热工控制仪表习题与思考题及答案学习教案.pptx

会计学1热工控制仪表习题热工控制仪表习题(xt)与思考题及答与思考题及答案案第一页，共52页。n n2-1 若在调节器的输入端加上一若在调节器的输入端加上一个方波信号，试分别个方波信号，试分别(fnbi)画画出调节器为比例、比例积分和出调节器为比例、比例积分和比例微分动作规律时输出的大比例微分动作规律时输出的大致变化过程。致变化过程。第1页/共52页第二页，共52页。第2页/共52页第三页，共52页。第3页/共52页第四页，共52页。第4页/共52页第五页，共52页。第5页/共52页第六页，共52页。n n2-2 一台气动比例温度控制器，一台气动比例温度控制器，测量范围为测量范围为01000。当指示。当指示变化为变化为100，控制器比例带为，控制器比例带为50时，求相应的控制器输出时，求相应的控制器输出(shch)将变化多少千帕将变化多少千帕(输出输出(shch)气压为气压为20kPa100kPa)和输出和输出(shch)为多少千帕。为多少千帕。第6页/共52页第七页，共52页。第7页/共52页第八页，共52页。n n2-3 控制器初始输出控制器初始输出Uo为为1.5VDC，当，当Ui加入加入0.1V的阶跃输入时，的阶跃输入时，（给定值不变），（给定值不变），Uo为为2V。随。随后后Uo线性上升，经线性上升，经5分钟分钟Uo为为4.5V，则比例，则比例(bl)增益，比例增益，比例(bl)度，积分时间和微分时间分度，积分时间和微分时间分别是多少？（别是多少？（5；20%；1min;0）第8页/共52页第九页，共52页。n n解：解：解：解：n nU0=2-1.5=0.5V;Ui=0.1VU0=2-1.5=0.5V;Ui=0.1Vn n K=U0/Ui=0.5/0.1=5 K=U0/Ui=0.5/0.1=5n n=(1/K)*100%=20%=(1/K)*100%=20%n n(2.5-2)=(4.5-2)/(5-0)(Ti-0)(2.5-2)=(4.5-2)/(5-0)(Ti-0)n nTI=1TI=1分分分分n nTD=0TD=0第9页/共52页第十页，共52页。n n2-4控制器具有动作规律，控制器具有动作规律，其比例带为，积分其比例带为，积分(jfn)时间为分钟。起初，测量、时间为分钟。起初，测量、给定和输出都在，当测给定和输出都在，当测量变化至，输出变化多量变化至，输出变化多少？分钟后变化多少？分少？分钟后变化多少？分钟后变化到多少？（假设控制钟后变化到多少？（假设控制器处于正作用）。（器处于正作用）。（10%；10%；70%）第10页/共52页第十一页，共52页。n n解：根据响应解：根据响应解：根据响应解：根据响应(xi(xi ngyng)ngyng)曲线，曲线，曲线，曲线，n n偏差偏差偏差偏差E=55%-50%=5%E=55%-50%=5%n n=50%=50%n nK=1/=2K=1/=2n n比例输出比例输出比例输出比例输出(变化值）变化值）变化值）变化值）yp=k(x-sv)=25%=10%yp=k(x-sv)=25%=10%n n积分输出积分输出积分输出积分输出 第11页/共52页第十二页，共52页。n n输出输出(shch)变化变化10%n ny=50%+10%+10%=70%n n一分钟后变化到一分钟后变化到70%第12页/共52页第十三页，共52页。n n2-5水箱水位水箱水位(shuwi)控制如图控制如图所示，试画出方框图，说明被所示，试画出方框图，说明被控量、给定值、控制对象、内控量、给定值、控制对象、内扰、外扰、操作变量指的是哪扰、外扰、操作变量指的是哪些物理量和设备，调节过程结些物理量和设备，调节过程结束后水位束后水位(shuwi)是否有静差是否有静差？第13页/共52页第十四页，共52页。n n被控量：被控量：H；控制对象：水箱；控制对象：水箱；给定值：希望水位给定值：希望水位H0；内扰：；内扰：引起引起Q1变化的进水压力；外扰：变化的进水压力；外扰：流出水量流出水量Q2；操作；操作(cozu)变变量：流入水量量：流入水量Q1。