化工自动化课后题.docx

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化工自动化课后题

第一章

第七章.自动控制系统基本概念

1.什么是化工自动化？

它有什么重要意义？

答：

在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。

意义：

（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品质量和产量。

（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。

（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力。

（4）改变劳动方式，提高工人文化水平，为逐步消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。

2.化工自动化主要包括哪些内容？

答：

自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制。

3.闭环控制系统和开环控制系统有什么不同？

答：

（1）闭环控制有反馈环节，通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短，适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统。

（2）开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高，响应时间相对来说很长，精确度不高，使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。

4.自动控制系统主要有哪些环节组成？

答：

测量元件和变送器，调节器，执行器。

（检测、运算、执行）。

5.什么是管道及仪表流程图？

答：

管道及仪表流程图是自控设计的文字代号、图形符号在工艺流程图上描述生产过程控制的原理图，是控制系统设计、施工中采用的一种图示方式。

6.

（1）PI-307表示测量点在加热蒸汽管线上的蒸汽压力指示仪表，该仪表为就地安装，工段号为3，仪表序号为07

（2）TRC-303表示同一工段的一台温度记录控制仪,，工段号为3，仪表序号为03，仪表安装在集中仪表盘面上。

（3）FRC-305表示一台流量记录控制仪，工段号为3，仪表序号为05，仪表安装在集中仪表盘面上。

7.什么是自动控制系统的方框图，它与控制流程图有什么区别？

答：

自动控制系统的方框图是控制系统或系统中每个环节的功能和信号流向的图解表示，是控制系统进行理论分析、设计中常用到的一种形式。

它是由方框、信号线、比较点、引出点组成的；工艺流程上的线条及箭头方向有时并不与流体流向相一致。

8.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？

答：

（1）测量变送装置的作用是：

测量液位的高低转化为一种

特定的、统一的输出信号； 

（2）控制器的作用是：

接受变送器送来的信号与工艺需要保持

的液位高度相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去； （3）执行器的作用：

能自动根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。

9.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量？

答：

（1）被控对象：

在自动控制系统的组成中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器。

（2）被控变量：

在自动控制系统中，将需要控制的参数称为被控变量。

 （3）给定值：

变送器的输出信号进入比较机构，与工艺上希望保持的被控变量数值。

（4）操纵变量：

具体实现控制作用的变量。

10.什么是干扰作用？

什么是控制作用？

是说明两者关系。

答：

干扰作用是指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是通过对被控变量的测量得到测量值，使其与给定值比较，得出偏差信号。

这个信号按一定规律计算出控制信号来改变操纵变变量克服干扰作用。

两者关系是控制作用的一部分职能就是减小或消除干扰对被控变量的影响。

12.什么是负反馈？

负反馈在自动控制系统中的重要意义？

答：

系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端，能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。

负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量，y受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能使反馈信号升高，经过比较到控制器去的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的。

15.按给定值形式不同，自动控制系统可分为哪几类？

答：

（1）定制控制系统：

给定值恒定的控制系统。

（2）随动控制系统（自动跟踪系统）：

给定值随机变化的系统。

（3）程序控制系统：

给定值按一定时间程序变化的系统。

16.什么是控制系统的静态与动态？

为甚么说研究控制系统的动态比研究其静态更为重要？

答：

在自动化领域中，把被控变量不随时间变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。

其原因为：

在生产过程中，干扰是客观存在的，是不可避免的。

17.何谓阶跃作用？

为什么经常采用阶跃作用作为系统的输入作用形式？

答：

18.什么是自动控制系统的过渡过程？

它有哪几种基本形式？

  答：

系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。

   非周期衰减过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程、发散振荡过程。

19.为什么生产上经常要求控制系统的过渡过程具有衰减震荡形式？

答：

因为衰减震荡过程能够较快地使系统达到稳定状态。

20.自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有哪些？

影响这些品质指标的因素是什么？

答：

自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。

 影响因素有被控对象的额性质，自动化装置的选择和调整。

第二章.过程特性及其数学模型

1.什么是对象特性？

为什么要研究对象特性？

答：

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.何谓对象的数学建模？

静态数学模型与动态数学模型有什么区别？

答：

用数学的方法描述出对象输入量与输出量之间的关系。

静态数学模型描述的是对象在静态时的输入量与输出量之间的关系，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，稳态数学模型是动态数学模型在对象达到平衡时的特例。

