过程控制系统与仪表习题答案第二章(最新整理)

过程控制仪表及控制系统课后习题答案(林德杰)2(总18页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--lxc第一章思考题与习题1－2 图为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。

解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量。

当电石加入时，内部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。

系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器内温度控制参数：冷水流量1－3 常用过程控制系统可分为哪几类答：过程控制系统主要分为三类：1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。

它是最常用、最基本的过程控制系统。

2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。

由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。

由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。

3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。

3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容它们的定义是什么哪些是静态指标哪些是动态质量指标答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。

它是一个静态指标，对定值控制系统。

希望余差越小越好。

2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。

lxc第一章思考题与习题1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。

解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量。

当电石参加时，部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值比拟，偏差信号送到控制器对偏差信号进展运算，将控制作用于调节阀，调节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。

系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器温度控制参数：冷水流量1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?答：过程控制系统主要分为三类：1. 反响控制系统：反响控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进展控制的，最终到达或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。

它是最常用、最根本的过程控制系统。

2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进展控制的，扰动是控制的依据。

由于没有被控量的反响，所以是一种开环控制系统。

由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。

3. 前馈－反响控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克制主要扰动对被控量的影响，而前馈—反响控制利用反响控制克制其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。

3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？答：1. 余差(静态偏差〕e：余差是指系统过渡过程完毕以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。

它是一个静态指标，对定值控制系统。

希望余差越小越好。

2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，假设n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比拟理想的。

衡量系统稳定性也可以用衰减率φ4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。

过程控制系统与仪表第1章思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成：参照图1-1。

1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

被控对象的动态特性：。

系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。

二者之间的关系：1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。

为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。

过程控制系统与仪表习题答案王再英(总23页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编着习题与思考题解答机械工业出版社第1章思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成：参照图1-1。

1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性什么是被控对象的动态特性二者之间有什么关系解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

第2章 思考题与习题2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃2014026048061001求：1）该表最大绝对误差；2）该表精度；3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？2-2 一台压力表量程为0～10MPa ，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程2.024.036.068.0310.01求：1）变差；2）基本误差；3）该表是否符合1.0级精度？2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，精度等级为1.0级。

试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa ，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？解答： 1）基本误差δ=100%⨯最大绝对误差∆max ＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。

2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？解答： 1） 2）2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为1) 1.0级，0～250mA 2）2.5级，0～75mA现要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答：分析它们的最大误差：1）∆max ＝250×1％＝2.5mA ；%5%100505.2±=⨯±=δ2）∆max ＝75×2.5％＝1.875mA ；%75.3%10050875.1±=⨯±=δ选择2.5级，0～75mA 的表。

第2章 思考题与习题2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃20140260480610012）该表精度；3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？2-2 一台压力表量程为0～10MPa ，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程2.024.036.068.0310.012）基本误差；3）该表是否符合1.0级精度？2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，精度等级为1.0级。

试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa ，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？解答： 1）基本误差δ=100%⨯最大绝对误差∆max ＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ 0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。

2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？解答： 1） 2）2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为1) 1.0级，0～250mA 2）2.5级，0～75mA现要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答：分析它们的最大误差：1）∆max ＝250×1％＝2.5mA ；%5%100505.2±=⨯±=δ 2）∆max ＝75×2.5％＝1.875mA ；%75.3%10050875.1±=⨯±=δ 选择2.5级，0～75mA 的表。

2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃，输出为4～20mA 。

lxc第一章思考题与习题1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。

解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量。

当电石参加时，内部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值比拟，偏差信号送到控制器对偏差信号进展运算，将控制作用于调节阀，调节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。

系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器内温度控制参数：冷水流量1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?答：过程控制系统主要分为三类：1. 反响控制系统：反响控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进展控制的，最终到达或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。

它是最常用、最根本的过程控制系统。

2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进展控制的，扰动是控制的依据。

由于没有被控量的反响，所以是一种开环控制系统。

由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。

3. 前馈－反响控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克制主要扰动对被控量的影响，而前馈—反响控制利用反响控制克制其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。

3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？答：1. 余差(静态偏差〕e：余差是指系统过渡过程完毕以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。

它是一个静态指标，对定值控制系统。

希望余差越小越好。

2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，假设n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比拟理想的。

衡量系统稳定性也可以用衰减率φ4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。

第一章绪论1-1什么是过程控制系统？过程控制系统一般指工业过程中自动控制系统的被控变量是温度、压力、流量、液位、成分等这样一些变量的系统。

1-2典型的过程控制系统由哪几部分组成？请举例说明。

典型过程控制系统由被控过程、检测元件和变送器、控制器和执行器组成。

如下图所示的加热炉温度控制系统。

加热炉1-3 与其他自动控制系统相比，过程控制有哪些主要特点？过程控制系统主要有如下一些特点：1)过程特性多样性。

2)过程存在滞后：当控制量改变时，输出量经历一段时间才发生变化。

3)过程特性非线性：当负荷变化时，对象特性（K,T, ）发生变化，或随时间发生变化。

4)控制系统比较复杂或无法得到传递函数。

1-4 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。

为什么在分析过程控制系统的性能时更关注其动态特性？动态：被控量随时间变化的不平衡状态，也叫瞬态。

稳态：被控量不随时间变化的平衡状态，也叫静态。

研究控制系统的动态更为重要。

因为系统在过渡过程中，会不断受到干扰的频繁作用，系统自身通过控制装置不断地调整控制作用去克服干扰的影响，使被控变量保持在工艺生产所规定的技术指标上。

所以在分析过程控制系统的性能时更关注其动态特性。

1-5 评价过程控制系统的常用性能指标有哪些？其中哪些是动态指标，哪些是静态指标？评价过程控制系统的常用性能指标有递减比（即衰减比）、动态偏差、调整时间、静态偏差。

其中递减比（即衰减比）、动态偏差、调整时间是动态指标，而静态偏差是静态指标。

1-6 试说明过程控制系统的分类方法，按设定值的形式不同可将过程控制系统分成哪几类？过程控制系统的分类方法：按控制的参数分类、按控制系统任务分类、按控制器动作规律分类、按控制系统是否构成闭合回路分类、按处理信号不同分类、按是否采用计算机分类、按设定值的形式不同分类。

按设定值的形式不同分：1)定值控制系统：设定值不变；2)随动控制系统：设定值是无规律变化的；3)程序控制系统：设定值按生产工艺要求有规律变化。

第1章思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成：参照图1-1。

1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

被控对象的动态特性：。

系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。

二者之间的关系：1-10 某被控过程工艺设定温度为900℃，要求控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80℃。