第14页/共52页第十五页，共52页。n n2-6水箱水位控制如图所示，试水箱水位控制如图所示，试画出方框图，说明被控量、给画出方框图，说明被控量、给定值、控制对象定值、控制对象(duxing)、内、内扰、外扰、操作变量指的是哪扰、外扰、操作变量指的是哪些物理量和设备，调节过程结些物理量和设备，调节过程结束后水位是否有静差？束后水位是否有静差？第15页/共52页第十六页，共52页。n n被控被控(bi kn)量：量：H；控制对；控制对象：水箱；给定值：象：水箱；给定值：H0；内扰：；内扰：引起引起q1变化的进水压力；外扰：变化的进水压力；外扰：q2；操作变量：；操作变量：q1。第16页/共52页第十七页，共52页。n n2-7某电厂仪表班负责维修某电厂仪表班负责维修40台台变送器，在一年内出现故障变送器，在一年内出现故障(gzhng)的变送器台数为的变送器台数为60，试求它们的平均无故障试求它们的平均无故障(gzhng)时间时间MTBF。（答案：。（答案：5840h）第17页/共52页第十八页，共52页。n n2-8 IP65的含义的含义(hny)是什么？是什么？n nIP65，IP为防护等级的特征字母；为防护等级的特征字母；6表示尘密（无尘埃进入）；表示尘密（无尘埃进入）；5表表示防喷。示防喷。第18页/共52页第十九页，共52页。n n 是根据扰动的大小和方向是根据扰动的大小和方向产生相应的调节作用。产生相应的调节作用。n n前馈是根据扰动进行调节，所前馈是根据扰动进行调节，所以调节的以调节的 。n n反馈是根据偏差进行调节，所反馈是根据偏差进行调节，所以调节的以调节的 。n n前馈调节不存在系统的前馈调节不存在系统的 问题。问题。n n 组态就是把标签号、输组态就是把标签号、输出形式、阻尼时间出形式、阻尼时间(shjin)、工程单位、上下限等数据测量工程单位、上下限等数据测量写到存储器中。写到存储器中。第19页/共52页第二十页，共52页。控制器的组态就是向控制器的组态就是向 中增加、修改和中增加、修改和删除功能块的操作。删除功能块的操作。软件组态就是对存储器的软件组态就是对存储器的 。可以对变送器进行组态操作的便携式专用计算可以对变送器进行组态操作的便携式专用计算机称为机称为 。正作用调节器的输出正作用调节器的输出(shch)变量随被控量的变量随被控量的增大而增大而 。反作用调节器的输出反作用调节器的输出(shch)变量随被控量的变量随被控量的增大而增大而 。IP的含义是的含义是 。第20页/共52页第二十一页，共52页。n n选择题选择题n n“调节调节”与与“控制控制”，本书采，本书采用的是第种理解？用的是第种理解？n nA.1；B.2；C.3n n按第按第3种理解，种理解，的控制作用的控制作用是根据被控量的测量产生的。是根据被控量的测量产生的。n nA.开环；开环；B.闭环闭环n n系统的控制作用是从检测系统的控制作用是从检测(jin c)某一量开始，而后又某一量开始，而后又通过这一过程影响其本身。通过这一过程影响其本身。n nA.开环；开环；B.闭环闭环第21页/共52页第二十二页，共52页。选择题选择题变送器输出的是变送器输出的是A.电信号；电信号；B.气信号；气信号；C.标准标准(biozhn)信号信号变送器输出的标准变送器输出的标准(biozhn)信号是信号是A.420mA；B.0 20mA；C.0 100 KPa；既有物质又有能量进出的设备是既有物质又有能量进出的设备是A.水箱；水箱；B.电动机；电动机；C.热交换设备热交换设备外部扰动一定是系统的外部扰动一定是系统的A.输入量；输入量；B.输出量；输出量；C.流出量；流出量；D.流入量流入量第22页/共52页第二十三页，共52页。选择题选择题如果被调量随时间变化，说明如果被调量随时间变化，说明(shumng)A.