西南大学过程控制作业答案

作 业

第二章：

2-6某水槽如题图2-1所示。其中A1为槽的截面积，R1、R2均为线性水阻，Qi为流入量，Q1和Q2为流出量要求：

(1)写出以水位h1为输出量，Qi为输入量的对象动态方程；

(2)写出对象的传递函数G(s)并指出其增益K和时间常数T的数值。

Qih1Q2R1A1QR21

图2-1

解：1）平衡状态： Q0i?Q01?Q02

2）当非平衡时： Qi?Q0i??Qi；Q1?Q01??Q1；Q2?Q02??Q2 质量守恒：A1d?h??Qi??Q1??Q2 dt?h?h；?Q2? R1R2对应每个阀门，线性水阻：?Q1?动态方程：A1d?h?h?h????Qi dtR1R211?)H(s)?Qi(s) R1R23) 传递函数：(A1S? G(s)?H(s)1K??

11Qi(s)(AS??)Ts?11R1R2R1R2R1?R2T?A111?R1R2这里：K?111?R1R2?；

2-7建立三容体系统h3与控制量u之间的动态方程和传递数,见题图2-2。

Qi U h1 R1 h2 R2 Q2 Q1 题图2-2 h3 R3 Q3

解：如图为三个单链单容对像模型。

第一章 概述

1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。

控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件

1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？

定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统

1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？

a.衰减比和衰减率：稳定性指标；

b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标；

c.余差：稳态准确性指标；

d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。

第二章 过程控制系统建模方法

习题2.10

某水槽如图所示。其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。要求：

（1） 写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程；

（2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。

（1）物料平衡方程为123d ()d H Q Q Q F t

-+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F

t ??-?-?= 而22h Q R ??=， 33

h Q R ??=， 代入增量关系式，则有23123()d d R R h h F

Q t R R +??+=? （2）两边拉氏变换有：

231

第一章 概述

1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。

控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件

1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统

1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？

a.衰减比和衰减率：稳定性指标；

b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标； c.余差：稳态准确性指标；

d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。

第二章 过程控制系统建模方法

习题2.10

某水槽如图所示。其中F为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。要求：

（1） 写出以水位H为输出量，Q1为输入量的对象动态方程；

（2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K和时间常数T的数值。

（1）物料平衡方程为Q1?(Q2?Q3)?FdH dtd?H dt增量关系式为 ?Q1??Q2??Q3?F而?Q2??h?h， ?Q3?， R2R3d?h(R2?R3)?h???Q1 dtR2R3代入增量关系式，则有F（2）两边拉氏变换有：

FsH(s)?R2?R3H(s)?

1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富

3．控制多属慢过程参数控制

4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式

5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成

1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？

解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。

1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？

解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。

衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n；

过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； 超调量：第一个波峰值1y与最终稳态值y（?

残余偏差C： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y（?）与设定值之间的偏差C称为残余偏差，简称残差；

调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；

振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作

习题与解答 第一章绪论

1-2什么是内反馈？为什么说内反馈是使机械系统纷繁复杂的主要原因？

解：内反馈是指在系统内存在着的各种自然形成的反馈。它主要由系统内部各个元素之间的相互耦合而形成。内反馈反映系统内部各参数之间的内在联系，其存在对系统的动态特性有非常敏锐的影响，而机械系统存在的内反馈情况千差万别、错综复杂，因此使得机械系统纷繁复杂。 1-5什么是外反馈？为什么要进行反馈控制？

解：外反馈是指人们为了达到一定的目的，有意加入的反馈。闭环控制系统的工作是基于系统的实际输出与参考输入间的偏差之上的。在系统存在扰动的情况下，这种偏差就会出现。进行适当的反馈控制正好能检测出这种偏差，并力图减小这种偏差，而最终使得偏差为零。事实上，反馈控制仅仅需为无法预计的扰动而设计，因为对可以预知的扰动，总可以在系统中加已校正。

1-14试说明如图（题1. 14. a)所示液面自动控制系统的工作原理。若将系统的结构改为如图（题1. 14. b）所示，将对系统工作有何影响？

解 图（题1．14．a）所示是一种液面自动控制系统，以保征液面高度不变。水通过阀门控制面进人水箱，当水位不断上升时，通过浮于，经杠杆机构使阀门关小，减少进水流量。当水位下降时，通过浮子

中国石油大学(华东)

过程控制工程

综合实践报告

学生姓名：许文倩 学 号：05050652 专业班级：自动化05—3班 同组者： 段超霞 袁唯唯 王硕

2008 年 01 月 07 日

一、 实验目的：

1、熟悉工艺流程。

2、熟悉使用浙大中控DCS设计控制系统的过程。 3、熟悉DCS设计、运行的基本原理。 4、熟悉控制系统的参数调整过程。

5、利用实验室现有装置设计一个水箱液位自动控制系统。

二、实验内容：

1、对A3000对象流程进行熟悉并进行DCS控制站和操作站的组态，从而用于进行液位控制的实时监控。 2、对于中水箱和下水箱分别进行一阶和二阶对象特性测试，并通过机理分析建模。

