范文一:过程装备控制技术及其应用AB
陕西科技大学 试题纸(A)
课程 过程控制技术及其应用 班级
学号 姓名
一,填空题。每空1分,共30分。
1,压差式流量计由 组成。 2,选择性控制系统的作用是: 。 3,比例度的定义式为 。 4,自动控制PID调节规律的主要作用是: 。 5,测量方法按不同的形式分类包括 。 6,随机误差的主要特性是 。 7,过程装备控制的主要任务是 。 8,分程控制系统的作用是 。 9,压力计选用的原则是 。 10,阶跃作用下的过渡过程四种形式分别是 。 11,选择性控制系统的三种形式分别是 。 12,弹性滞后的现象是指 。 13,热电偶测量温度的工作原理是 。
14,进行热电偶测量温度时,采用补偿导线的原因是 ,补偿导线的选用原则是 。 热电偶温度计由 组成。 15,压差式流量计测量压力中,常用到的节流装置有有 。 16比例控制调节规律的作用是 、纯积分调节规律的作用是 .工业上很少单独使用纯积分调节规律的原因是 。 17,温度变送器可分为 , , 三大类。 18,复杂控制系统按照一定的分类方法被分为两大类,这两大类具体是指 。 19,DDC的含义是 ,它的理想PID算法包括 三种形式。
20,D/A和A/D的含义分别是 。 21,计算机控制的三个步骤具体内容是 。 22,自动化仪表防爆结构的两种主要类型是是 。 23,用于流量测量的检测仪表主要包括 三种形式。
二,简答题。每题5分,共30分。
1,简要阐述差压变送器的功能?分析力平衡式差压变送器的组成及其工作原理? 2,什么是生产自动化?自动化控制系统常用的调节规律有哪些?简要阐述各自的优缺点及其适用场合?
3,执行器按工作能源分类分为哪几种形式?简述气动执行器的组成及其各组成的功能或作用?试分别写出QDZ , DDZ- II型、DDZ-Ⅲ型仪表的信号范围。 4,试简要分析隔爆型防爆结构的优缺点?
5,什么是前馈反馈控制系统?单一的前馈控制系统和反馈系统之间有什么区别? 6,简要阐述压差式流量计和转子流量计测量流量的工作原理及其两者的区别?
三,分析题。共20分
1,某干燥器的流程图如下图所示,干燥器采用夹套加热和真空抽吸并行的方式来干燥物料。
夹套内通入的是经列管式加热器加热后的热水,加热器采用的是饱和蒸汽。为了提高干燥速度,应有较高的温度θ,但θ过高会使物料的物性发生变化,这是不允许的,因此要求对干燥温度θ进行严格的控制。(在此系统中蒸汽流量对热水温度的影响比冷水流量要大。)
1) 如果蒸汽压力波动是主要干扰,应采用何种控制方案,为什么?2分 2) 如果冷水流量波动是主要干扰,应采用何种控制方案,为什么?2分
3) 如果冷水流量和蒸汽压力都经常波动,应采用何种控制方案,为什么?画出控制流程图;3分
4) 画出方块图,确定阀门的气开气关形式和控制器的正反作用。3分
2,试确定下图中所示系统中控制阀的气开、气关型式和控制器的正、反作用
(下图为一冷却器出口物料温度控制系统,要求物料温度不能太低,否则容易结晶)。5分
3,试画出衰减比分别为n1,n→∞ 时的过度过程曲线?5分 四,计算题。共20分
1,过渡过程的品质指标有哪些?请结合下图解释各种品质指标的含义。2分
某换热器的温度调节系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示。试求出该过程中品质指标的具体数值。3分
2,一个电动比例调节器, 它的量程是100~200 ℃ , 输出信号是 0~10mA, 当输入从140 ℃变化到160 ℃时, 相应的调节器输出从3mA变化到 8mA, 求该调节器的比例度?3分
3,现有精度等级为1.5A级,2.0B级和2.5C级的三块仪表,测量范围分别为0?100℃,
?50?550℃和?100?500℃ ,现需测量500 ℃左右的温度,要求测量的相对误差不超
过2.5%,选用哪块表合适,5分
4,已知被测压力在范围0.8~1.2MPa内波动,要求测量的绝对误差不得超过0.02MPa,试选定弹簧管压力的量程和精度等级。可供选用的压力计量程系列为:0~1.6MPa; 0~2.5MPa.4分
5,以下是单容液位对象的控制系统图,简要推导其数学表达式。4分
陕西科技大学 试题纸(B)
课程 过程控制技术及其应用 班级
学号 姓名
一,填空题。每空1分,共30分。
1,测量仪表由 组成。 2,比值控制系统的目的是: 。 3,自动调节系统常用的工程整定有 。 4,调节系统中调节器正、反作用的确定依据是: 。 5,测量方法分类有 。 6,随机误差的主要特性是 。 7,生产自动化的含义是 。 8,被控对象的特性是指 。 9,我国压力的标准是 。 10,积分饱和的现象是 。
11,控制对象的特性参数有 。 12,弹性式压力计的工作原理是 。 13,工业上常用控制规律有 。 14,进行热电偶测量温度时,采用补偿导线的原因是 ,补偿导线的选用原则是 。 热电偶温度计由 组成。 15,温度变送器的具体形式分类有 。 16,通道是指 、控制通道是 .干扰通道是指 。
17,测量误差按性质可分为 , , 三大类。 18,复杂控制系统按照一定的分类方法被分为两大类,这两大类具体是指 。 19,零点调整的含义是 ,零点迁移的两种具体形式包括 。 20,动态前馈控制的设计思想是通过选择适当的 控制器,使干扰信号经过 控制器致被控量通道的动态特性完全复制对象 通道的动态特性,并使它们符号 (正、反),从而实现对干扰信号进行完全补偿的目标。
二,简答题。每题5分,共30分。
1,何为串级控制系统?简要阐述串级控制系统的特点?试画出其典型方块图。
2,什么是前馈控制系统?它有什么特点?前馈控制的主要形式有哪几种?前馈控制与反馈控制的主要区别表现在哪些方面?工业上常用两者结合使用的系统,有什么好处? 3,在选择性控制系统中,如何确定选择器的基本类型?
4,试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理?如何进行防爆仪表铭牌的标注?
5,什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性?理想流量特性都包括哪些?常用的理性流量特性及其特点是什么?系统设计时应如何选择控制阀的流量特性?
6,自动控制系统的组成部分是什么?简要阐述各个部分在控制过程中的作用?简要阐述自动控制系统按不同的方法的分类?
三,分析题。共20分
1,分析为什么串级调节系统的调节品质比单回路调节系统好?5分
2,如图所示为一自力式贮槽水位控制系统。5分
(1)指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量是什么?
(2)试画出该系统的方块图。
(3)试分析当出水量突然增大时,该系统如何实现水位控制的
?
