过控思考题及习题(答案).pdf
《过控思考题及习题(答案).pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《过控思考题及习题(答案).pdf(64页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、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Rs)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 用尸对被控参数Rs)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。裳1-1千找特色对位特性叁数对静态质的整响4 J 对动态质的呈响新增加余差增加龙影晌兀增加无整响过a*程时间*小,振黄值小立增加无影响无影响,控
2、制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示衰1-2控性对控的特性多败对毒质的影响购动态质量的响扁增加余差MMMII定前提F _ 一-向于舞“n增加无影响过窿过程时间增加,桑娩第率支便增加无影嘀*H定程度大大降低1.2 如何选择控制变量?答:所选控制变量必须是可控的。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。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。所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。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。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
3、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6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Gc(s)=Kc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6成正比,即比例度越大,余差也就越大。1Kc增大、6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,将控制器积分时间方放在最大,微分时间期放在最小,比例 度放于适当数值(一般为100%),然后使b由大往小逐渐改变,并在每改变一次6值时,通过改变给定值给系统施加一
4、个阶跃干扰,同时观察过渡过程变化情况。如果衰减比大于4:1,6应继续减小,当衰减比小 于4:1时G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G s,及振荡周期Ts0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。依次将 控制器参数放好。不过在放积分、微分之前应将多放在比计算值稍大(约20%)的数值上,待积分、微分放 好后再将6放到计算值上。放好控制器参数后可以再加一次干扰,验证一下过渡过程是否呈4:1衰减振荡。如果不符合要求,可适当调整一下6值,直到达到满意为止。1.5 图1.41为一蒸汽加热设备,利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。
5、试问:影响物料出口温度的主要因素有哪些?答:影响物料出口温度的主要有:蒸汽流量、物料流量为影 响物料出口温度的主要因素。如果要设计一温度控制系统,你认为被控变量与控制变量 应选哪些参数?为什么?答:被控变量为物料出口温度,控制变量为蒸汽流量。因为 物料出口温度表征了系统的质量指标,蒸汽流量是可控的,无纯 滞后,靠近控制阀,控制通道时间常数较小。如果物料在温度过低时会凝结,应如何选择控制阀的开、S 1.41 习Sg i.S闭形式及控制器的正、反作用?答:为防止在气源供气中断,或控制器出故障而无输出时出现物料凝结,应选气闭式。当出口温度降低时,要求蒸汽流量加大,即控制阀输入减小,控制器输出减小,此
6、时控制器输入由于测量值减小而减小,控制器选正作用。1.6 图1.42为热交换器出口温度控制系统,要求确定在下 面不同情况下控制阀开、闭形式及控制器的正、反作用:被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚。答:控制阀气闭式,控制器的反作用。被加热物料在温度过低时会发生凝结。答:控制阀气开式,控制器的正作用。图1.42习题1.6图2如果控制变量为冷却水流量,该地区最低温度在0以下,如何防止热交换器被冻坏。答:控制阀气闭式,控制器的反作用。1.7 单回路系统方块图如图1.43所示。试问当系统中某组成环节的参数发生变化时,系统质量会有何变化?为什么?答:当Kc、Kv、Ko增加时,系统的 余差减小,但系统稳
