化工仪表及自动化_第五版_厉玉鸣版_课后习题答案

习题（第二章）
一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间 纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间 Ex10.纯滞后 而引起的，而测量点选择不当，测量元件安装不合适等原 容量滞后 一般是由于物料或能量的传 因也会造成纯滞后。 因也会造成纯滞后。容量滞后 容量滞后一般是由于物料或能量的传 控制通道若存在纯滞后 ， 递需要通过一定阻力而引起的。 递需要通过一定阻力而引起的。控制通道若存在纯滞后 控制通道若存在纯滞后， 会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，控 干扰通道若存在纯滞后 ，相当 制质量下降，稳定性降低； 制质量下降，稳定性降低；干扰通道若存在纯滞后 干扰通道若存在纯滞后，相当 于将干扰推迟一段时间才进入系统，并不影响控制系统的 控制品质。 控制通 � 容量滞后增加，会使对象的时间常数T增加。在 增加。在控制通 道，T增大，会使控制作用对被控变量的影响来得慢，系 统稳定性降低；T减小，会使控制作用对被控变量的影响 来得快，系统控制质量提高。但T不能太大或太小，且各 干 环节时间常数要适当匹配，否则都会影响控制质量。在 环节时间常数要适当匹配，否则都会影响控制质量。在干 扰通道 ，如果容量滞后增加，干扰作用对被控变量的影响 扰通道，如果容量滞后增加，干扰作用对被控变量的影响允许的相对百分误差的“±”号 及“%”去掉后的数值，以一定的符号形式表示在仪表标尺板 上。精确度等级目前是按国家统一规定的允许误差大小来划 分成若干等级的。
习题（第三章）
5.某一标尺为0~1000oC的温度计出厂前经校验，其刻度标 Ex Ex5 尺上的各点测量结果分别为： 标准表读数/℃ 被校表读数/℃ 0 0 200 400 600 700 800 900 1000 201 402 604 706 805 903 1001
习题（第二章）
指对象输入量与输出量之间的关系。 Ex1.对象特性 对象特性指对象输入量与输出量之间的关系。 � 各种对象千差万别，有的操作很稳定，操作很容易；有的 稍不小心可能就会超越正常工艺条件，甚至造成事故。有 经验的操作人员需要很熟悉这些对象，才能使生产操作得 心应手；设计自动化装置时，也必须深入了解对象的特 性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制质量的要 求，设计合理的控制系统，选择合适的被控变量和操纵变 量，选用合适的测量元件及控制器。在控制系统投入运行 时，也要根据对象特性选择合适的控制器参数，使系统正 常地运行。 指对象特性的数学描述。 对象的数学模型指对象特性的数学描述。 Ex2.对象的数学模型 描述的是对象在静态时的输入量与输出量 � 静态数学模型： 静态数学模型：描述的是对象在静态时的输入量与输出量 动态数学模型： 描述的是对象在输入量改变 之间的关系； 之间的关系；动态数学模型： 动态数学模型：描述的是对象在输入量改变 以后输出量的变化情况。
习题（第一章）
是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又 闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又 Ex3.闭环控制系统 有反向联系的自动控制。从信号传递关系上看，构成了一个 开环控制系统 是指控制器与被控对象之间只有顺 闭合回路。 闭合回路。开环控制系统 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺 向控制而没有反向联系的自动控制。从信号传递关系上看， 未构成闭合回路。 Ex7.方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种 图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方 块图。 用来感受被控变量的变化并将它转换 Ex8.测量元件与变送器： 测量元件与变送器：用来感受被控变量的变化并将它转换 成一种特定的信号（如气压信号、电压、电流信号等）； 控 成一种特定的信号（如气压信号、电压、电流信号等）；控 将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保 制器： 制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保 持的给定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化 趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用 执行器： 能自动地根据控制器送来 特定的信号送住执行器。 特定的信号送住执行器。执行器： 执行器：能自动地根据控制器送来 的信号值相应地改变流入（或流出）被控对象的物料量或能 量，从而克服扰动影响，实现控制要求。
习题（第二章）
τ； 、滞后时间τ Ex8.放大系数K、时间常数T、滞后时间 放大系数K在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化 � 量与输入的变化量之比； � 时间常数T指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果 保持在初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间； τ是纯滞后时间和容量滞后时间的总称，它反映 � 滞后时间 滞后时间τ 对象受到输入作用后，输出不能立即、迅速变化的现象。。
习题（第一章）
