09过控复习思考题
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总复习第一章的概念1、典型的反馈控制系统基本组成框图:2、自动控制系统基本控制方式:(1)、反馈控制方式;(2)、开环控制方式;(3)、复合控制方式。
3、基本要求的提法:可以归结为稳定性(长期稳定性)、准确性(精度)和快速性(相对稳定性)。
第二章要求:1、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法;2、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质;3、明确传递函数与微分方程之间的关系;4、能熟练地进行结构图等效变换;5、明确结构图与信号流图之间的关系;6、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数;例1 某一个控制系统动态结构图如下,试分别求系统的传递函数:)()(,)()(1211s R s C s R s C ,)()(,)()(2122S R S C s R s C 。
串连补偿元件放大元件执行元件被控对象反馈补偿元件测量元件输出量主反馈局部反馈输入量--43213211243211111)()(,1)()()(G G G G G G G s R s C G G G G s G s R s C --=-=例2 某一个控制系统动态结构图如下,试分别求系统的传递函数:)()(,)()(,)()(,)()(s N S E s R s E s N s C s R s C 。
例3:将上图汇总得到:1()i t 2()i t 1()u t ()c t ()r t 1R 2R 1C 2C +_+_+_Ka11C s21C s21R 1R()R s ()C s 1()U s 1()U s 1()U s 1()I s 1()I s 2()I s 2()I s 2()I s ()C s (b)(t)i R(t)u r(t)111=-⎰-=(t)]dti (t)[i C 1(t)u 2111(t)i R c(t)(t)u 221=-⎰=(t)dt i C 1c(t)22+_+_+-11C s21R 21C s11R ()R s ()C s (s)H(s)(s)G G 1(s)(s)G G R(s)C(s)2121+=(s)H(s)(s)G G 1(s)G -N(s)C(s)212+=例4、一个控制系统动态结构图如下,试求系统的传递函数。
复习与思考题一、判断题:1.()两种湿空气的相对湿度相等,则吸收水蒸汽的能力也相等。
2.()状态方程是描述状态参数Z间关系的方程。
3.()平衡状态是指在没有外界作川的条件下,热力系宏观性质不随时间变化的状态。
4.()平衡状态是热力系宏观性质不随时间变化的状态。
5.()若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态,则不可逆途径的AS必大于可逆途径的AS。
6.()湿空气的含湿量表示lkg湿空气中水蒸气的含量。
7.()任何动力循环,循环净功肌总等于循环净热量他,即总有w0=(7oo8.()热力系破坏平衡的速度要比恢复平衡的速度快得多。
9.()任何气体经过绝热节流后,温度必然降低。
10.()容器中气体的压力不变,则压力表的读数也绝对不会改变。
11・()稳定流动系统与外界交换的功和热量相等且不随时间而变。
12.()焙是开口系统中流入系统工质所携带的取决于热力学状态的总能量。
13.()不可能从单一热源取热使之完全变为功。
14.()概括性卡诺循环的热效率小于卡诺循环的热效率。
15.()对于渐缩喷管,若气流的初参数一定,那么随着背压的降低,流量将增大,但最多增大到临界流量。
16.()膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径冇关的过程量。
17.()理想气体的热力学能、焙和爛都仅仅是温度的单值函数。
18.()理想气体绝热节流后温度不变。
19.()对任何温度的气体加压都能使其液化。
20.()已知露点温度如含湿量d即能确定湿空气的状态。
21.()对所研究的各种热力现彖都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析,其结果与所取系统的形式无关。
22.()由饱和水定压加热为干饱和蒸汽的过程,温度不变。
23.()对气体加热其温度一定升高。
24.()工程上要求气体从Mvl加速到M>1,则应采用拉伐尔喷管。
25.()热力系是具体指定的热力学的研究对彖。
26.()工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程,则工质爛的变化相同。
27.()对于过热水蒸气,干度x>l。
过程控制系统及仪表习题及思考题解答第1章思考题及习题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,有模拟控制系统及数字控制系统;按控制器类型来分,有常规仪表控制系统及计算机控制系统;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,有单回路及多回路控制系统、开环及闭环控制系统;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及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,被控参数及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及动态的含义。
