过程装备控制技术及应用课后习题答案)

1.过程装备的三项基本要求过程装备的三项基本要求：安全性、经济性和稳定性.A.安全性:指整个生产过程中确保人身和设备的安全B.经济性:指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生产成本低而效率高C.稳定性:指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力.2.过程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等.3.流程工业四大参数：温度、压力、流量、液位（或物位）4.控制系统的组成控制系统的组成:(1)被控对象(2)测量元件和变送器(3)调节器(4)执行器5.控制系统各参量及其作用:1.被控变量y指需要控制的工艺参数，它是被控对象的输出信号2.给定值（或设定值)ys对应于生产过程中被控变量的期望值3.测量值ym由检测元件得到的被控变量的实际值4.操纵变量（或控制变量）m受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号5.干扰（或外界扰动）f引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素6.偏差信号e在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差7.控制信号u控制器将偏差按一定规律计算得到的量。6.控制系统的分类（1）控制系统的分类：按给定值a定值控制系统；随动控制系统；程序控制系统（2）bc按输出信号的影响a闭环控制；b开环控制（3）按系统克服干扰的方式a反馈控制系统；b前馈控制系统；c前馈-反馈控制系统7.控制系统过度过程定义：从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内，然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。8.阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点（1）发散振荡过程：这是一种不稳定的阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点：过渡过程，因此要尽量避免（2）等幅振荡过程：被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡幅度恒定不变，这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用（3）衰减振荡过程：被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期就稳定下来，这是一种稳定的过渡过程（4）非振荡的过渡过程：是一个稳定的过渡过程，但与衰减振荡相比，其回复到平衡状态的速度慢，时间长，一般不采用。9.评价控制系统的性能指标（1）以阶跃响应曲线形式表示的质量指标:A.最大偏差A（或评价控制系统的性能指标：超调量σ）B.衰减比nC.过渡时间tsD.余差eE.振荡周期T（2）偏差积分性能指标:A.平方误差积分指标（ISE）B.时间乘平方误差积分指标（ITSE）C.绝对误差积分指标（IAE）D.时间乘绝对误差积分指标（ITAE）10.被控对象特性的定义被控对象特性的定义：就是当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小，速度等）。11.连续生产过程所遵守的两个最基本的关系：物料平衡和能量平衡。即静态条件下，单位时间流入对象的物料（或能量）等于从系统中流出的物料（或能量）；动态条件下，单位时间流入对象的物料（或能量）与从系统中流出的物料（或能量）之差等于系统内物料（或能量）存储量的变化率。12.有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别：A.自衡特性有利于控制，在某些情况下，使用简单的控制系统就能得到良好的控制质量，甚至有时可以不用设置控制系统。B.无自衡特性被控对象在受到扰动作用后不能重新恢复平衡，因此控制要求较高。