现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-4所示。

试求该系统过渡过程的单项性能指标：最大动态偏差、衰减比、振荡周期，该系统能否满足工艺要求？解答：○1最大动态偏差A ：C C C A ︒=︒-︒=50900950 ○2衰减比n ：1:5900910900950=--=n ○3振荡周期T ：(min)36945=-=T A<80C ︒, 且n>1 (衰减振荡)，所以系统满足工艺要求。

2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为1) 1.0级，0～250mA2）2.5级，0～75mA现要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？解答：分析它们的最大误差：1）∆max ＝250×1％＝2.5mA ；%5%100505.2±=⨯±=δ 2）∆max ＝75×2.5％＝1.875mA ；%75.3%10050875.1±=⨯±=δ 选择2.5级，0～75mA 的表。

第1章思考题与习题1—1 过程控制有哪些主要特点?为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2。

控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1—2 什么是过程控制系统?典型过程控制系统由哪几部分组成?解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成：参照图1-1。

1—4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类?解答:分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统;按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等;按其动作规律来分，有比例(P）控制、比例积分（PI)控制,比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分,有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：1．按设定值的形式不同划分:（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3)程序控制系统2．按系统的结构特点分类:（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1—5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1—6 什么是被控对象的静态特性?什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性.被控对象的动态特性：。

系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性.二者之间的关系：1—7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。

为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？解答:稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态,这种状态称为稳态（或静态).动态:从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态.在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。