1-储槽 2-浮球 3-杠杆 4-针型阀
3,试确定下图中所示系统中控制阀的气开、气关型式和控制器的正、反作用(下图为一冷却器出口物料温度控制系统,要求物料温度不能太低,否则容易结晶)。5分
4,某聚合反应釜内进行放热反应,釜温过高会发生事故,为此采用夹套水冷却。由于釜温控制要求较高,且冷却水压力、温度波动较大,故设置控制系统如下图所示。5分 (1)这是什么类型的控制系统?试画出其方块图,说明其主变量和副变量是什么?
(2)如主要干扰是冷却水压力波动,试简述其控制过程,并说明这时可如何改进控制方案,以提高控制质量。
四,计算题。共20分
1,(1)过渡过程的品质指标有哪些?2分
(2)某发酵过程工艺规定操作温度为(40士2) C。考虑到发酵效果,控制过程中温度偏离给定值最大不能超过6 ℃。现设计一定值控制系统,在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示.试确定该系统的各个品质指标的具体数值(按被控变量进入?2%)新稳态值即达到稳定来确定)等过渡过程指标,并回答该系统能否满足工艺要求?3分
2,(1)什么是比例度?比例度对过渡过程有什么影响?3分
(2)有一电动比例调节器,器输入电流范围为4~20mA,输出电压范围是1-5V。 试计算当比例度规定在40%时,输入电流变化4mA所引起的输出电压变化量为多少?3分
3,(1)什么是仪表的精度?如何划分仪器仪表的精度等级?在进行仪器仪表的选用时需要注意哪些事项?试分别写出QDZ , DDZ- II型、DDZ-Ⅲ型仪表的信号范围。4分
(2)某台测温仪表的测温范围为 0~1000℃。根据工艺要求, 温度指示值的误差不允许超
过±7℃, 试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求?2分
4,已知被测压力在范围0.8~1.2MPa内波动,要求测量的绝对误差不得超过0.02MPa,试选定弹簧管压力的量程和精度等级。可供选用的压力计量程系列为:0~1.6MPa; 0~2.5MPa.3分
范文二:过程装备控制技术及其应用
陕西科技大学试题纸(A)
课程学号题号得分阅卷人
一,填空题,每空1分,共30分1,自动化仪表防爆结构的类型有
它们的标志分别是
2,阶跃干扰作用下过渡过程的形式有3,热电偶的组成结构主要有
。
4,控制阀的理想流量特性包括:5,测量误差按性质可分为随机误差,
随机误差的四个主要特性是6,QDZ仪表的信号范围是
7,工业生产对过程装置的基本要求是:8,PID调节器中需要整定的参数有自动调节系统常用的工程整定有
9,复杂控制系统按照一定的分类方法被分为两大类,这两大类具体是指
。
10,生产自动化的含义是
。
实现生产自动化的目的是
。
生产自动化控制系统包括11,DDC的含义是
,它的理想PID 算法包括
。
,
。
三大类。
。。。。。
,
,
。。。,
过程控制技术及其应用班级姓名
过控10级班
一二三四五六七八九十总分
12,执行器按其能源型式可分为
,
,
三大类。
13,工业上很少单独使用纯积分调节控制规律的原因是
。
14,在串级气温调节系统中,主调节器应选用给定值。
15,DDZ-Ⅲ型仪表采用国际标准信号,现场传输信号和控制联络信号分别是
。
进行热电偶测量温度时,采用补偿导线的原因是
,补偿导线的选用原则是
热电偶温度计由
二,简答题,每题5分,共30分
1,简要阐述我国压力表量程的系列?写出选用压力测量计时应注意的事项?
2,什么是积分饱和?积分饱和产生的条件是什么?阐述产生积分饱和现象所造成的危害以及消除措施?
3,简要阐述弹性式压力计的工作原理?
4,阐述单回路控制系统和简单均匀控制系统的相同点和不同点?5,试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理?
6,何为串级控制系统?简要阐述串级控制系统的特点?试画出其典型方块图?三,分析题,每题10分,共20分
1,以下是单容液位对象的控制系统图,完成下面二个小题。(1)简要推导其数学表达式。4分
(2)根据推导的表达式求解阶跃,画出阶跃响应曲线。3分(3)简要说明放大系数和时间常数对控制系统的影响。3
分
。规律,以保证稳态时汽温等于其
2,如下图所示为管式加热炉出口温度串级控制系统。
1)指出该系统中主、副对象、主、副变量、操纵变量、主、副扰动变量、主、副调节器各是什么?4分
2)画出该控制系统的方块图,并确定各个环节的正反作用方向;6
分
四,综合题,每题10分,共20分。
1,某台测温仪表的测温范围为200~700℃。根据工艺要求,温度指示值的误差不允许超过±7℃,试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求?就地测量某储气罐压力,气罐的最大压力为0.5MPa, 要求最大测量误差小于0.02MPa, 请选择一压力表的测量范围。2,如下图所示为一蒸汽加热器温度控制系统。
(1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、被控对象各是什么?该系统可能的干扰有哪些?该系统的控制通道是指什么?试画出该系统的方块图.7分
(2)如果被加热物料过热易分解时,试确定控制阀的气开、气关型式和控制器的正、反作用。3
分
陕西科技大学试题纸(B)
课程学号题号得分阅卷人
一
二
三
四
五
过程控制技术及其应用
班级姓名六
七
八
九
十
总分
一,填空题。每空1分,共30分。
1,压差式流量计由2,3,用于压力测量的仪器仪表有
4,工业生产对过程装置的基本要求是:5,PID 调节器中需要整定的参数有6,测量误差主要分为7,分程控制系统的作用是
8,比值控制系统的四种基本类型是9,我国压力的标准是10,实现化工自动化的目的是
组成。
。。。。。。。。
。
11,温度变送器的类型有12,过渡过程的品质指标有13,对象的时间常数是指
14,进行热电偶测量温度时,采用补偿导线的原因是
,补偿导线的选用原则是
热电偶温度计由
15,生产自动化系统主要有16,通道是指
、控制通道是
组成。
四种。. 干扰通道是
。
指
17,工业上常用的热电阻为18,单容液对象的自衡作用是指
,
,
。
。
19,零点调整的含义是
,零点迁移的两种具体形式包括
。
20,动态前馈控制的设计思想是通过选择适当的
控制器致被控量通道的动态特性完全复制对象
它们符号
控制器,使干扰信号经过
通道的动态特性,并使
(正、反),从而实现对干扰信号进行完全补偿的目标。
二,简答题。每题5分,共30分。
1,,简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动(干扰)量、设定(给定)值和偏差的含义?画出简单控制系统的方框图?
2,控制器的控制规律是指什么?目前在化工生产过程中的自动控制系统,常用控制器的控制规律有哪些?。试分别说明它们的输入输出关系·在阶跃输入下的响应、优缺点及使用场合?3,什么是仪表的精度和精度等级,怎样进行计算?试分别写出QDZ , DDZ-II 型、DDZ-Ⅲ型仪表的信号范围。
4,自动化仪表防爆结构的主要类型有哪两种?简要分析这两种防爆结构的优缺点及其两者间的区别?如何进行防爆仪表铭牌的标注?
