1、第 頁計算及問答題1某換熱器溫度控制系統（設定值為100），在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如圖所示。分別求出衰減比、最大偏差、余差、過渡時間和振蕩周期（按±3穩態值來確定過渡時間）。解：衰減比=最大偏差A，即超調量=余差C=yy0=105100=5過渡時間ts=27min，（計算穩態值的±3，即102或108，用尺子量后估算出時間）振蕩周期，時間作衰減振蕩，所以振蕩周期T=208=12min，（兩個波峰的時間差）2已知某被控過程的數學模型為應用前向差分法，求關于u(k)和e(k)的差分方程。參考計算控制課本p129解：設采樣周期為TS ，代入3一臺儀表的測溫范圍為10055

2、0，絕對誤差的最大值為2，求這臺儀表的相對誤差。解：=4某一標尺為0500的溫度計出廠前經校驗，其刻度標尺各點測量結果值分別為：被校表讀數0100200300400500標準表讀數0103198303406495（1）求出儀表最大絕對誤差值；（2）確定儀表的允許誤差及精確度等級；（3）儀表經過一段時間使用后，重新校驗時，儀表最大絕對誤差為±8，問該儀表是否還符合出廠時的精確度等級。解：(1)最大絕對誤差值為 6 。(2)儀表精度=所以允許誤差為±1.5%，儀表精度等級為1.5級。(3)使用一段時間后的精度為=所以不符合出廠時的精確度等級。5如下圖所示液位控制系統中，被控過程

3、物料的輸入量和輸出量是什么？控制系統的（1）被控變量、（2）操縱變量、（3）主要擾動、（4）輸入信號、（5）輸出信號各是什么？ 此題需特別注意！解：被控過程物料的輸入量時水的流量Q1，輸出量是水的流量Q2；(1)被控變量是液位H；(2)操縱變量是流量Q2；（開關在這里，控制排水量，而不是入水量）(3)主要擾動是流量Q1；(4)輸入信號是液位的給定值；(5)輸出信號是液位H。6圖所示液位過程的輸入量為q1，流出量為q2、q3，液位h為被控參數，C為容量系數，設R1、R2、R3為線性液阻，求： （1）列出液位過程的微分方程組；（2）畫出液位過程的框圖；（3）求液位過程的傳遞函數W0(s)=H(s)

4、/Q1(s) (1) (3) W0(s)= (2)(3)做拉氏變換7用動態特性參數法整定單回路控制系統調節器參數時，測得過程的8s，T=80s，自平衡率1，當調節器分別采用P、PI、PID控制規律時，求0.75，調節器整定的參數解：由于 ，故應用表中時的公式計算。（1）比例調節比例度(2)比例積分調節比例度積分時間（3）比例積分微分調節比例度積分時間微分時間某熱交換器圖5.1所示，用蒸汽將進入其中的冷水加熱到一定的溫度，生產工藝要求熱水溫度保持定值（t±1），試設計一個單回路控制系統，并說明該控制系統的基本工作原理，系統的被控變量、控制量和主要擾動量是什么及選用的控制算法。8.某前饋

5、控制系統框圖如圖所示，試通過推導分析，前饋控制器W1(s)、過程擾動通道傳遞函數W2（s）和過程控制通道傳遞函數W3(s)滿足什么關系時，能夠實現對擾動的全補償？解：參考計算機控制p38。求傳遞函數Y(s)/F(s)，然后令分子等于0，即9.某液位過程的階躍響應實驗測得如下數值t/s01020406080100140180250300400500600h/mm000.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.219.6當其階躍擾動量為=20%時，求：（1）畫出液位過程的階躍響應曲線；（2）該過程用一階加滯后環節近似描述，確定液位過程的K0，T0，。參考課本p136，

6、作業2-13，（一模一樣）解：(1)由實驗數據，液位過程的階躍響應曲線如圖所示：(2)取，則取， ，由 在圖上得到， 代入式中，得校驗數據： 當時，即，當時，當時，所以該液位過程近似為：10、在蒸汽鍋爐運行過程中，必須滿足汽-水平衡關系，汽包水位是一個十分重要的指標。當液位過低時，汽包中的水易被燒干引發生產事故，甚至會發生爆炸。（1）試設計一個液位的簡單控制系統，在圖中畫出控制方案圖。（2）確定調節閥的氣開、氣關形式，并說明原因。（3）確定調節器的正、反作用方式，必須有詳細的分析過程。（4）畫出該控制系統的方框圖。11、在某生產過程中，通過加熱爐對冷物料加熱，根據工藝要求，需對熱物料出口溫度進

7、行嚴格控制。對系統分析發現，主要擾動為燃料壓力波動。（1）試設計一個熱物料出口溫度的串級控制系統，在圖中畫出控制方案圖。（2）畫出該控制系統方框圖。（3）為保證設備安全，爐溫不能過高，確定調節閥的氣開、氣關形式。（4）確定兩臺調節器的正反作用方式，必須有詳細的分析過程。（5）確定兩臺調節器應選擇什么調節規律。12、右圖為一個加熱器控制系統，通過將進料(流體)與蒸汽進行換熱達到對物料(流體)進行加熱的目的，希望出料(流體)溫度恒定。其中已知進料(流料)流量()為最主要的干擾。（1）試選用合適的的控制方案,說明理由,并畫出控制系統框圖和結構圖。（2）為保證設備安全，出料溫度不能過高，確定調節閥的氣

8、開、氣關形式。確定調節器的正反作用以及應選擇什么調節規律。13、右下圖所示的氨冷器，用液氨冷卻銅液，要求出口銅液溫度恒定。為保證氨冷器內有一定的汽化空間，避免液氨帶入冰機造成事故，采用溫度液位串級控制。 1) 此串級控制系統的主副被控變量各是什么？2) 試設計一溫度液位串級控制系統，完成該控制方案的結構圖（即將圖示的氨冷器控制系統示意圖補充完整）；3)試畫出溫度液位串級控制系統控制框圖；4)確定氣動調節閥的氣開氣關形式，并說明原因；5)確定主副調節器的正反作用。14、一個如圖所示的換熱器，用蒸汽將進入其中的冷水加熱到一定溫度，生產工藝要求熱水溫度維持恒定（±1）。試設計一簡單溫度控制系統，畫出其方框圖,并確定調節閥的氣開、氣關形式和調節器的正、反作用方式，指出調節器應選擇什么調節規律？15.某臺測溫儀表的測溫范圍為200700，儀表的最大絕對誤差為±4，試確定該儀表的允許誤差和精度等級。所以允許誤差