調(diào)節(jié)閥：氣關(guān)方式。2)調(diào)節(jié)器：正作用。導(dǎo)致設(shè)備堵塞，為生產(chǎn)過程再次運(yùn)行造成麻煩甚至損壞設(shè)2)控制參數(shù)選擇：1)比例控制：是最簡單的調(diào)節(jié)規(guī)律，它對控制作用和擾動(dòng)作用的響應(yīng)都很迅速。比例調(diào)節(jié)只2)積分控制：積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是沒有靜差。但它的動(dòng)態(tài)偏差最大、調(diào)節(jié)時(shí)間長，只能用于有3)微分控制：超前調(diào)節(jié)。。 規(guī)4)調(diào)節(jié)閥選擇：5)調(diào)節(jié)器選擇：”。6)畫出控制系統(tǒng)流程圖：如圖所示。7)畫出控制系統(tǒng)