lxc第一章思考题与习题1－2 图为温度控制系统,试画出系统的框图,简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数;解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量;当电石加入时,内部温度上升,温度检测器检测温度变化与给定值比较,偏差信号送到控制器对偏差信号进行运算,将控制作用于调节阀,调节冷水的流量,使乙炔发生器中的温度到达给定值;系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器内温度控制参数：冷水流量1－3 常用过程控制系统可分为哪几类答：过程控制系统主要分为三类：1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的,最终达到或消除或减小偏差的目的,偏差值是控制的依据;它是最常用、最基本的过程控制系统;2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的,扰动是控制的依据;由于没有被控量的反馈,所以是一种开环控制系统;由于是开环系统,无法检查控制效果,故不能单独应用;3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响,而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动,能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上,提高控制系统的控制质量;3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容它们的定义是什么哪些是静态指标哪些是动态质量指标答：1. 余差静态偏差e：余差是指系统过渡过程结束以后,被控参数新的稳定值y∞与给定值c之差;它是一个静态指标,对定值控制系统;希望余差越小越好;2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标,它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比,即：n ＜1系统是不稳定的,是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的,是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的,若n=4,系统为4：1的衰减振荡,是比较理想的; 衡量系统稳定性也可以用衰减率φ4．最大偏差A ：对定值系统,最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差,它衡量被控参数偏离给定值的程度;5． 过程过渡时间ts ：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％ 根据系统要求范围内所需要的时间;它是反映系统过渡过程快慢的质量指标,t s 越小,过渡过程进行得越快;6．峰值时间tp : 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间,根据系统要求范围内所需要的时间;称为峰值时间tp ;它反映了系统响应的灵敏程度;静态指标是余差,动态时间为衰减比衰减率、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间;第二章 思考题与习题2－1 如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,并设R1、R2、R3均为线性液阻,要求：（1） 列出过程的微分方程组；（2） 求过程的传递函数W 0S ＝HS/Q 1S ； （3） 画出过程的方框图;解：1根据动态物料平衡关系,流入量＝流出量：过程的微分方程的增量形式：中间变量：B B n '=BB B '-=ϕdtdh )Q Q (Q 321=+-dthd C )Q Q (Q 321∆∆∆∆=+-22R h Q ∆∆=33R h Q ∆∆=消除中间变量：同除 R2+R3 得到：令：上式可写为：2Laplace 变换得到：传递函数:3 过程的方框图：2－2．如图所示：Q 1为过程的流入量,Q 2为流出流量,h 为液位高度,C 为容量系数,若以Q 1为过程的输入量,h 为输出量被控量,设R 1、R 2为线性液阻,求过程的传递函数 W 0S ＝HS/Q 1S;解：根据动态物料平衡关系,流入量＝流出量：过程的微分方程的增量形式：中间变量：传递函数：h )R R (dthd R CR Q R R 2332132∆∆∆++=hdthd R R R CR Q R R R R 323213232∆∆∆++=+3232R R R R R +=h dthd CRQ R 1∆∆∆+=)S (H )S (CRSH )S (RQ 1+=1RCS R)s (Q )s (H )s (W 10+==dthd C Q Q 21∆∆∆=-22R h Q ∆∆=h dthd CR Q R 212∆∆∆+=)S (H )S (SH CR )S (Q R 212+=1S CR R )s (Q )s (H )s (W 2210+==如果考虑管道长度l, 即出现纯时延,由于管道流量恒定,所以lQ =τ其传递函数为：其中：lQ =τ2－3．设矩形脉冲响应幅值为2 t/h ,脉冲宽度为△t ＝10min ,某温度过程的矩形脉冲响应记录数据如下： tmin 1 3 4 5 8 10 15 16．5 Y ℃ 0．46 1．7 3．7 9．0 19．0 26．4 36．0 37．5 tmin 20 25 30 40 50 60 70 80 Y ℃33．527．221．010．45．12．81．10．5（1） 将该脉冲矩形响应曲线转换成阶跃响应曲线； （2） 用一阶惯性环节求该温度对象的传递函数; 解：将脉冲响应转换成阶跃响应曲线,数据如下： tmin 1 3 4 5 8 10 15 16．5 Y ℃ 0．46 1．7 3．7 9．0 19．0 26．4 36．0 37．5 Y 1t 0．46 1．7 3．7 9．0 19．0 26．4 － － tmin 20 25 30 40 50 60 70 80 Y ℃ 33．5 27．2 21．0 10．4 5．1 2．8 1．1 0．5 Y 1t－绘出阶跃响应曲线如下：τS2210e1S CR R )s (Q )s (H )s (W -+==5.502101x )0(y )(y K 00==-∞=由图yt1＝∞ ,yt2＝∞处可得：t1=14min t2= t1/t2≈ 故二阶系统数字模型为 20)1TS (K )s (W +=根据经验公式有： 3.1016.22t t )s (T 210=⨯+=所有： 2200)1S 3.10(5.50)1TS (K )s (W +=+=2－5 某过程在阶跃扰动量Δu ＝20％,其液位过程阶跃响应数据见下表： t/s1020406080 10140180260300400500h/cm0．2 0．8 2．0 3．6 5．4 8．8 11．8 14．4 16．6 18．4 19．2（1） 画出液位h 的阶跃响应曲线 （2） 求液位过程的数学模型 解：方法一：图解法由图可以看出：过程应该用一阶加延时系统;1002.020x )0(y )(y K 00==-∞=从图中得到：τ＝40s, T ＝260－40＝220sS 40S00e 1S 220100e 1TS K )s (W --+=+=τ方法二：计算法：在图中取yt 1＝ y ∞ yt 2＝∞ yt 3＝ y ∞ yt 4＝ y ∞ 得t 1＝125s t 2 ＝140s t 3 ＝ 225s t 4 ＝260ss 150)t t (2T 231=-≈ s 55t t 2321=-≈τs 1688.0t t T 142=-≈s 572tt 3412=-≈τ 可见数据很接近,于是：s 1592T T T 210=+=s 562210=+=τττ 过程数学模型：S 56S 00e 1S 159100e 1TS K )s (W --+=+=τ2－6 某过程在阶跃扰动ΔI ＝作用下,其输出响应数据见下表： tmin 1234567891011… ∞ Y ℃4．