自动化仪表与过程控制练习题及参考答案.docx

一, 填空题1, 过程限制系统一般由 限制器 , 执行器 , 被控过程 和测量变送等环节组成。2, 仪表的精度等级又称 精确度级 ，通常用 引用误差 作为推断仪表精度等级的尺度。3, 过程限制系统动态质量指标主要有 衰减比n , 超调量 和过渡过程时间；静态质量指标有 稳态误差e ss 。4, 真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用 约定真值 或 相对真值 来代替。5, 依据运用的能源不同，调整阀可分为 气动调整阀 , 电动调整阀 和 液动调整阀 三大类。6, 过程数学模型的求取方法一般有 机理建模 , 试验建模 和混合建模。7, 积分作用的优点是可消退 稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统 稳定性 下降。8, 在工业生产中常见的比值限制系统可分为 单闭环比值限制 , 双闭环比值限制 和 变比值限制 三种。9, Smith预估补偿原理是预先估计出被控过程的 数学模型 ，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的 纯滞后 进展补偿。10, 随着限制通道的增益K0的增加，限制作用 增加 ，克制干扰的实力 最大 ，系统的余差 减小 ，最大偏差 减小 。11, 从理论上讲，干扰通道存在纯滞后， 不影响 系统的限制质量。12, 建立过程对象模型的方法有 机理建模 和 系统辨识及参数估计 。13, 限制系统对检测变送环节的根本要求是 精确 , 快速 和 牢靠 。14, 限制阀的选择包括 构造材质的选择, 口径的选择 , 流量特性的选择 和 正反作用的选择。15, 防积分饱和的措施有 对限制器的输出限幅 , 限制限制器积分局部的输出和 积分切除法。16, 假如对象扰动通道增益增加，扰动作用 增加 ，系统的余差 增大 ，最大偏差 增大 。17, 在离心泵的限制方案中，机械效率最差的是 通过旁路限制 。二, 名词说明题1, 衰减比答：衰减比定义为：衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:110:1。2, 自衡过程答：当扰动发生后，无须外加任何限制作用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性。称该类被控过程为自衡过程。3, 分布式限制系统答：分布式限制系统DCS，又称为集散限制系统，一种操作显示集中, 限制功能分散, 接受分级分层体系构造, 局部网络通信的计算机综合限制系统。DCS的设计思想是“限制分散, 管理集中三, 简答题1, 电气阀门定位器有哪些作用答：改善阀的静态特性改善阀的动态特性变更阀的流量特性用于分程限制用于阀门的反向动作2.简述串级限制系统的设计原那么。答：1副回路的选择必需包括主要扰动，而且应包括尽可能多的扰动；2主, 副对象的时间常数应匹配；3应考虑工艺上的合理性和实现的可能性；4要留意生产上的经济性。3. 简洁限制系统由哪几局部组成？各局部的作用是什么？答：简洁限制系统由一个被控对象，一个检测元件和变送器，一个调整阀和一个调整器组成。检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检测到的信号转换为标准信号，输出到限制器。限制器用于将检测变送器的输出信号及设定值进展比拟，得出偏差，并把偏差信号按确定的限制规律运算，运算结果输出到执行器。执行器是限制系统回路中的最终元件，干脆用于变更操纵量，以克制干扰，到达限制的目的。4. 前馈限制和反响限制各有什么特点？为什么接受前馈-反响复合系统将能较大地改善系统的限制品质？答:前馈限制的特点是:依据干扰工作;刚好;精度不高,实施困难;只对某个干扰 有克制作用.反响的特点作用依据是偏差;不刚好:精度高,实施便利,对全部干扰都有克制作用.由于两种限制方式优缺点互补, 所以前馈-反响复合系统将能较大地改善系统的限制品质.5, PID调整器的参数, , 对限制性能各有什么影响？答：(1)比例增益反映比例作用的强弱，越大，比例作用越强，反之亦然。