过程控制课后答案

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大学课程过程控制课后习题答案,:所谓“通道”,就是某个参数影响另外一个参数的通路,这里所说的控制通道就是 控制作用(一般的理解应当是控制器输出)U(s)对被控参数Y(s)的影响通路(一般的理解是控制 作用通过执行器影响控制变量,然后控制变量通过被控对象再影响被控参数,即广义对象上 的控制通道)。
答:当设定值由℃提高到℃时,控制器输出变化 ,蒸汽量增加, 液体流量不变,槽内温庋将上升℃℃,所以待系统稳定后,槽内温度是℃。 在Δ阶跃干扰作用下,测得某温度对象控制通道得响应数据如下: 根据上述数据用反应曲线法计算控制器参数 答:从响应数据得干扰起作用点为 ℃,即r 拐点为 ,设呆用Ⅲ型仪表,测量范围为℃,所以,△△ 第一章思考题及习题 与单回路系统相比,串级控制系统有些什么特点 串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能,而且还具有许多单回路控制系统所 没有的优点。因此,串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。串级控制系 统具有更高的工作频率;串级控制系统具有较强的抗干扰能力;串级控制系统具有 定的自适应能力 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用以取决于主对象放大倍数的符号,而 与其他环节无关 答:主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。主环内包括有 主控制器、副回路、主对象和主变送器。控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为 放大倍数为“正”的环节来看待。这样,只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个 主环开环放大倍数的符号为 负 的要求 即 就可以确定主控制器的止、反作用。实际 上主变送器放大倍数符号一般情况下都是“正”的,再考虑副回路视为一放人倍数为“正” 的环节,因此主控制器的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。当主对象放大 倍数符号为“正”时,主控制尜应选“负”作用:反之,当主对象放大倍数符号为“负”时, 主控制器应选正作用。 试证明串级控制系统中,当干扰作用在副环时,只要主、副控訇器其中之一有积分 作用就能保证主变量无余差。而当干扰作用于主环吋,只有主控制器有积分作用吋才能保证 主变量无余差。 答:从串级控制系统结构图中可以看出 当干扰作用在副环时,副环在干扰下的输出可如下计算: 今 并假定为单位阶跃干扰,则 ,运用终值定理可得: 如果 ,即含有积分环节,则在上式分子上出现项,∞,即 干扰作用下主环也无余差。如果 ,则副环余差为∞ ,此余差进入主环, 此时将副环等效成一个环节, ,用与上述副环余差计算一样的方法计算主环余 差,如果主环控制器具有积分作用,∞,反之∞≠。 当干扰作用在辶环时,副环等效成一个环节, ,用与上述副环余差计算 样的方法计算主环余差,如果主环控制器具有积分作用,∞,反之∞≠。 图所示的反应釜内进行的是放热化学反应,而釜内温度过高会发生事故,因此采 用夹套通冷却水来进行冷却,以带走反应过程中所产生的热量。由于工艺对该反应过程温度 控制精度要求很高,单回路控制满足不了要求,需用串级控制。 ①当冷却水压力波动是上要干扰时,应怎样组成串级画出系统结构图 选择釜内温度为主对象,冷却水流量为副对象,组成申级控制,结构图如下 ②当冷却水入口温度波动是上要干扰时,应怎样组成串级画出系统结构图 选择釜内温度为主对象,冷却水入口温度为副对象,组成串级控制,结构图如下 ③对上述两种不同控制方案选择控制阀的开、闭形式及上、副控制器正、反作用。 答:从安全角度出发,上述两种方案均应选择气闭式控制阀 副控制器:第一种方案下,当冷却水流量超过给定值时,其输入为正值,此时要求阀的 开度减小,即控制器输出增大,所以选正作用。第二种方案下,当入∏温度超过给定值时, 其输入为正值,此时要求阀的开度增加,即控制器输出减小,所以选负作用。 主环控制器:两种方案下,当冷却水流量增加时,釜内温度降低,因此为负,应选 择正作用。 图为一管式炉原沺出口温度与炉膛温度申级控制系统。要求: ①选择控制阀的开、闭形式。 