0 4．0 4．2 4．8 5．1 5．4 5．7 5．8 5．85 5．9 6．0…6．0tmin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 … ∞解：求出y ∞－yt 值如下表：根据表格在半对数纸上描绘出曲线1,曲线1作直线部分的延长线2,2线减去1线得到直线3;过程放大倍数 K 03.15.146x )0(y )(y K 00=-=-∞=根据直线2和直线3,与纵坐标、横坐标构成的两个三角形,可以求出时间参数T 1、T 2 ： 由A 1＝7,B 1＝ , t 1＝10s35.2)1.0lg 7(lg 303.2s10)B lg A (lg 303.2t T 1111=-=-=由 A 2＝5,B 2＝ t 2＝6s该过程的数学模型为：第三章 思考题与习题3－2 有一压力控制系统选用DDZ －Ⅲ压力变送器,其量程为0～200kPa;生产工艺要求被控Y ℃ 2．0 2．0 1．8 1．5 1．2 0．5 0．3 0．2 0．15 0．1 0 0)1s 53.1)(1s 35.2(3.1)1s T )(1s T (K )s (W 2100++=++=53.1)1.0lg 5(lg 303.2s6)B lg A (lg 303.2t T 2222=-=-=压力为150±2kPa,现将该变送器量程调整到100～200 kPa,求零点迁移前后该压力变送器的灵敏度;解： 零点迁移前灵敏度：零点迁移后灵敏度：3－4 某DDZ －Ⅲ直流毫伏变送器,其零点移到Vio ＝5mV ,零迁后的量程为DC10mV ,求该变送器输出I 0＝10mADC 时的输入是多少毫伏解：分析：零点迁移后5～10mV 对应输出为 4～20mA,如右图所示; 根据图的几何关系有：ab : ac ＝eb : dc88.11665dc eb ac ab ≈⨯=⋅=∴ I 0＝10mA 时,输入电压为： V in ＝5＋＝mVDC3－7.说明DDZ －Ⅲ热电偶温度变送器的冷端温度补偿原理;以A 和B 两种导体组成的热电偶产生的热电势与材料种类和接触点的温度有关;热电偶产生的热电势与被测温度T 具有单值函数关系;但是,其前提条件必须保持冷端温度T0 不变;热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关,而且还与冷端温度有关;实际使用中冷端暴露在仪表之外,受环境影响较大,因此必须进行冷端补偿温度校正热电偶冷端温度的补偿方法1补偿导线法延伸导线法：用与热电偶热电性质相同的臂长补偿导线或称延伸导线将热电偶的冷端延伸到温度保持恒定的地方;2冷端恒温法：将热电偶的冷端置于恒定温度的容器内或场合内;3冷端温度修正法计算校正法：kPa/mA 08.00200420K 1=--=kPa/mA 16.0100200420K 1=--=)t (e )t (e )t ,t (E 0AB AB 0-=4补偿电桥法：利用不平衡电桥产生相应的不平衡电势补偿由于热电偶冷端温度变化引起的测量误差;3－－Ⅲ温度变送器是如何使被测温读与输出信号I ;成线性关系的 简述热电偶温度变送器与热电阻温度的线性化原理;3－5 .DDZ －Ⅲ温度变送器测温范围为800～1200°C;选择哪一种测温元件较为合适当输出电流为DC16mA 时,被测温度是多少解：检测温度高于600℃,应选择热电偶测温元件;ab : ac ＝bd : ce3001612400ce bd ac ab ≈⨯=⋅=∴ I 0＝16mA 时,被测温度为： T ＝800＋300＝1100℃3－6 .DDZ-Ⅲ温度变送器测温范围为400～600°C;选择哪一种测温元件较为合理当温度从500°C 变化到550°C 时,输出电流变化多少解:：检测温度低于600℃,应选择铂电阻测温元件;温度变化50℃时,输出电流变化：ΔI ＝ mA/℃×50℃＝4 mA3－8 用标准孔板测量气体流量,给定设计参数p ＝,t ＝20°C;实际被测介质参数p 1＝,t 1＝30C;仪表显示流量Q ＝3800m³h,求被测介质实际流量大小;3－9 一只用水标定的浮子流量计,其满刻度值为1000m³/h,不锈钢浮子密度为cm³;现用来测量密度为cm³的乙醇流量,问浮子流量计的测量上限是多少解：设转子、水、被测液体的密度分别为ρ1、ρ0、ρ2, 由液体流量的修正公式,密度修正系数：℃/mA 08.0200600420K 1=--=根据修正系数求得,浮子流量计的测量上限是：Q 2max ＝K Q 0 max ＝×1000＝1200 m 3/h3－16 简述涡轮流量计的工作原理;某涡轮流量计的仪表常数K ＝次/L,当它测量流量时的输出频率为ƒ＝400Hz 时,求其瞬时体积流量为每小时多少立方米第四章 思考题与习题4－1 什么是正作用调节器和反作用调节器如何实现调节器的正反作用答：输入增加时,调节器输出也随之增加称为正作用调节器；输入增加时,调节器输出减小称为反作用调节器;在调节器输入级的输入端设有一个双向开关S 7,通过切换改变输入信号的极性来实现调节器的正反作用;4－3 如何测定DDZ －Ⅲ调节器的微分时间T D 和积分时间T I答：一、微分传递函数为：拉氏反变换得阶跃作用下的时间函数：当t ＝t0+时,当t ＝∞时, 由图有：实验得到曲线后,可以按图求取微分时间T D 二、积分传递函数：2.1720)10007920(1000)7207920()()(K 0101=--='-'-=ρρρρρρ)t (V )0(V 1O 02⋅=+α632.0)(V V )K T (V V 0202DD 0202=∞--)t (V e )1K (1K )t (V 1O t T KD D 02D D ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+⋅=-α)t (V K )0(V 1O D02⋅=+αS K T 1ST 1K )S (W DD D DPD ++⋅=αST K 11ST 11C C )S (W I I I M I PI ++⋅-=t ＝0时,t ＝∞时,t ＝T I 时：4－3 设DDZ －Ⅲ基型调节器的PID 参数的刻度值为δ＝,T I ＝30s,T D ＝20s;计算实际值δ、T I 和T D 之值;解：先计算F ： F ＝1＋T D /T I ＝1＋2/3＝ δ、T I 、T D 之实际值： δ＝δ/F ＝＝T I ＝T I /F ＝ T D ＝T D /F ＝4－5 数字式完全微分PID 控制规律与不完全微分PID 控制规律有说明区别哪种控制规律的应用更为普遍答： 完全微分型PID 算法的微分作用过于灵敏,微分作用持续时间短,容易引起控制系统振荡,降低控制品质;不完全微分是在PID 输出端串接一个一阶惯性环节,这样,在偏差变化较快时,微分作用不至于太强烈,且作用可保持一段时间;因此不完全微分PID 控制规律更为普遍; 4－64－9 某流体的最大流量为80 m 3/h ,改流体密度为×10－2g/cm 3,阀前后一压差为,试选择调节阀的公称直径和阀座直径;要求泄露量小 解：调节阀的流通能力C 为：h /m 12.101.01016.080P Q C 32=⨯==-∆ρ取 h /m 12C 3=查表得dg ＝32mm,Dg ＝32mm ;⋅-=02MI03V C C )0(V )t (V e )1K (K C C )t (V 2O t T K K I I M I 03II D ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+⋅-=-⋅-=∞02I MI03V K C C )(V ⋅-=∞02MI03V C C 2)(V第六章思考题与习题6－5 