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1、优秀精品课件文档资料第二章习题与思考题第二章习题与思考题2-1 若在调节器的输入端加上一个方波信号，若在调节器的输入端加上一个方波信号，试分别画出调节器为比例、比例积分和比试分别画出调节器为比例、比例积分和比例微分动作规律时输出的大致变化过程。例微分动作规律时输出的大致变化过程。2-2 一台气动比例温度控制器，测量范围为一台气动比例温度控制器，测量范围为01000。当指示变化为。当指示变化为100，控制器，控制器比例带为比例带为50时，求相应的控制器输出将时，求相应的控制器输出将变化多少千帕变化多少千帕(输出气压为输出气压为20kPa100kPa)和输出为多少千帕。和输出为多少千帕。2-3 控
2、制器初始输出控制器初始输出Uo为为1.5VDC，当，当Ui加加入入0.1V的阶跃输入时，（给定值不变），的阶跃输入时，（给定值不变），Uo为为2V。随后。随后Uo线性上升，经线性上升，经5分钟分钟Uo为为4.5V，则比例增益，比例度，积分时间和微，则比例增益，比例度，积分时间和微分时间分别是多少？（分时间分别是多少？（5；20%；1min;0）解：解：U0=2-1.5=0.5V;Ui=0.1V K=U0/Ui=0.5/0.1=5=(1/K)*100%=20%(2.5-2)=(4.5-2)/(5-0) (Ti-0)TI=1分分TD=02-4控制器具有动作规律，其比例带为控制器具有动作规律，其比例
3、带为，积分时间为分钟。起初，测量、，积分时间为分钟。起初，测量、给定和输出都在，当测量变化至给定和输出都在，当测量变化至，输出变化多少？分钟后变化多少，输出变化多少？分钟后变化多少？分钟后变化到多少？（假设控制器处？分钟后变化到多少？（假设控制器处于正作用）。（于正作用）。（10%；10%；70%）解：根据响应曲线，解：根据响应曲线，偏差偏差E=55%-50%=5%=50%K = 1/=2比例输出比例输出(变化值）变化值） yp =k(x-sv)=25%=10%积分输出积分输出 输出变化输出变化10%y=50%+10%+10%=70%一分钟后变化到一分钟后变化到70%2-5水箱水位控制如图所示
4、，试画出方框图，水箱水位控制如图所示，试画出方框图，说明被控量、给定值、控制对象、内扰、说明被控量、给定值、控制对象、内扰、外扰、操作变量指的是哪些物理量和设备，外扰、操作变量指的是哪些物理量和设备，调节过程结束后水位是否有静差？调节过程结束后水位是否有静差？被控量：被控量：H；控制对象：水箱；给定值：希；控制对象：水箱；给定值：希望水位望水位H0；内扰：引起；内扰：引起Q1变化的进水压力；变化的进水压力；外扰：流出水量外扰：流出水量Q2；操作变量：流入水量；操作变量：流入水量Q1。2-6水箱水位控制如图所示，试画出方框图，水箱水位控制如图所示，试画出方框图，说明被控量、给定值、控制对象、内扰
5、、说明被控量、给定值、控制对象、内扰、外扰、操作变量指的是哪些物理量和设备，外扰、操作变量指的是哪些物理量和设备，调节过程结束后水位是否有静差？调节过程结束后水位是否有静差？被控量：被控量：H；控制对象：水箱；给定值：；控制对象：水箱；给定值：H0；内扰：引起；内扰：引起q1变化的进水压力；外扰：变化的进水压力；外扰：q2；操作变量：；操作变量：q1。2-7某电厂仪表班负责维修某电厂仪表班负责维修40台变送器，在台变送器，在一年内出现故障的变送器台数为一年内出现故障的变送器台数为60，试求，试求它们的平均无故障时间它们的平均无故障时间MTBF。（答案：。（答案：5840h）2-8 IP65的含
