轮机自动化复习题答案

１轮机自动化复习题1.画出反馈控制系统传递方框图，并简要说明测量值大于给定值时的调节过程。图中r表示给定值，Z表示反馈值，e为偏差，测量值大于给定值，即：rz(e0)为负偏差，此偏差驱动调节器输出一个可以减小偏差的控制量给执行机构，执行机构根据调节器改变控制对象，从而清除由于外部扰动引起的偏差保持整个系统特质平衡。2.画出反馈控制系统传递方框图，并简要说明测量值小于给定值时的调节过程。图中r表示给定值，Z表示反馈值，e为偏差，测量值小于给定值，即：rz(e0)为正偏差，此偏差驱动调节器输出一个可以减小偏差的控制量给执行机构，执行机构根据调节器改变控制对象，从而清除由于外部扰动引起的偏差保持整个系统特质平衡。3.根据反馈控制系统传递方框图说明：环节输入、输出之间的关系，控制对象环节的两个输入的含义。环节输出量的变化反取决于输入量的变化及该环节的特性，输出量的变化不会影响输入量。控制对象环节的输入量有两科，一种是由执行机构动作所引起的进出系统物质或者能量的变化，这类输入通常被称为基本扰动；另一种是由于外界不可测理，无法控制的因素所引起的被控对象输出变的因素，被称为外部扰动，基本扰动和外部扰动共同作用被控对象使系统被控量偏差给定值。4.评定反馈控制系统的品质指标有哪些？分析衰减率对系统稳定性的影响。①指标包括最大动态偏差emax，衰减率φ、过渡过程时间tS、振荡次数N及静态偏差ε等（给定值控制系统）②tS、N、ε、σp、tr、tp（随动控制系统））。ABAj-=φ是衡量系统稳定性指标，要求φ＝0.75～0.9。当φ＝0.75时，A是B的4倍，衰减比为4∶1。φ小于0.75则系统动态过程的振荡倾向增加，降低了系统稳定性，过渡过程时间也因振荡而加长。当φ＝0时，动态过程是等幅振荡，系统变成不稳定系统。φ过大过渡过程时间ts随之变大，当φ＝1时，其动态过程没有振荡，成为非周期过程。２5.评定随动控制系统的性能指标有哪些？过渡控制时间tS，振荡次数N，静态偏差ε，超调量σp，上升时间tr，峰值时间tp6.简要分析容量系数反映了控制对象的什么特性？容积系数C越大，被控量h的变化越慢，即单容控制对象的惯性越大，反之C越小，在相同扰动下被控量变化越快，单容控制对象惯性也就越小，因此容积系数C可以看作标志单容控制对象惯性大小的参数。7.分别说明容量系数、放大系数、纯迟延反映了控制对象的哪些特性。容量系数是标志单容控制对象慢性大小的参数。放大系数K是反映控制对象扰动的敏感程度的。纯迟延对系统控制很不利，对控制系统的动态过程品质具有重要影响，它的存在降低了系统的稳定性，是无法消除的，可以通过控制算法或者系统设计尽量减小纯迟纯迟延对控制作用的影响。8.简要说明时间常数的物理意义，画图说明确定单容控制对象时间常数的方法。其物理意义可以理解为：当控制对象受到阶跃输入作用后，被控变量保持初始速度变化，达到新的稳态值所需要的时间就是时间常数T。它在一定程度上表示了被控量达到新稳态值的快慢。理论上这个过渡过程时间无限大，实际上过渡过程时间接近3～4T0时过渡即可认为过渡过程接近稳态。求时间常数T有两种方法。其一可以在过渡过程曲线上任意取一点O，作切线与稳态值交点B，则B点与O点之间的时间差即为时间常数T0。另一种求时间常数的方法设t＝T，此时被控量h(t)的变化量可以由下式求出：1()(1)(10.368)0.632hTKeKKmmm-=譊-=譊-=譊(0.1)上式可以理解为：控制对象受到阶跃扰动后，被控量变化到新稳态值的63.2％时所用的时间等于时间常数T。根据上述公式可以得到，t＝2T时，h（2T）＝0.86K·Δμ；t＝3T时，h（3T）＝0.95K·Δμ；t=4T时，h（4T）＝0.982K·Δμ。可以看出h（3T）与h（4T）时刻被控量的变化量已经非常小，因此当t=4T时就可以认为被控量的变化过程基本结束。