答:根据安全要求,控制阀应选择气开式 ②确定主、副控制器的正、反作用 副控制器:当炉膛温度超过给定值时,其输入为正值,此时要求阀的开度减小,即控制 器输岀减小,所以选负作用。主环控制器:当燃料气流量增加时,釜内温度升高,因此 为正,应选择负作用。 ③在系统稳定的情况下,如果燃料气压力突然升高,结合控制阀开、闭形式及控制器 的正、反作用,分析该串级控制系统的工作过程。 答:在系统稳定的情况下,如果燃料气压力突然升髙,此时控制阀的开度还没有变化, 所以燃料气流量增加,炉膛温度升高,测量变送旳输岀增加,副控制器的输入为正,副控制 器为负作用,输岀减小,控制阀为气开式,所以开度减小,使燃料气流量下降。燃料气流量 增加,炉膛温度升髙最终会使原油岀∏温度增加,测量变送的输岀增加,主控制器的输入为 正,主控制器为负作用,输出减小,副控制器的给定值减小,促使副环控制器对燃料气流量 进一步调整。一直到原油出凵温度回到给定值为止,控制阌处在一个新开度上。 某干燥器采用夹套加热和真空抽吸并行的方式来干燥物料。干燥温度过高会使物料 的物性发生变化,这是不允许的,因此要求对干燥温度进行严柊控制。夹套通入的是经列管 式加热器加热后的热水,而加热器采用的是饱和蒸汽,流程如图所小。要求: ①如果冷水流量波动是主要干扰,应采用何种控制方案为什么 答:应采用干燥器干傈温度与冷水流量串纵控制系统,因为要将主要干扰冷水流量包围 在副环内。 ②如果蒸汽压丿波动是主要干扰,应采用何种控制方案为什么 答:应采用干燥器干爍温度与蒸汽压力串级控制系统,因为要将上要干扰蒸汽压力包围 在副环内 ③如果冷水流量和蒸汽压力都经常波动,应采用何种控制方案为什么 答:应釆用干燥器干燥温度与加热器岀口热水温度串级控制系统,副控制器的输岀控 蒸汽、冷水控制阀,副控制器为负作用,蒸汽控制阀为气开式,冷水控制阀为气闭式,主控 制器为负作用 某串级控制系统采用两步法进行整定,测得:衰减过程的参数为:δ, 。若该串级控制系统中主控制器采用规律,副控制器采用 规律。试求主、副控制器的参数值应是多少 副控制器参数:6δ 主控制器参数:δ6 第章思考题及习题 比值与比值系数的含义有什么不同它们之间有什么关系 答:比值是工艺要求的流量比,定义为从动流量与主动流量之比,即: 从动流量主动流量 比值系数是仪表有效信号之比,定义为从动流量的有效信号与主动流量的有效 信号之比。如果用来表示仪表的测量信号,则有 流量比与比值系数是两个不同的概念,不能混淆。比值系数的大小与流量比 的值有关,也与变送器的量程有关,与负荷大小无关。流量与测量信号之间有无非线性关 系对计算式有直接影响。线性关系时 ;非线性关系平方根关系时 比值控制系统用Ⅲ型乘法器来进行比值运算乘法器输出 ,其中与分别为乘法器的两个输入信号,流量用孔板配差压变送器来测量,但没有 加开方器,如图所示。己知 ,要求 画出该比值控制系统方块图。 答:比值控制系统方块图如下 如果要求::,应如何设置乘法器的设置值 答:没有加开方器,流量与测量信号成非线性关系,所以 某化学反应过程要求参与反应的、两物料保持 :的比例,两物料的 最大流量 。通过观察发现 两物料流量因管线压力波动而经 常变化。根据上述情 况,要求: ①设计一个比较合适的比值控制系统。 答:采用双闭环比值控制系统,使主副流量保持稳定,克服因管线压力波动而经常变化 带来的干扰,并保持比值关系,如下图所示。 ②计算该比值系统的比值系数 答:设流量与测量信号成线性关系 ③该比值系统中,比值系数应设置于何处设置值应该是多少假定采用Ⅲ型仪 答:该比值系统中,比值系数应设置于 设置值应该是 ④选择该比值控制系统控制阀的开闭形式及控制器的正、反作用。 答:选择两个控制阀为气开式,当流量增加时,测量值增加,控制器输入为正,此时要 求阀的开度减小,即控制器输出卜降,所以两个控制器为反作用 答:流量与测量信号成线性关系 用Ⅱ型仪表来实现,信号为 ,所以,应在副流量回路中串入一个比例系数为的比值器。 有一个比值控制系统如图所示。图中为一系数。若已知, ,试求?。 答:该系统为用比值器组成的方案,为一系数且,即在副流量上串入了一个放 大倍数为的比值器,副流量信号被放大了倍,从图中可以看出此系统为流量比为的比值 控制系统,即 所以 一个双闭环比值控制系统如图所示。其比值用Ⅲ型乘法器来实现。已知 。要求: ①画出该系统方块图 ②若已知 求该比值系统的比值比值系数 ③待该比值系统稳定时,测 试计算此时? 