期末考试过程控制计算题说课讲解.docx
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期末考试过程控制计算题说课讲解
第页
计算及问答题
1．某换热器温度控制系统（设定值为100℃），在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示。
分别求出衰减比、最大偏差、余差、过渡时间和振荡周期（按±3％稳态值来确定过渡时间）。
解：
衰减比ψ=
最大偏差A，即超调量σ=
余差C=│y﹙∞﹚－y﹙0﹚│=105－100=5
过渡时间ts=27min，（计算稳态值的±3％，即102或108，用尺子量后估算出时间）
振荡周期，时间作衰减振荡，所以振荡周期T=20－8=12min，（两个波峰的时间差）
2．已知某被控过程的数学模型为
应用前向差分法，求关于u（k）和e（k）的差分方程。
参考计算控制课本p129
解：
设采样周期为TS，代入
3．一台仪表的测温范围为100～550℃，绝对误差的最大值为2℃，求这台仪表的相对误差。
解：
δ=
4．某一标尺为0～500℃的温度计出厂前经校验，其刻度标尺各点测量结果值分别为：
被校表读数
0
100
200
300
400
500
标准表读数
0
103
198
303
406
495
（1）求出仪表最大绝对误差值；
（2）确定仪表的允许误差及精确度等级；
（3）仪表经过一段时间使用后，重新校验时，仪表最大绝对误差为±8℃，问该仪表是否还符合出厂时的精确度等级。
解：
（1）最大绝对误差值为6。
（2）仪表精度δ=
所以允许误差为±1.5%，仪表精度等级为1.5级。
（3）使用一段时间后的精度为δ=
所以不符合出厂时的精确度等级。
5．如下图所示液位控制系统中，被控过程物料的输入量和输出量是什么？
控制系统的
（1）被控变量、
（2）操纵变量、（3）主要扰动、（4）输入信号、（5）输出信号各是什么？
此题需特别注意！
！
解：
被控过程物料的输入量时水的流量Q1，输出量是水的流量Q2；
（1）被控变量是液位H；
（2）操纵变量是流量Q2；（开关在这里，控制排水量，而不是入水量）
（3）主要扰动是流量Q1；
（4）输入信号是液位的给定值；
（5）输出信号是液位H。
6．图所示液位过程的输入量为q1，流出量为q2、q3，液位h为被控参数，C为容量系数，设R1、R2、R3为线性液阻，求：
（1）列出液位过程的微分方程组；
（2）画出液位过程的框图；
（3）求液位过程的传递函数W0（s）=H（s）/Q1（s）
（1）
（3）W0（s）=
（2）
（3）做拉氏变换
7．用动态特性参数法整定单回路控制系统调节器参数时，测得过程的τ＝8s，T=80s，自平衡率ρ＝1，当调节器分别采用P、PI、PID控制规律时，求ψ＝0.75，调节器整定的参数
解：
由于
，故应用表中
时的公式计算。
（1）比例调节
比例度
（2）比例积分调节
比例度
积分时间
（3）比例积分微分调节
比例度
积分时间
微分时间
某热交换器图5.1所示，用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定的温度，生产工艺要求热水温度保持定值（t±1℃），试设计一个单回路控制系统，并说明该控制系统的基本工作原理，系统的被控变量、控制量和主要扰动量是什么及选用的控制算法。
8.某前馈控制系统框图如图所示，试通过推导分析，前馈控制器W1（s）、过程扰动通道传递函数W2（s）和过程控制通道传递函数W3（s）满足什么关系时，能够实现对扰动的全补偿？
解：
参考计算机控制p38。
求传递函数Y（s）/F（s），然后令分子等于0，即
9.某液位过程的阶跃响应实验测得如下数值
t/s
0
10
20
40
60
80
100
140
180
250
300
400
500
600
h/mm
0
0
0.2
0.8
2.0
3.6
5.4
8.8
11.8
14.4
16.6
18.4
19.2
19.6
当其阶跃扰动量为△μ=20%时，求：
（1）画出液位过程的阶跃响应曲线；
（2）该过程用一阶加滞后环节近似描述，确定液位过程的K0，T0，τ。
参考课本p136，作业2-13，（一模一样）
解：
（1）由实验数据，液位过程的阶跃响应曲线如图所示：
（2）
取
，则
取
，
，由
在图上得到
，
代入式中，得
校验数据：
当
时，即
，
当
时，
当
时，
所以该液位过程近似为：
10、在蒸汽锅炉运行过程中，必须满足汽-水平衡关系，汽包水位是一个十分重要的指标。
当液位过低时，汽包中的水易被烧干引发生产事故，甚至会发生爆炸。
（1）试设计一个液位的简单控制系统，在图中画出控制方案图。
（2）确定调节阀的气开、气关形式，并说明原因。
（3）确定调节器的正、反作用方式，必须有详细的分析过程。
（4）画出该控制系统的方框图。
11、在某生产过程中，通过加热炉对冷物料加热，根据工艺要求，需对热物料出口温度进行严格控制。
对系统分析发现，主要扰动为燃料压力波动。
（1）试设计一个热物料出口温度的串级控制系统，在图中画出控制方案图。
（2）画出该控制系统方框图。
（3）为保证设备安全，炉温不能过高，确定调节阀的气开、气关形式。
（4）确定两台调节器的正反作用方式，必须有详细的分析过程。
（5）确定两台调节器应选择什么调节规律。
12、右图为一个加热器控制系统，通过将进料（流体）与蒸汽进行换热达到对物料（流体）进行加热的目的，希望出料（流体）温度恒定。
其中已知进料（流料）流量（
）为最主要的干扰。
（1）试选用合适的的控制方案,说明理由,并画出控制系统框图和结构图。
（2）为保证设备安全，出料温度不能过高，确定调节阀的气开、气关形式。
确定调节器的正反作用以及应选择什么调节规律。
13、右下图所示的氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液温度恒定。
为保证氨冷器内有一定的汽化空间，避免液氨带入冰机造成事故，采用温度――液位串级控制。
1）此串级控制系统的主副被控变量各是什么？
2）试设计一温度—－液位串级控制系统，完成该控制方案的结构图（即将图示的氨冷器控制系统示意图补充完整）；
3）试画出温度――液位串级控制系统控制框图；
4）确定气动调节阀的气开气关形式，并说明原因；
5）确定主副调节器的正反作用。
14、一个如图所示的换热器，用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定温度，生产工艺要求热水温度维持恒定（Δθ≤±1℃）。
试设计一简单温度控制系统，画出其方框图,并确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用方式，指出调节器应选择什么调节规律？
15.某台测温仪表的测温范围为200~700℃，仪表的最大绝对误差为±4℃，试确定该仪表的允许误差和精度等级。
所以允许误差为±1.0%，仪表精度等级为1.0级。
16.某被测参数的测量范围要求为0~1000kPa，根据工艺要求，用来测量的绝对误差不能超过±8kPa，问选用何种精度等级的压力测量仪表才能满足要求。
所以允许误差为±1.0%，仪表精度等级为1.0级
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