调节器的P、PI、PD、PID控制规律各有什么特点它们各用于什么场合答：比例控制规律适用于控制通道滞后较小,时间常数不太大,扰动幅度较小,负荷变化不大,控制质量要求不高,允许有余差的场合;如贮罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽压力的控制等;比例积分控制规律引入积分作用能消除余差;适用于控制通道滞后小,负荷变化不太大,工艺上不允许有余差的场合,如流量或压力的控制;比例微分控制规律引入了微分,会有超前控制作用,能使系统的稳定性增加,最大偏差和余差减小,加快了控制过程,改善了控制质量;适用于过程容量滞后较大的场合;对于滞后很小和扰动作用频繁的系统,应尽可能避免使用微分作用;比例积分微分控制规律可以使系统获得较高的控制质量,它适用于容量滞后大、负荷变化大、控制质量要求较高的场合,如反应器、聚合釜的温度控制;6－7在某生产过程中,冷物料通过加热炉对其进行加热,热物料温度必须满足生产工艺要求,故设计图所示温度控制系统流程图,画出控制框图,指出被控过程、被控参数和控制参数;确定调节阀的流量特性、气开、气关形式和调节器控制规律及其正、反作用方式;解：系统方框图：被控过程为加热炉；被控参数是热物料的温度；控制参数为燃料的流量;加热炉的过程特性一般为二阶带时延特性,即过程为非线性特性;因此,调节阀流量特性选择对数特性调节阀;根据生产安全原则,当系统出现故障时应该停止输送燃料,调节阀应选用气开式;即无气时调节阀关闭;控制器的正反作用的选择应该在根据工艺要求,原则是：使整个回路构成负反馈系统;控制器的正、反作用判断关系为：控制器“±”·控制阀“±”·对象“±”＝“－”调节阀：气开式为“＋”,气关式为“－”；控制器：正作用为“＋”,反作用为“－”；被控对象：按工艺要求分析,通过控制阀的物量或能量增加时,被控制量也随之增加为“＋”；反之随之降低的为“－”；变送器一般视为正作用;根据安全要求,调节阀选气开式K v为正,温度变送器K m一般为正,当调节器增加时,温度值增加,故过程对象为正,为了保证闭环为负;所以调节器应为负作用;6－8 下图为液位控制系统原理图;生产工艺要求汽包水位一定必须稳定;画出控制系统框图,指出被控过程、被控参数和控制参数;确定调节阀的流量特性、气开、气关形式和调节器的控制规律及其正反作用方式;解：控制系统框图如下图所示;被控过程为汽包；被控参数是汽包的液位；控制参数为给水的流量;汽包的过程特性为一阶带时延特性,即过程为非线性特性;因此,调节阀流量特性选择对数特性调节阀;根据生产安全原则,当系统出现故障时应该停止输送燃料,调节阀应选用气关式;即无气时调节阀打开;保证在控制出现故障时,汽包不会干烧;调节阀：选择气关式调节阀,故K V为“－”；被控对象：按工艺要求分析,通过给水增加时,被控制参数的液位也会增加;所以K0为“＋”；变送器一般视为正作用;控制器的正、反作用判断关系为：控制器“”·控制阀“－” ·对象“＋”＝“－”根据判断关系式,调节器应为正作用;6-9 某过程控制通道作阶跃实验,输入信号Δu ＝50,其记录数据见表6－11 t/min 0 yt t/min yt1用一阶加纯时延近似该过程的传递函数,求K 0、T 0、和τ0值; 2用动态响应曲线法整定调节器的PI 参数取ρ＝1,φ＝; 解：1根据表6－11得到过程阶跃响应曲线：由图读得T 0＝ min τ0＝ min∴≤≤1根据动态特性整定公式有：T I ＝ T 0 ＝ min82.2502005.341x )0(y )(y K 00=-=-∞=S42.00e 1s 08.182.2)s (W -+=39.008.142.0T 00==τ81.06.0T 08.0T 6.20=+-⨯=ττρδ6－10 对某过程控制通道作一阶跃实验,输入阶跃信号Δμ＝5,阶跃响应记录数据如表所示; （1） 若过程利用一阶加纯时延环节来描述,试求K 0、T 0、τ0（2） 设系统采用PI 调节规律,按4：1衰减比,用反应曲线法整定调节器参数,求δ、T i ; 时间min 0510152025303540被控量y 0．650 0．651 0．652 0．668 0．735 0．817 0．881 0．979 1．075 时间min 455055606570758085被控量y1．151 1．213 1．239 1．262 1．311 1．329 1．338 1．350 1．351解：1求过程的传递函数,由表作图：从图中可以得到：τ＝25min ＝1500s ； T 0＝30min ＝1800s 采用一阶加时延系统则：将数值代入得：2 因为τ/ T 0 ＝1500/1800＝＜1 取φ＝的有自衡过程的整定公式：a ．比例系数δ：b ．积分时间常数T i ：T i ＝＝1440 s6－12 已知被控制过程的传递函数 ,其中T 0＝6s,τ 0＝3s;试用响应曲线法整定PI 、PD 调节器的参数；再用临界比例度法整定PI 调节器的参数设T K ＝10s,δK ＝；并将两种整定方法的PI 参数进行比较;S000e)s T 1(K )s (W τ-+=4.15.07.0x )0(y )(y K 00==-∞=S1500e )s 1801(4.1)s (W -+=24.148.06.26.083.015.083.06.26.0T 08.0T16.20≈⨯≈+-⨯=+-⋅=ττρδS0e )1s T (4.1)s (W τ-+=解：对有自衡能力的系统ρ＝1,T 0 / τ 0＝;采用特性参数法响应曲线法公式及PI 控制规律,有：T i ＝＝ s对PD 控制规律调节器,有T i ＝τ0＝ s采用临界比例度法,对PI 调节规律：T i ＝＝8,5 s两种整定方法得到的结果不同,比例度比较接近、T I 相差较大;在工程实践中应该应用不同的整定方法进行比较,选择控制效果最佳方案;第七章 思考题与习题7－2 在串级控制系统的设计中,副回路设计和副参数的选择应考虑哪几个原则答：副回路设计是选择一个合适的副变量,从而组成一个以副变量为被控变量的副回路;副回路设计应遵循的一些原则：1 副参数选择应该时间常数小,时延小、控制通道短的参数作为副回路的控制参数;当对象具有较大的纯时延时,应使所设计的副回路尽量少包括最好不包括纯时延;2 使系统中的主要干扰包含在副环内;在可能的情况下,使副环内包含更多一些干扰; 当对象具有非线性环节时,在设计时将副环内包含更多一些干扰;(3) 副回路应考虑到对象时间常数的匹配：T 01/T 02＝3～10,以防止“共振”发生; (4) 副回路设计应该考虑生产工艺的合理性 (5) 副回路设计应考虑经济原则;7－3 图为加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统;工艺要求一旦发生重大事故,立即切断原料的供应;（1） 画出控制系统的组成框图（2） 确定调节阀的流量特性气开、气关形式91.07.05.008.05.06.28.08.0P ≈+-⨯⨯==δδ88.02.2P ==δδ99.06.05.008.05.06.26.0T 08.0T 16.20≈+-⨯=+-⋅=ττρδ（3）确定主副调节器的控制规律及其正反作用方式解：1串级系统方框图如下：副回路选择加热炉炉膛温度控制,消除F1S干扰;2由于发生重大事故时立即切断燃料油的供应,从工艺的安全性考虑,调节阀选择气开式,保证无气时调节阀关闭;3主调节器选择PI或PID控制规律,副调节器选择P调节规律;由于燃料增加加热炉温度必然增加,所以过程为正;调节阀气开式为正,根据表7－4可知主副调节器都选择正作用方式;7－5 某温度－温度串级控制系统,主调节器采用PID控制规律,副调节器采用P控制规律;采用两步整定法整定主、副调节器的参数,按4：1衰减比测得δ1S＝,δ1S＝,T1S＝140s,T2S＝12s;求主、副调节器参数的整定值;解：按照4：1两步整定法经验公式：主调节器温度调节器：比例度δ1＝×δ1S＝×＝％积分时间常数T I＝×T1S＝42 s微分时间常数：TD＝×T1S＝14 s副调节器：比例度δ2＝δ2S＝50％7－8用蒸汽加热的贮槽加热器,进料量Q1稳定,而Q1的初始温度T1有较大波动,生产工艺要求槽内物料温度T恒定;Q2为下一工艺的负荷,要求Q2的温度为T;试设计一过程控制系统,并画出控制系统框图;解：应用前馈－反馈控制系统对冷物料进行前馈补偿 控制、对被控参数：出口热物料进行反馈控制;系统 控制流程图如下图所示;控制系统组成框图：其中 前馈补偿器传递函数)s (W )s (W )s (W 0f FF -=。

