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习题答案

《化工仪表及自动化》第五版厉玉鸣主编化学工业出版社

Ex1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产

过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装

置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自

动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，

称为化工自动化。

� 实现化工生产过程自动化的意义：

（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。

（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。

（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设

备使用寿命，提高设备利用能力的目的。

（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消

灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。

习题（第一章）

Ex2.化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动保护、自

动操纵和自动控制等方面的内容。

习题（第一章）

Ex3.闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又

有反向联系的自动控制。从信号传递关系上看，构成了一个

闭合回路。开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺

向控制而没有反向联系的自动控制。从信号传递关系上看，

未构成闭合回路。

Ex7.方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种

图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方

块图。

Ex8.测量元件与变送器：用来感受被控变量的变化并将它转换

成一种特定的信号（如气压信号、电压、电流信号等）；控

制器：将测量元件与变送器送来的测量信号与工艺上需要保

持的给定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化

趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用

特定的信号送住执行器。执行器：能自动地根据控制器送来

的信号值相应地改变流入（或流出）被控对象的物料量或能

量，从而克服扰动影响，实现控制要求。

习题（第一章）

Ex9.被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的

生产设备或机器叫做~。被控变量：被控对象内要求保持给

定值的工艺参数。给定值：被控变量的预定值。操纵变量：

受控制阀操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给

定值的物料量或能量。

Ex15. 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

Ex16. 在自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状

态称为系统的静态，把被控变量随时间而变化的不平衡状态

称为系统的动态。

∵干扰是客观存在的，是不可避免的。一个自动控制系统投入

运行时，时时刻刻都受到干扰作用，破坏正常的工艺生产状

态。这就需要通过自动化装置不断施加控制作用去对抗或抵

消干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺所要求的技术指

标上。一个正常工作的自动控制系统，总受到频繁的干扰作

用，总处在频繁的动态过程中。∴了解系统动态更为重要。

习题（第一章）

Ex17. 阶跃作用：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系

统上，并保持在这个幅度。

采用阶跃干扰的原因：阶跃干扰比较突然，比较危险，对被控

变量的影响也最大。如果一个控制系统能够有效克服阶跃干

扰，对其他比较缓和的干扰也一定很好地克服。阶跃干扰形

式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。

Ex19. 等幅振荡过程和发散振荡过程是不稳定过程，生产上不

能采用；非周期衰减过程虽是稳定过程，但该过程中被控变

量达到新的稳定值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏

离给定值，所以一般也不采用；衰减振荡过程能够较快地使

系统达到稳定状态，并且最终的稳态值必然在两峰值之间，

决不会出现太高或太低的现象，更不会远离给定值以致造成

事故。所以…

习题（第二章）

Ex1.对象特性指对象输入量与输出量之间的关系。

� 各种对象千差万别，有的操作很稳定，操作很容易；有的

稍不小心可能就会超越正常工艺条件，甚至造成事故。有

经验的操作人员需要很熟悉这些对象，才能使生产操作得

心应手；设计自动化装置时，也必须深入了解对象的特

性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制质量的要

求，设计合理的控制系统，选择合适的被控变量和操纵变

量，选用合适的测量元件及控制器。在控制系统投入运行

时，也要根据对象特性选择合适的控制器参数，使系统正

常地运行。

Ex2.对象的数学模型指对象特性的数学描述。

� 静态数学模型：描述的是对象在静态时的输入量与输出量

之间的关系；动态数学模型：描述的是对象在输入量改变

以后输出量的变化情况。

习题（第二章）

Ex4.机理建模法、实验建模法。

Ex5.对象或生产过程的内部机理。

Ex7.阶跃反应曲线法：特点是简易但精度较差。如果输入量是

流量，只要将阀门的开度作突然的改变，便可认为施加了

一个阶跃干扰，同时还可以利用原设备上的仪表把输出量

的变化记录下来，既不需要增加仪器设备，测试工作量也

不大。但由于对象在阶跃信号作用下，从不稳定到稳定所

需时间一般较长，这期间干扰因素较多，因而测试精度受

到限制。为提高测试精度就必须加大输入量的幅度，这往

往又是工艺上不允许的。

� 矩形脉冲法：特点是提高了精度，对工艺影响较小。采用

~时，由于加在对象上的干扰经过一段时间后即被除去，

因此干扰的幅值可以取得较大，提高了实验精度。同时，

对象的输出量又不会长时间偏离给定值，故对工艺生产影

响较小。

习题（第二章）

Ex8.放大系数K、时间常数T、滞后时间τ；

� 放大系数K在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化

量与输入的变化量之比；

� 时间常数T指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果

保持在初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间；

� 滞后时间τ是纯滞后时间和容量滞后时间的总称，它反映

对象受到输入作用后，输出不能立即、迅速变化的现象。。

习题（第二章）

Ex10.纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间

而引起的，而测量点选择不当，测量元件安装不合适等原

因也会造成纯滞后。容量滞后一般是由于物料或能量的传

递需要通过一定阻力而引起的。控制通道若存在纯滞后，

会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，控

制质量下降，稳定性降低；干扰通道若存在纯滞后，相当

于将干扰推迟一段时间才进入系统，并不影响控制系统的

控制品质。

� 容量滞后增加，会使对象的时间常数T增加。在控制通

道，T增大，会使控制作用对被控变量的影响来得慢，系

统稳定性降低；T减小，会使控制作用对被控变量的影响

来得快，系统控制质量提高。但T不能太大或太小，且各

环节时间常数要适当匹配，否则都会影响控制质量。在干

扰通道，如果容量滞后增加，干扰作用对被控变量的影响

比较平稳，一般有利于控制。

习题（第二章）

Ex13.

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