7、定性下降。To增加时,系统的工作频率降低,控制速度变慢。这 样就不能及时地克服干扰的影响,因而,系统的控制质量会越差。T 0增加时,使系 统控制不及时,使动态偏差增大,而且还 会使系统的稳定性降低。氏增加时,系统 的余差也变大,即控制静态质量变差。Tf 增加时,控制过程的品质会提高。r f增加 时,质量没有影响。1.8 有一如图1.44所示的加热器,其 正常操作温度为200,温度控制器得测 量范围是150250C,当控制器输出变化若为增大;若大;若心大;苦盯城大图I 44习癌1.8谢1%时,蒸汽量将改变3%,而蒸汽量增加1%,槽内温度将上升0.2C。又在正常操作情况下,若液体流量增加1%,槽内
8、温度将会下降1。假定所采用的是纯比例式控制器,其比例度为100%,试求当设定值由 200提高到220时,待系统稳定后,槽内温度是多少摄氏度?答:当设定值由200提高到220时,控制器输出变化20/200=10%,蒸汽量增加30%,液体流量不 变,槽内温度将上升0.2X30=6,所以待系统稳定后,槽内温度是206。1.9 在A片50阶跃干扰作用下,测得某温度对象控制通道得响应数据如下:根据上述数据用反应曲线法计算PI控制器参数。答:从响应数据得干扰起作用点为0.6min,227,即r=0.6min,拐点为l.Omin,280,即时间/nun0.00.20.40.60.81.01.21.4度凡20
9、0.1201J204.0227.0(二31,0.央302.5318.0时间/min1.6142.L2.22.42.62.93.0温度”329.5336.0339 g340.034L0341.0341.01341.07)=2.0min-0.6min=1.4 min,设采用HI型仪表,测量范围为100250,所以,K()=%/尸3=50/(341.0-200,1 50/140.9=0.355V6=(1.W/7L)X 100%=(l.l X 0.355X0.6X 1.4)X100%=32.8%7=3.3r=3.3X0.6=1.98 min4第二章思考题及习题2.1 与单回路系统相比,串级控制系统有些
10、什么特点?答:串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能,而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。因此,串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。(1)串级控制系统具有更高的工作频率;(2)串 级控制系统具有较强的抗干扰能力;(3)串级控制系统具有一定的自适应能力2.2 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用只取决于主对象放大倍数的符号,而与其他环节无 关?答:主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。主环内包括有主控制器、副 同路、主对象和主变送器。控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来 看待。这样,只要根据主对象与主变送器放大倍数的符
11、号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求。即SignGoi(s)SignGo2(s)SignGmi(s)SignGci(s)=-l就可以确定主控制器的正、反作用。实际上主变送 器放大倍数符号一般情况下都是“正”的,再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节,因此主控制器 的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。当主对象放大倍数符号为“正”时,主控制器应选“负”作用;反之,当主对象放大倍数符号为“负”时,主控制器应选正作用。2.3 串级控制系统的一步整定法依据是什么?答:一步整定法的依据是:在串级控制系统中一般来说,主变量是工艺的主要操作指标,直接关系到 产品的质量,因此对它要求比较严
12、格。而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量,对副变量本身 没有很高的要求,允许它在一定范围内变化,因此在整定时不必将过多的精力放在副环上,只要主变量达 到规定的质量指标要求即可。此外对于一个具体的串级控制系统来说,在一定范围内主、副控制器的放大 倍数是可以互相匹配的,只要主、副控制器的放大倍数Ki与的乘积等于Ks(改为主变量呈4:1衰减 振荡时的控制器比例放大倍数),系统就能产生4:1衰减过程(下面的分析中可以进一步证明)。虽然按照 经验一次放上的副控制器参数不一定合适,但可通过调整主控制器放大倍数来进行补偿,结果仍然可使主 变量呈4:1衰减。2.4 试证明串级控制系统中,当干扰作用在副
