《过场控制课后习题》由会员分享,可在线阅读,更多相关《过场控制课后习题(5页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、控制器是根据输入偏差和一定的控制算法来计算操纵量的单元; 1-3 某化工液体产品,当原料进入某反应器时,工艺上要求其温度为 405,定值单闭环控制系统在阶跃信号作用下,获得温度的响应过程曲线如图,确定:稳态误差、衰减比和衰减率、超调量以及调节时间稳态误差 ,衰减比()()401(C)ery134yn衰减率 13 75%=超调量 ,调节时间49.76()y2min()st%2-6 什么是绝对压力、大气压力、表压和真空度?其关系如何? 介质承受的实际压力即为绝对压力,大气压是弥漫着空气的压力,表压是高于大气压的绝对压力与大气压力之差,真空度是负压,即大气压与低于大气压的绝对压力之差。若绝对压力与大
2、气压之差大于零,则差值为表压,若小于零,则差值的数值为真空度。压 力0P绝 1P绝 2P大表压负压差压3-1 比例控制有何特点?为什么会产生稳态误差?一是比例控制具有响应迅速的特点;二是比例控制有稳态误差,并且随着比例增益的增大(比例带的减小) ,稳态误差变小。但增益过大,系统不稳定。对于比例控制,只有偏差不为零时,控制器才输出,一旦为零,控制器输出也为零,控制作用消失。从控制理论角度讲,被控对象通常为一阶惯性或二阶惯性加滞后,纯比例控制必然存在偏差。3-3 为什么通常不单独使用微分控制,而是要与比例或比例积分结合使用?如果控制器采用单纯的微分控制,当系统的被控量出现缓慢变化时,控制器的输入信
3、号偏差 e 需要等到这种缓慢变化积累到一定程度(或者说要突破不灵敏区) ,才能有校正行为出现。所以,微分控制往往与其他控制规律结合使用,即发挥微分控制超前控制的优点,又克服其对微小变化量不作为的不足。3-4 在 PID 控制器中,比例带、积分时间和微分时间分别有什么含义?当它们增大或减小时,对系统的被控量会产生什么影响? 在 PID 控制器中,比例带 表示调节阀开度改变 100%时,所需要的系统被控量的变化范围。当被控量处在该范围时,调节阀的开度才与偏差成比例。比例带减小时,控制作用加强,系统响应加快,但过小系统不稳定;积分时间反映积分作用的强弱,它越大,积分作用越弱,它越小,积分作用越强,但
4、过小系统不稳定;微分时间的大小,反映微分作用的强弱,但微分时间过大会使阀门在两个极端位置振荡。3-6 DDZ-型控制器的硬手动操作与软手动操作有何区别?分别用于什么情况?所谓软手动操作是指控制器的输出与手动输入之间呈积分关系,而硬手动操作指控制器的输出与手动输入之间呈比例关系。 通常情况下,都是用软手动操作扳键进行手动操作的,这样控制比较平稳精细;只有当需要给出恒定不变的操作信号(例如阀的开度要求长时间不变 )或者在紧急时要一下子就控制到安全开度(例如要使阀立即打开 )等情况下,才使用硬手动操作。3-7 与模拟控制仪表相比,数字控制仪表有哪些显著特点? 控制器的功能依赖软件,程序编制一般采用专
5、用语言; 具有通信功能,可与上位机和操作站通信,实现集中监视、操作和管理; 内部采用功能化模块,实现软件组态,可实现多种控制算法,通用性强; 精度高,性能稳定,可靠性强。4-1 根据使用能源的不同,调节阀分为哪几种?各有什么优缺点?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。液压调节阀:用液压传递动力,推力最大;但安装、维护麻烦,使用不多。工业中使用最多的是气动执行器和电动执行器。4-2、气动调节阀有哪几部分组成?各部分作用如何?执行机构:是执行器的推动装置,按照输入信号的大小产生相应的力、力矩、角位
