過(guò)程控制考試題庫(kù)(終結(jié)版)

1、1. （ 5分）某控制系統(tǒng)用穩(wěn)定邊界法分別整定控制器參數(shù)，已知臨界比例度k 25% , Tk 4.5min，試分別確定用PI和PID作用時(shí)的控制器參數(shù)。穩(wěn) 定邊界法計(jì)算表如下。制參數(shù)控制作用TiTdP2 k-PI2.2 k0.85Tk-PID1.7 k0.5Tk0.13Tk解:對(duì)于PI控制器查表得:P 2.2 k 2.2 25%0.55T|0.85Tk0.85 4.53.8257對(duì)于PI D控制器查表得:TiTd2.2 k0.85Tk0.13Tk2.2 25%0.85 4.50.13 4.50.553.8250.585某控制系統(tǒng)用4: 1衰減曲線法分別整定控制器參數(shù)。將積分時(shí)間調(diào)至2. （ 5

2、 分）最大，微分時(shí)間調(diào)至最小，對(duì)系統(tǒng)施加階躍信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)后系統(tǒng)的衰減比為4: 1，此時(shí)記錄下來(lái)的比例度 s 56%和時(shí)間參數(shù)Ts 5.1min。試分別確定用 PI和PID作用時(shí)的控制器參數(shù)。4: 1衰減曲線整定經(jīng)驗(yàn)參數(shù)表如下。制參數(shù)控制作用TiTdPsPI1.2 s0. 5TsPID0.8 s0.3Ts0.1Ts解：對(duì)于PI控制器查表得:p1.2 s1.256%0.67Ti0.5Tk0.55.12.55PI D控制器查表得：P0.8 s0.856%0.48Ti0.3Tk0.35.11.53Td0.1Ts0.15.10.51對(duì)于3. ( 10分)一個(gè)流量雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)如題5.2圖所示。其比

3、值用DDZ- m型乘法器實(shí)現(xiàn)。已知 Q1max 26500m3/h , Qzmax 32000m3 /h。求：a)畫出控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。b)當(dāng)1。16mA時(shí)，比值控制系統(tǒng)的比值 K及比值系數(shù)K分別為多少。c)待比值系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，測(cè)得Ii 16mA，試計(jì)算此時(shí)的12為多大。解：1)由于得所以IoK題5.2圖流量雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理圖K 16410 4 /16(16 4)/16 0.75Q1maxQ2maxK K QzmaxQ1max0.75320000.9 265002)由儀表的比例系數(shù)定義,K得：12 K(I1 4mA)12 4mA I1 4mA4 mA即：I20.9 (10 4) 49.4m

4、A 4. 一個(gè)比值流量控制系統(tǒng)用DDZ- m型乘法器來(lái)進(jìn)行比值運(yùn)算，其原理圖如題 3Q1maxa)b)圖所示。流量用孔板配差壓變送器來(lái)測(cè)量，但沒(méi)有開(kāi)方器，已知 3600 kg/h， Q2max 2000 kg/h。試畫出比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。如果要求比值為Q1 :Q22:1，應(yīng)如何設(shè)置乘法器的設(shè)定值16(乘法器的輸出I (I1 4).-(I0 4)4)題3圖單閉環(huán)乘法比值控制系統(tǒng)原理圖解：流量的最大量程分別為F1max的關(guān)系為，I1 16旦F1max出為I (h 4)仏4)3600kg/h， Fzmax 2000kg/h。16豆F2max4，流量比值為K流量與檢測(cè)電流 旦，乘法器的輸F116穩(wěn)

5、態(tài)時(shí)有I 12，即:(I14) (1。4)1616I， Rmax KF 2max乘法器的設(shè)置值：10 K非線性164F10.81F1maxF 2max360020000.91 20.8116 416.96mA 六、應(yīng)用題(15)常用的實(shí)驗(yàn)方法之是給被控對(duì)象施加一個(gè)階1. 為了獲得被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性,躍擾動(dòng)信號(hào)，觀察其響應(yīng)，從而有觀察到的信息分析其特性。但由于某些生產(chǎn) 過(guò)程的被控對(duì)象不允許長(zhǎng)時(shí)間施加這樣的干擾信號(hào)，所以人們采用矩形脈沖信 號(hào)取代階躍擾動(dòng)，獲得觀測(cè)數(shù)據(jù)，再將脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線，以 便于特性提取。題圖6為一個(gè)矩形擾動(dòng)脈沖X (寬度為to,高度為A)施加到 被控對(duì)象上的響應(yīng)

