1、。第一章思考問題和練習(xí)1-1過程控制的主要特征是什么？為什么說過程控制主要是緩慢的過程參數(shù)控制？回答：1.控制對象復(fù)雜，控制要求多樣。2.豐富的控制方案3.控制主要是緩慢的過程參數(shù)控制4.定值控制是過程控制的主要控制形式5.過程控制系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)化的過程檢測和控制儀器組成。1-2什么是過程控制系統(tǒng)？典型過程控制系統(tǒng)的組成部分是什么？回答：過程控制系統(tǒng)：一般指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的變量為溫度、壓力、流量、液位、成分等變量的系統(tǒng)。成分：參見圖1-1。1-4解釋過程控制系統(tǒng)的分類方法。過程控制系統(tǒng)通?？梢苑譃槟男╊悇e？回答：分類方法描述：根據(jù)被控參數(shù)，有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等。

2、根據(jù)控制系統(tǒng)處理的信號(hào)方式，有模擬控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。根據(jù)控制器的類型，有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。根據(jù)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，有串級(jí)控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)等。根據(jù)其作用規(guī)律，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。根據(jù)控制系統(tǒng)由回路組成的情況，有單回路和多回路控制系統(tǒng)、開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)被控參數(shù)的數(shù)量，可分為單變量和多變量控制系統(tǒng)。一般分類：1.按設(shè)定值的形式劃分：(1)定值控制系統(tǒng)(2)跟蹤控制系統(tǒng)(3)程序控制系統(tǒng)(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)1-5什么是定值控制系統(tǒng)？回答：在常值控制系統(tǒng)

3、中，設(shè)定值是恒定的，并且是干擾信號(hào)導(dǎo)致系統(tǒng)的受控參數(shù)改變。1-6受控對象的靜態(tài)特性是什么？受控對象的動(dòng)態(tài)特性是什么？兩者之間有什么關(guān)系？回答：被控對象的靜態(tài)特性：控制過程中被控參數(shù)與控制變量之間的關(guān)系稱為穩(wěn)態(tài)靜態(tài)特性。受控對象的動(dòng)態(tài)特性：在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程中，被控參數(shù)與控制變量之間的關(guān)系是控制過程的動(dòng)態(tài)特性。兩者的關(guān)系：1-7試著解釋定值控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)的含義。為什么在分析過程控制系統(tǒng)的性能時(shí)，你更關(guān)注它們的動(dòng)態(tài)特性？回答：穩(wěn)態(tài)：對于定值控制，如果控制系統(tǒng)的輸入(設(shè)定值和擾動(dòng))不變，整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的所有部件都暫時(shí)不工作，它們的輸出信號(hào)相對靜止。停止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)

4、(或靜態(tài))。動(dòng)力學(xué)：從外部干擾的出現(xiàn)、平衡狀態(tài)的破壞、自動(dòng)控制裝置到整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)新的穩(wěn)態(tài)建立(達(dá)到新的平衡)和調(diào)整過程結(jié)束時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)中所有環(huán)節(jié)的狀態(tài)和參數(shù)都處于變化過程中，這就是所謂的動(dòng)態(tài)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，受控過程經(jīng)常受到各種振動(dòng)的影響，并且不能總是在穩(wěn)定狀態(tài)下工作。只有把控制系統(tǒng)的研究和分析集中在各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性上，才能設(shè)計(jì)出一個(gè)好的控制系統(tǒng)。1-8評價(jià)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的常用單項(xiàng)指標(biāo)是什么？他們的定義是什么？回答：單項(xiàng)性能指標(biāo)主要包括：衰減率、超調(diào)量和最大動(dòng)態(tài)偏差、靜態(tài)差、調(diào)整時(shí)間、振蕩頻率、上升時(shí)間和峰值時(shí)間等。衰減比：等于兩個(gè)相鄰?fù)虿ǚ宓谋戎祅；過渡過程的最大動(dòng)態(tài)偏差：對于常值控制

