控制習題講解

1、過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用例題分析例題一課本P11,習題6在圖1的換熱器出口溫度控制系統(tǒng)中，工藝 要求熱物料出口溫度保持為某一設(shè)定值。 試畫出該控制系統(tǒng)的方框圖； 方框圖中各環(huán)節(jié)的輸入信號和輸岀信號 是什么？整個系統(tǒng)的輸入信號和輸出信號又是什 么？ 系統(tǒng)在遇到干擾作用（例如冷物料流量 突然增大時，該系統(tǒng)是如何實現(xiàn)自動控制 的？例題一圖2解：根據(jù)換熱器的流 程及工藝要求，得到方框 圖如圖2所示。各環(huán)節(jié)與系統(tǒng)的輸入、冷物料輸出如表1所示。熱物料輸入輸出溫度調(diào)節(jié)器（TC）偏差e控制信號“調(diào)節(jié)閥控制信號“操縱變量加換熱器操縱變量加、干擾作用/被控變量（出口溫度T）溫度測變器（TT）被控變量T出口溫度測量值

2、G系統(tǒng)出口溫度設(shè)定值九、干擾作用/出口溫度卩表1圖1例題一當冷物料流量突然增大么時，物料出口溫度降低 Ar,溫度檢測變送環(huán)節(jié)獲得的測量值降低!；”，由于 出口溫度設(shè)定值7；不變，使得偏差e不再為零，溫度調(diào) 節(jié)器開始作用，對調(diào)節(jié)閥輸出控制作用，調(diào)節(jié)閥接受 控制作用，關(guān)小閥門開度，減小冷物料流量，使得換 熱器出口溫度升高，反復作用知道出口溫度回復到設(shè) 定值。例題二課本P11,習題10表示衰減振蕩過程的控制指標有哪些?解：圖3過渡過程曲線(1)以階躍響應(yīng)曲線 形式表示的質(zhì)量指標MO例題二 最大偏差A （或超調(diào)量。）最大偏差是指在過渡過程中，被控變量偏離給定值的 最大數(shù)值。在衰減振蕩過程中，最大偏差就

3、是第一個波的 峰值。超調(diào)量也可以用來表征被控變量偏離給定值的程度。 衰減比衰減比是衰減程度的指標，它是前后相鄰兩個峰值的 比。MO例題二回復時間心從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立 新的平衡時止，過渡過程所經(jīng)歷的時間叫過渡時間。 一般在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個小范圍，當被控變量 進入該范圍并不再越出時，就認為被控變量已經(jīng)達 到新的穩(wěn)態(tài)值，或者說過渡過程已經(jīng)結(jié)束這個范圍 一般定為穩(wěn)態(tài)值的土 5 %oMO例題二余差幺（g）當過渡過程終了時，被控變量所達到的新的穩(wěn)態(tài) 值與給定值之間的偏差叫做余差，或者說余差就是過 渡過程終了時的殘余偏差。有余差的控制過程稱為有 差調(diào)節(jié)，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)。反之

4、就為無差調(diào) 節(jié)和無差系統(tǒng)。振蕩周期卩過渡過程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時 間叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率。例題二（2）偏差積分性能指標 平方誤差積分指標（ISE） 時間乘平方誤差積分指標（ITSE） 絕對誤差積分指標（IAE）時間乘絕對誤差積分指標（ITAE）例題三課本P58,習題19圖4是聚合釜溫度與 流量的串級控制系統(tǒng)。 說明該系統(tǒng)的主、 副對象，卞、副變量，主、 副調(diào)節(jié)器各是什么？試述系統(tǒng)是如何 實現(xiàn)其控制作用的。(J進料例題三FCFT冷卻水(J進料岀料圖5解：該控制系統(tǒng)的方框 圖如圖5所示。由此可見：系統(tǒng)的主對象為聚合釜，副對象為夾套；主變量為聚合釜內(nèi)溫度，副對象為冷卻

5、水 流量；主調(diào)節(jié)器為溫度調(diào)節(jié)器TC,副調(diào)節(jié)器為 流量調(diào)節(jié)器FC。干擾作用于副對象冷卻水流量變化，控制器FC及時進行控制，使其很快穩(wěn)定下來； 如果干擾量小，經(jīng)過副回路控制后，左一般影響不到聚合釜溫度； 如果干擾量大，其大部分影響為副回路所克服，波及到被控變量溫 度再由主回路進一步控制，徹底消除干擾的影響，使被控變量回復到給 定值。例題三干擾作用于主對象設(shè)進口物料溫度升高，引起聚合釜內(nèi)溫度上升, 主回路偏差不為0,溫度調(diào)節(jié)器輸出控制作用，改變 副回路給定值，流量調(diào)節(jié)器輸出作用，調(diào)節(jié)閥開大, 冷卻水流量增大，釜內(nèi)溫度降低并趨于給定值。干擾同時作用于副對象和主對象在干擾作用下，主、副變量的變化方向相同

6、冷卻水壓力T，且進料溫度T-溫度控制器輸出f 一 流量控制器給定值T，測量值如果兩者增量相等, 則偏差為0 副控制器輸岀為0,調(diào)節(jié)閥不動作，如 果不相等，則抵消一部分，偏差較小。干擾同時作用于副對象和主對象在干擾作用下，主、副變量的變化方向相反冷卻水壓力T，但進料溫度/ 一溫度控制器輸出I - 流量控制器給定值/，測量值f -副調(diào)節(jié)器輸出I ； 一調(diào)節(jié)閥開度進一步減小，減少冷卻水供給。例題四課本P58,習題24某液位的階躍響應(yīng)實驗測得如下數(shù)值:01020406080LOO140180250300400500600A/mm006 2仇82.03,65,48. 8 11, 814, 416,618

7、.419.2196當其階躍擾動量為 w=20%時，試求： 畫出液位過程的階躍響應(yīng)曲線； 確定液位過程中的K、T. t （設(shè)該過程用一階 慣性加純滯后環(huán)節(jié)近似描述）。m：根據(jù)數(shù)據(jù)畫出階躍響應(yīng)曲線如圖6所示。圖6根據(jù)階躍響應(yīng)曲線，y (00) =20,根據(jù)公式，計算得:= yoo)- = 20-0 = 100Aw0.2以兩點法求解卩和“取兩點A、B： y (q) =0.39, y(厶)=0.63由圖上查得兩點的坐標為:例題四例題四A (128, 7.8)B (190, 12.6)例題四由公式T=2trt2T=2(t2-tj)計算的，t=66, T=128o例題五如圖8是鍋爐的壓力和液位控制系統(tǒng)的示意圖，試確定 系統(tǒng)中控制閥的氣開、氣關(guān)型式及控制器的正反作用。在液位控制系統(tǒng)屮，從安 全角度岀發(fā)，主要是要保證鍋 爐水位不能太低，則控制閥應(yīng) 選擇氣關(guān)型，以便當氣源中斷 時，能保證繼續(xù)供水，防止鍋 爐燒壞。如果要保證蒸汽的質(zhì) 量，汽中不能帶液，那么就要 選擇氣開閥，以便氣源中斷時, 不再供水，以免水位太高。例題五本題我們假定是屬于前者的情況，控制閥應(yīng)選擇氣 關(guān)型，為方向；當供水流量增加時，液位是升高的, 故對象為“尸方向；測量變送器一般都是“尸方向，故 在這種情況下，液位控