6、移、直线位移等,推动调节机构的动做。调节机构:是执行器的调节部分,主要形式是调节阀。阀芯的动作改变调节阀的节流面积,以达到调节介质流动的目的。4-4 什么情况,需要使用电-气转换器?什么情况,需要使用阀门定位器?电-气转换器:当采用气动调节阀时,需要将来自控制器的电信号(420 mA)转换为气动信号(0.020.1MPa ) ,以驱动阀门的开闭;阀门定位器:确保阀门位置按控制器输出信号准确定位,改善调节阀的动态性能。当对阀门定位要求高时,可考虑用此件。4-5、安全栅的作是什么?通常有哪些类型?作用:安全栅是一种防止电能沿控制信号线进入现场过程与仪表,并引发火灾和爆炸的安全措施,是安全场所系统与
7、危险地点设备仪表之间的关联设备。类型:电阻式、齐纳式、光电隔离式、变压器隔离式等。5-1 为什么要研究过程的数学模型?研究过程数学模型的方法有哪些?过程建模的目的:(1 )为了选用合适的控制方案与控制算法。(2 )为了整定控制器参数、优化控制性能。(3 )为了进行仿真试验。(4 )为了培养和训练操作人员和技术人员。机理法建模、测试法建模(也称实验法建模)以及混合法建模。5-2 什么是被控过程的时延特性?时延有哪几种?产生的原因是什么?当控制信号作用于被控过程后,输出并没有马上响应,而是等一段时间后才响应,或者输出响应缓慢,称被控过程这种品性为时延特性。时延有纯时延和容量时延之分。纯时延是由于信
8、号、物料或能量在传输过程中引起的时间滞后,容量时延是多容过程受到扰动之后,响应量的变化速度开始很慢,需要经过一段时间才逐渐达到最大,称这段时间为容量时延。5-4 某液位过程,液体以流量 Q1 从容器上端的阀门 1 进入,分别以流量 Q2 和 Q3 从容器下端两侧的阀门 2 和阀门 3 流出,设阀门 1-3 的液阻 R1、R2、R3 为线性液阻,容器横截面为 C,液体高度为 h,要求:(1 )列出过程的微分方程组;(2 )画出过程的方框图;( 3)求出过程传递函数。(1 ) , ,123dhQCt2QR3h(2 ) 1Cs23R1()s2()Q3()Hs习题 5-4 图 A(3 ) 1()HsK
9、GQT其中, ,23R23RC6-1 单回路控制系统由哪几部分组成?其方案设计包括哪些主要内容?单回路控制系统由控制器、调节阀、被控过程(对象)和检测器等组成。控制方案设计包括:被控量的选择与确定、操纵量的选择与确定、调节阀的选择与确定(包括口径大小、流量特性、气开或气闭形式等) 、控制器的控制规律与正反作用方式,以及检测器的选择与确定等。6-2 在选择操纵量时,为什么希望控制通道的放大系数要大、时间常数小、纯滞后时间越小越好?而干扰通道的放大系数尽可能小、时间常数尽可能大、干扰源离被量远?控制通道的放大系数应大些,有利于减小稳态误差;时间常数应适当小些,过大易引起控制不及时,过小则振荡;纯滞
10、后越小越好,利于系统稳定。干扰通道的放大系数应尽量小,以减小干扰量对被控量的影响和稳态误差;干扰通道的时间常数应大,以减缓干扰对被控量的影响;干扰源应远离被控量,使其对被控量的影响较弱。6-3 为什么串级控制系统能改善过程特性?能迅速克服进入副回路的干扰?能提高系统工作频率?副回路改善了整个过程的部分特性,通常是减小了部分过程的时间常数和放大系数,这主要是副回路的闭环负反馈产生的;包含在副回路中的干扰首先被副回路中的检测器发现,并启动副回路的负反馈调节机制,使干扰被抑制,只有干扰幅度较大、副回路难以抑制时,才会由主回路来进一步克服;副回路的出现,使得该回路的过程对外呈现时间常数减小,从而提高了