答:①方框图如下 ③比值系统稳定时,测 由公式 得 当系统稳定时,测 试计算该比值控制系统的比值系数 答: 设流量与测量信号成线性关系 根据比值控制要求,乘法器的与之间应具有下面的关系: 再根据 叮得: 第四章思考题及题 均匀控制系统设置的目的是什么 答:均匀控制系统的名称来自系统所能完成的特殊控制仼务,它使前后设备在物料供求 上相互均匀、协调,统筹兼顾。 均匀控伺系统有些什么特点 答:结构上无特殊性 均勺控制是指控制日的而言,而不是由控制系统的结构来决定的。均匀控制系统在结构 上元任何特殊性,它可以是一个单回路控制系统,也可以是一个申级控制系统的结构形式, 或者是一个双冲量控制系统的结构形式 参数应变化,而且应是缓慢地变化 因为均匀控制是前后设备物料供求之间的均匀,所以表祉这两个物料的参数都不应为某 固定的数值两个参数都变化,且变化比较缓慢。那种试图把两个参数都稳定不变的想法 是不能实现的。 参数应限定在允许围内变化 第五章思考题及习题 前馈控制与反馈控制各有什么特点 答:前馈控訇克服干扰比反馈控制及时 前馈控制是按照τ扰作用的大小进行控制的,如控制作用恰到好处,一般比反馈控制要 及时。基于这个特点,可把前馈控制与反馈控制作如下比较: 前馈控制属于“开环”控制系统 反馈控制系统是一个“闭环”控制系统,而前馈控制是一个“开环”控制系统。反馈控 制由于是闭环系统,控制结果能够逆过反馈获得检验,而前馈控制的效果并不通过反馈加以 检验,因此前馈控制对被控对象的特性掌握必须比反馈控制清楚,才能得到·个较合造的前 馈控制作用。 前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器 般的反馈控制系统均采用通用类型的控制器,而前馈控制器是专用控制器,对 于不同的对象特性,前馈控制器的形式将是不同的。 种前馈控作用只能克服一种干扰 由于前馈控制作用是按干扰进行工作的,而且整个系统是开环的,因此根据一种干扰设 置的前馈控制只能克服这一干扰,而对」其他干扰,由于这个前馈控制器无法感受到,也就 无能为丿了。而反馈控制只用一^控制回路就可克服多个干扰,所以说这一点也是前馈控制 系统的一个弱点 前馈反馈控制具有哪些优点 答:,前馈反馈控制系统的优点在于: ①由于增加了反馈控制回路,大大简化了原有前馈控制系统。只需对主要的千扰进行 前馈补偿,其他干扰可由反馈控制予以校正。 ②反馈回路的存在,降低∫前馈控尙模型的精度要求,为工程上实现比较简单的通用 型模型创造了条件 ③负荷或工况变化时,模型特性也要变化,可由反馈控制加以补偿,因此具有一定的 自适应能力。 某前馈串级控制系统如图所示。已知: 。要求:①绘出该系统方块图。 ②计算前馈控制器的数学模型。 ③假定控制阀为气开式,试确定各控制器的正、反作用 答 ①1)系统方块图如下: ②前馈控制器的数学模型为 ③假定控制阀为气开式 副叵路中控制阀符号为正,当阀门开度增加时,蒸汽流量增加,所以副对象符号为正 测变坏节为正,所以副控制器为负作用。主回路中当蒸汽流量增加时,出口温度上升,主对 象为正,所以主控制器为负作用。 有时前馈-反馈控制系统从其系统结枃上看与串级控制系统十分相似,试问如何区 分它们 试分析判断图所示的两个系统各属于什么系统说明其理由。 答:串级控制是由内、外两个反馈回路所组成,而前馈反馈控制是由一个反馈回路和 另一个廾坏的补偿回路叠加而成。串级控制中的罰参数与前馈反馈控制中的前馈输入量是 两个截然不同的概念。前者是串级控制系统反映辶被控变量的中间变量,控制作用对它产 生明显的词节效果;而后者是对主被控变量有显著影响的干扰量,是完全不受控制作用约束 的独立变量 图为串级控制系统,因为它由内、外两个反馈回路所组成,其副参数是串级控制系 统中反映主被控变量的中间变量,控制作用对它产生明显的调节效果。 图为静奁前馈反馈控制系统,因为原油的流量是对主被控变量一一温度有显著影响 的干扰量,是完全不受控制作用约束的独立变量。 第六章思考题及习题 在选择性控制系统中,选择器的类型是如何确定的 答:选择器的类型可以根据生产处于非正常情况下控制器的输岀信号高、低来确定。如 果在这种情况下它的输出为髙信号,则应选髙选器;如果在这种情况下它的输出为低信号, 则应选低选器。 何谓积分饱和它有什么危害性 答:一个具有积分作用的控制器,当其处开坏工作状态时,如果偏差输入信号一直存 在,那么,由于积分作用的结果,将使控制器的输出不断增加当控制器为正作用且偏差为 正时或不断减小当偏差为负吋,·且达到输出的极限值为止,这种现象称之为“积分饱

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