第一章思考题及习题1。
1何谓控制通道?何谓干扰通道?它们的特性对控制系统质量有什么影响?答:所谓“通道”,就是某个参数影响另外一个参数的通路,这里所说的控制通道就是控制作用(一般的理解应当是控制器输出)U(s)对被控参数Y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量,然后控制变量通过被控对象再影响被控参数,即广义对象上的控制通道)。
同理,干扰通道就是干扰作用F(s)对被控参数Y(s)的影响通路。
干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。
控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示1。
2如何选择控制变量?答:①所选控制变量必须是可控的。
②所选控制变量应是通道放大倍数比较大者,最好大于扰动通道的放大倍数。
③所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好,而控制通道时间常数应适当小一些为好,但不易过小。
④所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。
⑤所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。
⑥在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。
一般来说,生产负荷直接关系到产品的产量,不宜经常变动,在不是十分必要的情况下,不宜选择生产负荷作为控制变量1.3控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响?对控制系统的动态质量有何影响?答:当G c(s)=K c时,即控制器为纯比例控制,则系统的余差与比例放大倍数成反比,也就是与比例度δ成正比,即比例度越大,余差也就越大。
K c增大、δ减小,控制精度提高(余差减小),但是系统的稳定性下降。
1.4 4:1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么?答:衰减曲线法是在系统闭环情况下,将控制器积分时间T i放在最大,微分时间T d放在最小,比例度放于适当数值(一般为100%),然后使δ由大往小逐渐改变,并在每改变一次δ值时,通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰,同时观察过渡过程变化情况。
如果衰减比大于4:1,δ应继续减小,当衰减比小于4:1时δ应增大,直至过渡过程呈现4:1衰减时为止.找到4:1衰减振荡时的比例度δs,及振荡周期T s.再按经验公式,可以算出采用不同类型控制器使过渡过程出现4:1振荡的控制器参数值。
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。
《过程控制系统》思考题1.什么叫串级控制系统?绘制其结构方框图。
串级控制系统是由两个控制器的串接组成,一个控制器的输出做为另一个控制器的设定值,两个控制器有各自独立的测量输入,有一个控制器的给定由外部设定。
2.与单回路控制系统相比,串级控制系统有哪些主要特点?多了一个副回路,形成双闭环。
特点:主控制器输出改变副控制器的设定值,故副回路构成的是随动系统,设定值是变化的。
在串级控制系统中,由于引入了一个副回路,不仅能及早克服进入副回路的扰动,而且又能改善过程特性。
副调节器具有“粗调”的作用,主调节器具有“细调”的作用,从而使其控制品质得到进一步提高。
3.为什么说串级控制系统由于存在一个副回路而具有较强的抑制扰动的能力?①副回路的快速作用,对于进入副回路的干扰快速地克服,减小了干扰对主变量的影响;②引入副回路,改善了副对象的特性(减小副对象的相位滞后),提高了主回路的响应速度,提高了干扰的抑制能力;③副回路可以按照主回路的要求对副变量进行精确控制;④串级系统提高了控制系统的鲁棒性。
4.串级控制系统在副参数的选择和副回路的设计中应遵循哪些主要原则?①将主要干扰包括在副回路;②副回路尽量包含多的干扰;③为保证副回路的快速响应,副对象的滞后不能太长;④为提高系统的鲁棒性,将具有非线性时变部分包含于副对象中;⑤需要对流量实现精确的跟踪时,将流量选为副对象。
5.串级控制系统通常可用在哪些场合?* 应用于容量滞后较大的过程* 应用于纯时延较大的过程* 应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程* 应用于参数互相关联的过程* 应用于非线性过程6.前馈控制与反馈控制各有什么特点?绘制前馈控制系统结构方框图。
前馈:基于扰动来消除扰动对被控量的影响;♦动作“及时” ;♦只要系统中各环节是稳定的,则控制系统必然稳定;♦具有指定性补偿的局限性;♦ 控制规律取决于被控对象的特性。
♦ 反馈:基于偏差来消除偏差; ♦ “不及时”的控制 ; ♦ 存在稳定性问题;♦ 对各种扰动均有校正作用;♦ 控制规律通常是P 、PI 、PD 或PID 等典型规律。