5,什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性?理想流量特性都包括哪些?常用的理性流量特性及其特点是什么?系统设计时应如何选择控制阀的流量特性?
6,串级控制系统有哪些恃点?主要使用在哪些场合?为什么说串级控制系统中的主回路是定
值控制系统,而副回路是随动控制系统?分析为什么串级调节系统的调节品质比单回路调节系统好?
三,分析题。共20分
1,如下图所示为一脱乙烷塔塔顶的气液分离器。由脱乙烷塔塔顶出来的气体经冷凝器进入分离器,由分离器出来的气体去加氢反应器。分离器内的压力需要比较稳定,因为它直接影响精馏塔的塔顶压力。为此通过控制出来的气相流量来稳定分离器内的压力,但出来的物料是去加氢反应器的,也需要平稳。所以设计如下图所示的压力一流量串级均匀控制系统。试画出该系统的方块图,说明它与一般串级控制系统的异同点。
6
分
2,如下图是锅炉的压力和液位控制系统的示意图。试分别确定两个控制系统中控制阀的气开、气关型式及控制器的正、反作用。5
分
3,如下图所示为一蒸汽加热器温度控制系统。9分
(1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、被控对象各是什么?2分(2)该系统可能的干扰有哪些?1分(3)该系统的控制通道是指什么?1分(4)试画出该系统的方块图.3分
(5)如果被加热物料过热易分解时,试确定控制阀的气开、气关型式和控制器的正、反作用。2
分
四,计算题。共20分
1,某发酵过程工艺规定操作温度为(40士2) C。考虑到发酵效果,控制过程中温度偏离给
定值最大不能超过6℃。现设计一定值控制系统,在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示.试确定该系统的各个品质指标的具体数值(按被控变量进入±2%)新稳态值即达到稳定来确定)等过渡过程指标,并回答该系统能否满足工艺要求?,4
分
2,有一电动比例调节器,器输入电流范围为4~20mA,输出电压范围是1-5V。试计算当比例度规定在40%时,输入电流变化4mA 所引起的输出电压变化量为多少?4分
3,某台测温仪表的测温范围为200~70O℃。校验该表时得到的最大绝对误差为+4℃,试确定该仪表的精度等级。2分
4,就地测量某储气罐压力,气罐的最大压力为0.5MPa, 要求最大测量误差小于0.02MPa, 请选择一压力表的测量范围。2分
5,检定一只量程为5A 的电流表,结果如下:输入量/A示量/A
11.10
21.98
33.01
44.08
55.02
(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,3分(2)确定仪表的精度等级。1分
6,如下图所示,双容水槽的水流流向控制图。简要推导出该控制系统的数学模型表达式。
范文三:过程装备控制技术及其应用AB
陕西科技大学 试题纸 (A)课程 过程控制技术及其应用 班级
学号 姓名
题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 得分
阅卷人
一,填空题。每空 1分,共 30分。
1,压差式流量计由 组成。 2, 选择性控制系统的作用是:。 3,比例度的定义式为 。 4,自动控制 PID 调节规律的主要作用是:。 5,测量方法按不同的形式分类包括
。 6,随机误差的主要特性是 。 7,过程装备控制的主要任务是
。 8,分程控制系统的作用是 。 9,压力计选用的原则是 。 10,阶跃作用下的过渡过程四种形式分别是
。 11, 选择性控制系统的三种形式分别是 。 12, 弹性滞后的现象是指 。 13,热电偶测量温度的工作原理是
。
14,进行热电偶测量温度时,采用补偿导线的原因是
,补偿导线的选用原则是 。 热电偶温度计由 组成。
15,压差式流量计测量压力中,常用到的节流装置有有 。 16比 例 控 制 调 节 规 律 的 作 用 是 、 纯 积 分 调 节 规 律 的 作 用 是 . 工 业 上 很 少 单 独 使 用 纯 积 分 调 节 规 律 的 原 因 是 。 17,温度变送器可分为 , , 三大类。
18,复杂控制系统按照一定的分类方法被分为两大类,这两大类具体是指
。 19,DDC 的含义是 ,它的理想 PID 算法包括
三种形式。
20,D/A和 A/D的含义分别是 。 21,计算机控制的三个步骤具体内容是
。 22,自动化仪表防爆结构的两种主要类型是是 。 23, 用于流量测量的检测仪表主要包括 三种形式。
二,简答题。每题 5分,共 30分。
1,简要阐述差压变送器的功能?分析力平衡式差压变送器的组成及其工作原理?
2,什么是生产自动化?自动化控制系统常用的调节规律有哪些?简要阐述各自的优缺点及 其适用场合?
3,执行器按工作能源分类分为哪几种形式?简述气动执行器的组成及其各组成的功能或作 用?试分别写出 QDZ , DDZ-II 型、DDZ-Ⅲ型仪表的信号范围。
4,试简要分析隔爆型防爆结构的优缺点?
5,什么是前馈反馈控制系统?单一的前馈控制系统和反馈系统之间有什么区别?
6,简要阐述压差式流量计和转子流量计测量流量的工作原理及其两者的区别?