6、曲線 y。用所學(xué)過(guò)的控制理論知識(shí)，將該脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換 成高度為A的階躍信號(hào)響應(yīng)曲線。要求分析轉(zhuǎn)換機(jī)理，寫出轉(zhuǎn)換步驟。階躍響應(yīng)曲線題6圖矩形脈沖輸入/輸出曲線答：設(shè)被控對(duì)象特性為線性特性，由疊加原理，輸入一個(gè)矩形脈沖信號(hào)，相當(dāng)于 施加兩個(gè)階躍信號(hào)，一個(gè)在t=0處，另一個(gè)在t=to處。設(shè)階躍響應(yīng)為yi，將所測(cè)繪的響應(yīng)曲線按時(shí)間間隔to等分。在第一區(qū)間，yi(to)= yi(to)。在第二區(qū)間 yi(2to)= y(2to)+ yi(to)。第三區(qū)間，yi(3to)= y(3to)+ yi(2to)。以此 類推，將前一區(qū)間的階躍響應(yīng)曲線疊加到本區(qū)間的脈沖響應(yīng)曲線上，即可得到本區(qū) 間的階躍響應(yīng)曲線。

7、其響應(yīng)曲線見(jiàn)下圖。2. 為了獲得被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，常用的實(shí)驗(yàn)方法之一是給被控對(duì)象施加一個(gè)階 躍擾動(dòng)信號(hào)，觀察其響應(yīng)，從而有觀察到的信息分析其特性。但由于某些生產(chǎn) 過(guò)程的被控對(duì)象不允許長(zhǎng)時(shí)間施加這樣的干擾信號(hào)，所以人們采用矩形脈沖信 號(hào)取代階躍擾動(dòng)，獲得觀測(cè)數(shù)據(jù)，再將脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線，以 便于特性提取。題圖6為一個(gè)矩形擾動(dòng)脈沖x (寬度為to,高度為A)施加到 被控對(duì)象上的響應(yīng)曲線 y。用所學(xué)過(guò)的控制理論知識(shí)，將該脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換 成高度為A的階躍信號(hào)響應(yīng)曲線。要求分析轉(zhuǎn)換機(jī)理，寫出轉(zhuǎn)換步驟。w沖擾功入3.在某一蒸汽加熱器的控制系統(tǒng)中，用響應(yīng)曲線法進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。當(dāng)電動(dòng)單元組 合控

8、制器的輸出從6mA改變到7mA時(shí)，溫度記錄儀的指針從85C升到87.8C，從原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。儀表的刻度為 50 100C，并測(cè) 出純滯后時(shí)間0=1.2min,時(shí)間常數(shù)T0=2.5min。如采用PI和PID控制規(guī)律，試 確定出整定參數(shù)（響應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式見(jiàn)附表）解：輸入增量為： 輸出增量為： 輸入量程差為： 輸出量程差為：Y /（Ymax所以，K。X 7 6 1mAY 87.8 85.0 2.8 CX max X min 10Ymax Ymin100Ymin)2.8/500 10 mA5050 C0.56X/(Xmax Xmin)1/10由查表得：在選用PI控制器時(shí)

9、，1.1 100% 1.11 2 100%30%T02.5TI3.3 0 3.3 1.2 3.96 min在選擇PID控制器時(shí)，C CL K0 00.85 T0Ti2 0 2 1.2TD0.5 0 0.5100% 0.85 営 100% 23%2.4 min1.2 0.6 min哨應(yīng)ffi蛭法控制器參述整罡輕驗(yàn)公式?r竿 K 1001f rji=FT,PJI*ILI K 學(xué)幼 畢 X 100Tn3.3r.-o.s-.94.用分度號(hào)為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量溫度，在沒(méi)有采取冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆r 下，顯示儀表指示值為500C，而這時(shí)冷端溫度為60C。試問(wèn)：實(shí)際溫度應(yīng)為多少？20C,此時(shí)顯示儀表的指示

