过程控制系统与仪表习题答案第三章.doc

第3章 习题与思索题
3-1 什么是控制器控制规律？控制器有哪些基础控制规律？
解答:
1）控制规律: 是指控制器输出信号与输入偏差信号之间关系。
2）基础控制规律: 位式控制、 百分比控制、 百分比积分控制、 百分比微分控制和百分比积分微分控制。

3-2 双位控制规律是怎样？有何优缺点？
解答:
1）双位控制输出规律是依据输入偏差正负, 控制器输出为最大或最小。
2）缺点: 在位式控制模式下, 被控变量连续地在设定值上下作等幅振荡, 无法稳定在设定值上。这是因为双位控制器只有两个特定输出值, 对应控制阀也只有两个极限位置, 总是过量调整所致。
3）优点: 偏差在中间区内时, 控制机构不动作, 能够降低控制机构开关频繁程度, 延长控制器中运动部件使用寿命。

3-3 百分比控制为何会产生余差？
解答:
产生余差原因: 百分比控制器输出信号y与输入偏差e之间成百分比关系:

为了克服扰动影响, 控制器必需要有控制作用, 即其输出要有改变量, 而对于百分比控制来讲, 只有在偏差不为零时, 控制器输出改变量才不为零, 这说明百分比控制会永远存在余差。

3-4 试写出积分控制规律数学表示式。为何积分控制能消除余差？
解答:
1）积分控制作用输出改变量y是输入偏差e积分:
2）当有偏差存在时, 输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时, 输出停止改变, 保持在某一值上。所以积分控制器组成控制系统能够抵达无余差。

3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程影响。
解答:
1）
积分时间是控制器消除偏差调整时间, 只要有偏差存在, 输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时, 输出停止改变, 保持在某一值上。
2） 在实际控制器中, 常见积分时间Ti来表示积分作用强弱, 在数值上, Ti=1／K i 。显然, Ti越小, K i 就越大, 积分作用就越强, 反之亦然。

3-6 某百分比积分控制器输入、 输出范围均为4～20mA, 若将百分比度设为100%、 积分时间设为2min、 稳态时输出调为5mA, 某时刻, 输入阶跃增加0.2mA, 试问经过5min后, 输出将由5mA改变为多少？
解答:
由百分比积分公式: 分析:
依题意: , 即K p =1, TI= 2 min , e＝＋0.2;
稳态时: y0＝5mA,
5min后:
3-7 百分比控制器百分比度对控制过程有什么影响？调整百分比度时要注意什么问题？
解答: P74
1）控制器百分比度P越小, 它放大倍数就越大, 它将偏差放大能力越强, 控制力也越强, 反之亦然, 百分比控制作用强弱经过调整百分比度P实现。
2）百分比度不仅表示控制器输入输出间放大倍数, 还表示符合这个百分比关系有效输入区间。一表量程是有限, 超出这个量程百分比输出是不可能。
所以, 偏差改变使控制器输出能够改变全量程（16mA）, 避免控制器处于饱和状态。

3-8 理想微分控制规律数学表示式是什么？为何常见实际为分控制规律？
解答:
1）
2）因为理想微分运算输出信号连续时间太短, 往往不能有效推进阀门。实际应用中, 通常加以惯性延迟, 如图3-7所表示, 称为实际微分。

3-9 试写出百分比、 积分、 微分（PID）三作用控制规律数学表示式。
解答:

3-10 试分析百分比、 积分、 微分控制规律各自特点, 积分和微分为何不单独使用？
解答:
1）百分比控制立刻、 反应灵敏, 偏差越大, 控制力越强; 但结果存在余差。
2）积分控制能够达成无余差; 但动作缓慢, 控制不立刻, 不单独使用。
3）微分控制能起到超前调整作用; 但输入偏差不变时, 控制作用消失, 不单独使用。

3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪几部分组成？各组成部分作用怎样？
解答: P79
1）组成如图3-11所表示。
2）作用参考P79。
3-12 DDZ-Ⅲ型控制器软手动和硬手动有什么区分？各用在什么条件下？
解答:
1）软手动操作是指调整器输出电流I0与手动操作输入信号成积分关系;
硬手动操作是指调整器输出电流I0与手动操作输入信号成百分比关系。
2）软手动操作: 系统投运
硬手动操作: 系统故障

3-13 什么叫控制器无扰动切换？在DDZ-Ⅲ型调整器中为了实现无扰切换, 在设计PID电路时采取了哪些方法？
解答: P84
1）调整器进行状态转换后, 输出值不发生跳动, 即状态转换无冲击。
2）CM、 CI。P85中。

3-14 PID调整器中, 百分比度P、 积分时间常数、 微分时间常数分别含有什么含义？在调整器动作过程中分别产生什么影响？若将取∞、 取0, 分别代表调整器处于什么状态？
解答:
百分比度P含义: 使控制器输出改变满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反）, 对应输入测量值改变占仪表输入量程百分比。百分比作用强弱取决于百分比度大小。
积分时间常数含义: 越小, 积分作用越强; 越大积分作用越弱; 若将取∞, 则积分作用消失。
微分时间常数含义: 越大, 微分作用越强; 取0, 微分作用消失。

3-15 什么是调整器正/反作用？在电路中是怎样实现？
解答:
1）正作用: 偏差=测量值-给定值;
反作用: 偏差=给定值-测量值。
2）运放输入端切换开关实现。
3-16 调整器输入电路为何要采取差动输入方法？输出电路是怎样将输出电压转换成4～20mA电流？
解答:
1）采取差动输入方法, 能够消除公共地线上电压降带来误差。
2）参考P83下输出电路。

3-18 给出实用PID数字表示式, 数字仪表中常有哪些改善型PID算法？
解答:
1） P91式（3-18）
2）改善算法: