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1、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如图所 示 分别求出衰减比 最大偏差 余差 过渡时间和振荡周期 按 3 稳态值来确定 过渡时间 O 温度 t min 130 110 105 100 820 解 衰减比 8 011 105110 105130 1 2 B B 最大偏差A 即超调量 8 23 100 100 105 105130 y yty p 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 用尺子量后估算出时间 振荡周期 时间作衰减振荡 所以振荡周期T 20 8 12min 两个波
2、峰的时间差 2 已知某被控过程的数学模型为 1 Ts K sE sU 应用前向差分法 求关于u k 和 e k 的差分方程 参考计算控制课本p129 解 1 sEKTssU sEKsUsUTs tKetuT dt tdu 设采样周期为TS 代入 S T kuku dt tdu 1 1 kKekukuku S T T 1 kKekuku TT T TT T S S S 3 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 解 44 0 100 100550 2 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0100
3、200300400500 标准表读数0103198303406495 1 求出仪表最大绝对误差值 2 确定仪表的允许误差及精确度等级 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 问该仪表是否 还符合出厂时的精确度等级 解 1 最大绝对误差值为6 2 仪表精度 5 1 2 1 100 0500 6 所以允许误差为 仪表精度等级为级 3 使用一段时间后的精度为 5 1 6 1 100 0500 8 所以不符合出厂时的精确度等级 5 如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 操纵变量 3 主要扰动 4 输入信号 5 输出信号各是什么
4、 LT LC Q1 Q 2 6 图所示液位过程的输入量为q1 流出量为q2 q3 液位 h 为被控参数 C 为容量系数 设 R1 R2 R3为线性液阻 求 1 列出液位过程的微分方程组 2 画出液位过程的框图 3 求液位过程的传递函数W0 s H s Q1 s R1q1 h1 C R2q2R3q3 2 1 2 2R h q 3 3R h q dt dh Cqqq 321 3 W0 s 3232 32 RRsRCR RR 此题需特别注意 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Q 2 1 被控变量是液位H 2 操纵变量是流量Q2 开关在这 里 控制排水量 而不是入水 量 3
5、主要扰动是流量Q1 Cs 1 2 1 R 3 1 R Q1 s Q3 s Q2 s H s 3 做拉氏变换 32 1 sCsHsQ R sH R sH 3232 32 1 0 RRsRCR RR sQ sH sW 7 用动态特性参数法整定单回路控制系统调节器参数时 测得过程的 8s T 80s 自平 衡率 1 当调节器分别采用P PI PID控制规律时 求 调节器整定的参数 解 由于1 0 80 8 T 故应用表中 2 0 T 时的公式计算 1 比例调节 比例度 1 0 1 T 2 比例积分调节 比例度 11 01 1 1 T 积分时间 sTI4 263 3 3 比例积分微分调节 比例度 08
6、5 085 0 1 T 积分时间 sTI162 微分时间 sTD45 0 某热交换器图所示 用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定的温度 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选用的控制算法 8 某前馈控制系统框图如图所示 试通过推导分析 前馈控制器W1 s 过程扰动通道传递 函数 W2 s 和过程控制通道传递函数 W3 s 满足什么关系时 能够实现对扰动的全补偿 Wc s W3 s W1 s W3 s Wf s F s Y s X s W2 s W1 s W3 s Wf s Wc s F s Y
7、 s 解 参考计算机控制p38 求传递函数Y s F s 然后 令分子等于0 即 1 312 WWW sF sY 0 312 WWW 9 某液位过程的阶跃响应实验测得如下数值 t s01020406080100140180250300400500600 h mm00 当其阶跃扰动量为 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 参考课本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如图所示 2 取6 19y 则98 20 6 19 0 Y K 取39 0 1 ty 63 0 2 ty 由 y ty
8、ty 在图上得到 126 1 t 195 2 t 代入式中 得 138 2 120 ttT572 21 tt 校验数据 当 3 t时 即57 3 t 0093 0 3ty 当4 167 8 0 04 Tt时 55 0542 0 4 ty 当333 2 05 Tt时 865 0877 0 5 ty 所以该液位过程近似为 s s s sT K eesW 57 1138 98 1 0 0 0 0 1 0 20 20 h mm 10 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
9、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 11 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 画出该控制系统方框图 3 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 4 确定两台调节器的正反作用方式 必须 有详细的分析过程 5 确定两台调节器应选择什么调节规律 12 右图为一个加热器控制系统 通过将进料 流体 与蒸汽进
10、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 v q 为最主要的干扰 1 试选用合适的的控制方案 说明理由 并画出控制系统框图和结构图 2 为保证设备安全 出料温度不能过高 确定调节阀的气开 气关形式 确定调节器的正反作用以及应选择什么 调节规律 13 右下图所示的氨冷器 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 避免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 即将图示的氨冷器控 制系统示意图补充完整 3 试画出温
11、度 液位串级控制系统控制框图 4 确定气动调节阀的气开气关形式 并说明原因 5 确定主副调节器的正反作用 14 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 1 试设计一简单温度控制系统 画出其方框图 并确定调节 阀的气开 气关形式和调节器的正 反作用方式 指出调节器应选择什么调节规律 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 试确定该仪表的 允许误差和精度等级 1 8 0 100 200700 4 所以允许误差为 仪表精度等级为级 16 某被测参数的测量范围要求为0 1000kPa 根据工艺要求 用来测量的绝对误差不能超过 TTTCLC LT 铜液 液氨 气氨 8kPa 问选用何种精度等级的压力测量仪表才能满足要求 1 8 0 100 1000 8 所以允许误差为 仪表精度等级为级