没有能量进出；没有能量进出；B.没有物质进出；没有物质进出；C.物质物质和能量进出平衡；和能量进出平衡；C.扰动发生扰动发生调节的方向取决于调节的方向取决于A.偏差的有无；偏差的有无；B.偏差的正负；偏差的正负；C.偏差的大偏差的大小小调节过程结束前，被调量与给定值之差称为调节过程结束前，被调量与给定值之差称为A.残余偏差；残余偏差；B.余差；余差；C.静差；静差；D.动差动差第23页/共52页第二十四页，共52页。选择题选择题积分调节依据积分调节依据(yj)来动作。来动作。A.偏差的大小；偏差的大小；B.偏差的有无；偏差的有无；C.偏差的变偏差的变化速度；化速度；D.偏差的正负偏差的正负若控制器的比例增益为若控制器的比例增益为5，则比例带为，则比例带为A.5%；B.10%；C.20%；D.50%积分作用是消除积分作用是消除A.残余偏差；残余偏差；B.余差；余差；C.静差；静差；D.动差动差微分是。微分是。A.粗调；粗调；B.细调；细调；C.超前调；超前调；D.滞后调滞后调第24页/共52页第二十五页，共52页。n n试分别定性画出试分别定性画出P、PI、PD、PID调节器的阶跃响应曲线和调节器的阶跃响应曲线和PD调节器的斜坡调节器的斜坡(xip)响应曲响应曲线，并标出比例增益、积分时线，并标出比例增益、积分时间、微分时间。间、微分时间。第25页/共52页第二十六页，共52页。试画出非线性误差试画出非线性误差(wch)特性示意图，并特性示意图，并写出计算式。写出计算式。试画出变差特性示意图，并写出计算式。试画出变差特性示意图，并写出计算式。试画出重复特性示意图，并写出计算式。试画出重复特性示意图，并写出计算式。试写出试写出MTBF的计算式，并说明式中各符的计算式，并说明式中各符号的含义。号的含义。第26页/共52页第二十七页，共52页。第27页/共52页第二十八页，共52页。第28页/共52页第二十九页，共52页。第29页/共52页第三十页，共52页。第30页/共52页第三十一页，共52页。第31页/共52页第三十二页，共52页。n n参数整定找最佳，参数整定找最佳，从小到大顺从小到大顺序查。序查。先是比例后积分，先是比例后积分，最后再把微最后再把微分加。分加。曲线振荡很频繁，曲线振荡很频繁，比例度盘要比例度盘要放大。放大。曲线漂浮绕大弯，曲线漂浮绕大弯，比例度盘往比例度盘往小扳。小扳。曲线偏离回复慢，曲线偏离回复慢，积分时间往积分时间往下降。下降。曲线波动周期长，曲线波动周期长，积分时间再积分时间再加长。加长。n n曲线振荡频率快，曲线振荡频率快，先把微分降先把微分降下来。下来。n n动差大来波动慢，动差大来波动慢，微分时间应微分时间应加长。加长。n n理想曲线两个波，理想曲线两个波，前高后低四前高后低四比一。比一。n n一看二调多分析，一看二调多分析，调节质量调节质量(zhling)不会低。不会低。第32页/共52页第三十三页，共52页。n n2-9已知已知Kc=2,TI=0.5min,若偏差若偏差e(t)的变化的变化(binhu)波形如图所波形如图所示，当示，当PID控制器分别为控制器分别为P、I、PI功能时，试大致画出输出功能时，试大致画出输出u（t）p、u（t）I、u（t）PI的曲线。（设的曲线。（设 ）。）。第33页/共52页第三十四页，共52页。第34页/共52页第三十五页，共52页。n n2-10 若若PID控制器的控制器的Kc=2,TI=12s,TD=120s，稳态时，稳态时u(t)的输出为的输出为40%。t=0时施加时施加3%的偏差阶跃信号，试分别写的偏差阶跃信号，试分别写出在该阶跃信号作用下比例、出在该阶跃信号作用下比例、积分、微分积分、微分(wi fn)的输出表达的输出表达式，并计算式，并计算t=12s时的时的u(t)值。值。第35页/共52页第三十六页，共52页。第36页/共52页第三十七页，共52页。第37页/共52页第三十八页，共52页。第38页/共52页第三十九页，共52页。