word文档过程控制系统及仪表 王再英等 课后答案(全)

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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。11-6什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;1100%()yy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;2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:○1最大动态偏差A:CCCA50900950○2衰减比n:1:5900910900950n○3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2-1①最大绝对误差=806-800=6②基本误差=6/1000=0.6%;1.0级③不能用,只能用0.5级的仪表2-2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=100%最大绝对误差∆max=0.01×10=0.1MPa2)校验点为5MPa时的基本误差:%8.0%10010508.50.8%<1%,所以符合1.0级表。32-4间接导致精度等级下降。例如:量程0~1000的1级仪表用在测量范围在0~100时,精度变成了10级!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2)∆max=75×2.5%=1.875mA;%75.3%10050875.12号表精度低,价格相对便宜,但2号仪表的最大误差小,而且被测参数的数值在2号表量程内,所以选择2号表。2-6①将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,若两个连接点温度不同,回路中会产生电势。此电势称为热电势。镍铬—镍硅K0~+100040μV/℃价廉,,可在氧化及中性气氛中使用铜—康铜T-200~+40050μV/℃价廉,但铜易氧化,常用于150℃以下温度测量③热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关,还与冷端温度有关。所以使用时,需保持热电偶冷端温度恒定。但热电偶的冷端和热端离得很近,使用时冷端温度较高且变化较大。为此应将热电偶冷端延至温度稳定处。2-8①金属热电阻测温精度高。②热电阻导线过长时,导线电阻过大,对测量带来较大误差,采用三线制接法,可有效消除线路电阻对测量的影响。2-9①查阅Cu100电阻分度表,得到140°对应电阻为159.96欧姆②查阅Pt100电阻分度表,得到电阻为159.96欧姆对应157°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+0.5MPa,即允许的最大绝对误差∆max=0.054○1分析选用不同量程的表所需的精度等级:0~1.6MPa量程:%125.3%1006.105.0,可选2.5级表;0~2.5MPa量程:%2%1005.205.0,可选1.5或2.0级表;0~4.0MPa量程:%2.1%1000.405.0,可选1.0级表。○2量程选择:被测最大压力=1/3~2/3量程上限0~1.6MPa量程:32436.12.10~2.5MPa量程:325.22.1310~4.0MPa量程:313.00.42.1综合分析,选用1.5级或2.0级,0~2.5MPa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%=0.016MPa,>0.01MPa,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%=0.01MPa,=0.01MPa,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%)=+0.08MPa1)量程确定:

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日期:2020-11-04
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