2022年化工仪表及自动化--复习总结.docx
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1、精品_精品资料_化工外表及自动化总结(我是结合老师课件和习题解答总结复制的,有些要自己补充,可自行修改)感谢;1. 简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动(干扰)量、设定(给定)值和偏差的含义?被控对象 自动掌握系统中,工艺参数需要掌握的生产过程、设备或机器等.被控变量 被控对象内要求保持设定数值的工艺参数.操纵变量 受掌握器操纵的,用以克服扰动的影响,使被控变量保持设定值的物料量或能量.扰动量除操纵变量外,作用于被控对象并引起被控变量变化的因素.设定值被控变量的预定值.偏差被控变量的设定值与实际值之差.2. 自动掌握系统按其基本结构形式可分为几类.其中闭环系统中按设定值的不同形式又可分为几种
2、 .简述每种形式的基本含义.答自动掌握系统按其基本结构形式可分为闭环自动掌握系统和开环自动掌握系统.闭环自动掌握是指掌握器与被控对象之间既有顺向掌握又有反向联系的自动掌握. 如图1-1a即是一个闭环自动掌握. 图中掌握器接受检测元件及变送器送来的测量信号, 并与设定值相比较得到偏差的大小和方向, 调整蒸汽阀门的开度 , 转变蒸汽流量 , 使热物料出口温度回到设定值上 . 从图 1-1b所示的掌握系统方块图可以清晰看出, 操纵变量 蒸汽流量 通过被控对象去影响被控变量, 而被控变量又通过自动掌握装置去影响操纵变量. 从信号传递关系上看 , 构成一个闭合回路 .蒸汽.TCTT冷物料热物料( a)可
3、编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_设定值扰动掌握器执行器对象被控变量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_测(量b变)送图 1-1闭环自动掌握基本结构在闭环掌握系统中, 依据设定值的不同形式又可分为:(1) 定值掌握系统定值掌握系统是指设定值恒定不变的掌握系统. 定值掌握系统的作用是克服扰动对被控变量的影响, 使被控变量最终回到设定值或其邻近. 以后无特殊说明掌握系统均指定值掌握系统而言.(2) 随动掌握系统随动掌握系统的设定值是不断变化的. 随动掌握系统的作用是使被控变量能够尽快的 , 精确无误的跟踪设定值的变化而变化( 3)程序掌握系统程序掌握系统的设定值也是变化的,
4、但它是一个已知的时间函数,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_即设定值按肯定的时间程序变化.开环掌握系统是指掌握器与被掌握对象之间只有顺向掌握而没有反向联系的自动掌握系统.即操纵变量通过被控对象去影响被控变量,但被控变量并不通过自动掌握装置去影响操纵变量.从信号传递关系上看,未构成闭合回路.开环掌握系统分为两种,一种按设定值进行掌握,如图的操纵变量 (蒸汽流量) 与设定值保持肯定的函数关系,1-2 ( a)所示.这种掌握方式当设定值变化时,化进而转变被控变量.另一种是按扰动进行掌握,即所谓前馈掌握系统,如图操纵变量随其变1-2 ( b)所示.这种掌握方式是通过对扰动信号的测量,被控
5、变量.依据其变化情形产生相应掌握作用,掌握装置进而转变掌握装置FT(a)按设定值进行掌握的开环系统( b)按扰动进行掌握的开环系统图 1-2开环掌握系统基本结构开环掌握系统不能自动的觉察被控变量的变化情形,也不能判定操纵变量的校正作用是否适合实际需要.3. 自动掌握系统主要由那些环节组成?各部分的作用是什么?答 自动掌握系统主要由两大部分组成.一部分是起掌握作用的全套自动扮装置,对于常规外表来说,它包含检测元件及变送器、掌握器、 执行器等. 另一部分是受自动扮装置掌握的被控对象.在自动掌握系统中, 检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转化成一种特定的信号(如气压信号或电压、电流信号等)
6、.掌握器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得到偏差,依据偏差的大小及变化趋势,按预先设计好的掌握规律进行运算后, 将运算结果用特定的信号(如气压信号或电流信号) 发送给执行器.执行器能自动的依据掌握器送来的信号值相应的转变流入(或流出) 被控变量的物料量或能量,克服扰动的影响,最终实现掌握要求.4. 什么是自动掌握系统的过渡过程.对于任何一个掌握系统, 扰动作用是不行防止的客观存在.系统受到扰动作用后, 其平稳状态被破坏, 被控变量就要发生波动,在自动掌握作用下,经过一段时间,使被控变量回 复到新的稳固状态. 把系统从一个平稳状态进入另一个平稳状态之间的过程称
7、为系统的过渡过程.5. 什么是自动掌握系统的方块图?它与工艺管道及掌握流程图有什么区分?答:自动掌握系统的方块图是由传递方块、信号先(带有箭头的线段)、综合点、分支点构成的表示掌握系统组成和作用的图形.其中每一个方块代表系统中的一个组成部分,方块内填入表示其自身特点的数学表达式.方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向.采纳方块图可直观的显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系,以便对系统特性进行分析和争论.而工艺管道及掌握流程图就是在掌握方案确定以后,依据工艺设计给出的流程图,按其流程次序标注有相应的测量点、掌握点、 掌握系统及自动信号、 连锁爱护系统的图. 在工艺