Ex17. 阶跃作用：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系 统上，并保持在这个幅度。 采用阶跃干扰的原因：阶跃干扰比较突然，比较危险，对被控 变量的影响也最大。如果一个控制系统能够有效克服阶跃干 扰，对其他比较缓和的干扰也一定很好地克服。阶跃干扰形 式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。 Ex19. 等幅振荡过程和发散振荡过程是不稳定过程，生产上不 ；非 周期衰减过程虽是稳定过程，但该过程中被控变 能采用 能采用；非 ；非周期衰减过程虽是稳定过程，但该过程中被控变 量达到新的稳定值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏 ；衰减 振荡过程能够较快地使 离给定值，所以一般也不采用 离给定值，所以一般也不采用；衰减 ；衰减振荡过程能够较快地使 系统达到稳定状态，并且最终的稳态值必然在两峰值之间， 决不会出现太高或太低的现象，更不会远离给定值以致造成 事故。所以…
习题（第二章）
Ex14. 令输入量x = ∆Q；输出量y = ∆T℃； ∴ 放大系数K = y / x = (150 − 120) / (3.0 − 2.5) = 60； 又由图 ( b ) 知纯滞后时间τ = 2(min)。 无滞后时一阶对象输出表达式为： y( t ) = 60 × 0.5(1 − e − t / T )； 有滞后时一阶对象输出表达式为： yτ ( t ) = 60 × 0.5(1 − e − ( t − 2)/T )。 当t = 8min时，yτ = ∆T = 145 − 120 = 25℃，代入上式，有： 25 = 60 × 0.5(1 − e − (8− 2 )/T )，解出T ≈ 3.35 ( min ) 。 dyτ ( t + 2) + yτ ( t + 2) = 60 x (t )； ∴ 微分方程式为 3.35 dt 函数表达式为 yτ ( t ) = 30(1 − e − ( t − 2)/ 3.35 )。
习题（第一章）
在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的 Ex9.被控对象： 被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的 生产设备或机器叫做~。被控变量： 被控对象内要求保持给 被控变量：被控对象内要求保持给 给定值： 被控变量的预定值。 操纵变量： 定值的工艺参数。 定值的工艺参数。给定值： 给定值：被控变量的预定值。 被控变量的预定值。操纵变量： 受控制阀操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给 定值的物料量或能量。 Ex15. 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 Ex16. 在自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状 系统的静态 ，把被控变量随时间而变化的不平衡状态 态称为 态称为系统的静态 系统的静态，把被控变量随时间而变化的不平衡状态 系统的动态 。 称为 称为系统的动态 系统的动态。 。一 个自动控制系统投入 ∵干扰是客观存在的，是不可避免的 干扰是客观存在的，是不可避免的。一 。一个自动控制系统投入 运行时，时时刻刻 都受到干扰作用， 破坏正常的工艺生产状 运行时，时时刻刻都受到干扰作用， 都受到干扰作用，破坏正常的工艺生产状 不断施加 控制作用去对抗或抵 态。这就需要通过自动化装置 态。这就需要通过自动化装置不断施加 不断施加控制作用去对抗或抵 工艺所要求的 技术指 消干扰作用的影响，使被控变量保持在 消干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺所要求的 工艺所要求的技术指 总受到 频繁的干扰作 标上。一个正常工作的自动控制系统， 标上。一个正常工作的自动控制系统，总受到 总受到频繁的干扰作 总处在 频繁的动态过程中 。∴了解 系统动态 更为重要。 用， 用，总处在 总处在频繁的动态过程中 频繁的动态过程中。 了解系统动态 系统动态更为重要。
习题（第二章）
Ex4.机理建模法、实验建模法。 Ex5.对象或生产过程的内部机理。 特点是简易但精度较差。如果输入量是 阶跃反应曲线法：特点是简易但精度较差。如果输入量是 Ex7.阶跃反应曲线法： 流量，只要将阀门的开度作突然的改变，便可认为施加了 一个阶跃干扰，同时还可以利用原设备上的仪表把输出量 的变化记录下来，既不需要增加仪器设备，测试工作量也 不大。但由于对象在阶跃信号作用下，从不稳定到稳定所 需时间一般较长，这期间干扰因素较多，因而测试精度受 到限制。为提高测试精度就必须加大输入量的幅度，这往 往又是工艺上不允许的。 矩形脉冲法： 特点是提高了精度，对工艺影响较小。采用 � 矩形脉冲法：特点是提高了精度，对工艺影响较小。采用 ~时，由于加在对象上的干扰经过一段时间后即被除去， 因此干扰的幅值可以取得较大，提高了实验精度。同时， 对象的输出量又不会长时间偏离给定值，故对工艺生产影 响较小。
习题（第三章）
Ex1.测量过程在实质上是将被测参数与其相应的测量单位进行 比较的过程。一般它都是利用专门的技术工具，将被测参 数经过一次或多次的信号能量形式的转换，最后获得一种 便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示 出来。 Ex2. � 由仪表读得的被测值与被测量真值之间会存在一定的差距， 这一差距称为~。 � 表示方法有：绝对误差和相对误差。 ∆ x − x0 = Δ= x－x0 � 绝对误差： 绝对误差：Δ 相对误差： y = x0 x0
习题（第二章）
Ex13. 设 截 面 积 A =0.5M 2， h 0 是 原 来 平 衡 时 液 位 ， h 是 输 入 量 Q 1改 变 后 对 应 的 液 位 ， ∆ Q 1 = 0.1m 3 / h。 1 dh = ∆ Q1dt 0 .5 ⇒ h = 2 ∫ ∆ Q1dt = 0.2 ∫ dt = 0.2t + h0 ⇒ ∆ h = 0 .2 t