三,分析题。共 20分
1, 某干燥器的流程图如下图所示, 干燥器采用夹套加热和真空抽吸并行的方式来干燥物料。
夹套内通入的是经列管式加热器加热后的热水, 加热器采用的是饱和蒸汽。 为了提高干燥速 度,应有较高的温度θ,但θ过高会使物料的物性发生变化,这是不允许的,因此要求对干 燥温度θ进行严格的控制。 (在此系统中蒸汽流量对热水温度的影响比冷水流量要大。 )
1) 如果蒸汽压力波动是主要干扰,应采用何种控制方案,为什么?2分
2) 如果冷水流量波动是主要干扰,应采用何种控制方案,为什么?2分
3) 如果冷水流量和蒸汽压力都经常波动,应采用何种控制方案,为什么?画出控制流 程图;3分
4) 画出方块图,确定阀门的气开气关形式和控制器的正反作用。3分
2, 试确定下图中所示系统中控制阀的气开、 气关型式和控制器的正、 反作用(下图为一冷 却器出口物料温度控制系统,要求物料温度不能太低,否则容易结晶)。5分
3,试画出衰减比分别为 n<1,n=1,n>1,n→∞ 时的过度过程曲线?5分
四,计算题。共 20分
1,过渡过程的品质指标有哪些?请结合下图解释各种品质指标的含义。2分
某换热器的温度调节系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示。 试求出该过程中 品质指标的具体数值。3
分
2,一个电动比例调节器, 它的量程是 100~200℃ , 输出信号是 0~10mA,当输入从 140℃变化到 160℃时, 相应的调节器输出从 3mA 变化到 8mA, 求该调节器的比例度?3分 3,现有精度等级为 1.5A 级,2.0B 级和 2.5C 级的三块仪表,测量范围分别为 0100 ℃,
50550? ℃和 100500? ℃ ,现需测量 500℃左右的温度,要求测量的相对误差不超
过 2.5%,选用哪块表合适,5分
4,已知被测压力在范围 0.8~1.2MPa内波动,要求测量的绝对误差不得超过 0.02MPa,试选 定弹簧管压力的量程和精度等级。可供选用的压力计量程系列为:0~1.6MPa;0~2.5MPa.4分
5,以下是单容液位对象的控制系统图,简要推导其数学表达式。4
分
新 稳 态 原 稳 态
陕西科技大学 试题纸 (B)课程 过程控制技术及其应用 班级
学号 姓名
题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 得分
阅卷人
一,填空题。每空 1分,共 30分。
1,测量仪表由 组成。 2, 。 3,自动调节系统常用的工程整定有 。 4,调节系统中调节器正、反作用的确定依据是:。 5,测量方法分类有 。 6,随机误差的主要特性是 。 7,生产自动化的含义是 。 8,被控对象的特性是指 。 9,我国压力的标准是 。 10,积分饱和的现象是
。 11,控制对象的特性参数有 。 12,弹性式压力计的工作原理是
13,工业上常用控制规律有 。 14,进行热电偶测量温度时,采用补偿导线的原因是
,补偿导线的选用原则是 。 热电偶温度计由 组成。
15,温度变送器的具体形式分类有 。 16, 通 道 是 指 、 控 制 通 道 是 . 干 扰 通 道 是
指
17,测量误差按性质可分为 , , 三大类。 18,复杂控制系统按照一定的分类方法被分为两大类,这两大类具体是指
。 19,零点调整的含义是 ,零点迁移的两种具体形式包括
。 20,动态前馈控制的设计思想是通过选择适当的 控制器,使干扰信号经过
控制器致被控量通道的动态特性完全复制对象 通道的动态特性,并使 它们符号 (正、反) ,从而实现对干扰信号进行完全补偿的目标。
二,简答题。每题 5分,共 30分。
1,何为串级控制系统?简要阐述串级控制系统的特点?试画出其典型方块图。
2, 什么是前馈控制系统?它有什么特点?前馈控制的主要形式有哪几种?前馈控制与反馈控制 的主要区别表现在哪些方面?工业上常用两者结合使用的系统,有什么好处?
3,在选择性控制系统中,如何确定选择器的基本类型?
4,试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理?如何进行防爆仪表铭牌的标注?
5,什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性?理想流量特性都包括哪些?常用的理性 流量特性及其特点是什么?系统设计时应如何选择控制阀的流量特性?
6,自动控制系统的组成部分是什么?简要阐述各个部分在控制过程中的作用?简要阐述自动 控制系统按不同的方法的分类?
三,分析题。共 20分
1,分析为什么串级调节系统的调节品质比单回路调节系统好?5分
2,如图所示为一自力式贮槽水位控制系统。5分
(1)指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量是什么?
(2)试画出该系统的方块图。
(3)试分析当出水量突然增大时,该系统如何实现水位控制的?
1-储槽 2-浮球 3-杠杆 4-针型阀
3, 试确定下图中所示系统中控制阀的气开、 气关型式和控制器的正、 反作用(下图为一冷却 器出口物料温度控制系统,要求物料温度不能太低,否则容易结晶)。5
分
4,某聚合反应釜内进行放热反应,釜温过高会发生事故,为此采用夹套水冷却。由于釜 温控制要求较高,且冷却水压力、温度波动较大,故设置控制系统如下图所示。5分
(1)这是什么类型的控制系统?试画出其方块图,说明其主变量和副变量是什么?
(2)如主要干扰是冷却水压力波动,试简述其控制过程,并说明这时可如何改进控制方案,
以提高控制质量。
四,计算题。共 20分
1, (1)过渡过程的品质指标有哪些?2分
(2)某发酵过程工艺规定操作温度为(40士 2) C。考虑到发酵效果,控制过程中温度偏离 给定值最大不能超过 6℃。现设计一定值控制系统,在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如 图所示.试确定该系统的各个品质指标的具体数值(按被控变量进入 ±2%)新稳态值即达到稳 定来确定)等过渡过程指标,并回答该系统能否满足工艺要求?3
分
2, (1)什么是比例度?比例度对过渡过程有什么影响?3分
(2)有一电动比例调节器,器输入电流范围为 4~20mA,输出电压范围是 1-5V。 试计算 当比例度规定在 40%时,输入电流变化 4mA 所引起的输出电压变化量为多少?3分
3, (1)什么是仪表的精度?如何划分仪器仪表的精度等级?在进行仪器仪表的选用时需要 注意哪些事项?试分别写出 QDZ , DDZ-II 型、DDZ-Ⅲ型仪表的信号范围。4分
(2)某台测温仪表的测温范围为 0~1000℃。根据工艺要求, 温度指示值的误差不允许超 过±7℃, 试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求?2分
4,已知被测压力在范围 0.8~1.2MPa内波动,要求测量的绝对误差不得超过 0.02MPa,试选 定弹簧管压力的量程和精度等级。可供选用的压力计量程系列为:0~1.6MPa;0~2.5MPa.3分
范文四:过程控制技术及其应用复习重点
第一章 控制系统的基本概念
1.什么叫生产过程自动化?生产过程自动化主要包含了哪些内容? 答:利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含:①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。
2.自动控制系统主要由哪几个环节组成?自动控制系统常用的术语有哪些?
答:一个自动控制系统主要有两大部分组成:一部分是起控制作用的全套自动控制装置,包括测量仪表,变送器,控制仪表以及执行器等;另一部分是自动控制装置控制下的生产设备,即被控对象。 自动控制系统常用的术语有:
被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数,即需要控制的工艺参数,如锅炉汽包的水位,反应温度;
给定值(或设定值)ys——对应于生产过程中被控变量的期望值;
测量值ym——由检测原件得到的被控变量的实际值;
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,是调节阀的输出信号; 干扰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; 偏差信号(e)——被控变量的实际值与给定值之差,即e=ym - ys 控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
3.什么是自动控制系统的方框图?它与工艺流程图有什么不同? 答:自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线(带有箭头的线
段)、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分,方块内填入表示其自身特性的数学表达式;方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系,以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号,表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接,借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程,即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
4.在自动控制系统中,什么是干扰作用?什么是控制作用?两者有什么关系?
答:干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用;控制作用是由控制器或执行器作用于被控对象,通过改变操纵变量克服干扰作用,使被控变量保持在给定值,两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用,不同之处在于干扰作用是使被控变量偏离给定值,而控制作用是使被控变量接近给定值。
5.什么是闭环控制?什么是开环控制?定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统?
答:闭环控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制,即操纵变量通过被控对象去影响被控变量,而被控变量又通过自动控制装置去影响操纵变量,从信号传递关系上看,构成了一个闭合回路。开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而
没有反向联系的自动控制系统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量,但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量,从信号传递关系上看,未构成闭合回路。定值控制系统要求给定值恒定不变,控制系统的输出即被控变量应稳定在与给定值相对应的工艺指标上,或在工艺指标的上下一定范围内变化,因此需要闭环控制。另外负反馈其反馈信号的作用方向与设定信号相反,是系统稳定工作的基本条件,因此定值控制系统必须是一个闭环负反馈系统。
6.在图1-11的换热器出口温度控制系统中,工艺要求热物料出口温度保持为某一设定值。
①试画出该控制系统的方框图;
②方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么?整个系统的输入信号和输出信号又是什么?
