期末考试过程控制计算题

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）。O温度℃t(min)130110105100820解：衰减比ψ=8.011)105110()105130(12BB最大偏差A，即超调量σ=%8.23%100%100105105130)()()(yytyp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1)()(TsKsEsU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：)()1()(sEKTssU)()()(sEKsUsUTs)()()(tKetuTdttdu设采样周期为TS，代入STkukudttdu)()1()()()())()1((kKekukukuSTT)()1()(kKekukuTTTTTTSSS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=%44.0%1001005502第页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0100200300400500标准表读数0103198303406495（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=%5.1%2.1%10005006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=%5.1%6.1%10005008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？LTLCQ1Q26．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)R1q1h1CR2q2R3q3(2)(1)22Rhq33RhqdtdhCqqq321(3)W0(s)=323232RRsRCRRR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。Cs121R31RQ1(s)Q3(s)Q2(s)H(s)__+(3)做拉氏变换)()(32)()(1sCsHsQRsHRsH3232321)()(0)(RRsRCRRRsQsHsW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1.0808T，故应用表中2.0T时的公式计算。（1）比例调节比例度1.01T(2)比例积分调节比例度11.01.11T积分时间sTI4.263.3（3）比例积分微分调节比例度085.085.01T积分时间sTI162微分时间sTD45.0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？Wc(s)W3(s)W1(s)W3(s)Wf(s)+_++++F(s)Y(s)X(s)W2(s)W1(s)W3(s)Wf(s)Wc(s)F(s)Y(s)++_+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1)()(312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6.19y，则98%206.190YK取39.01ty，63.02ty，由ytyty在图上得到1261t，1952t代入式中，得138)(2120ttT57221tt校验数据：当3t时，即573t，0093.03ty当4.167)8.0(04Tt时，55.0542.04ty当333)2(05Tt时，865.0877.05ty所以该液位过程近似为：ssssTKeesW571138981000)(0102020600t(s)h(mm)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(vq)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。%1%8.0%1002007004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TTTCLCLT铜液液氨气氨过±8kPa，问选用何种精度等级的压力测量仪表才能满足要求。%1%8.0%10010008所以允许误差为±1.0%，仪表精度等级为1.0级