5、系統(tǒng)，指被控參數(shù)偏離設(shè)定值的最大值a；過沖：perce調(diào)整時(shí)間：從過渡過程開始到過渡過程結(jié)束所需的時(shí)間；振蕩頻率：在過渡過程中，同向相鄰兩個(gè)波峰(或波谷)之間的時(shí)間間隔稱為振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率；峰值時(shí)間：過渡過程開始直到受控參數(shù)達(dá)到第一個(gè)峰值所需的時(shí)間。1-10受控過程的過程設(shè)定溫度為900，要求控制過程中與設(shè)定值的最大溫度偏差不超過80。目前設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng)在最大階躍擾動(dòng)作用下的過渡過程曲線如圖1-4所示。嘗試找出系統(tǒng)過渡過程的單一性能指標(biāo)：最大動(dòng)態(tài)偏差、衰減比和振蕩周期。系統(tǒng)能滿足工藝要求嗎？回答：最大動(dòng)態(tài)偏差a:衰減比n:振蕩周期t:A80和n1(衰減振蕩)，因此

6、系統(tǒng)滿足工藝要求。第二章思考問題和練習(xí)2-1 0 1000溫度計(jì)出廠前進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得以下數(shù)據(jù)：標(biāo)準(zhǔn)儀表讀數(shù)/02004006008001000校準(zhǔn)儀表讀數(shù)/02014026048061001求：1)表的最大絕對誤差；2)表格的精度；3)如果過程允許最大測量誤差為5，可以使用該儀表嗎？2-2壓力表的測量范圍為0 10兆帕。經(jīng)過驗(yàn)證，獲得以下測量結(jié)果：標(biāo)準(zhǔn)儀表讀數(shù)/兆帕0246810校準(zhǔn)儀表的讀數(shù)/兆帕正向旅行01.983.965.947.979.99反向行程02.024.036.068.0310.01要求：1)變化；2)基本誤差；3)表格是否符合1.0級(jí)的準(zhǔn)確度？2-3壓力表的測量范圍為0 10

7、兆帕，精度等級(jí)為1.0。這個(gè)壓力表允許的最大絕對誤差是多少？如果使用標(biāo)準(zhǔn)壓力表檢查壓力表，當(dāng)檢查點(diǎn)為5兆帕?xí)r，標(biāo)準(zhǔn)壓力表上的讀數(shù)為5.08兆帕。此時(shí)校準(zhǔn)壓力表是否符合1級(jí)精度，為什么？回答：1)基本誤差=最大絕對誤差最大值=0.0110=0.1mpa2)檢查點(diǎn)為5 MPa時(shí)的基本誤差：0.8% 1%，符合1.0等級(jí)表。2-4為什么要根據(jù)測量尺寸選擇測量儀器的測量范圍？選擇測量范圍大的儀表來測量小參數(shù)值有什么問題？回答：1)2)2-5有兩個(gè)DC電流表，它們的精度和測量范圍分別是1)1.0級(jí)，0 250毫安2)2.5級(jí)，0 75mA現(xiàn)在，要測量50mA DC電流。哪種儀表更適合準(zhǔn)確度和經(jīng)濟(jì)性？回答

8、：分析它們的最大誤差：1)最大值=2501%=2.5毫安；2)最大值=752.5%=1.875毫安；選擇2.5級(jí)，0 75ma表。2-11 DDZ三號(hào)溫度變送器的輸入范圍為200 1000，輸出范圍為4 20mA。當(dāng)變送器輸出電流為10mA時(shí)，相應(yīng)的測量溫度是多少？回答：；T=500 .2-12簡述彈簧管壓力表的工作原理。現(xiàn)有工藝要求的壓力范圍為1.20.05兆帕，選用的彈簧管壓力表精度為1.0、1.5、2.0、2.5、4.0，量程規(guī)格為0-1.6兆帕、0-2.5兆帕、0-4兆帕。請指出哪種精度和范圍(見附錄E)彈簧管壓力表最合適？回答：1)工作原理：2)根據(jù)主題：壓力范圍為1.2+0.5 M