③系统在遇到干扰作用(如冷物料流量突然增大 )时,该系统如何实现自动控制的?
答:如图所示为该控制系统的方框图。
该控制系统及各环节的输入、输出信号如图所示。整个系统的输入信号为:给定值ys,干扰作用f,输出为热物料出口温度T,
当冷物料流量增大 ,则出口温度y减小,TT检测后所得ym减小,偏
差信号e=ym-ys<>
输入调节器后产生控制信号u,
使执行器或调节阀
加大阀门开度,使温度T升高,从而实现控制。
7.图1-12为贮糟液位控制系统,工艺要求液位保持为某一数值,
(1)试画出该系统的方框图;
(2)指出系统中被控对象,被控变量,操纵变量,干扰作用各是什么?
(1
-
(2)该系统中被控变量对象为贮槽;被控变量为贮槽液位;操纵变量为出水流量;干扰作用为:进水流量,大气温度等。
8.什么是自动控制系统的过度过程?在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式?其中哪些能满足自动控制的要求,哪些不能,为什么? 答:对于任何一个控制系统,扰动作用是不可避免的,系统受到扰动作用后,其平衡状态被破坏,被控变量就要发生波动,在自动控制作用下经过一段时间,使被控变量回复到新的稳定状态,即系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过度过程。在阶跃干扰作用下,其过度过程曲线有:
①发散振荡过程 ② 等幅振荡过程 ③衰减振荡过程 ④非振荡的单调过程。 其中衰减振荡和非振荡的单调过程属于稳定的过渡过程,能满足自动控制的要求,其它的不能。
9.试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n→∞ 时的过度过程曲线? 答:如图所示:
10.表示衰减振荡过程的控制指标有哪些?
答:表示衰减振荡过程的控制指标有:
①最大偏差A——指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大值,即被控变量第一个波的峰值与给定值的差。
②衰减比n——过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比。 ③回复时间(过渡时间)ts——指被控变量从过渡状态回复到新的平
衡状态的时间间隔,即整个过渡过程所经历的时间。
④差e(∞ )——指过渡过程终了时被控变量新的稳态值与设定值之差。
⑤振荡周期T——过渡过程的第一个波峰与相邻的第二个同向波峰之间的时间间隔,其倒数称为振荡频率。
第二章 过程装备控制基础
1.什么是被控对象的特性?表征被控对象特性的参数有哪些?它们的物理意义是什么?
答:所谓被控对象的特性,是指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),描述被控对象特性的参数有放大系数K,时间常数T和滞后时间τ 。
K——被控对象重新达到平衡状态时的输出变化量与输入变化量之比。由于放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系,所以放大系数是描述对象静态特性的参数。
T——时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后,被控变量如果保持初始速度变化,达到新的稳态值所需的时间。或当对象受到阶跃输入作用后,被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间。时间常数T是反映被控变量变化快慢的参数,因此是对象的动态参数。 τ——滞后时间 是纯滞后τ0时间 和容量滞后τc 的总和。
输入变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间,纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。滞后时间τ 也是反映对象动态特性的重要参数。
2.为什么说放大系数是对象的静态特性,而时间常数和滞后时间是动态特性?
答:放大系数K表达了被控对象在干扰作用下重新达到平衡状态的性能,是不随时间变化的参数,所以K是被控对象的静态特性参数。时间常数反映了被控对象受到输入作用后,输入变量达到新稳态值的快慢,它决定了整个动态过程的长短,所以是动态特性参数。滞后时间也是描述对象滞后现象的动态参数。
3.什么是被控对象的控制通道?什么是干扰通道?
答:对一个被控对象来说,输入量是扰动量和操纵变量,而输出是被控变量。由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道。操纵变
量至被控变量的信号联系称为控制通道;扰动量至被控变量的信号联系称为扰动通道。
4.在控制系统中,对象的放大系数,时间常数,滞后时间对控制有什么影响?
答:对于不同的通道,对象的特性参数(K,T ,τ )对控制作用的影响是不同的。对于控制通道:
放大系数K大,操纵变量的变化对被控变量的影响就大,即控制作用对扰动的补偿能力强,余差也小;放大系数K小,控制作用的影响不显著,被控变量的变化缓慢。但K太大,会使控制作用对被控变量的影响过强,使系统的稳定性下降。
在相同的控制作用下,时间常数T大,则被控变量的变化比较缓慢,此时对象比较平稳,容易进行控制,但过渡过程时间较大;若时间常数T小,则被控变量变化速度快,不易控制。时间常数太大或太小,在控制上都将存在一定困难,因此,需根据实际情况适中考虑。
滞后时间 τ的存在,使得控制作用总是落后于被控变量的变化,造成被控变量的最大偏差增大,控制质量下降。因此,应尽量减小滞后时间 τ。
对于扰动通道:
放大系数K大对控制不利,因为当扰动频繁出现且幅度较大时,被控变量的波动就会很大,使得最大偏差增大;而放大系数k小,即使扰动较大,对被控变量仍然不会产生多大影响。
时间常数T大,扰动作用比较平缓,被控变量变化较平稳,对象
较易控制。
纯滞后的存在,相当于将扰动推迟τ0时间才进入系统,并不影
响控制系统的品质;而容量滞后的存在,则将使阶跃扰动的影响趋于缓和,被控变量的变化相应也缓和些,因此,对系统是有利的。
5.试从图2-58某对象的反应曲线中,表示出该对象的放大系数,时间常数和滞后时间。
解:如图所示: k=
t0 H(∞)-H(0)H(∞)-H(0)=?
qv1x(∞)-x(0)T如图所示,以起始速率变化至新稳态值所对应的时间, T=t1-t0,τ0=0
τc 如图所示,不存在容量滞后,
∴τc=0
6.什么是调节器的控制规律?调节器有哪几种基本控制规律?
答:调节器的控制规律是指调节器的输出信号随输入信号变化的规律或是指控制器的输出信号P与输入偏差信号e之间的关系。
常用的基本调节规律有:位式,比例,积分,微分等,以及它们的组合控制规律如PI,PD,PID。
7.什么是双位控制,比例控制,积分控制,微分控制,它们各有什么特点?