比例限制克制干扰实力较强, 限制刚好, 过渡时间短，但在过渡过程终了时存在余差；(2)积分时间反映积分作用的强弱，越小，积分作用越强，反之亦然。积分作用会使系统稳定性降低，但在过渡过程完毕时无余差；(3)微分时间反映积分作用的强弱，越大，积分作用越强，反之亦然。微分作用能产生超前的限制作用，可以削减超调，削减调整时间；但对噪声干扰有放大作用。6, 及反响限制系统相比，前馈限制系统有哪些特点？答：(1)反响限制的本质是基于偏差来消退偏差，而前馈限制是基于扰动来消退扰动对被控量的影响；(2)反响限制是“不刚好的，而前馈限制器可“刚好动作；(3)反响限制属闭环限制，而前馈限制属开环限制；(4)反响限制对闭环内扰动均有校正作用，而前馈限制具有制定性补偿的局限性；(5)反响限制规律通常有P, PI, PD, PID等，而前馈限制规律比拟困难。7, 简述“积分饱和现象产生的内因和外因。答：造成积分饱和现象的内因是限制器包含积分限制作用，外因是限制器长期存在偏差。在偏差长期存在的条件下，限制器输出会不断增加或减小，直到极限值引起积分饱和。8, 如下图的压力容器，接受变更气体排出量以维持 容器内压力恒定：(1)调整阀应选择气开式还是气关式？请说明缘由。(2)压力限制器(PC)应为正作用还是反作用？请说明缘由。答：(1)应选择气关式。因为在气源压力中断时，调整阀可以自动翻开，以使容器内压力不至于过高而出事故。(2) 调整阀应选择气关式，那么压力限制器(PC)应为反作用。当检测到压力增加时，限制器应减小输出，那么调整阀开大，使容器内压力稳定。或：当检测到压力减小时，限制器应增大输出，那么调整阀开小，使容器内压力稳定。9, 在制药工业中，为了增加药效，须要对某种成分的药物注入确定量的冷静剂, 缓冲剂，或参加确定量的酸, 碱，使药物呈酸性或碱性。这种注入过程一般都在混合槽中进展。工艺要求生产药物及注入剂混合后的含量必需符合规定的比例，同时在混合过程中不允许药物流量突然发生变更，以免混合过程产生局部的化学副反响，为此设计如下列图所示的限制系统。 试分析：1图中停留槽的作用是什么？ 2图中有几个限制系统，分别是什么系统，各系统的作用如何？答: 停留槽的作用是稳定药物流量,防止其发生急剧变更.图中共有两个限制系统,一个是停留槽液位及出口流量的匀整限制系统,是药物流量缓慢变更;另一个是药物及添加剂的比值限制系统,保持二者的比例关系.四, 分析及计算题1, 有一台温度变送器，量程为400600，输出为420mA，当温度从500变更到550时，变送器从多少变为多少？答：500时输出为：204×500400/600400412mA500时输出为：204×550400/600400416mA即：当温度从500变更到550时，变送器从12mA变为16mA。200-600，仪表的精度为0.5级，在600该仪表指示为604，问该仪表是否超差？答：某仪表的测量范围为200-600，仪表的精度为0.5级，在600该仪表指示为604，问该仪表是否超差？600200×0.5=4  该仪表不超差。 3.某测量仪表的测量范围是+200+500精度等级为为5.0，求当其示值为200和500时,被测点的真实温度真值大约为多少？3, 答：某测量仪表的测量范围是+200+500,精度等级为为5.0，求当其示值为200和500时,被测点的真实温度真值大约为多少？max=±5.0%500-200=±15示值为200时真值在185和215之间示值为500时真值在485和515之间4, 如下列图所示的隔焰式隧道窑烧成带温度限制系统，烧成带温度是被控变量，燃料流量为操纵变量。试分析：(1)该系统是一个什么类型的限制系统？画出其方框图；(2)确定调整阀的气开, 气关形式，并说明缘由。答：(1)该系统是一个串级限制系统，其方框图为：(2)当调整阀气源出现故障失去气源时，为保证系统平安，应使阀门处于关闭位置，故调整阀接受气开式。5, 如下列图所示的液体储罐，设进水口和出水口的体积流量分别是 和 ，输出变量为液位，储罐的横截面积为 。试建立该液体储罐的动态数学模型 。完整解答过程如下含评分标准：液位的变更满足动态物料平衡关系：液罐内蓄液量的变更率单位时间内液体流入量单位时间内液体流出量： (2分)以增量形式表示各变量偏离起始稳态值的程度。