图中给出了两个具有不同时间常数的单容控制对象阶跃扰动飞升曲线，其中曲线1的时间常数为T1，曲线2的时间常数为T2，T2T1，即曲线2所代表的控制对象具有较大的惯性特性，达到平衡的时间相对较长。３9.在双位控制系统中，用YT―1226压力继电器检测压力信号，若压力下限调在0.45MPa，幅差旋钮调在7格上，则压力上限值是（幅差范围0.07～0.25MPa）多少？下限值Px上限值Pz幅差ΔPPz=ΔP+PxPz=0.45+71007.025.007.0=0.646MPa0.65MPa10.在使用YT―1226压力开关检测压力信号时，若压力下限值调定为0.49MPa，要求上限值为0.68MPa，已知幅差调整范围是0.07～0.25MPa，则幅差调整旋钮应设定的格数是多少？Pz=ΔP+PxΔP=Pz-Px=0.68-0.49=0.19设格数为xΔP=0.07+19.01007.025.0x格上为767.6x11.写出比例带的数学表达式，并简要说明比例带PB=50%的物理意义。maxmaxmaxmax/()100%100%100%/eXPeRPBPPXPKdD=?状=?D若PB＝50%，说明被控量变化全量程的一半，调节器就能使调节阀开度变化全行程。12.写出比例带的数学表达式，并简要说明比例带PB=100%的物理意义。maxmaxmaxmax/()100%100%100%/eXPeRPBPPXPKdD=?状=?D若PB＝100％，说明被控量变化全量程的100％，即变化全量程，调节器使调节阀开度变化全行程13.写出比例、积分、微分的数学表达式，并简要说明比例带、积分时间、微分时间对其作用的影响。dtteTtektpi)(1)(比例积分数学表达式积分时间iT越小，积分输出达到比例输出的时间越短，积分作用越强，反之亦然，对于纯比例作用的调节器，若想加入积分作用，需要将比例带PB调整到比纯比例时大一些，以抵制由于积分作用而使系统动态过程振荡倾向的增加。dttdeTtektpd)()(比例微分数学表达式微分时间dT大，则微分作用消失慢，微分作用保留时间长，即：微分作用强，若dT小，微分作用弱，可见dT的大小是衡量微分作用强弱的重要系数，比例微分调节器加进微分作用后，比例带PB可选择比纯比例控制时小一些，这样不会影响到系统的稳定性，同时较强的比例作用可以减小系统４的静态偏差。14.画出PID调节器输出特性曲线，并分析其输出特性曲线的特征。图表示出了比例积分微分作用规律的输出特性。对比例积分微分调节器施加一个阶跃偏差输入，调节器立即输出一个较大的输出信号，这个信号是比例作用输出和微分作用输出的叠加。随着时间的增加，微分作用输出逐渐减弱，而积分作用输出却随着时间的累计而不断增强，但是总体上微分作用的减弱仍然大于积分作用的增强，因此总体上调节器的输出是不断减小的。当微分作用输出与积分作用输出相等时，调节器输出不再减小，并且随着时间的增加积分作用输出的增加幅度超过了微分作用减小的幅度，因此调节器叠加输出开始增长。在比例积分微分调节器输出不断变化过程中，执行机构不断的改变系统输入以减小被控量偏差e，使系统能够最终稳定在给定值上。５实验一气动差压变送器的调整和性能实验一、实验内容、要求正确接通差压变送器的气源及输入和输出信号，对差压变送器进行调零、调量程及进行正、负迁移操作。要求学生进一步掌握单杠杆差压变送器的结构和工作原理，熟练掌握调零、调量程及进行迁移的基本操作技术，绘出变送器输出随输入而变化的曲线，分析其线性度。二、实验的目的、意义变送器是反馈控制系统的测量单元，随工作时间的增长，其性能会有所下降。因此，在实际管理中要经常进行调整以保证控制系统的正确运行。通过该实验，学生能掌握变送器的调零、调量程及进行迁移的基本操作。这对他们将来管好用好反馈控制系统使之始终处于良好工作状态都具有十分重要的意义。三、实验仪器、设备本实验在气动实验台上进行，所需的其他设备和工具有：（1）QBC-41B型气动单杠杆差压变送器一台；（2）快速连接气管若干，螺钉调节工具一个。