过程装备控制技术习题及参考答案(第二版已经整理)

过程装备控制技术习题及参考答案(第二版已经整理)内容摘要：

统主要就用于：对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强面频繁，负荷变化大，对控制质量要求较高的场合。 18． 串级控制系统中心副回路和主回路各起什么作用。 为什么。 答：在系统结构上，串级控制系统是由两个串联工作的控制器构成的双闭环控制系统。 一个闭环系统在里面，称为副环或副回路，在控制系统中起“粗调”的作用；一个闭环在外面，称为主环或主回路，用来完成“细调”的任务，以保证被控变量 满足工艺要求。 由于串级控制系统由两套检测变送器、两个调节阀、两个被控对象和一个调节阀组成，其中两个调节阀器串联起来工作，前一个调节器的输出作为后一个调节器的给定值，后一个调节器的输出才送给调节阀。 因此一个是粗调，一个是细调。 19． 图 259是聚合釜温度与流量的串级控制系统。 ①说明该系统的主、副对象，主、副变量，主、副调节器各是什么。 ②试述该系统是如何客观实现其控制作用。 解：①该系统的主对象：聚合釜 副对象：冷却水进口管路 主变量：聚合釜温度 副变量：冷却水 流量 主调节器：温度调节器 副调节器：流量调节器 ②该控制系统的方框图： 2f 1f 给定 T 调节器 流量调节器 温度调节器 聚合釜 检测变送 2（流量） 检测变送 1（温度） 冷却水 进口管路 如图所示：冷却水流量若减小，首先由流量检测变送，经流量调节阀调整冷却水阀门开度，开度增加；同时由于流量减少使聚合釜由温度 T 升高。 从而使温度稳定在工橄要求范围内。 20． 什么是前馈控制系统。 应用在什么场合。 答：前馈控制又称扰动补偿，它是测量进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使被控变量维持在设定值上。 前馈控制主要用于下列场合： ① 干扰幅值大面频繁，对被控变量影响剧烈，单纯反馈达不到要求时； ② 主要干扰是可测不可控的变量； ③ 对象的控制通道滞后大，反馈控制不即时，控制质量差时，可采用前馈 — 反馈控制系统，以提高控制质量。 它有哪几种类型。 答：实现两个或两个以上的参数符号一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统，它主要有定比值控制系统和变比值控制系统。 其中定比值系统有三类：开环比值控制系统，单闭环比值控制系统和双闭环比值控制系统。 应用在什么场合。 答：选择性控制系统的特点是使用选 择器，可以在两个或多个调节器的输出端，或在几个变送器输出端对信号进行选择，以适应不同的工况，主要应用在对不稳定工况的控制，可以保证生产工艺过程的安全操作，尽量减少开，停车中的不稳定工况。 答：均匀控制系统的目的是为了解决前后工序的供求矛盾，使两个变量之间能够互相兼顾和协调操作。 均匀控制系统的特点是其控制结果不像其他控制系统那样，不是为了使被控变量保持不变可，而是使两个互相联系的变量都在允许的范围内缓慢地变化。 第三章 过程检测技术 出测量方程式，以及测量三要素，并举例说明。 答：测量方程式： 为被测量， x为测量值， u为测量单位。 测量过程三要素为：测量单位，测量方法，测量仪器与设备。 举例：如液柱式温度计测量温度。 ，指出它们的异同及使用场合。 答：直接测量法 — 指被测量与单位能直接比较得出比值，或者仪表能直接显示出被测参数值的测量方法；间接测量法 — 通过测量与被测量有一定函数关系的其他物理量，然后根据函数关系计算出被测量的数值，称为间接测量法。 相同之处在于都是对工业生产中一些物理量的测量，都包含测量三要素。 不同之处在于直接测量测量过程简单方便，应用广泛；间接测量过程较复杂，只有在误差较大或缺乏直接测量仪表时才采用。 传感器的主要特性有哪些。 答：测量仪表的主要性能指标有技术，经济及使用三方面的指标，其中技术方面的有：误差，精度等级，灵敏度，变差，量程，响应时间，漂移等；经济方面的有：使用寿命，功耗， 价格等 ；使用方面的有：操作维修是否方便，运行是否可靠安全，以及抗干扰与防护能的强弱，重量体积的大小，自动化程度的高低等。 传感器的主要特性有：准确性，稳定性，灵敏性。 