期末考试过程控制计算题

1、B2 B?(130 105)(110 105)Ty(tp) y()最大偏差A,即超调量c = y()100%130 105105100% 23.8%计算及问答题1 某换热器温度控制系统(设定值为100C),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(按土3%稳态值来确定过渡时间)。温度c130.0.81解：衰减比® =余差 C= | y (a) y ( 0 )|=105 100=5过渡时间ts=27min ,(计算稳态值的土 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,

2、(两个波峰的时间差)2 已知某被控过程的数学模型为U(s)E(s)KTs 1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: U(s)?(Ts 1) K?E(S)Ts?U(s) U(s) K?E(s)T 響 u(t) Ke(t)du(t) u(k 1) u(k)设采样周期为Ts,代入 dTTSTS(u(k 1) u(k) u(k) Ke(k)u(k)天u(k 1)严 Ke(k)3.台仪表的测温范围为100550C,绝对误差的最大值为 2C,求这台仪表的相对误差。2解军：合=550 100100%0.44%4.某一标尺为0500 C的温度计出厂前经校验，其刻

3、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土8 C,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。仪表精度3 =赢100%1.2%1.5%(3 )求液位过程的传递函数W(s)=(1) q2 J q3R2R2R3 W o(s)= CR2R3S r2 r3所以允许误差为土 %仪表精度等级为级。使用一段时间后的精度为3=岛100%1.6%1.5%所以不符合出厂时的精确度等级

4、。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； 6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R、艮、R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；Q3(S)+，Qi

5、(s)（3）做拉氏变换1R3- 1,1*1. J/CsQ2（S）1H(s)Q（s）野H(s)R3CsH(s)Wo(s)CR2R3S R2 R3R2&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t= 8s, T=80s，自平衡率p = 1,当调节器分别采用 P、PI、PID控制规律时，求，调节器整定的参数解：由于t需0.1,故应用表中0.2时的公式计算。（1）比例调节比例度0.1（2）比例积分调节比例度1.1- t 0.11积分时间Ti3.326.4s（3）比例积分微分调节比例度 0.85 丄0.085积分时间Ti216s微分时间Td 0.5 4s某热交换器图所示， 用蒸

6、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 ± 1C），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。¥调勺器，谓节貓控制谴书厲便菇慕汽流量±0大*从“僮莖啦出口的上升*当赫水出口的温豐达到设宦值 ”对.荃统再次稳.定.”:專喷的被控g昆叭水的返査.”羟*1旦热赵汽射血亘；”M主要扰奇是冷水的应量：-选用prMJK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W(s)、过程扰动通道传递函数 W( s)和过程控制通道传递函数V3(s)满足什么关系时，能够

7、实现对扰动的全补偿解：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Y(s)W2 W1W3F(s) 1 ?X(s)w2 w1w309.某液位过程的阶跃响应实验测得如下数值t/s01020406080100140180250300400500600h/mm00当其阶跃扰动量为卩=20%寸，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, To, t 。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:19.6，则 Ko J 號 98取 y 10.39, y t20.

8、63，由 y t在图上得到t1 126, t2 195代入式中，得To 2(t2 ti) 1382ti t257校验数据：当t3 时，即t357, y ts 0.0930当 t4(0.8T0) 167.4 时，y t40.542 0.55当 t5 (2T0) 333时，y t50.877 0.865所以该液位过程近似为：W°(s)K° sT°s 1 e98138s 1e 57s10、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

9、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。汽包给那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。解:气开式剧调节黔作用主调节器反作川副调节器采用P或PI

10、调节规律主调廿器采用PI或PID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（qv）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。解：气开式反作用前馈调节器采用静态前馈反锻调节器采用PI或PID控制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。为保证氨冷器内有定的汽化空间，避免液氨带入冰机造成事故，采用温度一

11、一液位串级控制。1）此串级控制系统的主副被控变量各是什么2）试设计一温度一一液位串级控制系统，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）试画出温度一一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。气氨主参数为铜液温度孩副参数为液氨液位结构阁（略）方框图（略）气开式别调节器反作用主调节器正作用°副调节器采用P调节规律主调疔器采用PI或FID调节规律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（土 1 C）。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解气开式 反作用PID控制规律15. 某台测温仪表的测温范围为200700C，仪表的最