6、义是什么？的含义是什么？IP65，IP为防护等级的特征字母；为防护等级的特征字母；6表示尘表示尘密（无尘埃进入）；密（无尘埃进入）；5表示防喷。表示防喷。 是根据扰动的大小和方向产生相应的是根据扰动的大小和方向产生相应的调节作用。调节作用。前馈是根据扰动进行调节，所以调节的前馈是根据扰动进行调节，所以调节的 。反馈是根据偏差进行调节，所以调节的反馈是根据偏差进行调节，所以调节的 。前馈调节不存在系统的前馈调节不存在系统的 问题。问题。 组态就是把标签号、输出形式、阻组态就是把标签号、输出形式、阻尼时间、工程单位、上下限等数据测量写尼时间、工程单位、上下限等数据测量写到存储器中。到存储器中。控制
7、器的组态就是向控制器的组态就是向 中增加、修改中增加、修改和删除功能块的操作。和删除功能块的操作。软件组态就是对存储器的软件组态就是对存储器的 。可以对变送器进行组态操作的便携式专用可以对变送器进行组态操作的便携式专用计算机称为计算机称为 。正作用调节器的输出变量随被控量的增大正作用调节器的输出变量随被控量的增大而而 。反作用调节器的输出变量随被控量的增大反作用调节器的输出变量随被控量的增大而而 。IP的含义是的含义是 。选择题选择题“调节调节”与与“控制控制”，本书采用的是第，本书采用的是第种理解？种理解？A. 1；B. 2；C. 3按第按第3种理解，种理解， 的控制作用是根据被控的控制作用
8、是根据被控量的测量产生的。量的测量产生的。A. 开环；开环；B. 闭环闭环系统的控制作用是从检测某一量开始，系统的控制作用是从检测某一量开始，而后又通过这一过程影响其本身。而后又通过这一过程影响其本身。A. 开环；开环；B. 闭环闭环选择题选择题变送器输出的是变送器输出的是A. 电信号；电信号；B. 气信号；气信号；C. 标准信号标准信号变送器输出的标准信号是变送器输出的标准信号是A. 420mA；B. 0 20mA； C.0 100 KPa；既有物质又有能量进出的设备是既有物质又有能量进出的设备是A. 水箱；水箱；B. 电动机；电动机；C.热交换设备热交换设备外部扰动一定是系统的外部扰动一定
9、是系统的A. 输入量；输入量；B. 输出量；输出量；C.流出量；流出量；D.流入流入量量选择题选择题如果被调量随时间变化，说明如果被调量随时间变化，说明A. 没有能量进出；没有能量进出；B.没有物质进出；没有物质进出；C.物物质和能量进出平衡；质和能量进出平衡；C.扰动发生扰动发生调节的方向取决于调节的方向取决于A. 偏差的有无；偏差的有无；B.偏差的正负；偏差的正负； C.偏差的偏差的大小大小调节过程结束前，被调量与给定值之差称调节过程结束前，被调量与给定值之差称为为A. 残余偏差；残余偏差；B. 余差；余差；C.静差；静差；D.动差动差选择题选择题积分调节依据来动作。积分调节依据来动作。A
10、. 偏差的大小；偏差的大小；B.偏差的有无；偏差的有无；C.偏差的偏差的变化速度；变化速度；D.偏差的正负偏差的正负若控制器的比例增益为若控制器的比例增益为5，则比例带为，则比例带为A. 5%；B. 10%； C.20% ；D.50%积分作用是消除积分作用是消除A. 残余偏差；残余偏差；B. 余差；余差；C.静差；静差；D.动差动差微分是。微分是。A. 粗调；粗调；B. 细调；细调；C. 超前调；超前调；D.滞后调滞后调试分别定性画出试分别定性画出P、PI、PD、PID调节器的调节器的阶跃响应曲线和阶跃响应曲线和PD调节器的斜坡响应曲线，调节器的斜坡响应曲线，并标出比例增益、积分时间、微分时间
11、。并标出比例增益、积分时间、微分时间。试画出非线性误差特性示意图，并写出计试画出非线性误差特性示意图，并写出计算式。算式。试画出变差特性示意图，并写出计算式。试画出变差特性示意图，并写出计算式。试画出重复特性示意图，并写出计算式。试画出重复特性示意图，并写出计算式。试写出试写出MTBF的计算式，并说明式中各符号的计算式，并说明式中各符号的含义。的含义。参数整定找最佳，参数整定找最佳， 从小到大顺序查。从小到大顺序查。 先是比例后积分，先是比例后积分， 最后再把微分加。最后再把微分加。 曲线振荡很频繁，曲线振荡很频繁， 比例度盘要放大。比例度盘要放大。 曲线漂浮绕大弯，曲线漂浮绕大弯， 比例度盘
