过程控制系统与仪表课后习题答案完整版 下载本文

极限位置,总是过量调节所致。

3)优点:偏差在中间区内时,控制机构不动作,可以降低控制机构开关的频繁程度,延长控制器中运动部件的使用寿命。

3-3 比例控制为什么会产生余差?

解答:

产生余差的原因:比例控制器的输出信号y与输入偏差e之间成比例关系:

y?Kpe

为了克服扰动的影响,控制器必须要有控制作用,即其输出要有变化量,而对于比例控制来讲,只有在偏差不为零时,控制器的输出变化量才不为零,这说明比例控制会永远存在余差。

3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差?

解答:

1edt T1?2)当有偏差存在时,输出信号将随时间增大(或减小)。当偏差为零时,输出停止

1)积分控制作用的输出变化量y是输入偏差e的积分:y?变化,保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。

3-5 什么是积分时间?试述积分时间对控制过程的影响。

解答:

1edt ?T1积分时间是控制器消除偏差的调整时间,只要有偏差存在,输出信号将随时间增大

1)y?(或减小)。只有当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上。

2) 在实际的控制器中,常用积分时间Ti来表示积分作用的强弱,在数值上,Ti=1/K i 。显然,Ti越小,K i 就越大,积分作用就越强,反之亦然。

3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4~20mA,若将比例度设为100%、积分时间设为2min、稳态时输出调为5mA,某时刻,输入阶跃增加0.2mA,试问经过5min后,输出将由5mA变化为多少?

解答:

?1?1?由比例积分公式:y??分析: e?edt???P?T1?1依题意:p??100%,即K p =1, TI= 2 min , e=+0.2;

Kp稳态时:y0=5mA,

8

?1?1??e?edt??P?T1??15min后:?5?1?(?0.2??0.2?5)

23-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响?调整比例度时要注意什么问题?

?(5?0.7)mA解答:P74

K1)控制器的比例度P越小,它的放大倍数p就越大,它将偏差放大的能力越强,控

y?y0?制力也越强,反之亦然,比例控制作用的强弱通过调整比例度P实现。

2)比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数,还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的,超出这个量程的比例输出是不可能的。

所以,偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程(16mA),避免控制器处于饱和状态。

3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么?为什么常用实际为分控制规律?

解答:

de dt2)由于理想微分运算的输出信号持续时间太短,往往不能有效推动阀门。实际应

1)y?TD用中,一般加以惯性延迟,如图3-7所示,称为实际微分。

3-9 试写出比例、积分、微分(PID)三作用控制规律的数学表达式。

解答:

1?1de?? y??e??edt?TD?P?T1dt??3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点,积分和微分为什么不单独使用?

解答:

1)比例控制及时、反应灵敏,偏差越大,控制力越强;但结果存在余差。 2)积分控制可以达到无余差;但动作缓慢,控制不及时,不单独使用。 3)微分控制能起到超前调节作用;但输入偏差不变时,控制作用消失,不单独使用。

3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪几部分组成?各组成部分的作用如何?

解答:P79

1)组成如图3-11所示。 2)作用参照P79。

3-12 DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别?各用在什么条件下?

解答:

1)软手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成积分关系; 硬手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成比例关系。

9

2)软手动操作:系统投运 硬手动操作:系统故障

3-13 什么叫控制器的无扰动切换?在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换,在设计PID电路时采取了哪些措施? 解答:P84

1)调节器进行状态转换后,输出值不发生跳动,即状态转换无冲击。 2)CM、CI。P85中。

3-14 PID调节器中,比例度P、积分时间常数TI、微分时间常数TD分别具有什么含义?在调节器动作过程中分别产生什么影响?若将TI取∞、TD取0,分别代表调节器处于什么状态? 解答:

比例度P含义:使控制器的输出变化满量程时(也就是控制阀从全关到全开或相反),相应的输入测量值变化占仪表输入量程的百分比。比例作用的强弱取决于比例度的大小。

积分时间常数TI含义:TI越小,积分作用越强;越大积分作用越弱;若将TI取∞,则积分作用消失。

微分时间常数TD含义:TD越大,微分作用越强;TD取0,微分作用消失。

3-15 什么是调节器的正/反作用?在电路中是如何实现的?

解答:

1)正作用:偏差=测量值-给定值; 反作用:偏差=给定值-测量值。 2)运放输入端的切换开关实现的。

3-16 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式?输出电路是怎样将输出电压转换成4~20mA电流的?

解答:

1)采用差动输入方式,可以消除公共地线上的电压降带来的误差。 2)参照P83下的输出电路。

3-18 给出实用的PID数字表达式,数字仪表中常有哪些改进型PID算法? 解答:

1) P91式(3-18)

10

2)改进的算法:

第4章 思考题与习题

4-1 气动调节阀主要由哪两部分组成?各起什么作用?

解答:

1)执行机构和调节机构。

2)执行机构的作用:按调节器输出的控制信号,驱动调节机构动作;

调节机构的作用:由阀芯在阀体内的移动,改变阀芯与阀座之间的流通面积,从而改变被控介质的流量。

4-2 试问调节阀的结构有哪些主要类型?各使用在什么场合?

解答:

1)类型:直通单座阀、直通双座阀。

2)直通单座阀使用场合:小口径、低压差的场合; 直通双座阀使用场合:大口径、大压差的场合。

4-4 什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性?常用的调节阀理想流量特性有哪些?

解答:

1)理想流量特性:在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量

特性,也叫理想流量特性。

工作流量特性:在实际的工艺装置上,调节阀由于和其他阀门、设备、管道等串

连使用,阀门两端的压差随流量变化而变化,这时的流量特性称为工作流量特性。

2)常用理想流量特性:直线流量特性、等百分比(对数)流量特性、

快开特性

4-6 什么叫调节阀的可调范围?在串联管道中可调范围为什么会变化?

解答:

1)可调范围:反映调节阀可控制的流量范围,用R=Qmax/Qmin之比表示。R越大,调节流量的范围越宽,性能指标就越好。

2)由于串联管道阻力的影响。

4-7 什么是串联管道中的阀阻比S?S值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变?

解答:

11