过程控制系统与仪表习题与思考题解答第1章思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统..组成：参照图1-1..1-4 说明过程控制系统的分类方法;通常过程控制系统可分为哪几类解答：分类方法说明：按所控制的参数来分;有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分;有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分;有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分;有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分;有比例P控制、比例积分PI控制;比例、积分、微分PID控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分;有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等..通常分类：1．按设定值的形式不同划分：1定值控制系统2随动控制系统3程序控制系统2．按系统的结构特点分类：1反馈控制系统2前馈控制系统3前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的;引起系统被控参数变化的就是扰动信号..1-6 什么是被控对象的静态特性什么是被控对象的动态特性二者之间有什么关系解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性..被控对象的动态特性：..系统在动态过程中;被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性..二者之间的关系：1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义..为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性解答：稳态：对于定值控制;当控制系统输入设定值和扰动不变时;整个系统若能达到一种平衡状态;系统中各个组成环节暂不动作;它们的输出信号都处于相对静止状态;这种状态称为稳态或静态..动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作;到整个系统又建立新的稳态达到新的平衡、调节过程结束的这一段时间;整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中;这种状态称为动态..在实际的生产过程中;被控过程常常受到各种振动的影响;不可能一直工作在稳态..只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性;才能设计出良好的控制系统..1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些各自的定义是什么解答：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等..衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n；过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统;是指被控参数偏离设定值的最大值A ；超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y ∞之比的百分数σ；1100%()y y σ=⨯∞ 残余偏差C ： 过渡过程结束后;被控参数所达到的新稳态值y ∞与设定值之间的偏差C 称为残余偏差;简称残差；调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰或波谷之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期;其倒数称为振荡频率；峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间..1-10 某被控过程工艺设定温度为900℃;要求控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80℃..现设计的温度定值控制系统;在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-4所示..试求该系统过渡过程的单项性能指标：最大动态偏差、衰减比、振荡周期;该系统能否满足工艺要求解答：错误!最大动态偏差A ：C C C A ︒=︒-︒=50900950错误!衰减比n ：1:5900910900950=--=n 错误!振荡周期T ：(min)36945=-=TA<80C ︒; 且n>1 衰减振荡;所以系统满足工艺要求..第2章 思考题与习题2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据：2该表精度；3如果工艺允许最大测量误差为±5℃;该表是否能用2-2 一台压力表量程为0～10MPa;经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa 正行程0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 求：1变差；2基本误差；3该表是否符合1.0级精度2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa;精度等级为1.0级..试问此压力表允许的最大绝对误差是多少 若用标准压力计来校验该压力表;在校验点为5MPa 时;标准压力计上读数为5.08MPa;试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度;为什么解答：1基本误差δ=100%⨯最大绝对误差∆max ＝0.01×10＝0.1MPa2校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ 0.8％<1％ ;所以符合1.0级表..2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取 选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题解答：122-5 有两块直流电流表;它们的精度和量程分别为1 1.0级;0～250mA22.5级;0～75mA现要测量50mA 的直流电流;从准确性、经济性考虑哪块表更合适解答：分析它们的最大误差：1∆max ＝250×1％＝2.5mA ；%5%100505.2±=⨯±=δ 2∆max ＝75×2.5％＝1.875mA ；%75.3%10050875.1±=⨯±=δ 选择2.5级;0～75mA 的表..2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃;输出为4～20mA..当变送器输出电流为10mA 时;对应的被测温度是多少解答：104202001000T =--； T=500C ︒..2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理..现有某工艺要求压力范围为1.2±0.05MPa;可选用的弹簧管压力计精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五个等级;可选用的量程规格有0～1.6MPa 、0～2.5MPa 和0～4MPa..请说明选用何种精度和量程见附录E 的弹簧管压力计最合适解答：1工作原理：2根据题意：压力范围为1.2＋0.5 MPa;即允许的最大绝对误差∆max ＝0.05错误!分析选用不同量程的表所需的精度等级：0～1.6 MPa 量程：%125.3%1006.105.0±=⨯±=δ;可选2.5级表； 0～2.5 MPa 量程：%2%1005.205.0±=⨯±=δ;可选1.5或2.0级表； 0～4.0 MPa 量程：%2.1%1000.405.0±=⨯±=δ;可选1.0级表.. 错误!量程选择：被测最大压力＝1/3～2/3量程上限0～1.6 MPa 量程：32436.12.1〉= 0～2.5 MPa 量程：325.22.131〈〈 0～4.0 MPa 量程：313.00.42.1〈= 综合分析;选用1.5级或2.0级;0～2.5 MPa 量程的表最合适..2-13 如果某反应器最大压力为1.0MPa;允许最大绝对误差为0.01MPa..现用一台测量范围为0～1.6MPa;精度为1级的压力表来进行测量;问能否符合工艺要求 若采用一台测量范围为0～1.0MPa;精度为1级的压力表;能符合要求吗 试说明其理由..解答：工艺要求：最大压力为1.0MPa;允许最大绝对误差为0.01MPa..分别求出两台仪表的最大允许误差;进行判断..1精度为1级;量程为0～1.6MPa 的表;其最大绝对误差：∆1.6max ＝1.6×1％＝0.016 MPa;> 0.01 MPa; 所以不符合要求；2精度为1级;量程为0～1.0MPa 的表;其最大绝对误差：∆1.0max ＝1.0×1％＝0.01 MPa;＝ 0.01 MPa; 所以最大误差符合要求;但是压力表的最大测量值应≤ 2/3仪表量程;否则压力波动会使测量值超出仪表量程..