12、往小扳。比例度盘往小扳。 曲线偏离回复慢，曲线偏离回复慢， 积分时间往下降。积分时间往下降。 曲线波动周期长，曲线波动周期长， 积分时间再加长。积分时间再加长。曲线振荡频率快，曲线振荡频率快， 先把微分降下来。先把微分降下来。动差大来波动慢，动差大来波动慢， 微分时间应加长。微分时间应加长。理想曲线两个波，理想曲线两个波， 前高后低四比一。前高后低四比一。一看二调多分析，一看二调多分析， 调节质量不会低。调节质量不会低。2-9已知已知Kc=2,TI=0.5min,若偏差若偏差e(t)的变化的变化波形如图所示，当波形如图所示，当PID控制器分别为控制器分别为P、I、PI功能时，试大致画出输出功能
13、时，试大致画出输出u（t）p、 u（t）I 、 u（t）PI的曲线。（设的曲线。（设 ）。）。2-10 若若PID控制器的控制器的Kc=2,TI=12s,TD=120s，稳态时，稳态时u(t)的输出的输出为为40%。t=0时施加时施加3%的偏差阶跃信号，试的偏差阶跃信号，试分别写出在该阶跃信号作用下比例、积分、分别写出在该阶跃信号作用下比例、积分、微分的输出表达式，并计算微分的输出表达式，并计算t=12s时的时的u(t)值。值。2-11水箱如图所示，水箱如图所示，q1为流入量，为流入量，q2为流为流出量，出量，H0为水位给定值。若保持水位为水位给定值。若保持水位H在在规定值，有几种控制方案？试
14、绘出控制方规定值，有几种控制方案？试绘出控制方案的示意图和方框图。案的示意图和方框图。2-12已知已知Kc=2,TI=0.5min,若偏差若偏差e(t)的变的变化波形如图所示，当化波形如图所示，当PID控制器分别为控制器分别为P、I、PI功能时，试大致画出输出功能时，试大致画出输出u（t）p、 u（t）I 、 u（t）PI的曲线。的曲线。2-13控制器具有控制器具有PI动作规律（设为正作用），动作规律（设为正作用），其比例带为其比例带为80%，积分时间为，积分时间为1min。稳态。稳态时，输出为时，输出为6mA。某瞬间，输入偏差突然。某瞬间，输入偏差突然增加了增加了0.3mA，试求：，试求：比
15、例增益为多少比例增益为多少？比例作用使输出变化多少比例作用使输出变化多少mA?比例比例作用使输出变化到多少作用使输出变化到多少mA?1min后输出后输出变化到多少变化到多少mA?3min后输出变化到多少后输出变化到多少mA?2-14 若若PID控制器（设为反作用）的控制器（设为反作用）的Kc=2，TI=12s,TD=120s，稳态时，稳态时u(t)的输出为的输出为50%。t=0时施加时施加4%的偏差阶跃信号，试分别写出在该阶跃的偏差阶跃信号，试分别写出在该阶跃信号作用下比例、积分、微分的输出表达式，并信号作用下比例、积分、微分的输出表达式，并计算计算t=10s时的：时的：比例输出；比例输出；积
16、分输出；积分输出；微微分输出；分输出；比例比例+积分积分+微分输出；微分输出； PID控制器控制器输出。输出。2-15一台气动比例压力调节器，测量范围一台气动比例压力调节器，测量范围为为0100千帕。当测量值变化为千帕。当测量值变化为10千帕，千帕，调节器的比例带为调节器的比例带为40%，试求：，试求：比例增比例增益；益；测量值变化的百分数；测量值变化的百分数；调节器输调节器输出变化的百分数；出变化的百分数；调节器输出变化多少调节器输出变化多少千帕（设输出气压变化范围为千帕（设输出气压变化范围为20 100千千帕）；帕）；调节器输出变化到多少千帕。调节器输出变化到多少千帕。解：解：kc=1/=1/40%=2.510/（100-0） 100%=10%10% 2.5=25%25% （100-20）=20千帕千帕20+20=40千帕千帕