复习与思考题一、判断题:1.()两种湿空气的相对湿度相等,则吸收水蒸汽的能力也相等。
2.()状态方程是描述状态参数之间关系的方程。
3.()平衡状态是指在没有外界作用的条件下,热力系宏观性质不随时间变化的状态。
4.()平衡状态是热力系宏观性质不随时间变化的状态。
5.()若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态,则不可逆途径的ΔS必大于可逆途径的ΔS。
6.()湿空气的含湿量表示1kg湿空气中水蒸气的含量。
7.()任何动力循环,循环净功w0总等于循环净热量q0,即总有w0= q0。
8.()热力系破坏平衡的速度要比恢复平衡的速度快得多。
9.()任何气体经过绝热节流后,温度必然降低。
10.()容器中气体的压力不变,则压力表的读数也绝对不会改变。
11.()稳定流动系统与外界交换的功和热量相等且不随时间而变。
12.()焓是开口系统中流入系统工质所携带的取决于热力学状态的总能量。
13.()不可能从单一热源取热使之完全变为功。
14.()概括性卡诺循环的热效率小于卡诺循环的热效率。
15.()对于渐缩喷管,若气流的初参数一定,那么随着背压的降低,流量将增大,但最多增大到临界流量。
16.()膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量。
17.()理想气体的热力学能、焓和熵都仅仅是温度的单值函数。
18.()理想气体绝热节流后温度不变。
19.()对任何温度的气体加压都能使其液化。
20.()已知露点温度t d、含湿量d即能确定湿空气的状态。
21.()对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析,其结果与所取系统的形式无关。
22.()由饱和水定压加热为干饱和蒸汽的过程,温度不变。
23.()对气体加热其温度一定升高。
24.( )工程上要求气体从M<1加速到M>1,则应采用拉伐尔喷管。
25.( )热力系是具体指定的热力学的研究对象。
26.( )工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程,则工质熵的变化相同。
27.( )对于过热水蒸气,干度1 x 。
28.( )闭口系统进行一放热过程,其熵一定减少。
29.( )绝热闭口系就是孤立系。
30.( )状态方程是描述p 、V 、T 三个基本状态参数之间关系的方程。
31.( )若容器中气体的压力没有改变,则压力表上的读数就一定不会改变。
32.( )绝热闭口系的熵增就是孤立系的熵增。
33.( )技术功为轴功和流动功之和。
34.( )通用气体常数对理想气体都是一个不变的常数。
35.( )工质经过不可逆过程的熵变必然大于经历可逆过程的熵变。
36.( )理想气体的热力学能和焓都仅仅是温度的单值函数。
37.( )一台制冷机,只需要使工质在管道内的流动方向与制冷运行时相反,就可以在冬季改作热泵供热。
38.( )定温、定容的化学反应热力过程中,其压力必定保持恒定。
39.( ) 沸腾状态的水总是烫手的。
40.( )水蒸气在等温过程前后温度不变(ΔT =0),则其热力学能也不变(ΔU =0)。
41.( )理想气体任意两个状态参数确定后,气体的状态就一定确定了。
42.( )孤立系的热力状态不能发生变化。
43.( )热力系统放热后,系统的熵一定减少。
44.( )活塞式压气机采用多级压缩和级间冷却方法可以提高它的容积效率。
45.( )湿空气的相对湿度越大,空气中水蒸气的含量就越大。
46.( )因为不可逆过程不可能在T -S 图上表示,所以也不能计算过程的熵变量。
47.( )任何气体经过绝热节流后,温度必然降低。
48.( )在φ<1时,干球温度t ,湿球温度t w 和露点温度t d 三者关系为t > t w > t d 。
49.( )只有动力循环是可逆的,没有损失的,其循环净功w 0才等于循环净热量q 0。
50.( )工质经过一个不可逆循环后,其ΔS>0。
51.( )可逆绝热过程即等熵过程;反之,等熵过程必为可逆绝热过程。
52.( )用压力表可以直接读出绝对压力。
53.()封闭系统发生放热反应,系统熵必减少。
54.()理想气体的C P与C V值与气体的温度有关,则它们的差值也与温度有关。
55.()热力学没有通过边界与外界交换能量,系统的热力学状态也可能变化。
56.()任意可逆循环的热效率都是ηt=1-T2/T1 。
57.()定压过程的热量δq=C p dT只适用于理想气体而不适用于实际气体。
58.()实际蒸汽动力装置与外界交换能量,系统的热力状态也可能变化。
59.()实际蒸汽动力装置与燃气轮机装置,采用回热后每公斤工质作功量均减少。
60.()湿空气的相对湿度越大,空气中水蒸气的分压力就越大。
61.()绝热节流的温度效应可用一个偏导数来表征,这个量称为焦耳-汤姆逊系数。
它是一个状态的单值函数。
实际气体节流后温度可能升高、降低或不变。
62.()系统工质经历一个可逆定温过程,由于温度没有变化,故该系统工质不能与外界交换热量。
63.()循环净功越大,则环境热效率越大。
64.()工质完成部可逆过程,其初、终态熵的变化无法计算。
65.()实际气体的压缩因子Z可能等于1。
66.()熵增过程即为不可逆过程。