四、实验前的准备工作（1）按图1所示线路接通差压变送器气源，并调整减压阀使气源压力稳定在0.14MPa上（观察气源压力表）。（2）变送器输出端接标准压力表，输入端的正、负压室（测量信号）由气源经定值器接入，并分别接标准压力表，以反应正、负压室的气压信号。五、实验步骤1．调零实验接通0.14MPa气源，调整定值器11和12使负压室压力等于正压室压力即ΔP为零。观察输出压力表读数是否是0．02MPa。如果不是，可扭动调零弹簧，直到输出压力表5指针指在0.02MPa为止，零点调好。2．调量程实验41476523891011121-减压阀；2-气源压力表；3-差压变送器；4-气动功率放大器；5-输出压力表；6-正压室压力表；7-负压室压力表；8、9、10-气动接头；11、12-压力定值器图1差压变送器实验气路连接图６零点调好后，调整定值器11使正压室压力不断增加，观察正压室压力表6读数是否是0.06Mpa，如果不是，调压力表6指针等于0.06MPa。松开反馈波纹管锁紧螺母，沿主杠杆上下移动反馈波纹管。输出压力表5读数小于0.1MPa要上移波纹管，大于0.1MPa要下移波纹管。直至输出压力表5读数指示0.1MPa为止。3．重新调零和调量程移动反馈波纹管后，零点会改变，要反复进行调零和调量程，直到两者都符合要求为止。量程调好后，要把反馈波纹管的锁紧螺母锁紧。4．变送器线性度实验变送器零点和量程调好后，调整定值器11和12使负压室压力等于正压室压力，其变送器输出为0.02Mpa。然后调整定值器11使正压室压力每增加0.01MPa记录一次输出压力值，直到正压室压力增至0.06MPa，输出压力达0.1MPa为止。5．负迁移实验调整定值器11和12使正压室压力为零，负压室压力为0.07MPa，这时输出压力表读数接近为零。然后扭动迁移弹簧直到输出压力表读数为0.02MPa，再调定值器12使负压室压力每减0.01MPa记录一次输出压力，直至负压室压力为0.01MPa为止。6．正迁移实验调整负压室压力为零，正压室压力为0.05MPa，扭动迁移弹簧使输出压力为0.02MPa。然后逐渐增大正压室压力，每增加0.01MPa记录一次输出压力值，直到正压室压力为0.12MPa，输出压力为0.1MPa为止。六、注意事项（1）在进行差压变送器实验时，要先接通气源然后再接通正、负压室的信号。实验结束时要先切除正、负压室的输入信号，然后再切除气源。（2）在调量程时，上、下移动反馈波纹管每次移动量不要太大，动作尽量平缓，移动后要把锁紧螺母扭紧。（3）保持气源压力为0.14MPa。接通气源后，要打开过滤减压阀的排污阀，放掉积水和脏物，排污后把阀关紧。七、结果整理与分析把实验测得的数据列在表-1中。八、实验报告（1）根据表-1所填的数据，在一张坐标图中画出正常、负迁移和正迁移情况下输出随输入变化的曲线。（2）根据所画的三条输出特性曲线，试比较在未迁移时ΔP=0.02MPa，负迁移时ΔP=-0.04MPa，及正迁移时ΔP=0.08MPa时的输出值，并计算出与未迁移相比较的绝对误差δ。（3）若欲使ΔP=0.02MPa，P出=0.02MPa、ΔP=0.08MPa；P出=0.10MPa、你应如何调整？差压变送器实验数据（单位MPa）表-1正常ΔP00.010.020.030.040.050.06P出负迁移ΔP-0.06-0.05-0.04-0.03-0.02-0.010P出正迁移ΔP0.060.070.080.090.100.110.12P出７实验二电动差压变送器实验一、实验内容、要求实验内容为用电动差压变送器测量气动压差信号，整定变送器的零点和量程。要求能够进行正确的电路连接，调整变送器的零点和量程，使得当输入压差在规定的范围内全程变化时，变送器的输出能在4～20mA范围内变化。二、实验的目的、意义差压变送器是反馈控制系统的测量单元，电动差压变送器越来越多地应用于船舶机舱，特别是用于测量锅炉水