答:①位式控制器的输出只有几个特定的数值,或它的执行机构只有几个特定的位置。最常见的是双位控制。,它们输出只有两个数值(最大或最小),其执行机构只有两个特定的位置(开或关)。
位式控制器结构简单,成本较低,易于实现,应用较普遍。但它的控制作用不是连续变化的,由它所构成的位式控制系统其被控变量的变化将是一个等幅振荡过程,不能使被控变量稳定在某一数值上。 ②积分控制(P)是指调节器的输出信号变化量 与输入信号变化量e(t)成比例关系: , --比例放大系数,比例控制的伏点是反应快,控制及时,其缺点是当系统的负荷改变时,控制结果有余差存在,即比例控制不能消除余差,因此只在对被控变量要求不高的场合,才单独使用比例控制。
③积分控制(I):调节器输出信号的变化量与输入偏差的积分成正比,即: 式中 --积分速度, --积分时间。积分规律的特点是控制缓
慢,但能消除余差。由于输出变化量总要滞后于偏差的变化,因此不能及时有效地克服扰动的影响,加剧了被控变量的波动,使系统难以稳定下来,故不单独使用积分控制规律。
④微分控制(D)--指调节器输出信号的变化量与输入偏差的变化速度成正比。即。 --微分时间。
微分控制规律的特点是有一定的超前控制作用,能抑制系统振荡,增加稳定性;由于其输出只与偏差的变化速度有关,而与偏差的存在无关,因此,不能克服确定不变的偏差。故也不单独使用。
8.什么是余差?为什么单纯的比例控制不能消除余差积分控制消除余差。
答:余差是指过渡过程终了时,被控变量新的稳态值与测定值之差。 比例调节器的输出变化量与输入偏差具有一一对应的比例差系,要使调节器有输出,就必须要有偏差存在,因此,比例调节控制不能消除余差。积分控制其输出信号的大小不仅与输入偏差信号的大小有关,还取决于偏差存在时间长短。只要有偏差,调节器的输出就不断变化,偏差存在的时间越长,输出信号的变化量就越大,只有存在偏差身先等于的情况下,积分调节器的输出信号才能相对稳定,因此积分控制作用是力图消涂余差。
9.为什么积分控制规律一般不单独使用?
答:积分控制其输出变化总是滞后于偏差,不能及时有效地克服扰动的影响,加剧了被控变量的波动,使系统难以稳定下来,因此工业过程控制中,通常不单独使用积分控制规律。
10.比例、积分、微分、控制分别用什么量表示其控制作用的强弱?并分别说明它们对控制质量的影响。
答:①比例——比例度是反映比例控制器的比例控制作用强弱的参数。比例度越大,表示比例控制作用越弱。减少比例度,系统的余差越小,最大偏差也越短,系统的稳定程度降低;其过渡过程逐渐以衰
减振荡走向临界振荡直至发散振荡。
②积分控制——积分时间TI表示积分控制作用强弱的参数,积分时间
越小,表示积分控制作用越强。积分时间TI的减少,会使系统的稳定
性下降,动态性能变差,但能加快消除余差的速度,提高系统的静态准确度,最大偏差减小。
③微分控制——微分时间TD是表示微分控制作用强弱的一个参数。如
微分时间TD越大,表示微分控制作用越强。增加微分时间TD,能克服
对象的滞后,改善系统的控制质量,提高系统的稳定性,但微分作用不能太大,否则有可能引起系统的高频振荡。
11.试画出在阶跃作用下,比例、比例积分、比例积分微分调节器的
t TI t t
12
.比例积分微分调节器有什么特点?
答:比例积分微分调节器的特点是:①在比例调节的基础上进行微分调节可提高系统的稳定性,进行积分调节可消除余差,所以这种调节器既能快速进行调节,又能消除余差,具有良好的调节性能。②调节
作用可通过调节适当的参数,比例度,积分时间TI和微分时间TD面改变。
13.在比例积分微分调节器中可以调整的参数有哪几个?试说明调下整其中一个参数时,对调节器的控制作用有什么影响?
答:在PID调节器中,比例度、积分时间、微分时间三个参数可以调整,从而可获得较高的控制质量。如比例度增大,则比例控制作用减少弱,当 时,PID调节器成为积分微分调节器,当TI积分时间 时,PID调节器成为比例微分控制器,当TD 时,PID调节器成为PI即比例积分控制。
14.调节器参数整定的目的是什么?工程上常用的整定方法有哪些? 答:当一个控制系统设计安装完成后,系统各个环节及其被控对象各通道的特征不能改变了,而唯一能改变的就是调节器的参数,即调节器的比例度 、积分时间TI、微分时间TD。通过改变这三个参数的大
小,就可以改变整个系统的性能,获得较好的过渡过程和控制质量。调节器参数整定的目的就是按照己定的控制系统求取控制系质量最好的调节器参数,工程上常用的整定方法有:
① 经验试凑法——根据被控变量的性质在己知合适的参数(经验参数)范围内选择一组适当的值做为调节器的参数值,然后直接在运行的系统中,人为地加上阶跃干扰,通过观察记录仪表上的过渡曲线,并以比例度、积分时间、微分时间对过渡曲线的影响为指导,按照某种顺序反复试凑比例度、积分时间、微分时间的大小,直到获得满意的过渡过程曲线为止。
② 临界比例度法——首先求取比例作用下的闭环系统为等幅振荡过程时的比例度 和振荡周期TK,然后根据经验公式计算出相应的
调节器参数
③ 衰减曲线法——以在纯比例下获得4:1衰减振荡曲线为参数整定和依据,方法同临界比例度法,获得4:1衰减曲线的TS、 ,然后求解相应的值。
15.调节器控制规律选择的依据是什么?
答:关于控制规律选取可归纳为以下几点:
① 简单控制系统适用于控制负荷变化较小的被控变量,如果负荷变化较大,无论选择哪种调节规律,简单控制系统都很难得到满意的控制质量,此时,应设计选取用复杂的控制系统。
② 在一般的控制系统中,比例控制是必不可少的,当广义对控制通道时间常数较少,负荷变化较小,而工艺要求不高时,可选择单纯的比例规律,如贮罐液位,不太重要的压力等参数控制。
③ 当广义对象控制通道时间常数较,负荷变化较小,而工艺要求无余差时,可选用比例积分调节规律,如管道压力,流量等参数的控制。
④ 当广义对象控制通道时间常数较大或容量滞后较大时,应引入微分作用,如工艺充许消除余差,可选用比例微分调节规律;如工艺要求无余差时,则选用PID调节规律,如温度,成分,PH等参数控制。
⑤ 如果被控对象传递参数可用近似,则可根据对象的可控比t/T
选择哪个调节器的调节规律。当t/T 时,选用P或PI;当 时,选PD或PID;当 时,采用简单控制系统往往不能满足控制要求,这时应选用复杂控制系统。
16.设计控制系统时,必须确定和考虑哪些方面的问题?
答:设计一个控制系统,首先应对被控对象做全面的了解。除被控对象的动静态特征外,对于工艺过程,设备等也需要比较深入的了解; 在此基础上,确定正确的控制方案,包括合理地选择被控变量与操纵变量,选择合适的检测变送元件及检测位置,选用恰当的执行行器,调节器以及调节器控制规律待,最后将调节器的参数整定到最佳值。
17.什么是串级控制系统?它有什么特点?什么情况下采用串级控制?
答:串级控制系统是由其结构上的特征面得出的。它是由主、副两个控制器串接工作的,主控制器的输出作为副控制器的给定值,副控制器的输出操纵控制阀,以实现对主变量的定值控制。
它的特点有:①能迅速克服进入副回路的干扰。②能改善被控对象的特征,提高了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。串级控制系统主要就用于: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2-59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
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。
21.什么是比值控制系统?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。
22.选择性控制系统的特点是什么?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。
23.均匀控制的目的和特点是什么?
