过程工程基础作业(1、2章).ppt

与其它自动控制相比 过程控制有哪些主要特点 为什么说过程控制的控制过程多属慢过程 问题一 过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的 大致可归纳如下 一 连续生产过程的自动控制二 过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两部分组成三 被控过程是多种多样的 非电量的四 过程控制的控制过程多属慢过程 而且多半为参量控制五 过程控制方案十分丰富六 定值控制是过程控制的一种常用形式 问题二 因为被控过程具有大惯性 大滞后 大时延 等特性 因此决定了过程控制的控制过程多属慢过程 试说明图 供氧量控制系统框图中被控 过程 包含哪些管道设备以及图中各符号的含义 过程 节流装置到氧气流量调节阀之间的管道设备 x t 代表设定值 e t 表示偏差信号 u t 表示控制器控制作用信号 q t 表示调节阀的流量信号 f t 过程受到的干扰信号 y t 过程的输出信号 z t 测量信号 2 1何谓被控过程及其数学模型 模型一般分为哪几类 它与过程控制有何关系 1 被控过程是指正在运行中的多种多样的被控制的生产工艺设备 被控过程的数学模型是指过程在各输入量 包括控制量与扰动量 作用下 其相应的输出量 被控量 变化函数关系的数学表达式 2 过程的数学模型有两种 一是参数模型 如阶跃响应曲线等用曲线表示的 二是参数模型 如微分方程等用数学方程式或函数表示的 3 过程控制系统的品质是由组成系统的各个环节的结构及其特性所决定的 过程数学模型是过程控制系统设计和应用的重要资料 2 3从阶跃响应曲线看 大多数被控过程有何特点 答 从阶跃响应曲线来看 大多数被控过程的特点是 被控量的变化往往是不振荡的 单调的 有滞后和惯性的 2 2什么是过程通道 什么是过程的控制通道和扰动通道 它的数学模型是否相同 问题一 被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道 问题二 过程的控制通道 控制作用与被控量之间的信号联系 过程的扰动通道 扰动作用与被控量之间的信号联系 问题三 他们的数学模型不一样 因为过程通道 控制通道和扰动通道所表示的环节不是同一个 2 6下图所示液位过程的输入量q1 流出量为q2 q3 液位h为被控参数 C为容量系数 并设R1 R2 R3为线性液阻 要求 1 列出液位过程的微分方程图 2 画出液位过程的框图 3 试求液位过程的传递函数W0 s H s Q1 s 解 列出液位过程的微分方程组 2 7什么是过程的滞后特性 过程滞后包含哪几种 有何特点 问题一 当被控过程受到扰动作用 被控量没有马上随着扰动的变化而变化 而是经过一段滞后时间之后 才以较大的速率发生变化称过程的滞后特性 问题二 过程滞后包含容量滞后和纯滞后 问题三 容量滞后所引起的被控量在容量滞后时间内是有变化速率的 而纯滞后所引起的被控量在纯滞后时间内的变化速率等于零 画出液位过程的框图 求出液位过程的传递函数 解 1 液位过程的阶跃响应曲线 2 液位过程参数 2 53什么是无平衡无扰动切换 DDZ 型调节器是如何实现这种切换功能的 什么叫硬手动操作和软手动操作 在调节器中怎样实现这种功能操作的 答 问题一 在DDZ 型调节器中存在无平衡无扰动和有平衡无扰动两种切换 如果在自动和手动相互切换时 不需经事先平衡 可以随时切换到所需要的位置 并且在切换的瞬间整机的输出不发生变化 对生产过程无扰动 则称为无平衡无扰动切换 问题二 型调节器 自动 软手动 硬手动切换到软手动 或 硬手动切换到自动 都是无平衡无扰动切换 因为这几种切换过程 放大器A3的反馈通路上有电容CM在起着保持输出信号不发生突变的作用 问题三 硬手动操作就是调节器的输出电流与手动输入电压信号成比例关系 软手动操作就是调节器的输出电流与手动输入电压信号成积分关系 问题四 在调节器中是通过如下电路来实现软手动和硬手动操作 其中输入信号为手动输入信号 此时调节器的输入端与控制回路断开 2 67什么叫调节阀的流通能力C 怎样根据C来确定调节阀的公称直径Dg和阀座直径dg 答 问题一 流通能力C表示执行器的容量 其定义为 调节阀全开 阀前后压差为0 1MPa 流体密度为1g cm3时 每小时流过阀门的流体流量 体积 m3 或质量 kg 问题二 根据控制 调节 所需的物料量qvmax qvmin 流体重度r以及阀上的压差 p 可以求得最大流量 最小流量时的Cmax和Cmin值 根据Cmax 在所用产品型式的标准系列中取大于Cmax值并最接近一级的C值 从而查出Dg和dg 2 68什么叫气开式调节阀和气关调节阀 怎样利用执行机构和调节机构来组成气开 气关式调节阀 答 问题一 气开式调节阀 即当气动执行器输入压力P 0 02MPa时 阀开始打开 也就是说有信号压力时阀开 无信号压力时阀关 对于气关式则反之 问题二 由于执行机构有正 反两种形式 阀也有正装和反装两种 所以 实现气动执行器的气开 气关型式有四种组合方式如下图所示 气关 气关 气开 气开 2 69何谓调节阀的流量特性 何谓理想流量特性和工作流量特性 在工程上是怎样来选择调节阀流量特性 答 问题一 调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系 即q qmax f l L 问题二 理想流量特性就是在阀前后压差为一定的情况下 deltap 常量 得到的流量特性 在实际工程使用中 调节阀式安装在工艺管道系统中 所以调节阀两端的压力差deltap不等常数 此时调节阀的相对开度和相对流量关系为工作流量特性 问题三 在工程设计中 首先根据被控对象的特性和控制系统的要求来选择调节阀的工作流量特性 再根据其流量特性的畸变程度确定理想流量特性 得到阀心的具体形状 2 17在过程辨识中 怎样来确定过程数学模型的阶次n和滞后时间 答 在过程辨识中 可通过如下的辨识过程来实现确定过程数学模型的阶次n和滞后时间 2 22利用热电偶温度计测温时为什么要使用补偿导线对冷端进行温度补偿 利用热电阻温度计测温时 为什么要采用三线制接法 测量低温时通常为什么采用热电阻温度计 而不采用热电偶温度计 问题一 只有当热电偶冷端温度不变时 热电动势才是被测温度的单值函数 所以在测温过程可以通过使用补偿导线来保持冷端温度的恒定 问题二 热电阻温度计测温时 使用平衡电桥由热电阻引出的三根导线 要求其材料 粗细 长短相同 目的是它可以抵消环境温度变化引起导线电阻的变化 从而提高测量精度 问题三 当测量低于150oC的温度时 由于热电偶输出的热电动势很小 所以常用热电阻温度计 2 31利用弹簧管压力表测量某容器中的压力 工艺要求其压力为1 3 0 06MPa 现可供选择压力表的量程有0 1 6MPa 0 2 5MPa和0 4 0MPa 其精度有1 0 1 5 2 0 2 5及4 0级 试合理选用压力表的量程和精度等级 答 因为对于弹性式压力表 在测量较平稳的压力时 压力表的上限值应为被测压力最大值的4 3倍 测量波动较大的压力时 压力表的上限值应为被测压力的最大值的3 2倍 为了保证测量精度 被测压力的最小值 一般不低于仪表量程的1 3 1 6 1 3 1 23 3 2 且1