過程控制作業(yè)答案2014244

過程控制作業(yè)答案2014LTRR23RRG(s)H(s)Q(s)KTs12RR3F23RRs1123K=,T=RRRR23F23RRRR2323第三章過程控制系統(tǒng)設(shè)計1.有一蒸汽加熱設(shè)備利用蒸汽將物料加熱，并用攪拌器不停地攪拌物料，到物料達到所需溫度后排出。試問：（1）影響物料出口溫度的主要因素有哪些？（2）如果要設(shè)計一溫度控制系統(tǒng)，你認為被控變量與操縱變量應(yīng)選誰？為什么？（3）如果物料在溫度過低時會凝結(jié)，據(jù)此情況應(yīng)如何選擇控制閥的開、閉形式及控制器的正反作用？解：（1）物料進料量，攪拌器的攪拌速度，蒸汽流量（2）被控變量：物料出口溫度。因為其直觀易控制，是加熱系統(tǒng)的控制目標。操作變量：蒸汽流量。因為其容易通過控制閥開閉進行調(diào)整，變化范圍較大且對被控變量有主要影響。（3）由于溫度低物料凝結(jié)所以要保持控制閥的常開狀態(tài)，所以控制閥選擇氣關(guān)式?？刂破鬟x擇正作用。2.如下圖所示為一鍋爐鍋筒液位控制系統(tǒng)，要求鍋爐不能燒干。試畫出該系統(tǒng)的框圖，判斷控制閥的氣開、氣關(guān)型式，確定控制器的正、反作用，并簡述當加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時，該控制系統(tǒng)是如何克服干擾的？解：系統(tǒng)框圖如下：擾擾動過控液位液給水控閥-檢測由于鍋爐不能燒干故選擇氣關(guān)式，增益為負控制器選擇正作用?？朔蓴_過程：當加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時，鍋筒液位下降，具有正作用后調(diào)節(jié)器輸出信號減小，使氣關(guān)型的閥門開度增大，從而使給水流量增大，進而使鍋筒液位升高，克服蒸汽流量干擾的影響。3.如下圖所示為精餾塔溫度控制系統(tǒng)，它通過調(diào)節(jié)進入再沸器的蒸汽量實現(xiàn)被控變量的穩(wěn)定。試畫出該控制系統(tǒng)的框圖，確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式和控制器的正、反作用，并簡述由于外界干擾使精餾塔溫度升高時該系統(tǒng)的控制過程（此處假定精餾塔的溫度不能太高）。解：系統(tǒng)框圖如下：擾溫擾動過控溫度控閥蒸汽-檢測根據(jù)題意閥門選擇氣開型，增益為正控制器為反作用。克服干擾過程：當外界干擾使蒸餾塔溫度升高時，具有反作用的調(diào)節(jié)器輸出信號減小，使得氣開型的閥門開度減小，蒸汽流量隨之減小，使精餾塔溫度降低，克服干擾的影響。第四章PID調(diào)節(jié)原理習題4.2試總結(jié)調(diào)節(jié)器P,PI,PD動作規(guī)律對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響。習題4.7某電動比例調(diào)節(jié)器的測量范圍為100~200oC，其輸出為0~10mA。當溫度從140oC變化到160oC時，測得調(diào)節(jié)器的輸出從3mA變化到7mA。試求出該調(diào)節(jié)器比例帶。解：e/(ee)100%(160140)/(200100)100%50%maxminu/(uu)(73)/(100)maxmin習題4.9某水槽液位控制系統(tǒng)如圖所示。已知，F(xiàn)=1000cm2，R=0.03s/cm2，調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)式，其靜態(tài)增益|Kv|=28cm3/s·mA，Km=1mA/cm。（1）畫出系統(tǒng)的傳遞方框圖；（2）調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)器，其比例帶δ=40%，試分別求出擾動ΔQd=56cm3/s以及定值擾動Δr=0.5mA時，被調(diào)量h的殘差；（3）若δ改為120%，其他條件不變，h的殘差又是多少？