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过程控制作业答案

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作 业第二章：2-6某水槽如题图2-1所示。

其中A 1为槽的截面积，R 1、R 2均为线性水阻，Q i 为流入量，Q 1和Q 2为流出量要求： (1)写出以水位h 1为输出量，Q i 为输入量的对象动态方程；(2)写出对象的传递函数G(s)并指出其增益K 和时间常数T 的数值。

解：1）平衡状态： 02010Q Q Q i+=2）当非平衡时： i i iQ Q Q ∆+=0；1011Q Q Q ∆+=；2022Q Q Q ∆+=质量守恒：211Q Q Q dthd A i ∆-∆-∆=∆对应每个阀门，线性水阻：11R h Q ∆=∆；22R h Q ∆=∆ 动态方程：i Q R hR h dt h d A ∆=∆+∆+∆2113) 传递函数：)()()11(211s Q s H R R SA i =++1)11(1)()()(211+=++==Ts KR R S A s Q s H s G i这里：21121212111111R R A T R R R R R R K +=+=+=；2-7建立三容体系统h 3与控制量u 之间的动态方程和传递数,见题图2-2。

解：如图为三个单链单容对像模型。

被控参考△h 3的动态方程： 3233Q Q dth d c ∆-∆=∆；22R h Q ∆=∆；33R hQ ∆=∆；2122Q Q dth d c ∆-∆=∆；11R h Q ∆=∆111Q Q dth d c i ∆-∆=∆ u K Q i ∆=∆2Q11得多容体动态方程：uKR h dth d c R c R c R dt h d c c R R c c R R c c R R dt h d c c c R R R ∆=∆+∆+++∆+++∆333332211232313132322121333321321)()(传递函数：322133)()()(a s a s a s Ks U s H s G +++==；这里：32132133213213321321332211232132131313232212111;c c c R R R kR K c c c R R R a c c c R R R c R c R c R a c c c R R R c c R R c c R R c c R R a ==++=++=2-8已知题图2-3中气罐的容积为V ，入口处气体压力，P 1和气罐 内气体温度T 均为常数。

假设罐内气体密度在压力变化不大的情况下，可视为常数，并等于入口处气体的密度；R 1在进气量Q 1变化不大时可近似看作线性气阻。

求以用气量Q 2为输入量、气罐压力P 为输出量对象的动态方程。

解： 根据题意：假设：1)ρ在P 变化不大时为常数 2) R 1近似线性气阻；3）气罐温度不变，压力的变化是进出流量的变化引起； 平衡时：211Q Q p p ==非平衡时： 21GQ Q dtd C∆-∆= 气容：容器内气体变化量量容器内气体重量的变化=CdtdGdt p d Cp d dGC =∆∆=111)(1R p p P P R G∆-=∆--=∆动态方程：211p Q Rp dt d C∆-=∆+∆； 2-10有一复杂液位对象，其液位阶跃响应实验结果为:(1) 画出液位的阶跃响应曲线；(2) 若该对象用带纯延迟的一阶惯性环节近似，试用作图法确定纯延迟时间τ和时间常数Ｔ。

(3) 定出该对象，增益K 和响应速度ε设阶跃扰动量△μ=20% 。

解：1）画出液位动态曲线：题图2-32) 切线近似解：τ=40s T=180-40=140(s) 1002.020)0()(==∆-∞=u y y Kss e s e Ts K s G 4011401001)(--+=+=∴τ3）采用两点法：取【t 1, y*(t 1)】, 【t 2, y*(t 2)】 无量纲化：)(201)()(*t y y t y y =∞=则： ⎪⎩⎪⎨⎧≥--<=T t T t T t t y )exp(10)(*τ取两点：⎪⎩⎪⎨⎧--=--=)exp(18.0)exp(14.021T t T t ττ 解得：⎩⎨⎧=-=-T t T t 61.151.021ττ ⎪⎩⎪⎨⎧-=-=∴1.151.061.11.12112tt t t T τ2-12 知矩阵脉冲宽度为1s ，幅值为0.3，测得某对象的脉冲响应曲线数据如下表：试求阶跃响应曲线。

解：设脉冲响应y(t)，阶跃输入R(t); 1) 列关系式：122111()()()()()()()()u t u t u t u t u t t u t u t u t t =+=--∆=--∆1211()()()()()y t y t y t y t y t t =+=--∆即11()()()y t y t y t t =+-∆从题意知：△t =1秒 一拍; 可列表格：2）表格计算：3) 做图：2-14已知被控对象的单位阶跃响应曲线试验数据如下表所示：分别用切线法，两点法求传递函数，并用仿真计算过渡过程，所得结果与实际曲线进行比较。

