2022年过程控制系统与仪表习题答案王再英.docx

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1、精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -过程掌握系统与外表王再英刘淮霞陈毅静编著习题与摸索题解答机械工业出版社可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页,共 28 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -第 1 章摸索题与习题1-1 过程掌握有哪些主要特点？为什么说过程掌握多属慢过程参数掌握？解答：1掌握对象复杂、掌握要求多样2. 掌握方案丰富3掌握

2、多属慢过程参数掌握4定值掌握是过程掌握的一种主要掌握形式5过程掌握系统由规范化的过程检测掌握外表组成1-2 什么是过程掌握系统？典型过程掌握系统由哪几部分组成？解答：过程掌握系统： 一般是指工业生产过程中自动掌握系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统.组成：参照图 1-1.1-4 说明过程掌握系统的分类方法,通常过程掌握系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所掌握的参数来分,有温度掌握系统、压力掌握系统、流量掌握系统等.按掌握系统所处理的信号方式来分,有模拟掌握系统与数字掌握系统.按掌握器类型来分,有常规外表掌握系统与运算机掌握系统.按掌握系统的结构和所完成的功能来分,

3、有串级掌握系统、匀称掌握系统、自适应掌握系统等.按其动作规律来分,有比例（P）掌握、比例积分（ PI）掌握,比例、积分、微分（ PID）掌握系统等.按掌握系统组成回路的情形来分,有单回路与多回路掌握系统、开环与闭环掌握系统.按被控参数的数量可分为单变量和多变量掌握系统等.通常分类：1按设定值的形式不同划分：（1）定值掌握系统（2）随动掌握系统（3）程序掌握系统2按系统的结构特点分类：（1）反馈掌握系统（2）前馈掌握系统（3）前馈 反馈复合掌握系统1-5 什么是定值掌握系统 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页,共

4、 28 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -解答：在定值掌握系统中设定值是恒定不变的,引起系统被控参数变化的就是扰动信号.1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时掌握过程被控参数与掌握变量之间的关系称为静态特性.被控对象的动态特性：.系统在动态过程中,被控参数与掌握变量之间的关系即为掌握过程的动态特性.二者之间的关系：1-7 试说明定值掌握系统稳态与动态的含义.为什么在分析过程掌握系统得性能时更关

5、注其动态特性？解答：稳态：对于定值掌握,当掌握系统输入（设定值和扰动）不变时,整个系统如能达到一种平稳状态,系统中各个组成环节暂不动作,它们的输出信号都处于相对静止状态,这种状态称为稳态（或静态）.动态：从外部扰动显现、平稳状态遭到破坏、自动掌握装置开头动作,到整个系统又建立新的稳态（达到新的平稳）、调剂过程终止的这一段时间,整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中,这种状态称为动态.在实际的生产过程中,被控过程常常受到各种振动的影响,不行能始终工作在稳态.只有将掌握系统讨论与分析的重点放在各个环节的动态特性,才能设计出良好的掌握系统.1-8 评判掌握系统动态性能的常用单项指标有哪些？

6、各自的定义是什么？解答：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调剂时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等.衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n.过渡过程的最大动态偏差：对于定值掌握系统,是指被控参数偏离设定值的最大值A.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_超调量：第一个波峰值y1 与最终稳态值 y（）之比的百分数.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页,共 28 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品

7、_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -y1100%y残余偏差 C： 过渡过程终止后,被控参数所达到的新稳态值y（）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差,简称残差.调剂时间：从过渡过程开头到过渡过程终止所需的时间.振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期,其倒数称为振荡频率.峰值时间：过渡过程开头至被控参数到达第一个波峰所需要的时间.1-10 某被控过程工艺设定温度为900,要求掌握过程中温度偏离设定值最大不得超过80.现设计的温度定值掌握系统,在 最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-4 所示.试求该系统过渡

8、过程的单项性能指标：最大动态偏差、衰减比、振荡 周期,该系统能否满意工艺要求？解答：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 1 最大动态偏差 A： A950 C900 C50 C可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 2 衰减比 n： n 3 振荡周期 T： T9509104590090095 : 136min可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_A1 衰减振荡 ,所以系统满意工艺要求.第 2 章摸索题与习题2-1 某一标尺为 01000的温度计出厂前经校验得到如下数据：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料

9、_标 准 表 读数/ 02004006008001000可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_被 校 表 读数/ 02014026048061001可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_求： 1）该表最大肯定误差. 2）该表精度.3）假如工艺答应最大测量误差为5,该表是否能用？可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页,共 28 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - -

10、- - - - - - - - - -2-2 一台压力表量程为010MPa,经校验有以下测量结果：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_标准表读数/MPa0246810可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_被校正行表读数/MPa程01.983.965.947.979.99可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_反行02.024.036.068.0310.0程1求： 1）变差. 2）基本误差.3）该表是否符合 1.0 级精度？2-3 某压力表的测量范畴为0 10MPa,精度等级为1.0 级.试问此压力表答应的最大肯定误差

11、是多少？如用标准压力计来校验该压力表,在校验点为5MPa 时,标准压力计上读数为5.08MPa,试问被校压力表在这一点上是否符合1 级精度,为什么？解答：1）基本误差=100%最大肯定误差 .max0.01 100.1MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2）校验点为 5 MPa 时的基本误差：0.8 0.01 MPa, 所以不符合要求.2）精度为 1 级,量程为 01.0MPa 的表,其最大肯定误差：.1.0max 1.0 1 0.01 MPa, 0.01 MPa, 所以最大误差符合要求,但是压力表的最大测量值应2/3 外表量程,否就压力波动会使测量值超出外表量程.所以,该表

12、也不符合要求.2-14 某台空压机的缓冲器,其工作压力范畴为1.0 1.6MPa,工艺要求就的观看罐内压力,并要测量结果的误差不得大于罐内压力的 5%.试挑选一块合适的压力表（类型、测量范畴、精度等级）,并说明其理由.解答：依据题意知：压力范畴1.01.6MPa,答应最大误差： .max 1.6（ 5） 0.08 MPa 1）量程确定：应满意工作最大压力小于外表量程的2/3 处,即 1.6 MPa2/3 2.4 MPa可以选量程为 02.5 MPa 的弹簧压力表.2）精度等级确定：求出基本误差,以确定满意要求的精度等级.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_0.082.5100%3.

13、2%,答应的精度等级为2.5 级.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 7 页,共 28 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -综上分析,挑选量程为02.5 MPa,精度等级为 2.5 级的弹簧压力表.该表的最大肯定误差： .max 2.5（ 2.5） 0.0625 MPa, 0.08 MPa所以满意要求.2-17 什么叫标准节流装置？试述差压式流量计

14、测量流量的原理.并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响？解答：1）标准节流装置：包括节流件和取压装置.2）原理：基于液体流淌的节流原理,利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的.3）影响因素： P47 1 流量系数的大小与节流装置的形式、孔口对管道的面积比m 及取压方式亲密相关. 2 流量系数的大小与管壁的粗糙度、孔板边缘的尖锐度、流体的粘度、温度及可压缩性相关. 3流量系数的大小与流体流淌状态有关.2-19 为什么说转子流量计是定压式流量计？而差压式流量计是变压降式流量计？ 解答：1）转子流量计是定压式流量计P47虽然转子流量计也是依据节流原理测量流量的,但它是利用节流元件转

15、变流体的流通面积来保持转子上下的压差恒定.所以是定压式.2）差压式流量计是变压降式流量计P45是基于流体流淌的节流原理,利用流体流经节流装置是产生的压差实现流量测量的.所以是变压降式.2-21 椭圆齿轮番量计的特点是什么？对被测介质有什么要求？解答：1）特点：流量测量与流体的流淌状态无关,这是由于椭圆齿轮番量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的.粘度愈大的介质, 从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小,因此核测介质的粘皮愈大, 泄漏误差愈小, 对测量愈有利.椭圆齿轮番量计计量精度高,适用于高粘度介质流量的测量.2）对被测介质的要求：不适用于含有固体颗粒的流体固体颗粒会将齿轮卡死

16、,以致无法测量流量.假如被测液体介质中夹杂有气体时,也会引起测量误差.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 8 页,共 28 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -2-22 电磁流量计的工作原理是什么？它对被测介质有什么要求？解答： P511）原理：利用导电液体通过磁场时在两固定电极上感应出电动是测量流速.2）对被测介质的要求：导电液体,被测液体的电导率应大于水的电导率100cm,不能测量油类或气体

17、的流量.2-24 超声波流量计的特点是什么？解答：超声波流量计的非接触式测量方式,不会影响被测流体的流淌状况,被测流体也不会对流量计造成磨损或腐蚀损害,因此适用范畴宽阔.2-25 用差压变送器测某储罐的液位,差压变送器的安装位置如图2-75 所示.请导出变送器所测差压p 与液位 H 之关系.变送器零点需不需要迁移？为什么？2-26 用法兰式差压变送器测液位的优点是什么？解答： P57测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体的液位, 在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油,作为传压介质,使被测介质不进入毛细管与变送器,以免堵塞.可节约隔离罐.2-27 试述电容式物位计的工作

