过程控制系统与仪表 习题答案 王再英(3)

解答： 1）y?1edt T1?积分时间是控制器消除偏差的调整时间，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，保持在某一值上。

2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti来表示积分作用的强弱，在数值上，Ti=1／K i 。显然，Ti越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。

3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA，若将比例度设为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：

由比例积分公式：y??1?1??分析： e?edt???P?T1?依题意：p?1?100%，即K p =1, TI= 2 min , e＝＋0.2； Kp稳态时：y0＝5mA，

y?y0??1?1??e?edt??P?T1??1?5?1?(?0.2??0.2?5)

25min后：

?(5?0.7)mA3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？ 解答：P74

1）控制器的比例度P越小，它的放大倍数弱通过调整比例度P实现。

2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还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可能的。

所以，偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程（16mA），避免控制器处于饱和状态。

Kp就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也越强，反之亦然，比例控制作用的强

10

3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么？为什么常用实际为分控制规律？ 解答： 1）y?TDde dt2）由于理想微分运算的输出信号持续时间太短，往往不能有效推动阀门。实际应用中，一般加以惯性延迟，如图3-7所示，称为实际微分。

3-9 试写出比例、积分、微分（PID）三作用控制规律的数学表达式。 解答：

y?1?P??e?1T?edt?Tde?D? ?1dt??

3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？ 解答：

1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。 2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。

3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。

3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪几部分组成？各组成部分的作用如何？ 解答：P79

1）组成如图3-11所示。 2）作用参照P79。

3-12 DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别？各用在什么条件下？ 解答：

1）软手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成积分关系；

硬手动操作是指调节器的输出电流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 什么叫控制器的无扰动切换？在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换，在设计PID电路时采取了哪些措施？

11

解答：P84

1）调节器进行状态转换后，输出值不发生跳动，即状态转换无冲击。 2）CM、CI。P85中。

3-14 PID调节器中，比例度P、积分时间常数TI、微分时间常数TD分别具有什么含义？在调节器动作过程中分别产生什么影响？若将TI取∞、TD取0，分别代表调节器处于什么状态？ 解答：

比例度P含义：使控制器的输出变化满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应的输入测量值变化占仪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。

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；若将TI取∞，则积分作用消失。 微分时间常数TD含义：TD越大，微分作用越强；TD取0，微分作用消失。

3-15 什么是调节器的正/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 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式？输出电路是怎样将输出电压转换成4～20mA电流的？ 解答：

1）采用差动输入方式，可以消除公共地线上的电压降带来的误差。 2）参照P83下的输出电路。

3-18 给出实用的PID数字表达式，数字仪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：

12

第4章 思考题与习题

4-1 气动调节阀主要由哪两部分组成？各起什么作用？ 解答：

1）执行机构和调节机构。

2）执行机构的作用：按调节器输出的控制信号，驱动调节机构动作；

调节机构的作用：由阀芯在阀体内的移动，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而改变被控介质的流量。

4-2 试问调节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 什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性？常用的调节阀理想流量特性有哪些？ 解答：

1）理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性，也叫理想流量特性。

工作流量特性：在实际的工艺装置上，调节阀由于和其他阀门、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）常用理想流量特性：直线流量特性、等百分比（对数）流量特性、

快开特性

4-6 什么叫调节阀的可调范围？在串联管道中可调范围为什么会变化？ 解答：

1）可调范围：反映调节阀可控制的流量范围，用R＝Qmax/Qmin之比表示。R越大，调节流量的范围越宽,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理想流量特性发生畸变？ 解答：

1）阀阻比：用阀阻比S??pTmin/po表示存在管道阻力的情况下，阀门全开时，阀门前后的最小压差?pTmin占总压力po的比

值。

13

2）在S＜1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，也就是阀的可调范围变小。随着S值的减小，直线特性渐渐区于快开特性，等百分比特性渐渐趋近于直线特性。

4-8 什么叫气动调节阀的气开式与气关式？其选择原则是什么？ 解答：

1）气开式：无压力信号时阀门全闭，随着压力信号增大，阀门逐渐开大的气动调节阀为气开式。 气关式：无压力信号时阀门全开，随着压力信号增大，阀门逐渐关小的气动调节阀为气关式。

2）选择原则：从工艺生产安全考虑，一旦控制系统发生故障、信号中断时，调节阀的开关状态应能保证工艺设备和操作人

员的安全。

4-9 如图4-24所示的蒸气加热器对物料进行加热。为保证控制系统发生故障时，加热器的耐热材料不被烧坏，试确定蒸气管道上调节阀的气开、气关形式。

解答： 气开式调节阀。

4-11 试述电/气转换器的用途与工作原理。 解答：P113

1）用途： 为了使气动阀能够接收电动调节器的输出信号，必须使用电／气转换器把调节器输出的标准电流信换为20～100kPa的标准气压信号。

2）原理：在杠杆的最左端安装了一个线圈，该线圈能在永久磁铁得气隙中自由地上下运动，由电动调节器送来得电流I通入线圈。当输入电流I增大 …… 此处隐藏：1589字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……