仪表自动化习题答案内容.doc
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1、|第 1 章 自动控制系统基本概念1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成?解 自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。1-5 题 1-5 图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中 PI-307、TRC-303、FRC-305 所代表的意义。题 1-5 图 加热器控制流程图解 PI-307 表示就地安装的压力指示仪表,工段号为 3,仪表序号为 07;TRC-303 表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的温度控制仪表;工段号为 3,仪表序号为 03;FRC-305 表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的流量控制仪表;工段号为 3,仪表序号为 05。1-7
2、在自动控制系统中,测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?解 测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号(如气压信号或电压、电流信号等)送往控制器;控制器接受测量变送器送来的信号,与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后将此结果用特定信号(气压或电流)发送出去执行器即控制阀,它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度,从而改变操纵变量的大小。1-8试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质?|解:被控对象(对象)自动控制系统中,工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。被控变量被控对象内要求保
3、持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼,如温度控制系统,压力制系统等。给定值(或设定值或期望值)人们希望控制系统实现的目标,即被控变量的期望值。它可以是恒定的,也可以是能按程序变化的。操纵变量(调节变量)对被控变量具有较强的直接影响且便于调节(操纵)的变量。或实现控制作用的变量。操纵介质(操纵剂)用来实现控制作用的物料。1-11 题 l-11 图所示为一反应器温度控制系统示意图。A、B 两种物料进入反应器进行反应,通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试画出该温度控制系统的方块图,并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么?并说明该温
4、度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。题 1-11 图 反应器温度控制系统解 该温度控制系统的方块图题解 1-11 图 反应器温度控制系统方块图其中,被控对象:反应器;被控变量:反应器内的温度;操纵变量:冷却水流量。|可能影响被控变量的干扰因素主要有 A、B 两种物料的温度、进料量,冷却水的压力、温度,环境温度的高低等。若当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时,其测量值与给定值比较,获得偏差信号,经温度控制器运算处理后,输出控制信号去驱动控制阀,使其开度增大,冷却水流量增大,这样使反应器内的温度降下来。所以该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环控制系统。1-12 题 1-11 图所示的温度控制系
5、统中,如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值,试说明此时该控制系统的工作情况,此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控变量影响的?解:当反应器内的温度超过给定值(即升高)时,温度测量元件测出温度值与给定值比较,温度控制器 TC 将比较的偏差经过控制运算后,输出控制信号使冷却水阀门开度增大,从而增大冷却水流量,使反应器内的温度降下来,这样克服干扰作用对被控变量影响。1-13 按给定值形式不同,自动控制系统可分哪几类?解:按给定值形式不同,自动控制系统可以分为以下三类:定值控制系统给定值恒定的控制系统。随动控制系统(自动跟踪系统)给定值随机变化的系统。程序控制系统给定值按一定时间程序
6、变化的系统。 1-19 某化学反应器工艺规定操作温度为(90010)。考虑安全因素,控制过程中温度偏离给定值最大不得超过 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题 1-19 图所示。试求该系统的过渡过程品质指标:最大偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间(被控温度进入新稳态值的1%(即 900(1%)=9)的时间),并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求?题 1-19 图 温度控制系统过渡过程曲线|解 最大偏差 A=950900=50();超调量 B=950908=42();由于 B=918908=10(),所以,衰减比 n=BB=4210=4.2;余
7、差 C=908900=8;振荡周期 T=459=36(min);过渡时间 ts=47min。因为 A=5080,C=810,所以,该控制系统能满足题中所给的工艺要求。1-20 题 l-20(a) 图是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图,并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么?现因生产需要,要求出口物料温度从 80提高到 81,当仪表给定值阶跃变化后,被控变量的变化曲线如题 1-20(b) 图所示。试求该系统的过渡过程品质指标:最大偏差、衰减比和余差(提示:该系统为随动控制系统,新的给定值为 81)。题 1-20 图 蒸汽加热器温度控制解 蒸汽加热器温度控制系统的
8、方块图如下图所示。题解 1-20 图 蒸汽加热器温度控制系统方块图|其中:被控对象是蒸汽加热器;被控变量是出口物料温度;操纵变量是蒸汽流量。可能存在的干扰主要有:进口物料的流量、温度的变化;加热蒸汽的压力、温度的变化;环境温度的变化等。该系统的过渡过程品质指标:最大偏差 A=81.581=0.5();由于 B=81.580.7=0.8(),B=80.980.7=0.2(),所以,衰减比n=BB=0.80.2=4;余差 C=80.781=0.3()。第 2 章 被控对象的数学模型2-1 什么是对象特性?为什么要研究对象特性?解 对象特性就是的对象的输出输入关系。研究对象的特性,就是用数学的方法来
9、描述对象输入量与输出量之间的关系。当采用自动化装置组成自动控制系统时,首先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(也称控制器参数的工程整定),使系统正常地运行。被控对象的特性对自动控制系统的控制质量的影响很大,所以必须对其深入研究。2-2 何为对象的数学模型?静态数学模型与动态数学模型有什么区别?解 对象特性的数学描述(方程、曲线、表格等)称为对象的数学模型。稳态数学模型描述的是对象在稳态时的输入量与输出量之间的关系;动态数
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