11、系统的工作频率。6-5 热交换器用蒸汽将进入其中的冷水加热至一定温度,生产工艺要求热水温度保持定值(1) ,试设计一个单回路控制系统?选蒸汽流量为操纵量,交换器出口热水温度为被控量,调节阀的作用方式为气开式,控制器可选 PI 控制规律,为反作用方式。热水蒸汽冷水热交换器T TT C7-1 物料流量比值 K 与控制系统比值系数 K有何不同?怎样将物料比值转换成控制系统比值系数?1、 物料流量比值 K 是一种工艺上的比,指两流体流量或重量之比,也称工艺比。2、 控制系统比值系数 K是过程控制系统在工艺流程作业和管理时具体操作的电信号的比,也称仪表比。3、 工艺比到仪表比的转换有两种情况:流量与测量
12、值间为线性关系、流量与测量值间为非线性关系。1max2124QIKK 221max214QIKK7-2 与定值控制参数整定相比,均匀控制的参数整定有何特点?1、所有均匀控制系统都不应加入微分控制规律,这是因为微分将加快响应速度,这与均匀控制的要求不相符。2、对于简单均匀控制系统来说,由于只有一个控制器,借鉴单回路控制系统的控制器整定方法,将比例度整定得大点即可。3、若负荷变化,或工艺要求液位受扰后恢复至受扰前的值,可加入积分,但积分时间常数要大些,同时适当增大比例度。7-3 为什么在分程点容易发生流量特性的突变?如何实现流量特性的平滑过渡原因:分程点是两个调节阀切的交换点,通常是一个阀开,另一
13、个阀闭。由于阀的流量特性的差异,阀门承受压力的不同,很容易导致流量特性的突变。办法:实现流量特性的平稳过渡一般有两种常用的方法:一是要选择流量特性相同或相近的调节阀,二是采取切换区重叠的方法。7-4 为什么要消除积分饱和现象?常用方法有哪些?选择性控制系统运行中,总是有调节器处于开环待命状态。如果调节器使用了积分作用,当其处于开环待命状态时,偏差输入信号一直存在。那么积分作用将使控制器的输出不断增加或减小,一直达到输出的极限值为止,这种现象称之为“积分饱和” 。进入饱和的调节器由待命状态转入工作状态时,是无法立即工作的,这对控制是不利的。常用方法有:积分外反馈、PI-P、限幅法8-1 前馈控制
14、和反馈控制各有何特点?前馈反馈复合控制如何改善控制品质?前馈控制的基本特点:前馈控制器是按照干扰的大小进行控制的,称为“扰动补偿” 。前馈控制是开环控制,控制作用几乎与干扰同步,速度快, 前馈控制器的控制规律不是 PID 控制,是由干扰和干扰控制通道决定的。前馈控制只对特定的干扰有控制作用,一个控制器仅能抵御一个干扰。反馈控制是一种定值或随动控制,它采用的是闭环负反馈控制形式。依赖偏差工作,只有系统受到扰动、被控量偏离设定值并检测出以后,才有校正行为;对包含在反馈回路中的所有干扰,都有抵御能力; 前馈反馈控制具有以下优点:在反馈控制的基础上,针对主要干扰进行前馈补偿。既提高了控制速度,又保证了
15、控制精度。反馈控制回路的存在,降低了对前馈控制器的精度要求,有利于简化前馈控制器的设计和实现。8-3 为什么大时延过程是一种难控制的过程?它对系统的控制品质产生什么影响?从直观的角度来说:大时延 的存在,使得执行器接收到控制信号后,需要经过时间 的等待,被控参数才有响应。等到控制器通过检测器发现这种状况,并力图改变这些时,为时已经很晚,控制总是不及时。这很容易导致超调量增加、过渡过程时间延长,直至系统不稳定。从控制原理角度说:随着 的增大,最小相位系统的开环频率特性曲线接近并包围(-1, j0)点,从而导致不稳定。同时,时延 的大小是由具体的生产设备确定,控制者难以改变。大时延 的存在,会导致系统不稳定。8-6 已知静态时系统的操作量与被控量之间的关系为:y1=0.58u1-0.36u2y2=0.73u1-0.62u2试求相对增益矩阵,并判断是否需要解耦。解得相对增益矩阵为:212121 K 6.3212=21=-K12.K21因为是负矩阵,因此必需解耦。