10、值應(yīng)答：如果熱端溫度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在為多少？Dto:D30140M60701EOrM .S X.菠壯M執(zhí)5叮+ 0o.oonCM 0.79S I1廣Ii血1L 6112.022:.JJ6Z.iSW5 2663 SitlOO1434上194.327j.73?dm右5酣6 QJUT.JJS7.737300nS剛&9.Mt10-ail10歸11.S&LJ1.T93300,11.2D?n.62?13翊13.4輛-LJ.B74i4 ：9；4.7l：r.nii.55JIVPTJWO16.JWI& SI7.24JiJ.4LS.O&Ela.sia1B.93B毆軸9.TSi j；20.2145 2 0

11、662.49321.91422 34622.77?23.l9fi23.6241 2J.O5O 21.fW 24視?.強(qiáng)丁25,75126. nb血沖17.-U52S.?fBTff)mis25.547:-30.15 J10.79931.WJ1.62S3237.45?弟&66SCO ?3.27?35 686W.OW 11 34.502 14.9W1節(jié).mj.i.71636處4州d知037J25V)8.122 561?知刖04O.4A940的lUOU丄】：69M 65742,0454： *r吐.2IP.別A心磁44加iiiio.!015.4B6朋歸騙.liftJ6.6I2 i146.町.72 b4S

12、.WW北.鍬I2WAir 理&xyasj：4.J56怒如1MJ.CJJ50.o51.544JI .Ml52.tH9HiiU52.羽5S2.-47!53.09353.43951.7S2.54 12f.M.466M.SC7需-腥熱電釵分度秦分至號(hào)-K,辱比耳iffl度為MX?卜*解：顯示儀表指示值為500時(shí)，查表可得此時(shí)顯示儀表的實(shí)際輸入電勢(shì)為20.64mV，由于這個(gè)電勢(shì)是由熱電偶產(chǎn)生的，E(t,to)20.64mV同樣，查表可得：E(to,O)23.076mVE(t,0) E(t,t0)20.64 2.463由23.076mV查表可得：t=557C。即實(shí)際溫度為 557 Co當(dāng)熱端為557C，冷

13、端為20C時(shí)，由于E (20，0) =0.798mV,故有：E(t,t0)E(t,0) E(t0,0)23.076 0.798 22.278mV由此電勢(shì)，查表可得顯示儀表指示值應(yīng)為538.4 Co ( 12)某生產(chǎn)過(guò)程需要甲乙兩種液體，甲液體的正常流量為1250m3/h,儀表量程為0-1350m3/h;乙的正常流量為150m3/h,儀表量程為0-240m3/h。如果選甲為 主變量，乙為副變量，設(shè)計(jì)一個(gè)控制乙的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，畫出流程圖并計(jì)算 引入開(kāi)方運(yùn)算與不引入開(kāi)方運(yùn)算所分別設(shè)置的比值系數(shù)。答：采用乘法器的單閉環(huán)比值控制流程框圖如圖所示。（其中Qi為甲流量，Q2為乙流量）1350m3/h：

14、 Qi的量程上限， 150m3/h: Q2的量程上限， 0m3/h : Q1的量程下限， 0m3 / h : Q2的量程下限。Q1maxQ2maxQ1minQ2min1引入開(kāi)方器時(shí)，比值系數(shù)為:K Q2 Q1max Q1min Qmax Q1minQ1 Q2max Q2minQ2maxQ2min150 1350 0 0.675 1250 240 02不引入開(kāi)方器時(shí)：2KQ2 Q max Q1minQ1 Q2 maxItIL31Q2min_ 20.67520.456150 1350 01250 240 06.設(shè)計(jì)一個(gè)比例、積分 為：0-3000r，控制器的輸出為4-20mA。當(dāng)給定被控對(duì)象一個(gè)如

15、圖（a）所示的階躍 輸入時(shí)，測(cè)定的被控對(duì)象響應(yīng)曲線如圖（b）所示（響應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式見(jiàn)下表）。（PI）調(diào)節(jié)器，控制一個(gè)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。控制器的調(diào)節(jié)范圍調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)參數(shù)比例度%積分時(shí)間Ti微分時(shí)間TdP(K0 t/T0)X 100%PI1.1(K0T/T0)X 100%3.3tPID0.85(K0 t/T0)X 100%2t0.5 0要求：計(jì)算出控制器的控制參數(shù)，畫出控制系統(tǒng)方框圖。響應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式表20IS$X.U七IdICOO 0過(guò)）,.#*11*- f2025屮附y(tǒng)max3000 C和 ymin 0C,控4 mA,18mA時(shí)，被控對(duì)象輸出信號(hào)從 OC變化Koyy

