過程控制工程第一章答案

1、第一章思考題及習(xí)題1.1何謂控制通道？何謂干擾通道？它們的特性對控制系統(tǒng)質(zhì)量有 什么影響？答：所謂“通道”，就是某個(gè)參數(shù)影響另外一個(gè)參數(shù)的通路，這里所說的控制通道就是控制作用（一般的理解應(yīng)當(dāng)是控制器輸出）（S）對被控參 的影響 （一般的 是控制 通過執(zhí)特性卷數(shù)對靜態(tài)質(zhì)的夠響對動態(tài)質(zhì)量的影響魚增加余差增加無夠響巧增加無夠響過滾過程時(shí)間康小，採蕩福值械小無夠響無老響衰干擾通道特性対痩的幕1數(shù)心通路理解作用行器影響 量坎 量通 象再待性參數(shù)對靜態(tài)質(zhì)JR的影響對動態(tài)質(zhì)量的勒響K。增加余差威?。ǚ€(wěn)定前提下）系統(tǒng)趨向于4-幾增加無影晌過涙過程時(shí)間增加，系統(tǒng)頻率變“%增加無影響穩(wěn)定程度大大降低二表12控對控

2、Mft*的控制變 后控制變 過被控對 影響被控參數(shù),即廣義對象上的控制通道）。同理，干擾通道就是干擾作用F（s）對被控參數(shù)Ms） 的影響通路。干擾通道的特性對控制系統(tǒng)質(zhì)量影響如下表所示。控制通道的特性對控制系統(tǒng)質(zhì)量影響如下表所示1.2如何選擇控制變量？答：所選控制變量必須是可控的。 所選控制變量應(yīng)是通道放大倍數(shù)比較大者，最好大于擾動通道 的放大倍數(shù)。 所選控制變量應(yīng)使擾動通道時(shí)間常數(shù)越大越好，而控制通道時(shí) 間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)小一些為好，但不易過小。 所選控制變量其通道純滯后時(shí)間應(yīng)越小越好。 所選控制變量應(yīng)盡量使干擾點(diǎn)遠(yuǎn)離被控變量而靠近控制閥。 在選擇控制變量時(shí)還需考慮到工藝的合理性。一般來說，生產(chǎn)

3、負(fù)荷直接關(guān)系到產(chǎn)品的產(chǎn)量，不宜經(jīng)常變動，在不是十分必要的情況 下，不宜選擇生產(chǎn)負(fù)荷作為控制變量13控制器的比例度6變化對控喘系統(tǒng)的控喘J精度有何影響？對控 制系統(tǒng)的動態(tài)質(zhì)量有何影響？答：當(dāng)G二Kc時(shí)，即控制器為純比例控制，則系統(tǒng)的余差與比 例放大倍數(shù)成反比，也就是與比例度6成正比，即比例度越大，余差 也就越大。/C增大、6減小，控制精度提高（余差減?。?，但是系統(tǒng)的穩(wěn)定性 下降。1.4 4： 1衰減曲線法整定控制器參數(shù)的要點(diǎn)是什么？答：衰減曲線法是在系統(tǒng)閉環(huán)情況下，將控制器積分時(shí)間刀放在 最大，微分時(shí)間石放在最小，比例度放于適當(dāng)數(shù)值（一般為100%）,然 后使6由大往小逐漸改變，并在每改變一次6

4、值時(shí)，通過改變給定值 給系統(tǒng)施加一個(gè)階躍干擾，同時(shí)觀察過渡過程變化情況。如果衰減比 大于4：6應(yīng)繼續(xù)減小，當(dāng)衰減比小于4： 1時(shí)6應(yīng)增大，直至過渡過程呈現(xiàn)4： 1衰減時(shí)為止。找到4： 1衰減振蕩時(shí)的比例度6s,及振蕩周期：再按經(jīng)驗(yàn)公式，可以算出采用不同類型控制器使過渡過程出現(xiàn)4： 1振蕩的控制器參數(shù)值。依次將 控制器參數(shù)放好。不過在放積分、微分之前 應(yīng)將多放在比計(jì)算值稍大（約20%）的數(shù)值 上，待積分、微分放好后再將6放到計(jì)算值 上。放好控制器參數(shù)后可以再加一次干擾， 驗(yàn)證一下過渡過程是否呈4： 1衰減振蕩。如果不符合要求，可適當(dāng)調(diào)整一下6值，直 到達(dá)到滿意為止。1.5圖1.41為一蒸汽加熱設(shè)