13、环时,只要主、副控制器其中之一有积分作用就能保证 主变量无余差。而当干扰作用于主环时,只有主控制器有积分作用时才能保证主变量无余差。答:从串级控制系统结构图中可以看出:1.当干扰作用在副环时,副环在干扰下的输出可如下计算:并假定火。为单位阶跃干扰,则尸(S尸1/S,运用终值定理可得:51(1+T.S)=sb(s)=lim KK-Um 一 忧一、s-0 S-O D 1+G(s)02,,f 2 s-o 1 十八02八1,加 25c2(SJ02(1+%S)如果Gc2(s)=Kc2(Tis+l)/Ts,即含有积分环节,则在上式分子上出现7项,j2(8尸o,即干扰作用下主 环也无余差。如果GC2(S)=
14、(2,则副环余差为P2(8)=l/KvKm2Kc2,此余差进入壬环,此时将副环等效成一*个环节,G2勺/八,用与上述副环余差计算一样的方法计算主环余差,如果主环控制器具有积分作用,为(8尸0,反之为(8)关0。当干扰作用在主环时,副环等效成一个环节,Gs)=l/K用与上述副环余差计算一样的方法计算 主环余差,如果主环控制器具有积分作用,为(8尸0,反之为(8)W0。2.5 试说明为什么整个副环可视为一放大倍数为正的环节来看待?答:对于副环来说,如果是负反馈系统,其等效环节等效传递函数为:G()2GczGG 02 l+Gc2GvG02Gm(21)当控制器放大倍数远远大于1时,贝U有|GC2GVG
15、02 Gmi1,又因为通常各个环节都是无量纲化的,此 时Gm=l。则有式(2-1)近似等于+1。2.6 试说明在串级控制系统中主、副控制器之一的正、反作用选错会造成怎样的危害?答:串级控制系统属于反馈控制系统,只有在负反馈的情况下,系统才是稳定的,当系统受到干扰时,其过渡过程将会是衰减的;反之,如果系统是正反馈,那么系统将是不稳定的,一旦遇到干扰作用,过渡 过程将会发散。系统不稳定当然是不希望发生的,因此,对于反馈控制系统来说,要使系统能够稳定地工 作,必须要构成负反馈。2.7 图2.21所示的反应釜内进行的是放热化学反应,而釜内温度过高会发生事故,因此采用夹套通冷 却水来进行冷却,以带走反应
16、过程中所产生的热量。由于工艺对该反应过程温度控制精度要求很高,单回 路控制满足不了要求,需用串级控制。当冷却水压力波动是主要干扰时,应怎样组成串级?画出系统结构图。选择釜内温度为主对象,冷却水流量为副对象,组成串级控制,结构图如下6 当冷却水入口温度波动是主要干扰时,应怎样组成串级?画出系统结构图。选择釜内温度为主对象,冷却水入口温度为副对象,组成串级控制,结构图如下对上述两种不同控制方案选择控制阀的开、闭形式及主、副控制器正、反作用。答:从安全角度出发,上述两种方案均应选择气闭式控制阀。副控制器:第一种方案下,当冷却水流量超过给定值时,其输入为正值,此时要求阀的开度减小,即 控制器输出增大,
17、所以选正作用。第二种方案下,当入口温度超过给定值时,其输入为正值,此时要求阀 的开度增加,即控制器输出减小,所以选负作用。主环控制器:两种方案下,当冷却水流量增加时,釜内温度降低,因此Koi为负,应选择正作用。2.8 图2.22为一管式炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统。要求:选择控制阀的开、闭形式。答:根据安全要求,控制阀应选择气开式。确定主、副控制器的正、反作用。副控制器:当炉膛温度超过给定值时,其输入为正值,此时要求阀的开度减小,即控制器输出减小,所以选负作用。主环控制器:当燃料气流量增加时,釜内温度升高,因此反)1为正,应选择负作用。在系统稳定的情况下,如果燃料气压力突然升高,结合控
18、制阀开、闭形式及控制器的正、反作用,分析该串级控制系统的工作过程。答:在系统稳定的情况下,如果燃料气压力突然升高,此时控制阀的开度还没有变化,所以燃料气流 量增加,炉膛温度升高,测量变送的输出增加,副控制器的输入为正,副控制器为负作用,输出减小,控 制阀为气开式,所以开度减小,使燃料气流量下降。燃料气流量增加,炉膛温度升高最终会使原油出口温 度增加,测量变送的输出增加,主控制器的输入为正,主控制器为负作用,输出减小,副控制器的给定值 减小,促使副环控制器对燃料气流量进一步调整。一直到原油出口温度回到给定值为止,控制阀处在一个 新开度上。72.9 某干燥器采用夹套加热和真空抽吸并行的方式来干燥物
19、料。干燥温度过高会使物料的物性发生变 化,这是不允许的,因此要求对干燥温度进行严格控制。夹套通入的是经列管式加热器加热后的热水,而 加热器采用的是饱和蒸汽,流程如图2.23所示。要求:如果冷水流量波动是主要干扰,应采用何种控制方案?为什么?答:应采用干燥器干燥温度与冷水流量串级控制系统,因为要将主要干扰冷水流量包围在副环内。如果蒸汽压力波动是主要干扰,应采用何种控制方案?为什么?答:应采用干燥器干燥温度与蒸汽压力串级控制系统,因为要将主要干扰蒸汽压力包围在副环内。如果冷水流量和蒸汽压力都经常波动,应采用何种控制方案?为什么?答:应采用干燥器干燥温度与加热器出口热水温度串级控制系统,副控制器的输