所以;该表也不符合要求..2-14 某台空压机的缓冲器;其工作压力范围为1.0～1.6MPa;工艺要求就地观察罐内压力;并要测量结果的误差不得大于罐内压力的±5%..试选择一块合适的压力表类型、测量范围、精度等级;并说明其理由..解答：根据题意知：压力范围1.0～1.6MPa;允许最大误差：∆max ＝1.6×＋5％＝＋0.08 MPa1量程确定：应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处;即1.6 MPa ×2/3＝2.4 MPa可以选量程为0～2.5 MPa 的弹簧压力表..2精度等级确定：求出基本误差;以确定满足要求的精度等级..%2.3%1005.208.0±=⨯±=δ ;允许的精度等级为2.5级.. 综上分析;选择量程为0～2.5 MPa;精度等级为2.5级的弹簧压力表..该表的最大绝对误差：∆max ＝2.5×＋2.5％＝＋0.0625 MPa;<0.08 MPa所以满足要求..2-17 什么叫标准节流装置 试述差压式流量计测量流量的原理；并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响 解答：1标准节流装置：包括节流件和取压装置..2原理：基于液体流动的节流原理;利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的..3影响因素：P47错误!流量系数的大小与节流装置的形式、孔口对管道的面积比m 及取压方式密切相关；错误!流量系数的大小与管壁的粗糙度、孔板边缘的尖锐度、流体的粘度、温度及可压缩性相关；错误! 流量系数的大小与流体流动状态有关..2-19 为什么说转子流量计是定压式流量计 而差压式流量计是变压降式流量计解答：1转子流量计是定压式流量计P47虽然转子流量计也是根据节流原理测量流量的;但它是利用节流元件改变流体的流通面积来保持转子上下的压差恒定..所以是定压式..2差压式流量计是变压降式流量计P45是基于流体流动的节流原理;利用流体流经节流装置是产生的压差实现流量测量的..所以是变压降式..2-21 椭圆齿轮流量计的特点是什么 对被测介质有什么要求解答：1特点：流量测量与流体的流动状态无关;这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的.. 粘度愈大的介质;从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小;因此核测介质的粘皮愈大;泄漏误差愈小;对测量愈有利.. 椭圆齿轮流量计计量精度高;适用于高粘度介质流量的测量..2对被测介质的要求：不适用于含有固体颗粒的流体固体颗粒会将齿轮卡死;以致无法测量流量..如果被测液体介质中夹杂有气体时;也会引起测量误差..2-22 电磁流量计的工作原理是什么 它对被测介质有什么要求解答：P511原理：利用导电液体通过磁场时在两固定电极上感应出电动是测量流速..2对被测介质的要求：导电液体;被测液体的电导率应大于水的电导率Ωμ100cm;不能测量油类或气体的流量..2-24 超声波流量计的特点是什么解答：超声波流量计的非接触式测量方式;不会影响被测流体的流动状况;被测流体也不会对流量计造成磨损或腐蚀伤害;因此适用范围广阔..2-25 用差压变送器测某储罐的液位;差压变送器的安装位置如图2-75所示..请导出变送器所测差压p ∆与液位H 之关系..变送器零点需不需要迁移 为什么2-26 用法兰式差压变送器测液位的优点是什么解答：P57测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体的液位;在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油;作为传压介质;使被测介质不进入毛细管与变送器;以免堵塞..可节省隔离罐..2-27 试述电容式物位计的工作原理..解答：利用电容器的极板之间介质变化时;电容量也相应变化的原理测物位;可测量液位、料位和两种不同液体的分界面..2-28 超声波液位计适用于什么场合解答：P60适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘性液体的测量..第3章 习题与思考题3-1 什么是控制器的控制规律 控制器有哪些基本控制规律解答：1控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系..2基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制..3-2 双位控制规律是怎样的 有何优缺点解答：1双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负;控制器的输出为最大或最小..2缺点：在位式控制模式下;被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡;无法稳定在设定值上..这是由于双位控制器只有两个特定的输出值;相应的控制阀也只有两个极限位置;总是过量调节所致..3优点：偏差在中间区内时;控制机构不动作;可以降低控制机构开关的频繁程度;延长控制器中运动部件的使用寿命..3-3 比例控制为什么会产生余差解答：产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系：e K y p =为了克服扰动的影响;控制器必须要有控制作用;即其输出要有变化量;而对于比例控制来讲;只有在偏差不为零时;控制器的输出变化量才不为零;这说明比例控制会永远存在余差..3-4 试写出积分控制规律的数学表达式..为什么积分控制能消除余差解答：1积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：⎰=edt T y 11 2当有偏差存在时;输出信号将随时间增大或减小..当偏差为零时;输出停止变化;保持在某一值上..因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差..3-5 什么是积分时间 试述积分时间对控制过程的影响..解答： 1⎰=edt T y 11 积分时间是控制器消除偏差的调整时间;只要有偏差存在;输出信号将随时间增大或减小..只有当偏差为零时;输出停止变化;保持在某一值上..2 在实际的控制器中;常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱;在数值上;T i =1／K i ..显然;T i 越小;K i 就越大;积分作用就越强;反之亦然..3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA;若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA;某时刻;输入阶跃增加0.2mA;试问经过5min 后;输出将由5mA 变化为多少解答： 由比例积分公式：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎰edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==pK p ;即K p =1; T I = 2 min ; e ＝＋0.2； 稳态时：y 0＝5mA;5min 后：mAedt T e P y y )7.05()52.0212.0(151110±=⨯⨯±±⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎰ 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响 调整比例度时要注意什么问题解答：P741控制器的比例度P 越小;它的放大倍数p K 就越大;它将偏差放大的能力越强;控制力也越强;反之亦然;比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现..2比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数;还表示符合这个比例关系的有效输入区间..一表的量程是有限的;超出这个量程的比例输出是不可能的..所以;偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程16mA;避免控制器处于饱和状态..3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么 为什么常用实际为分控制规律解答： 1dtde T y D = 2由于理想微分运算的输出信号持续时间太短;往往不能有效推动阀门..实际应用中;一般加以惯性延迟;如图3-7所示;称为实际微分..3-9 试写出比例、积分、微分PID 三作用控制规律的数学表达式..