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期末考试过程控制计算题

计算及问答题1.某换热器温度控制系统(设定值为100℃),在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示。

分别求出衰减比、最大偏差、余差、过渡时间和振荡周期(按±3%稳态值来确定过渡时间)。

温度℃解:衰减比ψ=8.011)105110()105130(12=-=---B B最大偏差A ,即超调量σ=%8.23%100%100105105130)()()(=⨯=⨯-∞∞-y y t y p余差C=│y ﹙∞﹚-y ﹙0﹚│=105-100=5过渡时间ts=27min ,(计算稳态值的±3%,即102或108,用尺子量后估算出时间) 振荡周期,时间作衰减振荡,所以振荡周期T=20-8=12min ,(两个波峰的时间差) 2.已知某被控过程的数学模型为1)()(+=Ts Ks E s U应用前向差分法,求关于u(k)和e(k)的差分方程。

参考计算控制课本p129 解:)()1()(s E K Ts s U •=+•)()()(s E K s U s U Ts •=+•)()()(t Ke t u Tdtt du =+设采样周期为T S ,代入ST k u k u dtt du )()1()(-+=)()())()1((k Ke k u k u k u ST T =+-+)()1()(k Ke k u k u TT TT T TS S S --++=3.一台仪表的测温范围为100~550℃,绝对误差的最大值为2℃,求这台仪表的相对误差。

解:δ=%44.0%1001005502=⨯-第 页4.某一标尺为0~500℃的温度计出厂前经校验,其刻度标尺各点测量结果值分别为:(1)求出仪表最大绝对误差值;(2)确定仪表的允许误差及精确度等级;(3)仪表经过一段时间使用后,重新校验时,仪表最大绝对误差为±8℃,问该仪表是否还符合出厂时的精确度等级。

解:(1)最大绝对误差值为 6 。

(2)仪表精度δ=%5.1%2.1%10005006≤=⨯-所以允许误差为±%,仪表精度等级为级。

(3)使用一段时间后的精度为δ=%5.1%6.1%10005008≥=⨯-所以不符合出厂时的精确度等级。

5.如下图所示液位控制系统中,被控过程物料的输入量和输出量是什么控制系统的(1)被控变量、(2)操纵变量、(3)主要扰动、(4)输入信号、(5)输出信号各是什么Q 26.图所示液位过程的输入量为q 1,流出量为q 2、q 3,液位h 为被控参数,C 为容量系数,设R 1、R 2、R 3为线性液阻,求: (1)列出液位过程的微分方程组; (2)画出液位过程的框图;(3)求液位过程的传递函数W 0(s )=H (s )/Q 1(s )q 2q 3(2)(3)做拉氏变换)()(32)()(1s CsH s Q R s H R s H =--3232321)()(0)(R R s R CR R R s Q s H s W ++==7.用动态特性参数法整定单回路控制系统调节器参数时,测得过程的τ=8s ,T =80s ,自平衡率ρ=1,当调节器分别采用P 、PI 、PID 控制规律时,求ψ=,调节器整定的参数 解:由于1.0808==Tτ,故应用表中2.0≤Tτ时的公式计算。

(1)比例调节比例度1.01==Tτρδ(2)比例积分调节 比例度11.01.11==Tτρδ积分时间s T I4.263.3==τ(3)比例积分微分调节 比例度085.085.01==Tτρδ积分时间s T I 162==τ 微分时间s T D45.0==τ某热交换器图所示,用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定的温度,生产工艺要求热水温度保持定值(t ±1℃),试设计一个单回路控制系统,并说明该控制系统的基本工作原理,系统的被控变量、控制量和主要扰动量是什么及选用的控制算法。

8.某前馈控制系统框图如图所示,试通过推导分析,前馈控制器W 1(s )、过程扰动通道传递函数W 2(s )和过程控制通道传递函数W 3(s )满足什么关系时,能够实现对扰动的全补偿W c (s )W 3(s )W 1(s )W 3(s )W f (s )+_++++F (s )Y (s )X (s )W 2(s)W 1(s)W 3(s)W f (s)W c (s)F(s)Y(s)++_+解:参考计算机控制p38。