5、備，利用蒸汽將物料加熱到所需溫度 后排出。試問： 影響物料出口溫度的主要因素有哪些？答：影響物料出口溫度的主要有：蒸汽流量、物料流量為影響物 料出口溫度的主要因素。 如果要設(shè)計(jì)一溫度控制系統(tǒng)，你認(rèn)為被控變量與控制變量應(yīng)選 哪些參數(shù)？為什么？答：被控變量為物料出口溫度，控制變量為蒸汽流量。因?yàn)槲锪?出口溫度表征了系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)，蒸汽流量是可控的，無純滯后，靠 近控制閥，控制通道時(shí)間常數(shù)較小。 如果物料在溫度過低時(shí)會凝結(jié)，應(yīng)如何選擇控制閥的開、閉形 式及控制器的正、反作用？答：為防止在氣源供氣中斷，或控制器出故障而無輸出時(shí)出現(xiàn)物 料凝結(jié)，應(yīng)選氣閉式。當(dāng)出口溫度降低時(shí)，要求蒸汽流量加大，即控 制閥輸

6、入減小，控制器輸出減小，此時(shí)控制器輸入由于測量值減小而 減小，控制器選正作用。1.6圖1.42為熱交換器出口溫度控制系統(tǒng)，要求確定在下面不同 情況下控制閥開、閉形式及控制器的正、反作用： 被加熱物料在溫度過高時(shí)會發(fā)生分解、自聚。答：控制閥氣閉式，控制器的反作用。 被加熱物料在溫度過低時(shí)會發(fā)生凝結(jié)。答：控制閥氣開式，控制器的正作用。 如果控制變量為冷卻水流量，該地區(qū)最低溫度在oc以下，如 何防止熱交換器被凍壞。答：控制閥氣閉式，控 制器的反作用。1.7單回路系統(tǒng)方塊圖 如圖1.43所示。試問當(dāng)系 統(tǒng)中某組成環(huán)節(jié)的參數(shù)發(fā) 生變化時(shí)，系統(tǒng)質(zhì)量會有何 變化？為什么？恥）若耳增大；若5增大；若片堆大；若

7、習(xí)増大圖144習(xí)題1.8圖答：當(dāng)氐、&增加 時(shí)，系統(tǒng)的余差減小，但系 統(tǒng)穩(wěn)定性下降。增加時(shí)， 系統(tǒng)的工作頻率降低，控制 速度變慢。這樣就不能及時(shí) 地克服干擾的影響，因而，系統(tǒng)的控制質(zhì)量會越差。增加時(shí)，使系 統(tǒng)控制不及時(shí)，使動態(tài)偏差增大，而且還會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。K, 增加時(shí)，系統(tǒng)的余差也變大，即控制靜態(tài)質(zhì)量變差。7；增加時(shí)，控制 過程的品質(zhì)會提高。廠增加時(shí)，質(zhì)量沒有影響。8有一如圖1.44所示的加熱器，其正常操作溫度為200C,溫 度控制器得測量范圍是150250C,當(dāng)控制器輸出變化1%時(shí)，蒸汽量 將改變3%,而蒸汽量增加1%,槽內(nèi)溫度將上升0. 2C。又在正常操作 情況下，若液體流量增加1

8、%,槽內(nèi)溫度將會下降lC。假定所采用的 是純比例式控制器，其比例度為100%,試求當(dāng)設(shè)定值由200C提高到 220C時(shí)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，槽內(nèi)溫度是多少攝氏度？答：當(dāng)設(shè)定值由200 C提高到220 C時(shí)，控制器輸出變化 20/200=10%,蒸汽量增加30%,液體流量不變，槽內(nèi)溫度將上升0.2 X30C=6C,所以待系統(tǒng)穩(wěn)定后，槽內(nèi)溫度是206Co1.9在廬50階躍干擾作用下，測得某溫度對象控制通道得響應(yīng) 數(shù)據(jù)如下：根據(jù)上述數(shù)據(jù)用反應(yīng)曲線法計(jì)算PI控制器參數(shù)。答：從響應(yīng)數(shù)據(jù)得干擾起作用點(diǎn)為0. 6min, 227C,即r=0. 6min, 拐點(diǎn)為 1.0min, 280C,即 7；=2. Omin-O. 6min=1.4 min,設(shè)采用 III 型 儀表，測量范圍為100250C,所以，NP肘間/min0.00.20.40.60.81.01.21.4溫度/七200.1201.1204.0227.0；30理;.0302.5318.0時(shí)間/min161.82(rT2.22.42.62.83.0溫度代329.5336.0340.0341.0341.0341.0341.0二50/ (341.0-200. 1)二 50/140. 9=0. 3558二(1T100%二32. 8%/ 7) X