8、管道及掌握流程图上设备间的连线是工艺管线,表示物料流淌的方向,与方块图中线段的含义截然不同可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_6. 什么是掌握系统的静态与动态?答在自动化领域内, 把被控变量不随时间而变化的平稳状态成为掌握系统的静态.在这种状态下,自动掌握系统的输入(设定值和干扰)及输出(被控变量)都保持不变,系统内各组成环节都不转变其原先的状态,它们输入、 输出信号的变化率为零.而此时生产仍在进行,物料和能量仍旧有进有出.因此,静态反映的是相对平稳状态.系统的动态是被控变量随时间而变化的不平稳状态.当一个原先处于相对平稳状态的系 统,受到扰动作用的影响,其平稳状态受到破坏,被控变
9、量偏离设定值.此时,掌握器就会转变原先的状态, 产生相应的掌握作用, 转变操纵变量克服扰动的影响,力图复原平稳状态.从扰动发生, 经过掌握, 直到系统重新建立平稳,在这段时间内整个系统都处在变动状态中.7. 什么是反馈?什么是正反馈和负反馈?负反馈在自动掌握中有什么重要意义? 答 把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引入输入端的作法叫做反馈.反馈信号的作用方向与设定信号相反, 即偏差信号为两者之差, 这种反馈叫负反馈. 反之为正反馈.在掌握系统中采纳负反馈, 是由于当被控变量受到扰动后, 如使其上升, 就反馈信号上升, 经过比较, 偏差信号将降低,此时掌握器将发出信号而使执行器动作
10、, 施加掌握作用, 其作用方向与扰动方向相反,致使被控变量下降,这样就达到了掌握的目的.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_作业 1:什么是化工自动化?它有什么重要意义?书4:掌握系统主要由哪些环节组成?其次节自动掌握系统的基本组成及方块图自动掌握系统的组成自动化学院电气测控工程系可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_测量元件与变送器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_自动扮装置组成被控对象自动掌握器执行器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_57:12:15:给定值形式不同,自动掌握系统可分哪几类?将掌握系统依据工艺过程需要掌握的被控变量的给定值是
11、否变化和如何变化来分类, 这样可将自动掌握系统分为三类,即定值掌握系统、 随动掌握系统和程序掌握系统.21:22:衰减震荡过程可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_定值系统阶跃干扰作用下的过渡过程(设定值固定,加一阶跃干扰)自动化学院电气测控工程系ytBB稳固误差范畴: 2或者 5的新稳态值C0t1et2t3t最大偏差 emax: emaxBC衰 减 比n:nB / B余差 e :eCy过渡时间 tp:t pt3振荡周期:t2t128五种重要品质指标1. 最大偏差或超调量最大偏差是指在过渡过程中,被控变量偏离给定值的最大数值.在衰减振荡过程中,最大偏差就是第一个波的峰值.超调量也可以
12、用来表征被控变量偏离给定值的程度.2. 衰减比衰减比是衰减程度的指标,它是前后相邻两个峰值的比.习惯表示为n:1 ,一般 n 取为 4 10 之间为宜.3. 余差当过渡过程终了时, 被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差,或者说余差就是过渡过程终了时的残余偏差.4. 过渡时间从干扰作用发生的时刻起,直到系统重新建立新的平稳时止,过渡过程所经受的时间叫过渡时间.5. 震荡周期或频率过渡过程同向两波峰 (或波谷) 之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期,其倒数称为振荡频率.在衰减比相同的情形下,周期与过渡时间成正比,一般期望振荡周期短一些为好.其次章自动掌握系统是由被控对象、测量变送装置
13、、掌握器和执行器组成.1:什么是被控对象特性?什么是被控对象的数学模型?争论对象的特性,就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系.这种对象特性的数学描述就称为对象的数学模型.什么是被控对象特性 .什么是被控对象的数学模型.争论被控对象特性有什么重要意义.答被控对象特性是指被控对象输入与输出之间的关系.即当被控对象的输入量发生可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_变化时, 对象的输出量是如何变化、变化的快慢程度以及最终变化的数值等.对象的输入量有掌握作用和扰动作用,输出量是被控变量. 因此, 争论对象特性就要分别争论掌握作用通过掌握通道对被控变量的影响,和扰动作用通过扰动通
14、道对被控变量的影响.定量的表达对象输入输出关系的数学表达式,称为该对象的数学模型.在生产过程中, 存在着各种各样的被控对象.这些对象的特性各不相同.有的较易操作,工艺变量能够掌握得比较平稳.有的却很难操作,工艺变量简洁产生大幅度波动,只要稍不谨慎就会越出工艺答应的范畴,轻就影响生产, 重就造成事故. 只有充分明白和熟识对象特性,才能使工艺生产在正确状态下运行.因此,在掌握系统设计时,第一必需充分明白被控对象的特性,把握它们的内在规律,才能挑选合适的被控变量、操纵变量,合适的测量 元件和掌握器, 挑选合理的掌握器参数,设计合乎工艺要求的掌握系统.特殊在设计新型的掌握系统时,例如前馈掌握、解耦掌握