16、maxyminPpmaxpmin答：由已知條件得：控制器的調(diào)節(jié)范圍上下限為: 制器的輸入上下限為Pmax 20 mA和Pmin 由測(cè)試數(shù)據(jù)得，當(dāng)輸入信號(hào)從 4mA變化到 到 2500Co由此得廣義被控對(duì)象的放大系數(shù)Ko,2500 018 43000 0 / 20 42500 蘭 0.953000 14在測(cè)得的曲線上找拐點(diǎn)A,作切線交于BtB 3min , tC 20min o 所以，T020 3 17min ,PI控制器的比例度計(jì)算公式為也 100%T。1.1C點(diǎn)，如下圖。圖中的讀數(shù)約為：0 3min。由表中查得1.1 0.95 3 100% 18.48%171/0.1848 19.11Kc

17、1/積分常數(shù)為：03.3 3 9.9minTi3.3控制系統(tǒng)方框圖見(jiàn)下圖廣義被控對(duì)象PI控制器*7. 已知已被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為W0(s)(1)(T2S 1)Ko，在階躍擾動(dòng)r(t)變化(從r(t) 12mA變化到r(t) 16mA)的作用下，其響應(yīng)曲線 如下圖所示。使用階躍響應(yīng)曲線確定被控對(duì)象的傳遞函數(shù)中的各參數(shù)，T1和T2。二階被控對(duì)象響應(yīng)曲線上各特征值關(guān)系曲線圖見(jiàn)附圖。答：曲線的起始點(diǎn)為B，在曲線中找到拐點(diǎn)P，過(guò)拐點(diǎn)作切線交于C、在階躍響應(yīng)特性曲線上確定出y( ) 108.5，y(0) 100，y 101，yT 107，T 11， o1)- foI oo 410.0：0_IIHIIhUR

18、M鼻iL.0 010.020 oi 0 04_l J nIoiO 0 75 OSOFt8. 對(duì)于有自衡能力的二階被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為:W0（s）Ko（Tis （Ls 1）Ko,其單位階躍響應(yīng)曲線如下圖。用圖解法確定此二階被控對(duì)象傳遞函數(shù)的參數(shù) Ti和丁2。其中BE與m的相互關(guān)系表見(jiàn)附表。答：由于輸入為單位階躍輸入，被控對(duì)象的放大系數(shù)為Ko 13.5。Ti和T2的確定步驟如下：1）過(guò)響應(yīng)曲線的拐點(diǎn)A作切線；2）分別交B、C、D和E點(diǎn)，并求得CD和BE值；B 5.5，C 5，D 9.5，E 4.5CD 9.5 5 4.5，BE 5.5 4.5 13）從附表中求得與BE值對(duì)應(yīng)的m值。4） 由 CD

19、T2 Ti，m T1/T2解得5)If9.對(duì)于一個(gè)熱交換系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套前饋圖如圖所示。-反饋復(fù)合控制裝置，系統(tǒng)的管道儀表流程K已知被控對(duì)象和執(zhí)行裝置的傳遞函數(shù)近似為Wa (s) 亠匚e(其中，Ka數(shù)為Wm(s)Kd3，Ta 5minKm (其中asTas 1，a 2.5min ),反饋通道檢測(cè)變送裝置的傳遞函 Km 0.5)，擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)近似為Wa(S)Wd(s)dSe ds(其中,Kd 0.5，Td 3min , d 3min )前饋通道檢測(cè)變送裝置的傳遞函數(shù)為 Wq(s) Kq (其中Kq 0.5 )。試在反饋通道上設(shè)計(jì)一個(gè) PID控制器Wc(s)，在前饋通道上設(shè)計(jì)一個(gè)前饋控制器 Wf(s)。要求：設(shè)計(jì)控制 器，計(jì)算出各控制器的控制參數(shù)，并畫出可實(shí)施的控制系統(tǒng)方框圖。注：響應(yīng)曲線法控制器參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)公式見(jiàn)下表調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)參數(shù)比例度%積分時(shí)間Ti微分時(shí)間Td