比較（2）（3）的計算結(jié)果，總結(jié)δ值對系統(tǒng)殘差的影響；（4）液位調(diào)節(jié)器改用PI調(diào)節(jié)器后，h的殘差又是多少？解：(1)設(shè)液位液位控-液位(2)系統(tǒng)動態(tài)方程增量關(guān)系式為又所以有對上式進行拉氏變換，得到從而得到單容液位過程的具體傳遞函數(shù)為由系統(tǒng)方框圖可得液位輸出對于擾動輸入和設(shè)定值輸入的傳遞函數(shù)分別為：擾動為時，余差（這部分用到終值定理）：擾動為時，余差：若，則有{過程的增益為正，氣關(guān)式閥門增益為負，檢測器增益為正，由負反饋系統(tǒng)全部各個環(huán)節(jié)（包括比較環(huán)節(jié)）增益乘積為負可判斷控制器增益為負}。{過程的增益為正，氣關(guān)式閥門增益為負，檢測器增益為正，由負反饋系統(tǒng)全部各個環(huán)節(jié)（包括比較環(huán)節(jié)）增益乘積為負可判斷控制器增益為負。}將，，以及其它條件代入上式，可得(3)，此時有結(jié)論：比例度變大，殘差變大。（4）若改為PI調(diào)節(jié)，則對于擾動，余差：對于設(shè)定值擾動，余差：第五章串級控制1.對于如圖所示的加熱器串級控制系統(tǒng)，要求：（1）畫出該控制系統(tǒng)的框圖，并說明主被控變量、副被控變量分別是什么？（2）試確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式；（氣開型）（3）確定主、副控制器的正、反作用；（副控制器：反作用。主控制器：反作用）（4）溫度變送器量程由原來的0~500℃改變?yōu)?00~300℃，控制系統(tǒng)會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？應(yīng)如何解決？（Km1增大，控制作用減弱，余差增大，則應(yīng)增大Kc1）（5）流量變送器量程由原來的0~250kg/h改變?yōu)?~400kg/h，控制系統(tǒng)會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？應(yīng)如何解決？（Km2減小，副回路等效時間常數(shù)增大，控制變慢，響應(yīng)速度減慢，則應(yīng)增大Kc2）2.對于如圖所示加熱爐出口溫度簡單控制系統(tǒng)，要求：（1）在進料流量或燃料成分擾動下，設(shè)計合理串級控制系統(tǒng)，畫出框圖，確定控制器的正、反作用；（2）在燃料油壓力擾動下，設(shè)計合理串級控制系統(tǒng)。解：（1）進料流量擾動T加熱爐原料TTT控制閥：氣開副控制器：反作用副被控量：加熱爐內(nèi)部溫度主控制器：反作用主被控量：物料出口溫度系統(tǒng)框圖如下擾動擾動擾動擾動溫度溫度閥門溫度設(shè)定流量爐膛溫度溫度（2）燃料油壓力擾動加熱爐原料TTPP主控制器：反作用主被控量：物料出口溫度副控制器：反作用福被控量：燃料油管內(nèi)壓力控制閥：氣開系統(tǒng)框圖：擾動擾動擾動擾動溫度壓力閥門設(shè)定燃料壓力壓力（出溫度第六章特殊控制方法1.比值控制系統(tǒng)有哪些類型？各有什么特點？開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng)。2.某化學(xué)反應(yīng)過程要求參與反應(yīng)的A、B兩物料保持的比例,兩物料的最大流量=625,=290.通過觀察發(fā)現(xiàn)A、B兩物料流量因管線壓力波動而經(jīng)常變化。根據(jù)上述情況，要求：1）設(shè)計一個比較合適的比值控制系統(tǒng)；2）計算該比值系統(tǒng)的比值系數(shù)；3）在該比值系統(tǒng)中，比值系數(shù)應(yīng)設(shè)置于何處？設(shè)置值應(yīng)該是多少（假定采用DDZ-Ⅲ型儀表）？4）選擇該比值控制系統(tǒng)控制閥的開閉形式及控制器的正反作用。解：（1）AB(2)將A物件作為主動量，B物件作為從動量。若采用開方器若不采用開方器(3)該系統(tǒng)若采用比值器方案實施，將比值系數(shù)直接設(shè)置即可，。