对这类被控对象除必须施加控制外，还常常设有自动报警系统。13.一阶被控对象一阶被控对象：它是一个一阶常系数微分方程，具有该特性的被控对象叫一阶被控对象.14.描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响（1）放大系数K对控制通道，K描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响：值大，控制灵敏，但被控变量不易控制，系统不稳定；对干扰通道，K值越小，相同干扰产生的作用越小，利于控制。（2）时间常数T不同通道,时间常数对系统的影响：对控制通道，若时间常数T大，则被控变量的变化比较缓和，一般来讲，这种对象比较稳定，容易控制，但缺点是控制过于缓慢；若时间常数T小，则被控变量的速度变化快，不易控制。因此，时间常数太大或太小，对过程控制都不利；对干扰通道，时间常数大有明显的好处，使干扰对系统的影响变得比较缓和，被控变量的变化平稳，对象容易控制。（3）滞后时间不同通道、不同滞后对控制性能的影响：对控制通道，滞后的存在不利于控制；对于干扰通道，作用不一，纯滞后是只是推迟了干扰作用的时间，因此对控制质量没有影响；容量滞后则可以缓和干扰对被控对象的影响，因而对控制系统是有利的。15.单回路控制系统参数选择的原则（1）被控变量的选择基本原则；被控变量信号最好是单回路控制系统参数选择的原则：能够直接测量获得，并且测量和变送环节的滞后也要比较小。若被控变量信号无法直接获取，可选择与之有单值函数关系的间接参数作为被控变量。被控变量必须是独立变量。变量的数目一般可以用物理化学中的相律关系来确定。被控变量必须考虑工艺合理性，以及目前仪表的现状能否满足要求。（2）操纵变量的选择；使被控对象控制通道的放大系数较大，时间常数较小，纯滞后时间越小越好；使被控对象干扰通道的放大系数尽可能小，时间常数越大越好。（3）检测变送环节：检测变送环节在控制系统中起着获取信息和传送信息的作用。①减小纯滞后的方法，正确选择安装检测点位置，使检测元件不要安装在死角或容易结焦的地方。当纯滞后时间太大时，就必须考虑使用复杂控制方案。②克服测量滞后的方法，一是对测量元件时间常数进行限定。尽量选用快速测量元件，以测量元件的时间常数为被控对象的时间常数的十分之一以下为宜；二是在测量元件后引入微分环节，达到超前补偿。在调节器中加入微分控制作用，使调节器在偏差产生的初期，根据偏差的变化趋势发出相应的控制信号。③减小信号传递滞后的方法，尽量缩短气压信号管线长度，一般不超过300m；较长距离的传输尽量转换成电信号；在气压管线上加气动继电器，以增大输出功率；按实际情况尽量采用基地式仪表等。16.基本调节规律：A.断续调节：位式；B.连续调节：比例、积分、微分。17.PID调节器的参数整定：整定内容；调节器的比例度δ，积分时间T1和微分时间TD。整定方法；①经验试凑法，②临界比例度法，③衰减曲线法。18.复杂控制系统的分类分类：①为提高响应曲线的性能指标而开发的控制系统；②为某些特殊目的而开发的控制系统。19.串级控制系统的工作原理：串级控制系统由两套检测变送器，两个调节器，两个被控对象和一个调节阀组成，其中两个调节器串联起来工作，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往调节阀。串级控制系统与简单控制系统有一个显著的区别，它在结构上形成了两个闭环，一个闭环在里面，成为副环或副回路，在控制过程中起着“初调”的作用，一个闭环在外面，称为主环或主回路，用来完成“细调”任务，以保证被控变量满足工艺要求。20.串级控制系统的工作特点控制系统的工作特点：①能迅速克服进入副回路的干扰②能改善被控变量的特性，提高系统克服干扰的能力③主回路对副对象具有“鲁棒性”，提高了系统的控制精度。21.串级控制系统的适用对象：凡是可以利用上述特点之一来提高系统的控制品质的场合，都可以采用串级控制系统，特别是在被控对象的容量滞后大，干扰强，要求高的场合，采用串级控制可以获得明显的效果。22.主副回路的选择依据主副回路的选择依据：让主要干扰位于副回路。23.前馈控制相较于反馈控制的特点：在反馈控制中，信号的传递形成了一个闭环系统，而在前馈控制中，则只有一个开环系统,闭环系统存在一个稳定性的问题，调节器参数的整定首先要考虑这个稳定性问题，但是，对于开环控制系统来讲，这个稳定性问题是不存在的，补偿的设计主要是考虑如何获得最好的补偿效果。