67、()环境温度不变,若放置在恒温环境中的压力容器的压力表读数也不变,则说明容器中所装工质的质量也不变。
68.()系统熵增加的过程必为不可逆过程。
69.()绝热过程必为等熵过程。
70.()湿空气的含湿量表示1kg湿空气中水蒸气的含量。
二、单项选择题:1.提高内燃机定容加热理想循环的压缩比,循环的热效率将()。
( a ) 增大( b )减小( c )不变2.理想气体从初态 1 经历一绝热压缩过程到达终态 2 ,该过程的热力学能变化量为()。
( a ) C P∆T (b )C V∆T( c )h–Pv (d )q - w t3.不可逆机与可逆机相比,其热效率()。
( a ) 一定高(b )相等( c )一定低(d )不一定4._________过程是可逆过程。
( )( a ) 可以从终态回复到初态的(b )没有摩擦的(c )没有摩擦的准平衡(d )没有温差的5.闭口系能量方程为( )。
(a )Q+∆U+W=0(b )Q+∆U-W=0( c )Q-∆U+W=0(d )Q-∆U-W=06.准静态过程满足下列哪一个条件时为可逆过程()。
(a )做功无压差( b )传热无温差( c )移动无摩擦7.在压力为p时,饱和水的熵为s′;干饱和蒸汽的熵为s″。
当湿蒸汽的干度0<x<1时,其熵为s,则( )(a )s″>s>s′(b )s>s″>s′(c )s<s′<s″(d )s′>s>s″8.同一理想气体从同一初态分别经定温压缩、绝热压缩和多变压缩(1<n<k )到达同一体积,耗功最大的的是()过程。
(a )定温压缩(b )绝热压缩( c )多变压缩(1<n<k )9.若要使得气流由亚音速变成超音速,则喷管的形状应该选择()。
( a ) 渐缩型(b )渐扩型(c )缩放型10.电厂热力设备中,()内的热力过程可视为定温过程。
(a )锅炉( b )汽轮机(c )凝汽器(d )水泵11.工质进行了一个吸热、升温、压力下降的多变过程,则多变指数n()。
(a )0 < n < 1 (b )0 < n < k (c )n > k12.以下()措施,不能提高蒸汽朗肯循环的热效率。
( a )提高新汽温度( b )提高新汽压力( c )提高乏汽压力13.氢气钢瓶外表油漆颜色是( )。
( a ) 天蓝色(b )黄色(c )深绿色14.理想气体绝热流经节流阀,节流后稳定截面处的焓值为()。
(a) 升高(b )降低(c )不变 d )无法确定15.q =Δh + w t 适用于()。
( a ) 稳流开口系统( b ) 闭口系统( c ) 任意系统(d) 非稳流开口系统16.工作在100℃和25℃的两个大热源间的卡诺机其效率是:()( a ) 100% ( b )75% ( c ) 25% (d) 20%17.理想气体1kg 经历一不可逆过程,对外做功20kJ 放热20kJ ,则温度变化()。
( a ) 提高( b )下降( c )不变18.同一理想气体从同一初态分别经定温膨胀、绝热膨胀和多变膨胀(1<n<k )到达同一体积,做功最大的的是()过程。
( a ) 定温压缩( b )绝热压缩(c )多变压缩(1<n<k )19.理想气体等温过程的技术功为()。
( a ) h 1 -h 2(b )0 (c )p1v1ln(p1/p2) (d )v (p 1-p 2 )20.用压力表测量容器内氧气的压力,压力表读数为25bar 。
已知当地大气压力为1bar ,则氧气的真实压力为()bar 。
( a ) 26 ( b )25 ( c )2421.暖气片外壁与周围空气之间的换热过程为( )。
( a ) 纯对流换热(b )纯辐射换热(c )对流换热与辐射换热并存的复合换热22.系统在可逆过程中与外界传递的热量,其数值大小取决于()。
( a ) 系统的初、终态(b )系统所经历的过程(c )系统的熵变23.不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后,其结果只能是()。
( a ) 全部水变成水蒸汽(b )部分水变成水蒸汽(c )部分或全部水变成水蒸汽24.在p -v 图上,经过同一状态点的理想气体等温过程线斜率的绝对值比绝热过程线斜率的绝对值()。
( a ) 大( b )小(c )相等( d )可能大,也可能小25.提高活塞式压气机的增压比,压气机的容积效率()。
( a ) 减小( b )增大( c )不变26.活塞式压气机的余隙容积增大使( )。
( a ) w增大, ηv减小( b )w不变, ηv减小( c )w不变, ηv不变27.随着压力的提高,饱和水的汽化潜热将()( a ) 增大(b )减小(c )维持不变28.如果热机从热源吸热100kJ,对外作功100kJ,则()。
(a )违反热力学第一定律(b )违反热力学第二定律(c )不违反第一、第二定律29.哪个说明的过程更符合可逆过程()。
( a ) 可以从终态回复到初态的(b )没有摩擦的(c )没有摩擦的准静态过程30.固体的辐射力与()无关。
( a ) 表面粗糙度(b )表面温度(c )表面积(d )固体的材料31.理想气体可逆绝热过程中的技术功等于()。
( a ) -Δh(b )u1 - u2(c )h2 - h1(d )-Δu32.理想气体绝热流经节流阀,节流后稳定截面处的()不变。
( a ) 压力(b )熵( c )焓33.理想气体经定温压缩到达终态,定温压缩过程的指数n 为()。