过程控制系统与仪表课后答案

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。

1-6 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）。

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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

y1与最终稳态值y（?）之比的百分数?；

??y1?100%y(?)

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；

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：A?950?C?900?C?50?C

n?○2衰减比n：

950?900?5:1910?900

○3振荡周期T：T?45?9?36(min)

A<80?C, 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

2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃ 被校表读数/℃ 求：1）该表最大绝对误差； 2）该表精度；

3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？

2-2 一台压力表量程为0～10MPa，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 被校表读数

0 0 200 201 400 402 600 604 800 806 1000 1001 0 0 2 1.98 2 4 3.96 6 5.94 8 7.97 10 9.99 正行程 过程控制系统与仪表课后答案 /MPa 程 反行0 2.02 4.03 6.06 8.03 1 10.0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：

?100% 1）基本误差?=

最大绝对误差?max＝0.01×10＝0.1MPa

??2）校验点为5 MPa时的基本误差：

5.08?5?100%?0.8

0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。

2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？

解答：1）2）

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，0～250mA 2）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；

2.5?100%??5P 1.875?100%??3.75P

???2）?max＝75×2.5％＝1.875mA；

选择2.5级，0～75mA的表。

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：

1000?200T?20?410； T=500?C。

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＋0.5 MPa，即允许的最大绝对误差?max＝0.05

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○1分析选用不同量程的表所需的精度等级：

??? 0～1.6 MPa量程：

0.05?100%??3.125%1.6，可选2.5级表； 0.05?100%??2%2.5，可选1.5或2.0级表； 0.05?100%??1.2%4.0，可选1.0级表。

???0～2.5 MPa量程：

???0～4.0 MPa量程：

○2量程选择：被测最大压力＝1/3～2/3量程上限

1.232??1.643 0～1.6 MPa量程：

11.22??0～2.5 MPa量程：32.53 1.21?0.3?3 0～4.0 MPa量程：4.0综合分析，选用1.5级或2.0级，0～2.5 MPa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％＝0.016 MPa，> 0.01 MPa, 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％＝0.01 MPa，＝ 0.01 MPa, 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％）＝＋0.08 MPa

1）量程确定：

应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处，即1.6 MPa×2/3＝2.4 MPa 可以选量程为0～2.5 MPa的弹簧压力表。 2）精度等级确定：

求出基本误差，以确定满足要求的精度等级。

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