。

4.建立对象的数学模型有哪两类主要方法？

答：

（1）非参量模型：

采用曲线或数据表格来表示。

（2）参量模型：

采用数学方程式来表示。

5.机理建模的依据是什么？

答：

根据对象或生产过程的内部机理，列出各种有关的平衡方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程及某些物性方程、设备的特性方程、化学反应定律、电路基本定律。

6.何谓系统辨识和参数估计？

答：

应用对象的输人输出的实测数据来确定其数学模型的结构和参数，通常称为系统辨识。

在已知对象数学模型结构的基础上，通过实测数据来确定其中的某些参数，称为参数估计。

7.阶跃反应曲线法和矩形脉冲法的特点？

答：

阶跃曲线法是一种比较简易的动态特性测试方法。

矩形脉冲法具有较高精度。

8.反应对象特性的参数有哪些？

各有什么物理意义？

他们对自动控制系统有什么影响？

答：

描述对象特性的参数有放大系数K、时间常数T、滞后时间г 

物理意义：

K：

反应的是对象处于稳定状态下的输出变化量和输入变化量之间的关系。

           T：

系统在受到阶跃输入作用后输出达到稳定值的63.2%所需时间 

             系统受到输入作用后，输出保持初始速度变化，达到稳定值所需时间。

           г：

是纯滞后时间гo和容量滞后гc的总和 

              纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。

              容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的。

影响：

对于控制通道。

K大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对扰动的补偿能力强，余差也小；K小，控制作用的影响不显著，被控变量变化缓慢，但K太大，会使控制作用对被控变量的影响国强，使系统稳定性下降在相同的控制作用下，时间常数T大，则被控变量的变化比较缓慢，但过渡过程时间较长。

若T小，则被控变量变化速度块，T太大或太小，在控制上都将存在一定困难，因此需根据实际情况适中考虑。

      由于г的存在使控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下降。

因此，应尽量减小滞后时间г。

      对于扰动通道，K大对控制不利，会使最大偏差增大，K小，对控制变量不会产生多大影响。

      T大扰动作用比较平缓，被控变量变化较平稳，对象较易控制纯滞后不影响控制系统的品质，容量滞后的存在，使阶跃扰动的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和一些。

因此，对系统有利。

9.为什么说放大系数K是对象的静态特性？

而时间常数T和滞后时间τ是对象的动态特性？

答:

放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输人之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。

 时间常数T 是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间,是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态参数。

滞后时间τ是指对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速地变化这种现象的参数。

因此它是反映对象动态特性的重要参数。

10.对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？

对控制过程有什么影响？

答：

对象的纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。

在控制通道，如果存在纯滞后，会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，控制质量下降，稳定性降低。

在扰动通道，如果存在纯滞后，相当于将扰动推迟一段时间才进入系统，并不影响控制系统的控制品质。

对象的容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。

容量滞后增加，会使对象的时间常数T增加。

在控制通道，T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小，会使控制作用对被控变量的影响来得快，系统的控制质量有所提高，但时间常数不能太大或太小，且各环节的时间常数要适当匹配，否则都会影响控制质量。

在扰动通道，如果容量滞后增加，扰动作用对被控变量的影响比较平稳，一般是有利于控制的。

第三章.检测仪表与传感器

1.什么叫测量过程？

答：

测量过程实际上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。

2.何谓测量误差？

测量误差的表示方法？

各是什么意义？

答：

（1）由仪表读的被测值与测量值之间，总是存在一定的差距，这一差距就称为测量误差。

（2）绝对误差：

指仪表指示值xi和被测量的真值xt之间的差值，∆=xi-xt。

（3）相对误差：

某一点的绝对误差与标准表在这一点的指示值x0之比，y=∆/x0。

3.何谓仪表的相对百分误差和允许的相对百分误差？

答：

（1）相对百分误差：

绝对误差折合成仪表测量范围的百分数，δ=∆max/（测量范围上限值-测量范围下限值）×100%。

（2）允许的相对百分误差：

在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值，δ允=±仪表允许的最大绝对误差值/（测量范围上限值-测量范围下限值）×100%。

（3）变差：

在同一被测参数值下，正反行程间仪表指示值的最大绝对差值与仪表量程之比的百分数。

变差=最大绝对差值/（测量范围上限值-测量范围下限值）×100%。

（4）灵敏度：

仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量之比值，S=∆α/∆x。

（5）线性度：

实际测得的输入-输出特性曲线（称为校准曲线）与理论直线之间的最大偏差与测量仪表量程之比的百分数，δf=∆fmax/仪表量程×100%。

4.何谓仪表的精度等级？

答：

将仪表的允许相对误差去掉±号及%号，便可以用来确定仪表的精度等级。

（0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0