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
1.写出测量方程式,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。
2.简述直接测量法与间接测量法的定义,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。
3.测量仪表的主要性能指标有哪些?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。
4.举例说明系统误差,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。
5.试述绝对误差,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δ=±?100%=±6%,可表示仪表的基本误差限与绝对误差相比x
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:
?=57-60=-3,δ=-3?100%=-5.0%, 60
若实际为30℃,测量显示值为27℃ ,则 :
?=-3℃,δ=-3?100%=-10.0%,显然此时的相对误差比前者大。 30
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:q=±?100%=±d%,
如温度计的量程为100℃,则其引用误差q=-3?100%=-3%, 100?s
根据允许引用误差值的大小可划分仪表的精度等级。
7.对某物理量经过20次测量,得到如下数据:
分别用3 σ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 ,标准差 σ和极限误差? ,写出测量结果表达式。
1n120解:n=20,平均值 =∑xi=∑xi=324.11,
ni=120i=1
剩余误差:Vi=xi- ,即:
标准差σ
=0.064,标限误差?max=0.12
(1)3σ准则:3σ=0.192,Vmax=0.12<3σ>3σ>
(2)肖维耐准则:依表3-1可知n=20时,k=ε0=2.24 σ
∴kσ=0.14336,Vmax=0.12<>
极限误差?max=0.12,测量结果:x0==324.11
11.概述膨胀式温度计的工作原理与主要特点:
答:膨胀式温度计是利用物体热胀冷缩的性质来测温的。
主要特点:玻璃液体:结构简单,使用方便,测量精度高,价格低廉;测量上限和精度受玻璃质量的限制,易碎,不能远传。双金属;结构紧凑,牢固,可靠;测量精度较低,量程和使用范围有限。
16.用U型管压力计(封液为水银)测温度管道中水的压力。压力计在管道下面1.5M(至肘管端口)处,压力计同大气一侧肘管内水银面距口80mm,两管水银面高度h=140mm,求水的表压力(Pa) 解:如图所示:1-1截面压力相等,即:
P水+ρ水g(h1+h2+h3)= Pa+ρ水银gh3
∴表压
P表=P水-Pa=ρ水银gh3-ρ水g(h1+h2+h3)
=13.6?103?9.8?0.14-1?103?9.8?(1.5?0.08+0.14)
=1803.2Pa
18.液体式压力计有哪些主要类型?试分析
其误差
答:液柱式压力计主要有:U型管压力计,单管压力计和微压力计。 以U型管压力计:误差产生主要有以下几方面:a 读数误差,消除视察。b温度变化产生液体ρ变化,产生测量误差,故须修正。 c 安装误差:当U型管安装不直时会产生安装误差。 d 毛细现象,修正
19.试述弹簧管压力计弹簧管结构特点与测压原理。
答:弹簧管压力计由弹簧管压力感应元件和放大指示机构两部分组成,前者是弯成圆弧状的空心管子,一端固定(作为压力输入端);另一端自由,作为位移输出端,接放大指示机构。其它是由拉杆,齿轮及指针组成。
测压原理:在弹性范围内,弹簧管自由端的位移与被测压力之间近似线性关系,即通过测量自由端的位移,可直接测得相应的被测压力大小。
21.转子流量计显示流量的形式有几种,是如何分度的。
答:转子流量计显示流量的形式有3种,一种是玻璃转子流量计,其锥型管是电玻璃制成,并在管壁标有流量刻度,直接根据转子的高度进行读数;另一类为电运转转子流量计,即将转子的位移信号转变为电信号;另一种为气动运转式转子流量,将转子的位移信号变为压力信号,进行远距离传送。
22.标准节流装置有哪几部分组成,对各部分有哪些要求?
答:标准节流装置有:节流元件,取压装置和前、后管道三部分组成。标准节流装置的设计、加工、安装和使用都有规定的技术要求,规定和数据,可参见GB/T 2624
23.试比较节流装置与转子流量计在工作原理与使用特点上的异同点。
答:
27.当工作压力偏离额定压力时,如何由差压显示的水位值求出真实
的水位。
答:当工作压力偏离额定压力时,可通过差压计的正、负迁移,求出迁移量,即利用正负迁移改变变送器的零点,同时改变量程的上下限,即可求出真实的水位。
28.差压式液位计如何测量液位? 当差压变送器高于或低于最低液位时,应如何处理?
答:差压式液位计是采用压差计测量气、液两相的压差,压差大小通过气动或电动差压变送器传送,并转化位电信号,最终显示处液位的大小及其变化。当差压变送器高于或低于最低液位时,可对差压变送器进行零点迁移,由正迁移和负迁移(低于最低液位时,采用正迁移,高于最低液位时,采用负迁移。)
范文五:SVPWM控制技术及其应用
SVPWM 控制技术及其应用
摘要 :空间矢量脉宽调制 (SVPWM)是控制永磁同步电机的一种控制方式。 SVPWM 的原理是利用逆变器各桥臂开关控制信 号的不同组合, 使逆变器的输出电压矢量的运行轨迹尽可能接近圆形。 SVPWM 技术应用于交流调速系统中不但改善了脉 宽调制 ((PWM)技术存在电压利用率偏低的缺点,而且具有转矩脉动小、噪声低等优点。本文对 SVPAM 的控制技术及其 应用进行了较为详细的阐述。
关键词 :永磁同步电机;矢量控制; 变频调速
SVPWM Control Technique and Application
Fu Rong-bing
(Henan Polytechnic University,
School of Electrical Engineering and Automation)
Abstract : Space vector pulse width modulation(SVPWM)is a method to control the PMSM motor.The principle of SVPAM is using every inverter bridge switch control signal of different combination,make the operation of the inverter output voltage vector trajectory as close as possible to the circular. SVPWM technology applied in AC speed regulation system can not only improve the shortcoming of low voltage utilization in the pulse -width modulation (PWM) technology , but have little torque ripple, low noise advantages. In this paper, the SVPAM control technology and application are discussed in detail.