9、Pa，即最大允許絕對誤差max=0.05分析選擇不同量程儀表所需的精度等級(jí)：0 1.6兆帕范圍：可選2.5級(jí)儀表；0 2.5兆帕范圍：可選擇1.5或2.0米；量程0 4.0兆帕，可選1.0級(jí)儀表。量程選擇：測得的最大壓力=1/3 2/3量程上限0 1.6兆帕范圍：0 2.5兆帕范圍：0 4.0mpa范圍：綜合分析表明，選擇1.5或2.0和0 2.5兆帕的范圍是最合適的。2-13如果反應(yīng)器的最大壓力為1.0兆帕，允許的最大絕對誤差為0.01兆帕。目前，測量范圍為0 1.6兆帕，精度為1級(jí)的壓力表用于測量。它能滿足技術(shù)要求嗎？如果使用量程為0 1.0兆帕、精度為1級(jí)的壓力表，它能滿足要求嗎？試著解

10、釋原因。回答：工藝要求：最大壓力為1.0兆帕，允許的最大絕對誤差為0.01兆帕分別計(jì)算了兩種儀器的最大允許誤差1.6最大值=1.61%=0.016兆帕，0.01兆帕，因此不符合要求；2)精度等級(jí)為1、測量范圍為0 1.0兆帕的儀表的最大絕對誤差為：1.0max=1.01%=0.01mpa，=0.01mpa，最大誤差滿足要求，但壓力表的最大測量值應(yīng)儀表量程的2/3，否則壓力波動(dòng)會(huì)使測量值超出儀表量程。因此，該表也不符合要求。2-14空氣壓縮機(jī)緩沖器的工作壓力范圍為1.0 1.6兆帕。該過程需要對罐內(nèi)壓力進(jìn)行現(xiàn)場觀察，測量結(jié)果的誤差不得大于罐內(nèi)壓力的5%。盡量選擇合適的壓力表(類型、測量范圍、精度

11、等級(jí))并解釋其原因?；卮穑焊鶕?jù)主題，壓力范圍為1.0 1.6兆帕。最大允許誤差：最大值=1.6 (5%)=0.08兆帕1)測量范圍的確定：應(yīng)滿足工作最大壓力小于儀表量程的2/3，即1.6 Mpa2/3=2.4 Mpa可選擇0 2.5兆帕范圍的彈簧壓力表。2)精度等級(jí)的確定：計(jì)算基本誤差以確定滿足要求的精度水平。，允許的準(zhǔn)確度等級(jí)為2.5。綜上所述，選擇測量范圍為0 2.5兆帕、精度等級(jí)為2.5的彈簧壓力表。本表的最大絕對誤差：最大值=2.5 (2.5%)=0.0625兆帕，0.08兆帕所以滿足要求。2-17什么是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置？試論差壓流量計(jì)的流量測量原理。并說明哪些因素影響差壓流量計(jì)的流量測量

12、。回答：1)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置：包括節(jié)流元件和取壓裝置。2)原理：基于液體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓差來實(shí)現(xiàn)流量測量。3)影響因素：P47流量系數(shù)的大小與節(jié)流裝置的類型、節(jié)流孔與管道的面積比m以及取壓方式密切相關(guān)。流量系數(shù)與管壁粗糙度、孔板邊緣銳度、流體粘度、溫度和壓縮性有關(guān)。流量系數(shù)的大小與流體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。2-19為什么轉(zhuǎn)子流量計(jì)是恒壓流量計(jì)？差壓流量計(jì)是可變壓降流量計(jì)嗎？回答：1)轉(zhuǎn)子流量計(jì)是恒壓流量計(jì)(P47)雖然轉(zhuǎn)子流量計(jì)也根據(jù)節(jié)流原理測量流量，但它使用節(jié)流元件來改變流體的流動(dòng)面積，以保持上下轉(zhuǎn)子之間的壓差恒定。所以是恒壓型。2)差壓流量計(jì)是一種可變壓降流量計(jì)(P45