即： 式1(2分)由重力场中无粘性不行压缩流体定常流淌的伯努利方程：(2分)得：故 (2分)对非线性项进展泰勒级数绽开，并取线性局部：(1分)将上式代入式1，得：整理并省略增量符号，得微分方程：(1分)经拉氏变换可得传递函数为： (2分)什么是过程限制？过程限制是生产过程自动化的简称。过程限制的特点1，系统由被控过程及系类化生产的自动化仪表组成2，被控过程困难多样，通用限制系统难以设计3，限制方案丰富多彩，限制要求越来越高4,限制过程大多属于慢变过程及参量限制5，定值限制是过程限制的主要形式过程参数检测仪表通常由传感器和变松器组成。测温仪表的选用原那么1，仪表精度等级应符合工艺参数的误差要求2，选用的仪表应能操作便利, 运行牢靠, 经济, 合理，在同一工程中应尽量削减一起的品种和规格3，仪表的量程应大于工艺要求的实际测温范围，但也不能太大。4，热电偶是测温仪表的首选检测元件，但当在低温测量时还是选用热电阻元件适宜5，对装有爱惜套管的测温元件，爱惜套管的耐压等级应不低于所在管线或设备的耐压等级，其材料依据最高运用温度及被测戒指的特性确定压力是指作用于单位面积上的力，即物理上的压强流量单位时间内流过工艺管道某截面的流体数量称为瞬时流量，而把某一段时间内流过工艺管道某截面的流体总量称为累计流量调整器的功能1，偏差显示2，输出显示3，内外给定的选择4，正反作用的选择5，手动切换操作6，其他功能执行器由执行机构和调整机构两局部组成。执行器的气开，是指当气压信号p>0.02MPa 时，阀门由关闭慢慢翻开；气关相反调整阀的流量特性是指限制介质流过阀门的相对流量及阀门相对开度之间的关系志向流量特性是指 当调整阀前后压差确定是获得的流量特性志向流量特性主要有三种，直线流量特性，对数等百分比流量特性，快开流量特性直线流量特性是指流过调整阀的相对流量及阀门的相对开度成直线关系，即阀杆单位行程变更所引起的流量变更是常数。适用于中等开度，且负荷变更不大的过程对数流量特性是指单位行程变更所引起的相对流量变更及该点的相对流量成正比关系，适用于负荷变更打的过程快开流量特性是指小开度时就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快到达最大流量特性的选择必需保证系统总的放大系数在整个操作范围内保持不变。有自衡特性当原来处于平衡状态的过程出现干扰时，其输出量在无人或无限制装置的干预下，能够自动回复到原来或新的平衡状态单容过程。只有一个储存容积的过程M序列的产生方法通常有两种，一是用移位存放器产生，二是用软件实现。简洁限制系统限制参数的确定原那么1，选择结果应使限制通道的静态增益K0尽可能大，时间常数，选择恰当。，限制通道的纯滞后时间应尽可能的小，一般及的比值小于，干扰通道的静态增益应尽可能的小；时间常数应尽可能的大，其个数尽可能的多；扰动进入系统的位置应尽可能远离被控参数而靠近调整阀。，当广义被控过程有几个一阶惯性环节串联而成时，应尽可能的设法使几个时间常数中的最大及最小的比值尽可能的大，一边尽可能提高系统的可控性。调整规律的选择原那么调整器的正反作用方式选择串级限制将两个调整器串联在一起工作, 各自完成不同任务的系统构造，就称为串级限制构造串级限制系统的限制效果，能快速客服进入副回路的干扰，能改善限制通道的动态特性，提高工作频率，能适应负荷和操作条件的猛烈变更串级限制系统的特点，对进入副回路的干扰有很强的一样实力。，能改善限制通道的动态特性, 提高系统的快速反响实力。，对非线性状况下的负荷或操作条件的变更有确定的自适应实力。串级限制系统的适用范围，容量滞后较大的过程，纯滞后较大的过程，干扰变更猛烈, 幅度大的过程，参数相互关联的过程，非线性过程串级限制系统的副回路的设计及副参数选择原那么，副参数要物理可测, 副对象的时间常数要小, 纯滞后时间应尽可能短，副回路应尽可能多得包含变更频繁, 幅度大的干扰，主副被控过程的时间常数要适当匹配，应综合考虑限制质量和经济性要求主调整器起定值限制作用，副调整器起随动限制作用，这是选择调整规律的根本动身点相对增益及耦合特性关系当某通道的相对增益越接近于，那么由该通道组成的限制回路受其他限制回路的影响就越小；当个限制回路之间无耦合关系时，那么构成回路的每个过程通道的相对增益都应为，因而无耦合过程的相对增益矩阵必为单位阵。