解：1）对实验曲线描图：yu00u)(t )t ∆-)t ∆-60 30 30090 120 150 180 210 240 2703302) 切线法： 找拐点：)(130********)0()(s T uy y k =-===∆-∞=τ s e s s G 8011301)(-+=3) 两点法：)()()(63.0)(*)()()(39.0)(*222111t y y t y t y t y y t y t y =∞===∞==)(220)(5.15321s t s t ==得：862133)(22112=-==-=t t t t T τ ∴ s e s s G 8611331)(-+=2-18求下列所示各系统输出Y(z)的表达式。

a)解：)()(1)()()(2112z G z H G z R G z G z Y +=b)解：1）在R(s)作用下： )(1)()(2122z G H z G z +=Φ )()()(1)()()()(1)()()(22212222z G z H z G H z R z G z z H z R z z Y R ++=Φ+Φ=2）在N(s)的作用下： ()z H z G z G H z N G z Y N ())(1)()(12212++=3）总解：()zH z G z G H z N G z R z G z Y z Y z Y N R ())(1)()()()()()(122122+++=+=c)解：1）在R(s)作用下：)()()(1)()]()([)()()()()]()()[()()(2112121212211z R z G G G z D z G G G z D z D z Y z R z G G G z D z Y z R z G G G z D z Y k k R k R k R ++=+-=2）在N(s)作用下：)()(1)()()()()()()(21121212z G G G z D z NG z Y z Y z D z G G G z NG z Y k N N k N +=-=3) 总输出：)()(1)()()()(1)()]()([)()()(21122112121z G G G z D z NG z R z G G G z D z G G G z D z D z Y z Y z Y k k k N R ++++=+=第四章：4-2试确定题图4-1中各系统调节器的正反作用方式。

设燃料调节阀为气开式，给水调节阀为气关式。

（b）（a）题图4-1 控制系统（a）加热炉温度控制系统（b）锅炉汽包液位控制系统解：（a）对加热调节控制系统，依题意采用气开式，当偏差越大，输出控制量越大，（即e↗——u↗——阀气开）而阀打开，燃料才加大，通常应关闭，则输出为反作用。

（a） (b)(b) 对给水阀调节器系统，已知给水阀为气关式，水位低，输出需u越小，水位高，输出需u越大，增小流量，阀开度增小，即调节器为正作用，如图（b）。

4-3某电动比例调节器的测量范围为100～200℃，其输出为0～10mA。

当温度从140℃变化到160℃时，测得调节器的输出从3mA变化到7mA.试求该调节器比例带。

解：由eKeup==δ1输入无量纲：51100200140160=--=e521037=--=u比例度：5.02551=⨯==ueuδ则：比例带 50%4-4 PI调节器有什么特点?为什么加入积分作用可以消除静差?解：1）特点：PI调节器为比例加积分，比例放大可提高响应，积分是对误差的积分，可消除微量静差，如式（1）表示：⎰+=)1)((edtTt eKuIp（1）PI调节器引入积分动作可消除静差，却降低了原系统的稳定性，将会消弱控制系统的动态品质。

在比例带不变的情况下，减少积分时间常数T将会使控制稳定性降低，振荡加剧，调节过程加快，振荡频率升高。

2) 根据积分控制输出，只有当被调节量偏差e为零时，I调节器输出才会为保持不变。

4-5 某温度控制系统方框图如题图4-2，其中K I=5.4，K D=0.8／5.4，T1=5min。

(1) 作出积分速度S o分别为0.21和0.92时，△D=10的系统阶跃响应θ(t)；(2) 作出相应的△r=2的设定值阶跃响应；(3) 分析调节器积分速度S。

