搜索
第一章1.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。操纵变量通过被控对象去影响被控变量，而被控变量又通过自动控制装置去影响操纵变量。从信号传递关系上看，构成了一个闭合回路。开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。从信号传递关系上看，未构成闭合回路。2.自动控制系统怎样构成？各组成环节起什么作用？自动控制系统主要由两大部分组成。一部分是起控制作用的全套自动化装置，它包括检测元件及变送器、控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。检测元件及变送器来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号。控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号发送给执行器。执行器根据控制器送来的信号值相应地改变流人(或流出)被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。3.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量。被控对象是对象的输出被控变量是生产过程中所要保持恒定的变量给定值是工艺上希望保持的被控变量数值操纵变量是具体实现控制作用的变量4.什么叫负反馈？它在自动控制系统中有什么意义？把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输人端的做法叫做反馈。反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈。当被控变量y受到干扰的影响而升高时，负反馈使负反馈信号z升高，经过比较到控制器的偏差信号e降低，此时控制器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x，这样就达到了控制的目的。5.什么是控制系统的静态与动态？为什么说研究动态比研究静态更为重要？在自动化领域内，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为控制系统的静态。系统的各个环节和信号都处于变动状态称为控制系统的动态。在生产过程中，干扰是客观存在的，是不可避免的。这些干扰是破坏系统平衡状态引起被控变量发生变化的外界因素。在一个自动控制系统投入运行正常工作时，总是处于波动不止、往复不息的动态过程中，时刻都有干扰作用于控制系统破坏正常的工艺生产状态，既而就需要通过自动化装置不断地施加控制作用去对抗或抵消干扰作用的影响。6.什么是自动控制系统的过渡过程？它有哪些基本形式？哪些过渡过程能基本满足控制要求？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。过渡过程曲线有：①等幅振荡过程；；②衰减振荡过程；③非周期衰减过程；④发散振荡过程（1）（2）（3）（4）非周期衰减过程和衰减振荡过程是稳定过程，能基本满足控制要求。但由于非周期衰减过程中被控变量达到新的稳态值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏离设定值，所以一般不采用。只有当生产工艺不允许被控变量振荡时才考虑采用这种形式的过渡过程。7.某化学反应器工艺规定的操作温度为(900±10)℃。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图1-13所示。试求最大偏差、衰减比和振荡周期等过渡过程品质指标，并说明该控制系统是否满足题中的工艺要求。解由过渡过程曲线可知最大偏差A=950-900=50℃衰减比第一个波峰值B=950-908=42℃第二个波峰值B'=918-908=10℃衰减比n=42:10=4.2振荡周期T=45-9=36min余差C=908-900＝8℃过渡时间为47min。由于最大偏差为50℃，不超过80℃，故满足题中关于最大偏差的工艺要求。8.衰减振荡过程的品质指标主要有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期(或频率)第二章1.什么是被控对象特性？为什么研究对象特性？被控对象特性是指被控对象输入与输出之间的关系。即当被控对象的输入量发生变化时，对象的输出量是如何变化、变化的快慢程度以及最终变化的数值等。对象的输人量有控制作用和扰动作用，输出量是被控变量。因此，讨论对象特性就要分别讨论控制作用通过控制通道对被控变量的影响，和扰动作用通过扰动通道对被控变量的影响。系统的控制质量和组成系统的每一个环节的特性都有密切的关系，特别是被控对象的特性对控制质量的影响很大。2.什么是被控对象的数学模型？静态数学模型和动态数学模型有什么区别？定量地表达对象输人输出关系的数学表达式，称为该对象的数学模型。静态数学模型描述的是对象在静态时输入量和输出量之间的关系；动态数学模型描述的是对象在输入量改变之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。3简述建立对象数学模型的主要方法。一是机理分析法。二是实验测取法（包括阶跃反应曲线法和矩形脉冲法）。以上两种方法又称机理建模和实验建模，将以上两种方法结合起来，称为混合建模。4.反映对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？它们对自动控制系统有什么影响？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，它是描述对象静态特的参数。放大系数K越大就表示对象的输入量有一定的变化时，对输入量的影响越大。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，它是对象的一个重要的动态参数。时间常数T越大表示对象受到干扰的作用后被控变量变化的越慢，到达新的稳定值所需要的时间越长。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。它是反映对象动态特性的重要参数。自动控制系统中滞后的存在不利于控制，影响控制质量。5.造成纯滞后和容量滞后的原因？