n n2-11水箱如图所示，水箱如图所示，q1为流入量，为流入量，q2为流出量，为流出量，H0为水位为水位(shuwi)给定值。若保持水位给定值。若保持水位(shuwi)H在规定值，有几种控在规定值，有几种控制方案？试绘出控制方案的示制方案？试绘出控制方案的示意图和方框图。意图和方框图。第39页/共52页第四十页，共52页。第40页/共52页第四十一页，共52页。第41页/共52页第四十二页，共52页。第42页/共52页第四十三页，共52页。n n2-12已知已知Kc=2,TI=0.5min,若偏若偏差差(pinch)e(t)的变化波形如图的变化波形如图所示，当所示，当PID控制器分别为控制器分别为P、I、PI功能时，试大致画出输出功能时，试大致画出输出u（t）p、u（t）I、u（t）PI的曲线。的曲线。第43页/共52页第四十四页，共52页。第44页/共52页第四十五页，共52页。n n2-13控制器具有控制器具有PI动作规律（设动作规律（设为正作用），其比例带为为正作用），其比例带为80%，积分时间为积分时间为1min。稳态时，输。稳态时，输出为出为6mA。某瞬间，输入偏差。某瞬间，输入偏差突然增加了突然增加了0.3mA，试求：，试求：比比例增益为多少例增益为多少(dusho)？比比例作用使输出变化多少例作用使输出变化多少(dusho)mA?比例作用使输比例作用使输出变化到多少出变化到多少(dusho)mA?1min后输出变后输出变化到多少化到多少(dusho)mA?3min后输出变化到多少后输出变化到多少(dusho)mA?第45页/共52页第四十六页，共52页。第46页/共52页第四十七页，共52页。n n2-14 2-14 若若若若PIDPID控制器（设为反作用）的控制器（设为反作用）的控制器（设为反作用）的控制器（设为反作用）的Kc=2Kc=2，TI=12s,TD=120sTI=12s,TD=120s，稳态时，稳态时，稳态时，稳态时u(t)u(t)的输出为的输出为的输出为的输出为50%50%。t=0t=0时时时时施加施加施加施加4%4%的偏差阶跃信号，试分别写出在该阶跃信的偏差阶跃信号，试分别写出在该阶跃信的偏差阶跃信号，试分别写出在该阶跃信的偏差阶跃信号，试分别写出在该阶跃信号作用下比例号作用下比例号作用下比例号作用下比例(b(b l)l)、积分、微分的输出表达式，并、积分、微分的输出表达式，并、积分、微分的输出表达式，并、积分、微分的输出表达式，并计算计算计算计算t=10st=10s时的：时的：时的：时的：比例比例比例比例(b(b l)l)输出；输出；输出；输出；积分输出；积分输出；积分输出；积分输出；微分输出；微分输出；微分输出；微分输出；比例比例比例比例(b(b l)+l)+积分积分积分积分+微分输出；微分输出；微分输出；微分输出；PIDPID控制器输出。控制器输出。控制器输出。控制器输出。第47页/共52页第四十八页，共52页。第48页/共52页第四十九页，共52页。第49页/共52页第五十页，共52页。n n2-15一台气动比例压力调节器，一台气动比例压力调节器，测量测量(cling)范围为范围为0100千帕。千帕。当测量当测量(cling)值变化为值变化为10千帕，千帕，调节器的比例带为调节器的比例带为40%，试求：，试求：比例增益；比例增益；测量测量(cling)值值变化的百分数；变化的百分数；调节器输出调节器输出变化的百分数；变化的百分数；调节器输出调节器输出变化多少千帕（设输出气压变变化多少千帕（设输出气压变化范围为化范围为20 100千帕）；千帕）；调调节器输出变化到多少千帕。节器输出变化到多少千帕。第50页/共52页第五十一页，共52页。n n解：解：n nkc=1/=1/40%=2.5n n10/（100-0）100%=10%n n10%2.5=25%n n25%（100-20）=20千帕千帕n n20+20=40千帕千帕第51页/共52页第五十二页，共52页。