18、原理.解答：利用电容器的极板之间介质变化时,电容量也相应变化的原理测物位,可测量液位、料位和两种不同液体的分界面.2-28 超声波液位计适用于什么场合？解答： P60适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘性液体的测量.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 9 页,共 28 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -第 3 章 习题与摸索题3-1 什么是掌握器的掌握规律？掌握器有哪些基本掌握规律？解答：1）掌握

19、规律：是指掌握器的输出信号与输入偏差信号之间的关系.2）基本掌握规律：位式掌握、比例掌握、比例积分掌握、比例微分掌握和比例积分微分掌握.3-2 双位掌握规律是怎样的？有何优缺点？解答：1）双位掌握的输出规律是依据输入偏差的正负,掌握器的输出为最大或最小.2）缺点：在位式掌握模式下,被控变量连续的在设定值上下作等幅振荡,无法稳固在设定值上.这是由于双位掌握器只有两个特定的输出值,相应的掌握阀也只有两个极限位置,总是过量调剂所致.3）优点：偏差在中间区内时,掌握机构不动作,可以降低掌握机构开关的频繁程度,延长掌握器中运动部件的使用寿命.3-3 比例掌握为什么会产生余差？解答：产生余差的缘由：比例掌

20、握器的输出信号y 与输入偏差 e 之间成比例关系：yK p e为了克服扰动的影响,掌握器必需要有掌握作用,即其输出要有变化量,而对于比例掌握来讲,只有在偏差不为零时,掌握器的输出变化量才不为零,这说明比例掌握会永久存在余差.3-4 试写出积分掌握规律的数学表达式.为什么积分掌握能排除余差？解答：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1）积分掌握作用的输出变化量y 是输入偏差 e 的积分： y1edt T1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2）当有偏差存在时,输出信号将随时间增大（或减小）.当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上.因而积分掌握器组成掌握系统可以到达无余

21、差.3-5 什么是积分时间？试述积分时间对掌握过程的影响.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 10 页,共 28 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解答：1） y1 T1edt可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_积分时间是掌握器排除偏差的调整时间,只要有偏差存在,输出信号将随时间增大（或减小）.只有当偏差为零时,输出停止变化,保持在某

22、一值上.2） 在实际的掌握器中,常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱,在数值上,Ti=1K i .明显, Ti 越小, K i 就越大,积分作用就越强,反之亦然.3-6 某比例积分掌握器输入、输出范畴均为420mA,如将比例度设为100%、积分时间设为 2min 、稳态时输出调为5mA, 某时刻,输入阶跃增加0.2mA,试问经过 5min 后,输出将由 5mA 变化为多少？解答：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_由比例积分公式：y1e1PT1edt分析：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_依题意： p1100% ,即

23、Kp =1,TI= 2 min ,e 0.2. K p可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_稳态时： y0 5mA,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_yy01e1PT1edt可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_5min 后：510.210.252可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_50.7 m A3-7 比例掌握器的比例度对掌握过程有什么影响？调整比例度时要留意什么问题？解答：P74可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1）掌握器的比例度 P 越小,它的放大倍数弱通过调整比例度 P 实现.

24、K p 就越大,它将偏差放大的才能越强,掌握力也越强,反之亦然,比例掌握作用的强可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2）比例度不但表示掌握器输入输出间的放大倍数,仍表示符合这个比例关系的有效输入区间.一表的量程是有限的,超出这个量程的比例输出是不行能的.所以,偏差的变化使掌握器的输出可以变化全量程（ 16mA）,防止掌握器处于饱和状态.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 11 页,共 28 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 -

25、 - - - - - - - - - - -3-8 抱负微分掌握规律的数学表达式是什么？为什么常用实际为分掌握规律？解答：TD1） yde dt2）由于抱负微分运算的输出信号连续时间太短,往往不能有效推动阀门.实际应用中,一般加以惯性推迟,如图3-7 所示,称为实际微分.3-9 试写出比例、积分、微分（PID）三作用掌握规律的数学表达式. 解答：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_y1e P1edtdeTDT1dt可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3-10 试分析比例、积分、微分掌握规律各自的特点,积分和微分为什么不单独使用？解答：1）比例掌握准时、反应灵敏,偏差越大