3、设计变频的支路的单回路控制系统，并进行控制器参数的整定。分别在中水箱和下水箱添加一定量的干扰，观察系统的调节状况。

4、设计工频支路的串级回路控制系统，并进行控制器参数的整定。分别在主回路和副回路加入干扰，观察系统的调节状况，并与单回路控制系统进行比较。

三、实验方法、过程及结果分析：

（一）DCS控制站组态

采用SCkey软件进行DCS系统的组态，主要进行

主机组态 ——主要进行主机设置

控制站组态——主要进行I/O组态以及常规控制方

《智能控制技术》平时作业题

2016年4月1日

学号______________ 姓名

题一： 设被控对象的传递函数为

1G(s)?

1000s2?44s?1)（1）针对阶跃输入R(s)?5/s，设计模糊监督PID控制系统，使得系统输出的超调量??2%，进行系统仿真。

（2）已知条件和性能指标同（1），设计模糊监督模糊控制系统，进行系统仿真，同（1）的仿真结果进行比较。 题二：设被控对象的传递函数为

G(s)?s2?2?p?ps??p2

Kp式中，KP?1，?P?0.707，?P?1。参考模型为一阶系统

KrM(s)?K?1，ar?1。系统参考输入为r(t)?sin(0.6t)。

s?ar，r（1）针对G(s)设计一个直接模糊控制器（非自适应），使得对象的输出尽可能接近参考模型的性能指标。模糊控制器为二维模糊控制器，其输入变量为偏差e?r?y，r为系统参考输入，y为

?(kT)?被控对象输出；偏差变化e向差分近似）。

e(kT)?e(kT?T)（用一阶后

T（2）针对G(s)设计模糊模型参考学习自适应控制系统，使得对

象输出跟踪参考模型输出并尽可能地靠近它。将（1）中所设计的模糊控制器作为初始模糊控制器

1-19 有一台他励直流电动机，PN=1.75kW，UN=110V，IN=20.1A，nN=1450r/min。试计算并绘制：

（1）固有机械特性曲线

（2）50%时的人为机械特性曲线;

（3）电枢回路串接3Ω电阻时的人为机械特性曲线； （4）Φ=80%时的人为机械特性曲线。

解：电动机在额定状态下运行，假设铜耗占能量损失的75%，则电枢回路等效电阻可根据下式估算：

IaRa?0.75（UNIa-PN）对于他励直流电动机，有Ia=IN 故Ra?0.75UNIN?PN110*20?1750?0.75*?0.856? 220.12IN2（1）由电枢回路的电压平衡方程式，得

CeΦN?n0?UN?IaRa110?20.1*0.856??0.064V/(r*min-1)

nN1450UN110??1719r/min Ce?N0.064PN1750?9.55*?11.53Nm nN1450TN?9.55（2）降低电源电压时，有

n02?0.5UN0.5*110??859r/min Ce?N0.064此时△n不变，

nN2?n02-?nN?859?(1719?1450)?590r/min 在图中标出n02，nN2，连线 （3）串入3Ω电阻时，有

nN3

东南大学自动化学院

实 验 报 告

课程名称： 过程控制

第 六 次实验

实验名称： 液位——流量串级控制实验 院 （系）： 自动化 专 业： 自动化 姓 名：

学 号：

同组人员： 实验时间： 2017 年6 月 3 日 评定成绩： 审阅教师：

目 录

一．实验目的·························································· 3 二．实验内容·························································· 3 三．实验步骤·························································· 4 四．实验现象··········

1—1 解释下列名词术语：自动控制系统、被控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。 答：自动控制系统：尽量不要人的参与，由控制装置实现的使被控对象的某些属性按人期望的轨迹变化的系统，；

被控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程，反应了干扰、控制量和被控量三者之间关系的环节。

扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。 给定值：被控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值 参考输入即为给定值。

反馈：将系统的输出量反馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较和控制运算的过程。

1—3 开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点? 解：开环系统优点：结构简单，缺点：控制的精度较差；

闭环控制系统优点：控制精度高，缺点：结构复杂、有稳定性问题、设计分析麻烦，制造成本高。

1—4 什么是反馈控制系统、前馈控制系统、前馈一反馈复合控制系统? 反馈控制系统：即闭环控制系统，在一个控制系统，将系统的输出量通过某测量机构对其进行实时测量，并将该测量值与输入量进行比较，形成一个反馈通道，从而形成一个封闭信息回路的控制系统；

前馈控制系统：测量干扰，并根据它对系统的输