解答：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎰dt de T edt T e P y D 111 3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点;积分和微分为什么不单独使用解答：1比例控制及时、反应灵敏;偏差越大;控制力越强；但结果存在余差..2积分控制可以达到无余差；但动作缓慢;控制不及时;不单独使用..3微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时;控制作用消失;不单独使用..3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪几部分组成 各组成部分的作用如何解答：P791组成如图3-11所示..2作用参照P79..3-12 DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别 各用在什么条件下解答：1软手动操作是指调节器的输出电流I 0与手动操作的输入信号成积分关系；硬手动操作是指调节器的输出电流I 0与手动操作的输入信号成比例关系..2软手动操作：系统投运硬手动操作：系统故障3-13 什么叫控制器的无扰动切换 在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换;在设计PID 电路时采取了哪些措施解答：P841调节器进行状态转换后;输出值不发生跳动;即状态转换无冲击..2C M 、C I ..P85中..3-14 PID 调节器中;比例度P 、积分时间常数I T 、微分时间常数D T 分别具有什么含义 在调节器动作过程中分别产生什么影响 若将I T 取∞、D T 取0;分别代表调节器处于什么状态解答：比例度P 含义：使控制器的输出变化满量程时也就是控制阀从全关到全开或相反;相应的输入测量值变化占仪表输入量程的百分比..比例作用的强弱取决于比例度的大小..积分时间常数I T 含义：I T 越小;积分作用越强；越大积分作用越弱；若将I T 取∞;则积分作用消失..微分时间常数D T 含义：D T 越大;微分作用越强；D T 取0;微分作用消失..3-15 什么是调节器的正/反作用 在电路中是如何实现的解答：1正作用：偏差=测量值-给定值；反作用：偏差=给定值-测量值..2运放输入端的切换开关实现的..3-16 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式 输出电路是怎样将输出电压转换成4～20mA 电流的解答：1采用差动输入方式;可以消除公共地线上的电压降带来的误差..2参照P83下的输出电路..3-18 给出实用的PID 数字表达式;数字仪表中常有哪些改进型PID 算法解答：1 P91式3-182改进的算法：第4章思考题与习题4-1 气动调节阀主要由哪两部分组成各起什么作用解答：1执行机构和调节机构..2执行机构的作用：按调节器输出的控制信号;驱动调节机构动作；调节机构的作用：由阀芯在阀体内的移动;改变阀芯与阀座之间的流通面积;从而改变被控介质的流量..4-2 试问调节阀的结构有哪些主要类型各使用在什么场合解答：1类型：直通单座阀、直通双座阀..2直通单座阀使用场合：小口径、低压差的场合；直通双座阀使用场合：大口径、大压差的场合..4-4 什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性常用的调节阀理想流量特性有哪些解答：1理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性;也叫理想流量特性..工作流量特性：在实际的工艺装置上;调节阀由于和其他阀门、设备、管道等串连使用;阀门两端的压差随流量变化而变化;这时的流量特性称为工作流量特性..2常用理想流量特性：直线流量特性、等百分比对数流量特性、快开特性4-6 什么叫调节阀的可调范围在串联管道中可调范围为什么会变化解答：1可调范围：反映调节阀可控制的流量范围;用R＝Q max/Q min之比表示..R越大;调节流量的范围越宽;性能指标就越好..2由于串联管道阻力的影响..4-7 什么是串联管道中的阀阻比S S值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变解答：1阀阻比：用阀阻比o T p p S /min ∆=表示存在管道阻力的情况下;阀门全开时;阀门前后的最小压差min T p ∆占总压力p o 的比值.. 2在S ＜1时;由于串联管道阻力的影响;使阀门开大时流量达不到预期的值;也就是阀的可调范围变小..随着S 值的减小;直线特性渐渐区于快开特性;等百分比特性渐渐趋近于直线特性..4-8 什么叫气动调节阀的气开式与气关式 其选择原则是什么解答：1气开式：无压力信号时阀门全闭;随着压力信号增大;阀门逐渐开大的气动调节阀为气开式..气关式：无压力信号时阀门全开;随着压力信号增大;阀门逐渐关小的气动调节阀为气关式..2选择原则：从工艺生产安全考虑;一旦控制系统发生故障、信号中断时;调节阀的开关状态应能保证工艺设备和操作人员的安全..4-9 如图4-24所示的蒸气加热器对物料进行加热..为保证控制系统发生故障时;加热器的耐热材料不被烧坏;试确定蒸气管道上调节阀的气开、气关形式..解答：气开式调节阀..4-11 试述电/气转换器的用途与工作原理..解答：P1131用途： 为了使气动阀能够接收电动调节器的输出信号;必须使用电／气转换器把调节器输出的标准电流信换为20～100kPa 的标准气压信号..2原理：在杠杆的最左端安装了一个线圈;该线圈能在永久磁铁得气隙中自由地上下运动;由电动调节器送来得电流I 通入线圈..当输入电流I 增大时;线圈与磁铁间产生得吸力增大;使杠杆左端下移;并带动安杠杆上的挡板靠近喷嘴;改变喷嘴和挡板之间的间隙..喷嘴挡板机构是气动仪表中最基本的变换和放大环节;能将挡板对于喷嘴的微小位移灵敏地变换为气压信号..经过气动功率放大器的放大后;输出20～l00kPa 的气压信号p 去推动阀门..4-12 试述电/气阀门定位器的基本原理与工作过程..解答：P115在杠杆上绕有力线圈;并置于磁场之中..当输入电流I 增大时;力线圈产生的磁场与永久磁铁相作用;使杠杆绕支点O 顺时针转动;带动挡板靠近喷嘴;使其背压增大;经气动功率放大器放大后;推动薄膜执行机构使阀杆移动..4-14 电动仪表怎样才能用于易燃易爆场所安全火花是什么意思解答：1必须是采取安全防爆措施的仪表;就是限制和隔离仪表电路产生火花的能量..使其不会给现场带来危险..2安全火花：电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下..4-16 齐纳式安全栅的基本结构是什么它是怎样限压、限流的解答：1结构：图4-19所示..2利用齐纳二极管的反向击穿特性进行限压;用电阻进行限流..第5章思考题与习题5-1 什么是被控过程的数学模型解答：被控过程的数学模型是描述被控过程在输入控制输入与扰动输入作用下;其状态和输出被控参数变化的数学表达式..5-2 建立被控过程数学模型的目的是什么过程控制对数学模型有什么要求解答：1目的：错误!设计过程控制系统及整定控制参数；错误!指导生产工艺及其设备的设计与操作；错误!对被控过程进行仿真研究；错误!培训运行操作人员；错误!工业过程的故障检测与诊断..2要求：总的原则一是尽量简单;二是正确可靠..阶次一般不高于三阶;大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型;最常用的是带纯滞后的一阶形式..5-3 建立被控过程数学模型的方法有哪些各有什么要求和局限性解答：P1271方法：机理法和测试法..2机理法：测试法：5-4 什么是流入量什么是流出量它们与控制系统的输入、输出信号有什么区别与联系解答：1流入量：把被控过程看作一个独立的隔离体;从外部流入被控过程的物质或能量流量称为流入量..流出量：从被控过程流出的物质或能量流量称为流出量..2区别与联系：控制系统的输入量：控制变量和扰动变量..控制系统的输出变量：系统的被控参数..5-5 机理法建模一般适用于什么场合解答：P128对被控过程的工作机理非常熟悉;被控参数与控制变量的变化都与物质和能量的流动与转换有密切关系..5-6 什么是自衡特性具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点解答：1在扰动作用破坏其平衡工况后;被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性;称为自衡特性..2被控过程输出对扰动存在负反馈..5-7 什么是单容过程和多容过程解答：1单容：只有一个储蓄容量..2多容：有一个以上储蓄容量..5-8 什么是过程的滞后特性 滞后又哪几种 产生的原因是什么解答：1滞后特性：过程对于扰动的响应在时间上的滞后..2容量滞后：多容过程对于扰动的响应在时间上的这种延迟被称为容量滞后..纯滞后：在生产过程中还经常遇到由物料、能量、信号传输延迟引起的纯滞后..5-9 对图5-40所示的液位过程;输入量为1Q ;流出量为2Q 、3Q ;液位h 为被控参数;水箱截面为A ;并设2R 、3R 为线性液阻.. 1列写液位过程的微分方程组；2画出液位过程的框图；3求出传递函数)()(1s Q s H ;并写出放大倍数K 和时间常数T 的表达式..解答：1 3322321R hQ R hQ dthd A Q Q Q ∆=∆∆=∆∆=∆-∆-∆2框图如图：3 3232321)()(R R s R AR R R s Q s H ++=5-10 以1Q 为输入、2h 为输出列写图5-10串联双容液位过程的微分方程组;并求出传递函数)()(12s Q s H ..解答：。

过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编著习题与思考题解答机械工业出版社第1章思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成：参照图1-1。

1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

被控对象的动态特性：。

系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。