26、,掌握力越强.但结果存在余差.2）积分掌握可以达到无余差.但动作缓慢,掌握不准时,不单独使用.3）微分掌握能起到超前调剂作用.但输入偏差不变时,掌握作用消逝,不单独使用.3-11 DDZ-型基型掌握器由哪几部分组成？各组成部分的作用如何？ 解答： P791）组成如图 3-11 所示.2）作用参照 P79.3-12 DDZ-型掌握器的软手动和硬手动有什么区分？各用在什么条件下？ 解答：1）软手动操作是指调剂器的输出电流I0 与手动操作的输入信号成积分关系.硬手动操作是指调剂器的输出电流I0 与手动操作的输入信号成比例关系.2）软手动操作：系统投运硬手动操作：系统故障3-13 什么叫掌握器的无扰动

27、切换？在DDZ-型调剂器中为了实现无扰切换,在设计PID电路时实行了哪些措施？可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 12 页,共 28 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -解 答 ： P84 1）调剂器进行状态转换后,输出值不发生跳动,即状态转换无冲击.2）CM、CI.P85 中.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3-14 PID 调剂器中, 比例度 P、积分时间常数TI 、微分时间

28、常数TD 分别具有什么含义？在调剂器动作过程中分别产生什么影可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_响？如将TI 取、 TD 取 0,分别代表调剂器处于什么状态？可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解答：比例度 P 含义：使掌握器的输出变化满量程时（也就是掌握阀从全关到全开或相反）,相应的输入测量值变化占外表输入量程的百分比.比例作用的强弱取决于比例度的大小.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_积分时间常数TI 含义： TI越小,积分作用越强.越大积分作用越弱.如将TI 取,就积分作用消逝.可编辑资料 - - -

29、欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_微分时间常数TD 含义：TD 越大,微分作用越强.TD 取 0,微分作用消逝.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3-15 什么是调剂器的正 / 反作用？在电路中是如何实现的？解答：1）正作用：偏差 =测量值 -给定值. 反作用：偏差 =给定值 -测量值.2）运放输入端的切换开关实现的.3-16 调剂器的输入电路为什么要实行差动输入方式？输出电路是怎样将输出电压转换成420mA 电流的？解答：1）采纳差动输入方式,可以排除公共的线上的电压降带来的误差.2）参照 P83 下的输出电路.3-18给出有用的 PID数

30、字表达式,数字外表中常有哪些改进型PID算法？解答：1） P91 式（ 3-18）2）改进的算法：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 13 页,共 28 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -第 4 章摸索题与习题4-1 气动调剂阀主要由哪两部分组成？各起什么作用？解答：1）执行机构和调剂机构.2）执行机构的作用：按调剂器输出的掌握信号,驱动调剂机构动作.调剂机构的作用：由阀芯在阀体内的移动,转变

31、阀芯与阀座之间的流通面积,从而转变被控介质的流量.4-2 试问调剂阀的结构有哪些主要类型？各使用在什么场合？解答：1）类型：直通单座阀、直通双座阀.2）直通单座阀使用场合：小口径、低压差的场合. 直通双座阀使用场合：大口径、大压差的场合.4-4什么叫调剂阀的抱负流量特性和工作流量特性？常用的调剂阀抱负流量特性有哪些？解答：1）抱负流量特性：在调剂阀前后压差固定的情形下得出的流量特性称为固有流量特性,也叫抱负流量特性.工作流量特性：在实际的工艺装置上,调剂阀由于和其他阀门、设备、管道等串连使用,阀门两端的压差随流量变化而变化,这时的流量特性称为工作流量特性.2）常用抱负流量特性：直线流量特性、等

32、百分比（对数）流量特性、快开特性4-6 什么叫调剂阀的可调范畴？在串联管道中可调范畴为什么会变化？解答：1）可调范畴：反映调剂阀可掌握的流量范畴,用RQmax/Qmin 之比表示. R 越大,调剂流量的范畴越宽,性能指标就越好.2）由于串联管道阻力的影响.4-7 什么是串联管道中的阀阻比S ？ S 值的变化为什么会使抱负流量特性发生畸变？解答：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1）阀阻比：用阀阻比 SpT min/ po 表示存在管道阻力的情形下,阀门全开时,阀门前后的最小压差pT min 占总压力 po 的比可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_值.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 14 页,共 28 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -2）在 S1 时,由于串联管道阻力的影响, 使阀门开大时流量达不到预期的值,也就是阀的可调范畴变小. 随着 S 值的减小,直线特性慢慢区于快开特性,等百分比特性慢慢趋近于直线特性.4-8 什么叫气动调剂阀的气开式与气关式？其挑选原就是什么？解答：1）气开式：无