在理想情况下，可以把补偿器设计到完全补偿的目的，即在所考虑的扰动作用下，被控变量始终保持不变，或者说兑现了“不变性”原理。24.前馈-反馈控制系统：在工程上往往将前馈与反馈结合起来应用，既发挥了前馈校正作用及时的优点，又保持了反馈控制能克服多种扰动及对被控变量最终检验的长处，是一种适合化工过程控制的控制方法。25.系统误差：指在相同条件下，多次测量同一被测量值的过程中出现的一种误差，它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。26.随机误差:又称偶然误差，它是在相同条件下多次测量同一被测量值的过程中所出现的绝对值和符号以不可预计的方式变化的误差。27.粗大误差：明显的歪曲测量结果的误差称为粗大误差，这种误差时由于测量操作者的粗心，不正确的操作，实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙实验等原因所造成的。28.减小误差的方法：①标准法：预先测出系统误差，然后对测量值进行修正。由于修正值本身存在一定误差，因此这种方法只适用于工程测量，②零示法：测量误差与读数误差无关，主要取决于已知的标准量，但要求指示器灵敏度足够高，如电位差计（平衡式电桥）。③代替法：用已知量来代替被测量的测量方法。④交换法：将引起系统误差的某些条件相互交换以达到减小或消除误差的方法。（例如等臂天平称量物体时），此外还有对称法、微差法、比较法等。29.仪表的绝对误差：仪表指示值与被测变量真值之间的代数差.30.仪表的相对误差：测量的绝对误差与被测变量的约定真值（实际值）之比.31.仪表的引用误差：绝对误差与仪表的量程之比.32.仪表的精度等级：工业自动化仪表通常根据引用误差来评定其精确度等级，并规定用允许引用误差限去掉百分号后的数字来表示精度等级。如精度等级为1.0级的仪表其允许引用误差为1.0%。精密等级值越低的仪表其精确度越高。33.流量的概念：流量是指单位时间内流过某一截面的流体数量的多少。34.流量计的分类：A压差式流量计，B转子式流量计、C电磁式流量计35.压差式流量计的工作原理：当充满管道的流体流经节流装置时，流束收缩，流速提高，静压减小，在节流装置前后会产生了一定的压差。这个压差的大小与流量有关，根据它们之间的关系即可得到流量的大小。36.压差式流量计结构上的核心部件：核心部件是节流装置，包括节流元件，取压装置以及其前后管段。37.常见的节流装置分类：孔板，喷嘴，文都利管.38.液位的概念：液位是指液体介质液面的高低。39.液位计的分类：按工作原理可分为直读式、浮力式、静压式、电容式、光纤式、激光式、核辐射式。40.静压式液位计的工作原理：通过测量某点的压力或该点与另一参考点的压差来间接测量液位。41.变送器的作用:将测量元件的输出信号转换为一定的标准信号，送后续环节显示、记录或调节。42.变送器的分类：变送器按驱动能源不同的分类:气动变送器，电动变送器。43.气动变送器和电动变送器的区别：气动变送器是以压缩空气为驱动能源，电动变送器是以电力为能源。44.常用的标准信号：电压(1-5VDC)，电流(4-20mA)，气压(20-100kPa)信号。45.常见的气动元件和组件：1.气阻2.气容3.阻容耦合组件:(1)节流通室(2)节流盲室4.喷嘴-挡板机构46.安全火花的定义安全火花的定义：指该火花的能量不足以对其周围可燃介质构成点火源。47.自动化仪表的防爆结构类型及各自特点：①隔爆型，仪表的电路和接线端子全部置于隔爆壳体中，表壳的强度足够大，表壳接合面间隙足够深，最大的间隙宽度又足够窄，即使仪表因事故产生火花，也不会引起仪表外部的可燃性物质发生爆炸。②本质安全防爆型，防爆性能好，理论上适用于一切危险场所；安全性能不随时间而变化；可在线进行维修、调整。48.安全防爆系统的构成及工作原理：安装在危险场所中的本质安全电路及安装在非危险场所中的非本质安全电路。为了防止非本质安全电路中过大的能量传入危险场所中的本质安全电路中，在两者之间采用了防爆安全栅，使整个仪表系统具有本质安全防爆性能。49.执行器按工作能源的分类：气动执行器、电动执行器、液动执行器50.电动执行器的分类：1.按照输入位移的不同，电动执行机构可分为角行程（D