明系统误差，随机误差和粗大误差的含义及减小误差的方法。 答：系统误差是由于测量工具本身的不准确或安装调整得不正确，测试人员的分辨能力或固有的读数习惯，测量方法的理论根据有缺陷或采用了近似公式等原因产生的测量值与真值的偏差。 系统误差的绝对值和符号或者保持不变，或者在条件变化时按某一规律变化。 如仪表零位未调整好会引起恒值系统误差。 随即误差是由于测量过程中大量彼此独立的微小因素对被测值的综合影响而产生的测量值与真值的偏差，其绝对值和符号以不可预料的方式变化。 如气温的变化。 粗大误差 — 是由于测量操作者的粗心，不正确地 操作，实验条件的突变或实验状况未达到预想的要求而匆忙实验等原因造成的明显地歪曲测量结果的误差。 减小误差的方法： ① 系统误差：应尽量减少或消除系统误差的来源。 首先检查仪表本身的性能是否符号要求；其次仔细检查仪器是否处于正常工作条件，如环境条件及安装位置等是否符合技术要求，零位是否正确；此外还应检查测量系统和测量方法本身是否正确。 ② 随即误差：由于摩擦，间隙，噪声等都会产生随机误差，因此首先从结构，原理上尽量避免采用存在摩擦的可动部分；采用减小噪声的装置，并采用抗干扰能力强的测量仪器。 ③ 对于粗大误差应端正科学研究态 度，并认真分析数据，剔除坏值。 ，相对误差及引用误差的定义，举例说明各自的用途。 答：绝对误差 — 仪表指示值与被测变量的真值之间的代数差，即x x A? ? ? ，可表示仪表基本误差限： a???。 相对误差 — 测量的绝对误差与被测变量的约定真值（实际值）之比，即用 10 0% 6%x? ?? ? ? ? ? ，可表示仪表的基本误差限与绝对误差相比较，相对误差更能说明测量结果的精确程度，如温度升测量显示值为 57℃ ，时间温度为 60℃ ，则： ? =5760=3, 3 100% %60? ? ? ? ? ?， 若实际为 30℃ ，测量显示值为 27℃ ，则 ： ? =3℃， 3 1 0 0 % 1 0 .0 %30? ? ? ? ? ?， 显然此时的相对误差比前者大。 引用误差 — 绝对误差与仪表的量程之比，用引用误差表示的仪表基本误差限为： 100% %qds?? ? ? ? ?， 如温度计的量程为 100℃ ，则其引用误差 3 100% 3%100q ? ? ? ? ?， 根据允许引用误差值的大小可划分仪表的精度等级。 5A 的电流表，结果如下： 输入量 /A 1 2 3 4 5 示量 /A （ 1） 试求仪表各示值的绝对误差，实际相对误差，示值相对误差和引用误差。 （ 2） 确定仪表的精度等级。 解： 绝对误差： 0x x A? ? ? ；相对误差：0xA? ?? ， 示值相对误差： 39。 xx? ?? ，引用误差： xq S?? 所以数值计算列表如下： 0A 1 2 3 4 5 X 0x x A? ? ? 0xA? ?? 39。 xx? ?? xq S?? 仪表的精度等级 max 2%q ? ， 故该仪表的精度等级为 2。 20 次测量，得到如下数据： 分别用 3 ? 准则和肖维耐准则判断有无粗差，并求该测量的计算平均值 x ，标准差 ? 和极限误差 ? ，写出测量结果表达式。 解： n=20，平均值 x = 201111 iiiixxn ?????? ， 剩余误差： iiV x x?? ，即： 0 0 标准差 ? = 211 0 .0 6 41 n ii Vn ? ?? ? ，标限误差 max ?? （ 1） 3? 准则： 3? =， max 3V ??? 因此该组数中无坏值。 （ 2）肖维耐准则：依表 31可知 n=20时， 0k ??? = ??? ， max ???，故该组数中无坏值。 极限误差 max ?? ，测量结果： 0 ?? ， 40%的读数误差小于 ，用线性插值法估计该温度升的标准差，并计算误差小于 的概率。 解：（ 1） ( ) {| | }z p x z??? ? ?= 2202 212zzzze d z e d z????????? ， z? z? 由此推得 ， z? 由已知条件知 ( ) ? ? ， 查概率积分表得： 22 dz? ??? ?? 时 z=， ? ??? ? ?，得： 1??? （ 2） ?? ，得： ? 查表得： ? 时， ? ()z? = 2 1??= 即误差小于 ，概率为 ， 级和 级的三块仪表。