对设定值阶跃响应和扰动阶跃响应的影响；(4) 比较比例控制系统、积分控制系统各自的特点。

题图4-2 温度控制系统方案解： 1）当：S 0=0.21 △D=10 ss D 10)(=阶跃输入，令R=0输入；020201110111108.12.016.04.554.58.04.5)1(111)()(S s s s S s s sS K S s T S K K SS s T K s T K K s D s D D++=++⨯=++=⋅+++=θ)4656.0sin(436.3)(4656.0)1.0(4656.04656.06.11008.12.016.0)(1.02202t e t s s S s s s s t -=∴++=⋅++=θθ当 S 0=0.92 △D=10 ss D 10)(=阶跃输入，令R=0输入；)992.0sin(613.1)(992.0)1.0(992.0992.06.11092.008.12.016.0)(1.0222t e t ss s s s s t -=∴++=⋅⨯++=θθS 0=0.21 S 0=0.92 2) 假设输入△r=2,噪声输入△D=0；1101011110)1(111)()(S K S s T S K SS s T K s T K S S s R s ++=⋅+++⋅=θ当输入 ss R 2)(=时： sS s s S s R S K S s T S K s )4.558.10)()1()(02001101++=++=θ当 S 0=0.21 时2222224656.0)1.0(2.04656.0)1.0()1.0(22)227.02.0(4536.0)21.04.55(21.08.10)(++-++++-+=++=⨯++⨯=s s s s s s s s s s s θ∴)4656.0sin(2.0)4656.0cos(22)(1.01.0t e t e t t t ----=θ当S 0=0.92时：222222992.0)1.0(2.0992.0)1.0()1.0(22)994.02.0(987.1)92.04.55(92.08.10)(++-++++-+=++=⨯++⨯=s s s s ss s s s s s θ∴)992.0sin(2.0)992.0cos(22)(1.01.0t e t e t t t ----=θ3）分析调节器积分速度S 0对设定值阶跃响应和扰动阶跃响应的印象； 解：S 0在干扰系统中， S 0↗ 振幅↘ 自振加快； S 0 ↘振幅↗自振减慢；在定值阶跃中：振幅不变，自振与频率成正比；4-7 PID 调节器有何特点?为什么加入微分作用可以改善系统的动态性能? 答：1) PID 特点：1()tc DI deu K e edt T T dt =++⎰ 比例调节器对于偏差e 是即时反应的，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用，使被控参数朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K c积分作用可以消除系统静差，因只要偏差不为零，它将通过调节器的积累作用影响控制量u 以减小偏差，直至偏差为零，系统达到稳态。

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过程控制作业答案

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（2）如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？
（3）如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器的正反作用？
解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量
（2）被控变量：物料出口温度。因为其直观易控制，是加热系统的控制目标。
操作变量：蒸汽流量。因为其容易通过控制阀开闭进行调整，变化范围较大且对被控变量有主要影响。
系统框图：
扰动扰动
出口温度设定
பைடு நூலகம்第六章特殊控制方法
1.比值控制系统有哪些类型？各有什么特点？
开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统。
2.某化学反应过程要求参与反应的A、B两物料保持 的比例,两物料的最大流量 =625 , =290 .通过观察发现A、B两物料流量因管线压力波动而经常变化。根据上述情况，要求：
{过程的增益为正，气关式阀门增益为负，检测器增益为正，由负反馈系统全部各个环节（包括比较环节）增益乘积为负可判断控制器增益为负。}
将 ， ， 以及其它条件代入上式，可得
(3) ，此时有
结论：比例度变大，残差变大。
（4）若改为PI调节，则
对于扰动 ，余差：
对于设定值扰动 ，余差：
第五章串级控制
1.对于如图所示的加热器串级控制系统，要求：
（5）流量变送器量程由原来的0~250kg/h改变为0~400kg/h，控制系统会出现什么现象？应如何解决？（Km2减小，副回路等效时间常数增大，控制变慢，响应速度减慢，则应增大Kc2）
2.对于如图所示加热炉出口温度简单控制系统，要求：
（1）在进料流量或燃料成分扰动下，设计合理串级控制系统，画出框图，确定控制器的正、反作用；
中级 统计过程控制作业答案

中级 统计过程控制作业答案

一、单选1、你的答案：标准答案：b2、你的答案：标准答案：a解析：偶然因素是过程固有的难以消除的；异常因素不是过程固有的，容易发现和消除3你的答案：标准答案：d4、你的答案：标准答案：b5、你的答案：标准答案：c6、你的答案：标准答案：c7、你的答案：标准答案：a8、你的答案：标准答案：b解析：由过程能力定义可知，是指过程加工质量的能力，是稳态下的最小波动，因而过程能力指数应在统计控制状态下收集数据。

9、你的答案：标准答案：a解析：在此状态下，过程是无偏移的正态分布，故在此时，不合格品率减小，过程能力指数增大。

10、你的答案：标准答案：c解析：由过程改进策略图可知，改进策略包括判断过程是否处于统计控制状态和评价过程能力两个环节。

是否处于统计控制状态就是判稳。

11、你的答案：标准答案：b解析：过程性能指数是长期的过程能力指数，可以反映出过程当前的实际状态，而不要求在稳态的条件下进行计算12、你的答案：标准答案：d解析：一定面积、一定长度的不合格数时用C图，而当样品规格有变化时，应换算成每单位不合格数控制图，即u图；当控制图的质量指标为不合格品率时，用p控制图，当控制对象为不合格品数时，用np图。

