《过程控制与自动化仪表》习题答案.pdf

第 1 章（P15） 1、基本练习题 （1）简述过程控制的特点。 Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系 统难以设计；3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参 量控制；5）定值控制是过程控制的主要形式。 （2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。 Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核 能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成 部分。过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行 控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优 化目标自动进行。2）组成框图： （3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？ Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。1）模拟仪表的信号：气动 0.02~0.1MPa、 电动Ⅲ型：4~20mADC 或 1~5V DC。2）数字式仪表的信号：无统一标准。 （4）试将图 1-2 加热炉控制系统流程图用框图表示。 Q：是串级控制系统。方块图： （5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？ Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。2）略 （8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。 Q：1）按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值 不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。2）略 （10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？ Q：1）不是这样。2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。 （11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？ Q：1）是。2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。 2、综合练习题 （1）简述图 1-11 所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量 名称和所用仪表的名称。 Q：1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、 调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液 位控制器来控制调节阀，从而调节 q1（流量）来实现液位控制的作用。2）框图： 3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e(t )、控制量u(t )；执行器输入输出分别为： 控制量u(t )、操作变量q1 (t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量q1 (t ) 、扰动量q2 (t ) ，被控 量h ；所用仪表为：控制器（例如PID 控制器）、调节阀、液位测量变送器。 （2）什么是仪表的信号制？通常，现场与控制室仪表之间采用直流电流信号、控制室内部仪 表之间采用直流电压信号，这是为什么？ Q：1）自动化仪表的信号制是指在成套系列仪表中，各个仪表的输入/输出信号均采用某种统 一的标准形式，使各个仪表间的任意连接成为可能。2）略 （3）某化学反应过程规定操作温度为800℃，最大超调量小于或等于5﹪，要求设计的定值控 制系统，在设定值作阶跃干扰时的过渡过程曲线如下图所示。要求： 1）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间。 2）说明该系统是否满足工艺要求。 Q：1）由上图可得 y(∞) = 810℃，设定值 r=800℃, B1=850?810=40,B2=820?810=10 稳态误差e(∞) = r ? y(∞) =800℃-810℃= ?10℃ 衰减比： 1 2 40 4 :1 10 Bn B ? ? ? ， 最大超调量： ( ) ( ) 850 810100% 100% 4.938% ( ) 810 py t y y ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 过渡过程时间ts ：大概在17min 左右 2）虽然该系统最大超调满足要求，然而在规定操作温度为800℃，而最后趋于稳定的值却为 810℃，因此不满足工艺要求。 （4）图 1-13 所示为一类简单锅炉汽包水位控制流程图，试画出该控制系统框图，并说明其被 控过程、被控参数、控制参数和干扰参数各是什么？ Q：1）控制系统框图： 被控过程：加热器+汽包 被控参数：汽包水位 控制参数：上水流量 干扰参数：蒸汽流量变化 第 2 章（P70） 1、基本练习题 （3）某台测温仪表测量的上下限为 500~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的 精度等级。 Q：仪表的引用误差 2100% 100