Key words: permanent magnet synchronous motor;motor Vector control; Frequency control of motor spector
1引言
SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法, 是由 三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模 式产生的脉宽调制波, 能够使输出电流波形尽可能接近于 理想的正弦波形。空间电压矢量 PWM 与传统的正弦 PWM 不同, 它是从三相输出电压的整体效果出发, 着眼于如何 使电机获得理想圆形磁链轨迹。 SVPWM 技术与 SPWM 相比 较, 绕组电流波形的谐波成分小, 使得电机转矩脉动降低, 旋转磁场更逼近圆形,相对于传统的 SPWM 方法,其功率 器件的开关次数可减少 1/3, 直流电压利用率可提高 15%, 转矩脉动小、 噪声低, 谐波抑制效果好, 且易于数字化实 现。
2 SVPWM控制原理
2.1 SVPWM的控制算法
SVPWM 控制算法的思想是 :当三相交流对称正弦电压 对电机供电时, 交流电机在空间中产生圆形旋转磁场, 从 而产生恒定的电磁转矩。 若以交流电机中的理想磁链圆为 基准圆, 用逆变器不同的开关模式所产生的有效矢量来逼 近基准圆, 即用正多边形磁链近似圆形磁链, 以形成旋转 磁场,就可以达到控制电机的目的。 2.2 基本电压空间矢量
当三相逆变器 (180导通方式 ) 对 PMSM 供电时, 定子电 压由逆变器三组 6个功率管的开关状态确定。 由逆变器 各桥臂不同的开关状态, 可以得到 8个基本电压矢量, 包 括 2个零矢量和 6个非零电压矢量。 6个非零矢量的幅值 相同, 相邻的矢量互差 60°每个矢量长度均等于 2Udc /3。 (0 0 0) 和 (1 1 1) 两个状态矢量为零矢量,其长度等于零, 位于坐标原点。这 8个空间矢量被称为基本电压空间矢 量,分别记为 Uo 、 U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6、 O 、和 Om , 其空间分布如图 1所示。
) 100 011
(
3
U
)
001
(
1
U )
101
(
5
U
图 1 SVPWM向量、扇区、波形、矢量合成图
Fig.1 SVPWM vector, sector, waveform, vector composite image
2.3 磁链轨迹的控制
SVPWM 方法的目的是用基本空间电压矢量来 逼近电机所需的电压矢量 OUT U , 一般所用方法是 在一个采样周期 PWM T 内使逆变器输出电压的平 均值跟 OUT U 相等。 如图 2所示, OUT U 可由两相邻 非零基本空间电压矢量 x U 和 60x U ±的线性时间组 合来得到
1260PWM out x x T U t U t U ±=+ (1)
式中 1t , 2t 一电压矢量 x U 和 60x U ±对应开关管的导 通时间 ;
PWM T — OUT U 作用的时间。
ref
βU ref αβ
444U T
图 2电压空间矢量的线性组合
Fig.2 A linear combination of the voltage space
vector
2.4 空间电压矢量的扇区判定
6个非零电压空间矢量将空间分为 6个区域, 每个区域对应一个扇区号,如图 1中的 I , II , III , IV , V , VI 。如果知道了 OUT U 所在的扇区, 就能确定用来合成 OUT U 的 2个相邻的基本电压空 间矢量。 当得出 OUT U 分别在 α轴和 β轴上的 2个 分量 U α和 U β后,可计算出
1ref V U β=
2sin30sin 60ref V U U βα=-?+? (2) 3sin30sin 60ref V U U βα=-?-?
令 123() 2() 4() ref ref ref N sign V sign V sign V =++, 则
OUT U 所在扇区号与 N 的对应关系如表 1所示。
表 1 扇区号与 N 的对应关系
Tab.1 N value corresponding relationship with the sector
N 3 1 5 4 6 2 扇区 号 Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
2.5电压空间矢量作用时间的计算
用正弦定理对图 2进行分析得 12
60
sin(60) sin120sin X x PWM out PWM
t t U U T U T θθ±
==
?-? (3) 由(3)式可得
1sin(60) PWM t θ=?
- (4) 2sin PWM t θ=
(5)
可见, 当 2个相邻的基本电压矢量 x U 和 60
x U ±确定后就可计算出 1t 和 2t 。由于当逆变器单独输 出零矢量 000O 或 111O 时不会改变电机定子磁链矢 量 S ψ的幅值,所以可在 PWM T 期间插入零矢量单 独作用的时间 0t ,使 PW M T =1t +2t +
0t ,从而达到变
频的目的。
2.6 SVPWM输出模块
将三角波与矢量的切换点比较,利用滞环控 制实现 SVPWM 信号。当矢量的切换点与三角波进 行比较时,若其差值大于滞环比较器所定义的滞 环宽度, 逆变器所对应的功率开关器件正向导通, 负向关断 ; 反之, 若差值小于滞环宽度时, 功率开 关器件状态不变。从而生成三相桥臂逆变器功率 开关器件的 6组控制信号。如图 4.
图 3 SVPWM输出模块结构图
Fig.3 The output module structure of SVPWM
3 矢量控制变频调速原理
本文中的矢量控制调速系统原理框图如图 3
所示,系统包含电流内环和转速外环。速度环由 光电编码器输出的脉冲信号经 DSP 运算处理后得 到电机转速,并与速度参考输入相比较,送给速 度环 PI 调节器,得到定子相电流参考输入信号
sdref i 和 sqref i 。内环为电流环,由霍尔电流传感器
检测出定子电流 A i 、 B i (C i =-A i -B i ) ,送到 DSP 进行 A/D转换,先后经过 3 s/2 s ( Clarke)变 换和 2 s/2 r ( Park)变换得到磁场定向电流分 量 sd i 、 sq i , ,它们和 sdref i 、 sqref i 经过电流 PI 调节 器的控制得到同步旋转坐标系下的认 sdref V 、
sqref V , sdref V 和 sqref V 经过 2 r/2s变换 ((Park逆变
换 ) 得到 s ref V α和 s ref V β,用来产生空间矢量 SVPWM 波形,从而有效地控制逆变器。
图 4 矢量控制系统原理框图
Fig.4 The system principle block diagram of The vector control
将三相静止坐标变换成二相静止坐标,然后
通过坐标变换将两相静止坐标变成两相旋转坐
标,将同步电动机的定子电流矢量 s i 分解为产生 磁场的电流分量 d i (励磁电流 ) 和产生转矩的电 流分量 q i (转矩电流 ) , 两者之间小存在耦合, 并 可以各自独立的控制, 也就是实现了解耦。 控制 q i 相当于控制自流电动机电枢电流 i α,控制 d i 相当 于控制自流电动机励磁电流 i β。控制交流电动机 像控制自流电动机一样方便,这就是矢量控制。
磁场定向是矢量控制中必不可少的,同步电 动机矢量控制中, 通常采用转子磁场定向的控制, 使 d i =0。 , 则定子电流 s i 全部为转矩电流 q i , 励磁 磁场和电枢磁场正交交轴电流 q i 已相当于他励自 流电动机的电枢电流,控制 q i 就相当于控制电枢 电流,且转矩与 q i 具有线性关系,就转矩控制而 言, 可以获得与他励自流电动机同样的控制效果。 综上所述, 矢量控制是在 dq 轴系内, 直接控 制定子电流 s i ,小仅能够控制 s i 的幅值,同时还 能控制 s i 与 f ψ间的相位, 也就能够精确地控制转 矩。矢量控制小仅可以得到良好的稳态性能,还 可以得到良好的动态性能。
4 结束语
SVPWM 控制主要是当三相交流对称正弦电压 对电机供电时,交流电机在空间中产生圆形旋转 磁场,从而产生恒定的电磁转矩,本文通过对 SVPWM 算法控制来进行分析,使其能够向逆变器 按时输出 SVPWM 。
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