13、你的答案：标准答案：a解析：由于均值控制图中的上、下控制限中包含有极差参数，故必须先做极差控制图，在极差控制图判稳的情况下才能再作均值控制图。

14、你的答案：标准答案：b解析：无论每一种控制图的中心线，其值都为这一参数的均值，故均值图的中心线是其总体均值。

15、你的答案：标准答案：b解析：16、你的答案：标准答案：b解析：手表齿轮轴直径是计量值，其中只有均值－极差控制图是计量值控制图。

17、你的答案：标准答案：c解析：这是均值－极差控制图和均值－标准差控制图应用的区别，由于σ不知只能通过估计获得，故两种控制图分别对极差和标准差的值进行估计。

18、你的答案：标准答案：d解析：休哈特控制图就是要求在偶然因素作用下的稳态，出现异常因素时造成产品质量的波动，故其目的是区分偶然因素和异常因素19、你的答案：标准答案：c解析：我们说U控制图适用于样品规格有变化时的单位不合格数，由于话务员每天的话务量不同，故采用平均差错数时，应适用U控制图。

1080《过程控制》西南大学网教23秋季作业参考答案

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108020232单项选择题1、串级控制系统的主回路是一个（），因此对于设计中的主参数的选择，可以按照单回路控制系统的设计原则进行。

.随动控制系统 . 定值控制系统. 程序控制系统 .以上都不是2、比例调节的缺点是存在静态误差，因此也称为（）。

. 误差调节 . 动态调节. 有差调节.静态调节3、实验法建模时，为了获得被控对象的（），应加入激励信号使被控对象处于被激励的状态。

. 动态特性. 静态特性. 物理属性 .化学特性4、利用阶跃响应曲线法建立被控对象的数学模型，需求取被控对象输入与输出之间的（）。

.大小关系.最大值.最小值.传递函数5、比例积分调节规律中，积分调节可以消除（）。

.振荡.比例系数.调节时间.静态误差6、比例积分微分调节的缩写为（）。

.DCS.PID.PI.PD7、若调节对象的特性是线性的，应选择具有（）流量特性的调节阀。

.双曲线.抛物线.直线.等百分比8、为了减小调节阀（）的影响，一般采用阀门定位器克服阀杆摩擦力。

.流量.重量.间隙特性.尺寸9、弹性式压力表是利用各种弹性元件，在被测介质压力作用下产生弹性变形的原理来测量压力的，服从（）。

.法拉第电磁感应定律.胡克定律.质量守恒定律.惯性定律10、变送器一般由输入转换部分、放大器和（）组成。

.控制器.反馈部分.传感器.执行单元11、关于压力检测仪表的安装，下列叙述错误的是（）。

.压力检测仪表必须经检验合格后才能安装.压力检测仪表应水平安装.取压点应能如实反映被测压力的真实情况.压力检测仪表的连接处，应选择适当的材料作为密封垫圈12、串级控制系统是把两个调节器串接在一起，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的（），共同稳定一个被控变量所组成的闭合回路。

.输入值.给定值.扰动量.以上都不是13、阶跃响应曲线法适用于处于（）的被控对象。

.C. 开环、非稳态.开环、稳态.闭环、稳态.闭环、非稳态14、调节器的调节规律是指调节器输出信号与输入信号之间随（）变化的规律。

过程控制技术课后作业答案详解

过程控制技术课后作业答案详解

过程控制与自动化仪表课后作业详解第一章 P152-1. （1）简述图1-6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。

LTLC1Q 2Q A图1-6 控制系统流程图答：1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液位控制器来控制调节阀，从而调节Q 1（流量）来实现液位控制的作用。

2）框图如图1-7所示：控控控LC控控控控控控控A控控控控LT_2()Q t ()1Q t ()r t ()e t ()u t h图1-7 控制系统框图3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e (t )、控制量u (t )；执行器输入输出分别为：控制量u (t )、操作变量Q 1 (t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量Q 1 (t ) 、扰动量Q 2 (t ) ，被控量h ；所用仪表为：控制器（例如PID 控制器）、调节阀、液位测量变送器。

2-3某化学反应过程规定操作温度为800℃，最大超调量小于或等于5％，要求设计的定值控制系统，在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图所示。

要求：1）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间； 2）说明该系统是否满足工艺要求。

答：1）稳态误差：e(∞)=810-800=10衰减比：n=B 1/B 2=(850-810)/(820-810)=4 最大超调量：σ=(850-810)/810=4.9%假设以系统输出稳定值的2%为标准，则810*2%=16.2，则 过渡过程时间：ts=17min2）由于规定操作温度为800︒C ，而系统稳态值为810︒C 所以不满足工艺要求。

第二章P711-3 某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ 所以仪表精度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：%22.0%10010010002±=⨯-±=δ仪表精度等级至少0.2以上。