13、)基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓差來實(shí)現(xiàn)流量測量。所以這是一種可變壓降類型。2-21橢圓齒輪流量計(jì)的特點(diǎn)是什么？對要測試的介質(zhì)有什么要求？回答：1)特點(diǎn)：流量測量與流體的流動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，因?yàn)闄E圓齒輪流量計(jì)是通過被測介質(zhì)的壓頭推動(dòng)橢圓齒輪旋轉(zhuǎn)來測量的。介質(zhì)的粘度越大，從齒輪和計(jì)量空間之間的間隙泄漏的泄漏量越小。因此，核試驗(yàn)介質(zhì)的粘皮越大，泄漏誤差越小，測量越好。橢圓齒輪流量計(jì)測量精度高，適用于測量高粘度介質(zhì)的流量。2)對待測介質(zhì)的要求：不適用于含有固體顆粒的流體(固體顆粒會(huì)堵塞齒輪，從而無法測量流速)。如果被測液體介質(zhì)與氣體混合，也會(huì)引起測量誤差。2-22電磁流量計(jì)的工作原理

14、是什么？對要測試的介質(zhì)有什么要求？答案：P511)原理：當(dāng)導(dǎo)電液體通過磁場時(shí)，在兩個(gè)固定電極上感應(yīng)的電力被用來測量流速。2)對被測介質(zhì)的要求：導(dǎo)電液體，被測液體的電導(dǎo)率應(yīng)大于水的電導(dǎo)率(厘米)，不能測量油或氣的流速。2-24超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)是什么？回答：超聲波流量計(jì)的非接觸測量方式不會(huì)影響被測流體的流動(dòng)狀況，因此測量腐蝕性或結(jié)晶顆粒以及高粘度和易凝固液體的液位。由波紋管、毛細(xì)管和測量室組成的封閉系統(tǒng)填充硅油作為壓力傳輸介質(zhì)，防止被測介質(zhì)進(jìn)入毛細(xì)管和變送器，避免堵塞。隔離罐可以省去。2-27試著描述電容式物位計(jì)的工作原理?；卮穑焊鶕?jù)電容器極板間介質(zhì)變化時(shí)，電容也相應(yīng)變化的原理，可以測量料位，也

15、可以測量液位、料位和兩種不同液體的界面。2-28超聲波液位計(jì)適用于什么場合？答：P60它適用于測量高腐蝕性、高壓、有毒和高粘性液體。第三章練習(xí)和思考問題3-1控制器的控制律是什么？控制器的基本控制法則是什么？回答：1)控制律：指控制器的輸出信號(hào)和輸入偏差信號(hào)之間的關(guān)系。2)基本控制規(guī)律：位控制、比例控制、比例積分控制、比例微分控制和比例積分微分控制。什么是3-2雙位置控制規(guī)則？優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么？回答：1)二位控制的輸出規(guī)律基于正負(fù)輸入偏差，控制器的輸出為最大或最小。2)缺點(diǎn)：在現(xiàn)場控制方式下，被控變量在設(shè)定值上下等幅連續(xù)振蕩，不能穩(wěn)定在設(shè)定值。這是因?yàn)殡p位控制器只有兩個(gè)特定的輸出值，而相應(yīng)的控制閥只有兩個(gè)極限位置，這總是由過度調(diào)節(jié)引起的。3)優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)偏差在中間區(qū)域時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不工作，可以減少控制機(jī)構(gòu)的切換頻率，延長控制器中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。為什么3-3比率控制會(huì)產(chǎn)生殘差？回答：剩余差值的原因是比例控制器的輸出信號(hào)y與輸入偏差e成比例：為了克服干擾的影響，控制器必須具有控制功能，即它的輸出必須有一個(gè)變化，而對于比例控制，只有當(dāng)偏差不為零時(shí)，控制器的輸出變化才不為零，這表明比例控制中總會(huì)有剩余差。3-4試著寫出積分控制律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。為什么積分控制可以消除殘差？回答：1)積分控制函數(shù)的輸