（若采用乘法器實現(xiàn)，因，則將乘法器放置在從動量一側(cè)，設(shè)定。）(4)A、B閥門均選用氣開型閥門，控制器選反作用。3.管式加熱爐原油出口溫度分程控制（1）調(diào)節(jié)閥開關(guān)型式：瓦斯氣調(diào)節(jié)閥（A）氣開燃料油調(diào)節(jié)閥（B）氣開工作新號段：A低信號4~12mA0.02~0.06MPaB高信號12~20mA0.06-0.1MPa（2）調(diào)節(jié)器正反作用：反作用（3）系統(tǒng)框圖天然氣出口溫度控-燃油調(diào)節(jié)閥溫度工作原理：當原油出口溫度較低時，反作用控制器輸出信號較高，天然氣閥門全開后，燃油閥門打開到一定開度，隨著燃料量的增加，出口溫度上升，控制器輸出逐漸減小，使燃料油閥門開度變慢，變小。（溫度上升速度放緩）。溫度高至苯一點時，反作用控制器輸出為低信號，燃油閥完全關(guān)閉，天然氣閥開度隨溫度升高逐漸變小，溫度有所降低，控制器信號再次增大，使天然氣閥門開大，使出口溫度再次回升，如此循環(huán)。直至溫度達到苯設(shè)定值。4.如圖所示高位槽向用戶供水，為保證供水流量的平穩(wěn)，要求對高位槽出口流量進行控制。但為了防止高位槽過高而造成溢水事故，需對液位采取保護性措施。根據(jù)上述情況，要求設(shè)計一連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)。試畫出該系統(tǒng)的框圖，確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和正、反作用形式以及選擇器的類型，并簡述該系統(tǒng)的工作原理。LLCFCFTLS設(shè)定值溫度-流出出口流低選器閥門液位對象出口溫度出口流量-流量控制器設(shè)定值溫度變送器調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)型，液位控制器反作用，流量控制器正作用，選擇器選低選器。工作原理：正常工作時，流量控制器的流量控制器輸出流量增大，使閥門開度變小，出口流量減小，從而克服工作，出口流量受干擾增大時，具有正作用干擾的影響，當液位超過限值時，由低選器選擇液位控制器參加工作，當液位繼續(xù)增加時，具有正作用的液位控制器輸出信號減小，使閥門開度變大，出口流量增加使液位回降。第七章補償控制補充題目：前饋-串級復(fù)合控制如圖所示精餾塔塔釜溫度與蒸汽流量的串級控制系統(tǒng)。生產(chǎn)工藝要求一旦發(fā)生事故應(yīng)立即停止蒸汽的供應(yīng)。要求：1.畫出控制系統(tǒng)框圖；2.確定調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)形式；3.確定主4.如果進料流量波動較大，試設(shè)計一個前饋-串、副控制器的正、反作用方式；級復(fù)合控制系統(tǒng)，已知系統(tǒng)中有關(guān)傳遞函數(shù)分別為G(s)K，KesfKeo1(Ts1)(Ts1)sG(s)o1，G(s)fofTs1o2o2o1o2f試畫出此復(fù)合控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖，并寫出前饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，討論其實現(xiàn)的可能性。1.系統(tǒng)框圖反作用T反作用2.氣開型（工藝要求一旦發(fā)生事故終止蒸汽供應(yīng)）3.主副控制器均為反作用4.FCFTFPCTCTTT進料副對象相當于增益為Ko2的隨動系統(tǒng)若，可實現(xiàn)。第八章關(guān)聯(lián)分析和解耦控制已知一2*2耦合過程的傳遞函數(shù)矩陣為0.50.30.40.6GG1112GG2122試計算該過程的相對增益矩陣，說明其變量配對的合理性，然后按照前饋補償解耦方式進行解耦，求取前饋補償解耦裝置的數(shù)學(xué)模型，畫出前饋解耦系統(tǒng)框圖。解：由題知，開環(huán)增益矩陣P=，利用公式求取相對增益矩陣。P=KK110.50.65或者代公式得到11KKKK