15、、自适应掌握、运算机最优掌握等,更需要考虑被控对象特性.2. 简述建立对象的数学模型两种主要方法.答一是机理分析法. 机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析,依据对象中物理或化学变化的规律 比如三大守恒定律等 ,在忽视一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程. 通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型,它们的表现形式往往是微分方程或代数方程.二是试验测取法. 试验测取法是在所要争论的对象上,人为施加肯定的输入作用,然后,用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律,即得到一系列试验数据或 试验曲线. 然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理,求取对象的特性参数, 进而得到对
16、象的数学模型.3. 描述简洁对象特性的参数有哪些.各有何物理意义 .答描述对象特性的参数分别是放大系数K、时间常数 T、滞后时间.放大系数 K 放大系数 K 在数值上等于对象处于稳固状态时输出的变化量与输入的变化量之比,即输出的变化量K输入的变化量由于放大系数 K 反映的是对象处于稳固状态下的输出和输入之间的关系,所以放大系数是描述对象静态特性的参数.时间常数 T 时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后,被控变量假如保持初始速度变化, 达到新的稳态值所需的时间.或当对象受到阶跃输入作用后,被控变量达到新的稳态值的 63 2所需时间.时间常数 T 是反映被控变量变化快慢的参数,因此它是对象的一个重
17、要的动态参数.滞后时间滞后时间是纯滞后时间0 和容量滞后c 的总和.输出变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间,纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的.容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要 通过肯定的阻力而引起的.滞后时间也是反映对象动态特性的重要参数.5试验测取对象特性常用的方法有哪些.答:试验测取对象特性常用的方法有阶跃响应曲线法、矩形脉冲法.(下面这点是个人总结的,可以不看)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2: 数学模型的表达形式分类(1) 非参量模型当数学模型是采纳曲线或数据表格等来表示时,称为非参量模型.非参量模型可以通过记录试验结果
18、来得到,有时也可以通过运算来得到.(2) 参量模型当数学模型是采纳数学方程式来描述时,称为参量模型.对象的参量模型可以用描述对象输入、输出关系的微分方程式、偏微分方程式、状态方程、差分方程等形式来表示.5 机理建模的依据是什么?依据对象或生产过程的内部机理,列写出各种有关的平稳方程,如物料平稳方程、能量平 衡方程、动量平稳方程、相平稳方程以及某些物性方程、设备的特性方程、化学反应定律、电路基本定律等,从而猎取对象(或过程)的数学模型,这类模型通常称为机理模型. 68. 反映对象特性的参数有哪些?各有什么物理意义?它们对自动掌握系统有什么影响?作一、放大系数 K将流量 Q1 的变化 Q1 看作对
19、象的输入,而液位h 的变化 h 看作对象的输出,那么在稳固状态时,对象肯定的输入就对应着肯定的输出,这种特性称为对象的静态特性.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_hKQ1或Kh1QK 在数值上等于对象重新可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_稳固后的输出变化量与输入变化量之比.K越大,就表示对象的输入量有肯定变化时,对输出量的影响越大,即被控变量对这个量的变化越灵敏.二 时间常数 T时间常数越大,表示对象受到干扰作用后,被控变量变化得越慢,到达新的稳固值所需的时间越长.三、滞后时间 传递滞后又叫纯滞后,一般用 0 表示. 0 的产生一般是由于介质的输送需要一段时间而引起
20、的.容量滞后:对象在受到阶跃输入作用x 后,被控变量 y 开头变化很慢,后来才逐步加快,最终又变慢直至逐步接近稳固值.一般是由于物料或能量的传递需要通过肯定阻力而引起的.自动掌握系统中,滞后的存在是不利于掌握的.所以,在设计和安装掌握系统时,都应当尽量把滞后时间减到最小.第三章1. 什么是真值?什么叫外表的基本误差、测量误差?真值是一个变量本身所具有的真实值,它是一个抱负的概念,一般是无法得到的.外表的基本误差是指在规定条件下外表的误差.外表的显示数值与标准值 真实值 之间存在着一个差值,这个差值称为测量误差.2. 什么叫压力?表压力,肯定压力,负压力(真空度)之间有何关系? 压力是垂直匀称的
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