求传递函数Y(s)/F(s),然后令分子等于0,即••••++=1)()(312W W W s F s Y0312=+W W W9.某液位过程的阶跃响应实验测得如下数值t /s0 10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600h /mm 0 0当其阶跃扰动量为△μ=20%时,求: (1)画出液位过程的阶跃响应曲线;(2)该过程用一阶加滞后环节近似描述,确定液位过程的K 0,T 0,τ。

参考课本p136,作业2-13,(一模一样)解:(1)由实验数据,液位过程的阶跃响应曲线如图所示:(2)取()6.19=∞y ,则()98%206.190===∆∞μY K取()39.01=*t y ,()63.02=*t y ,由 ()()()∞*=y t y t y在图上得到1261≈t ,1952≈t 代入式中,得138)(2120=-=t t T 57221=-=t t τ校验数据: 当τ<3t 时,即573<t ,()0093.03≈=*t y当4.167)8.0(04=+=τT t 时,()55.0542.04≈=*t y当333)2(05=+=τT t 时,()865.0877.05≈=*t y所以该液位过程近似为:s s s s T K e e s W 571138981000)(-+-+⨯==τ012020h (mm)10、在蒸汽锅炉运行过程中,必须满足汽-水平衡关系,汽包水位是一个十分重要的指标。

当液位过低时,汽包中的水易被烧干引发生产事故,甚至会发生爆炸。

(1)试设计一个液位的简单控制系统,在图中画出控制方案图。

(2)确定调节阀的气开、气关形式,并说明原因。

(3)确定调节器的正、反作用方式,必须有详细的分析过程。

(4)画出该控制系统的方框图。

11、在某生产过程中,通过加热炉对冷物料加热,根据工艺要求,需对热物料出口温度进行严格控制。

对系统分析发现,主要扰动为燃料压力波动。

(1)试设计一个热物料出口温度的串级控制系统,在图中画出控制方案图。

(2)画出该控制系统方框图。

(3)为保证设备安全,炉温不能过高,确定调节阀的气开、气关形式。

(4)确定两台调节器的正反作用方式,必须有详细的分析过程。

(5)确定两台调节器应选择什么调节规律。

12、右图为一个加热器控制系统,通过将进料(流体)与蒸汽进行换热达到对物料(流体)进行q)为最主要的干扰。

(1)加热的目的,希望出料(流体)温度恒定。

其中已知进料(流料)流量(v试选用合适的的控制方案,说明理由,并画出控制系统框图和结构图。

(2)为保证设备安全,出料温度不能过高,确定调节阀的气开、气关形式。

确定调节器的正反作用以及应选择什么调节规律。

13、右下图所示的氨冷器,用液氨冷却铜液,要求出口铜液温度恒定。

为保证氨冷器内有一定的汽化空间,避免液氨带入冰机造成事故,采用温度――液位串级控制。

1)此串级控制系统的主副被控变量各是什么2) 试设计一温度—-液位串级控制系统,完成该控制方案的结构图(即将图示的氨冷器控制系统示意图补充完整);3)试画出温度――液位串级控制系统控制框图;4)确定气动调节阀的气开气关形式,并说明原因;5)确定主副调节器的正反作用。

14、一个如图所示的换热器,用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定温度,生产工艺要求热水温度维持恒定(Δθ≤±1℃)。

试设计一简单温度控制系统,画出其方框图,并确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用方式,指出调节器应选择什么调节规律15.某台测温仪表的测温范围为200~700℃,仪表的最大绝对误差为±4℃,试确定该仪表的允许误差和精度等级。

%1%8.0%1002007004≤=⨯=-δ所以允许误差为±%,仪表精度等级为级。

16.某被测参数的测量范围要求为0~1000kPa ,根据工艺要求,用来测量的绝对误差不能超TT TC LCLT铜液液氨气氨过±8kPa ,问选用何种精度等级的压力测量仪表才能满足要求。

%1%8.0%10010008≤=⨯=δ所以允许误差为±%,仪表精度等级为级。

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