各对控制过程有什么影响？对象的纯滞后是由于介质的输送和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。6.已知一个对象为具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为5，放大系数为10，纯滞后时间为2。(1)试写出描述该对象的微分方程；(2)求出描述该对象的传递函数解(1)该对象的微分方程式数学模型为)(10)2(d)2(5txtyttdy式中y表示输出变量，x表示输入变量。(2)将式[1]在零初始条件下，两端都取拉普拉斯变换，则有)(10)()(522sXesYessYss则对象的传递函数为sessXsYsG21510)()()(第三章1.什么是测量误差，测量误差的表示方法有哪两种，各其意义？由仪表读得的被测值与被测量真值之间总是存在一定的差距，这一差距称为测量误差。表示方法：绝对误差和相对误差绝对误差是指仪表指示值和被测量的真值之间的差值。由于无法测得真值，故x：被校表的读数值，x0：标准表的读数值相对误差是指绝对误差与指示值的比。2.仪表的相对百分误差允许的相对百分误差3.什么叫压力？表压力、绝对压力、真空度、之间的关系？压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。P表压=P绝对压力—P大气压力P真空度=P大气压力—P绝对压力4.弹簧管压力计的测压原理是什么？及其组成和测压过程。P50弹簧管压力计时利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。组成：（1）弹性元件，包括弹簧管、膜片、波纹管。（2）弹簧管压力表过程：当通入被侧的压力P后,由于椭圆形截面在压力P的作用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生向外挺直的扩张变形。由于变形，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力P越大，产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管的自由端B的位移成正比，所以只要测得B点的位移量就能反映出压力P的大小。5.霍尔片式压力传感器是如何利用霍尔效应实现压力测量的?利用霍尔元件将由压力引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。选定霍尔元件，并使电流保持恒定，则在非均匀磁场中，霍尔元件所处的位置不同，所受到的磁感应强度也将不同，由此可得到与位移成比例的霍尔电势，实现位移-电势的线性转换。当被测压力引入后，在被测压力的作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。P426.电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点。电容式压力传感器是先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量的。当被测压力p1、p2分别加于左右两侧的隔离膜片时，通过硅油将压差传递到测量膜片上，使其向压力小的一侧弯曲变形，引起中央动极板与两边固定电极间的距离发生变化，因而两电极的电容量不再相等，而是一个增大，另一个减小，电容的变化量通过引线传至测量电路，通过测量电路的检测和放大，输出一个4~20mA的直流电信号。特点：过载后恢复性好，尺寸紧凑，密封性与抗震性好，测量精度较好。7.如果某反应器最大压力为0.8MPa，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，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0~1.0MPa，0xx000xxxxy%100max测量范围下限值测量范围上限值%100测量范围下限值测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允精度为1级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由解：测量范围为0~1.6MPa，精度为1级的压力表的允许最大绝对误差为)MPa(016.0%1)06.1(已经超出了工艺上允许的最大绝对误差，故不能符合工艺上的误差要求。若采用一台测量范围为0~1.0MPa，精度为1级的压力表，这时允许的最大绝对误差为)MPa(01.0%1)00.1(故能符合工艺上的误差要求。8.某压力表的测量范围为0~1MPa，精度等级为1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0.5MPa时，标准压力计上读数为0.508MPa，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？解：最大绝对误差)MPa(01.0%1)01(max在0.5MPa处，校验得到的绝对误差为0.508-0.5=0.008(MPa)，此值小于该压力表的允许最大绝对误差，故在这一校验点符合1级精度9.压力计安装时要注意什么问题？p481.应安装在易观察和检修的地方2.安装地点应避免震动和高温的影响3.测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐。（针对被测介质的不同性质要采取相应的防热、防腐、防冻、防堵等措施）4压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。5当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按Δp＝±Hρg进行修正。式中H为高度差，ρ为导压管中介质的密度，g为重力加速度。6.为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。10.什么叫节流现象？流体经节流装置时为什么会产生静压差？节流现象流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。流体经节流装置时，由于流速发生变化，使流体的动能发生变化，根据能量守恒定律，动能的变化必然引起静压能变化