20、出控制蒸汽、冷水控 制阀,副控制器为负作用,蒸汽控制阀为气开式,冷水控制阀为气闭式,主控制器为负作用。图2.21 AJIB 2.7 K图2.22习1K2.8图图2.0月剪2.9图82.10 某串级控制系统采用两步法进行整定,测得4:1衰减过程的参数为:6卜=8%,6 2s=42%,丁k=120 s,7=8s。若该串级控制系统中主控制器采用PID规律,副控制器采用P规律。试求主、副控制器的参 数值应是多少?答:1、副控制器参数:6 2=6 2s=42%2、主控制器参数:6 1=0.86 is=0.8X8%=0.64%Ti=0.3 Tis=0.3X120=36s7=0.3 Tis=0X120=12
21、s第三章思考题及习题3.1比值与比值系数的含义有什么不同?它们之间有什么关系?答:比值K是工艺要求的流量比,定义为从动流量B与主动流量厂1之比,即:K=从动流量/主动流量=尸2/B比值系数K是仪表有效信号之比,定义为从动流量/2的有效信号与主动流量行的有效信号之比。如 果用/来表示仪表的测量信号,则有:-,20/从动流量的测量信号 4侬-八。门八主动流量的测量信号 几A max-/10流量比K与比值系数”是两个不同的概念,不能混淆。比值系数”的大小与流量比K的值有关,也 与变送器的量程有关,与负荷大小无关。流量与测量信号之间有无非线性关系对计算式有直接影响。线 性关系时K=K(RmaJ F2m
22、ax);非线性关系(平方根关系)时K JK2(尸imax/EmaxR3.2用除法器进行比值运算时,对输入信号的安排有什么要求?为什么?答:对于采用除法器实施的比值控制系统,由于除法器的结构,必须使输入的分母信号大于分子信号。通常把主流量作为分母项,此时K的范围是0VKN1,因此在选择流量测量仪表量程时,也需满足凡maxK maxFlmax o同时,用除法器作比值计算时,应注意比值系数H不能在1附近。若比值系数等于1,则比值 给定已达最大信号/出=20mA,除法器输出/o必将等于20mA。在这种情况下,如果出现某种使用下降或 尸2增加的变化,因除法器输出已饱和,虽然比值K=6/HFI增加了,但由
23、于To不变化,相当于系统的反馈 信号不变,失去控制作用,故只好任其比值增加。93.3什么是比值控制系统?它有哪几种?画出它们的结构原理图。答:实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统,称为比值控制系统。比值控制系统类型:(1)开环比值控制系统-II-(2)单闭环比值控制系统-1 1(3)双闭环比值控制系统-1 1-0-1-(a MM(4)变比值控制系统-a何方院副用九1开环H.W豪酰T,卜今干HH g 11-网迪*-外何方用主控IT控L 至J广鸟-卜-GT蜃扭5卜T及a,卜T/小,卜丁一上-.立卜-0 万AUffi 1.4或用M比娘拄制星烧10图”受比值佥第晚(5)串级和比值控制组合的
24、系统 凡方案 b S方案图34则捶与比值控的相合系统3.4 用除法器组成比值系统与用乘法器组成比值系统有什么不同之处?答:如果乘法器组成比值系统使用常规仪表实现,可采用比值器、配比器、乘法器、分流器等。至于 使用可编程调节器或其他计算机控制来实现,采用乘法运算即可。如果比值K为常数,上述仪表均可应用;若为变数(变比值控制)时,则必须采用乘法器,此时只需将比值设定信号改成第三参数就行了。相除方案 无论什么类型的仪表,均采用除法器来实现。而对于使用可编程调节器或其他计算机控制来实现的方案,只要对两个流量测量信号进行除法运算即可。由于除法器(或除法运算结果)输出直接代表了两流量信号的 比值,所以可直
25、接对它进行比值指示和报警。这种方案比值很直观,且比值可直接由控制器进行设定,操 作方便。若将比值给定信号改作第三参数,便可实现变比值控制。3.5 在用除法器构成的比值控制系统中,除法器的非线性对比值控制有什么影响?答:除法器的放大系数是随着负荷的减少而增大的,这与采用差压法测量流量而又不经开方运算时情 况正好相反。所以,在一般情况下(过程的特性是基本线性的),比值系统由于除法器非线性的引入,在小 11负荷时,系统不易稳定。当然,也有特殊的例外,如过程的特性本身是非线性的(放大系数随负荷增大而增 大),此时采用除法器组成比值控制系统,除法器的非线性不仅对系统的控制质量无害,反而能起到对过程 非线
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 思考题 习题 答案
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【曲****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【曲****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。