單回路控制系統(tǒng)詳解

一、單回路掌握系統(tǒng)畫出圖示系統(tǒng)的方框圖：加熱劑加熱劑TC氣開FCFTTT原料(1圖)一個(gè)簡(jiǎn)潔掌握系統(tǒng)總的開環(huán)增益〔放大系數(shù)〕應(yīng)是正值還是負(fù)值？?jī)x表行業(yè)定義的掌握器增益與掌握系統(tǒng)中定義的掌握器的增益在符號(hào)上有什么關(guān)系？為什么？試確定習(xí)題1中掌握器的正反作用。假設(shè)加熱變成冷卻，且掌握閥由氣開變?yōu)闅怅P(guān)，掌握器的正反作用是否需要什么是對(duì)象的掌握通道和擾動(dòng)通道？假設(shè)它們可用一階加時(shí)滯環(huán)節(jié)來近似，試述K、K、τf

、τ 對(duì)掌握系統(tǒng)質(zhì)量的影響。p fK

PeS 廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)為

P(TS1)

，假設(shè)P的比值肯定時(shí)，TT

大小對(duì)掌握質(zhì)量有P P什么影響？為什么？一個(gè)簡(jiǎn)潔掌握系統(tǒng)的變送器量程變化后，對(duì)掌握質(zhì)量有什么影響？舉例說明。試述掌握閥流量特性的選擇原則，并舉例加以說明。對(duì)圖示掌握系統(tǒng)承受線性掌握閥。當(dāng)負(fù)荷G增加后，系統(tǒng)的響應(yīng)趨于非周期函數(shù)，而G削減時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)震TC蕩加劇，試分析其緣由，并設(shè)法解決之。一個(gè)簡(jiǎn)潔掌握系統(tǒng)中，掌握閥口 TT徑變化后，對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量有何影響？

加熱劑TCG統(tǒng)熱量平衡式為：GC(θ 1 1 0

)=Gi

λ(λ2G為蒸汽的冷凝潛熱)。 2主要擾動(dòng)為θi時(shí)選擇掌握閥 〔題8圖〕的流量特性。 TC主要擾動(dòng)為G1時(shí)選擇掌握閥的流 TT量特性。設(shè)定值變化時(shí)，選擇掌握閥的流量

GC θi1 1i特性。 θO一個(gè)單比例簡(jiǎn)潔掌握系統(tǒng)，增加積分10圖作用后，對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量有什么影響？為了保持同樣的衰減比，比例度δ要增加，為什么？它們的應(yīng)用場(chǎng)合。什么叫積分飽和？產(chǎn)生積分飽和的條件是什么？承受響應(yīng)曲線法整定掌握器參數(shù)選用單比例掌握時(shí)，δ=Kτ /T×100%,即δ∝P P PK，δ∝τ /T,為什么？而選擇比例積分掌握時(shí)，δ=1.44Kτ

/T×100%，即比例度增加，P P P為什么？

P P PK承受臨界比例度法整定掌握器參數(shù)，在單比例掌握時(shí)，δ=2δ (臨界比例度)，為什么？K制器參數(shù)整定時(shí)，應(yīng)留意什么？KeS

KP (TS1)(TS1)(T S1)V P W廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)為

P(TS1)

，承受比例掌握，當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定邊緣時(shí)，K=KC

，臨界周期為T

P。問：Kτ T/ 在什么數(shù)值范圍內(nèi)(即上、下界)， /Tτ K P P PK 在什么數(shù)值范圍內(nèi)(即上、下界)，τ /T增加時(shí)，K

是上升還是下降？CK P P CK一個(gè)過程掌握系統(tǒng)的對(duì)象有較大的容量滯后后。假設(shè)對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)均承受微分掌握，試問效果如何？某一溫度掌握系統(tǒng)，承受4:1衰減曲線法進(jìn)展整定，測(cè)得系統(tǒng)的衰減比例度δs=25%Ts=10minP和PI有一個(gè)過程掌握系統(tǒng)(承受DDZ-Ⅲ型儀表)，當(dāng)廣義對(duì)象的輸入電流〔即掌握器的輸出電流14mA7014mA15mA，74℃。設(shè)測(cè)溫儀表的量程為50-100℃。同時(shí)由試驗(yàn)測(cè)得廣義對(duì)象的時(shí)間常數(shù)TP=3min，滯后時(shí)間τP=1.2min，試求衰減比為4:1時(shí)PI掌握器的整定參數(shù)值。12%時(shí)，系統(tǒng)消滅等幅振蕩，其臨界振蕩周期為180s，試求承受PID掌握器時(shí)的整定參數(shù)值。掌握系統(tǒng)方塊圖如下：求：(1)X作單位躍階變化時(shí)，隨動(dòng)掌握系統(tǒng)的余差。F作單位躍階變化時(shí)，定值掌握系統(tǒng)的余差。FFKTS1PFRYKKCKVTS1PPKTS1MM〔22圖〕一個(gè)簡(jiǎn)潔掌握系統(tǒng)由那幾局部組成？各有什么作用？舉例說明一個(gè)簡(jiǎn)潔掌握系統(tǒng)，指出在該掌握系統(tǒng)中的被掌握系統(tǒng)的被控變量、操縱變量和擾動(dòng)變量。常見的過程動(dòng)態(tài)特性的類型有哪幾種？可用什么傳遞函數(shù)來近似描述他們的動(dòng)態(tài)特性？增大過程的增益對(duì)掌握系統(tǒng)的掌握品質(zhì)指標(biāo)有什么影響？過程的時(shí)間常數(shù)是否越小越好？為什么？某溫度掌握系統(tǒng)已經(jīng)正常運(yùn)行，由于原溫度變送器〔量程200`300℃〕損壞，改用量程為0`500℃的同分度號(hào)的溫度變送器，掌握系統(tǒng)會(huì)消滅什么現(xiàn)象？應(yīng)如何解決？增大積分時(shí)間對(duì)掌握系統(tǒng)的掌握品質(zhì)有什么影響？增大微分時(shí)間對(duì)掌握系統(tǒng)的掌握品質(zhì)有什么影響？什么是積分飽和現(xiàn)象？舉例說明如何防止積分飽和。純比例掌握時(shí)，比例度與臨界比例度之間有什么近似關(guān)系？6.1〔干擾〔給定〕值、偏差。答：被控對(duì)象——自動(dòng)掌握系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要掌握的生產(chǎn)過程、設(shè)備或機(jī)器等。被控變量——被控對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)。能量。擾動(dòng)量——除操作變量外，作用于被控對(duì)象并引起被控變量變化的因素。設(shè)定值——被控變量的預(yù)定值。偏差——被控變量的設(shè)定值與實(shí)際值之差。6.3以下掌握系統(tǒng)中，哪些是開環(huán)掌握，哪些是閉環(huán)掌握？A．定制掌握B．隨動(dòng)掌握C．前饋掌握D．程序掌握答：C——開環(huán)掌握；A、B、D——閉環(huán)掌握?！病吃谑突どa(chǎn)過程中，常常利用液態(tài)丙烯汽化吸取裂解氣體的熱量，使裂解氣體的溫6-3裂解氣，其溫度要求掌握在〔15±1.5〕℃。假設(shè)溫度太高，冷卻后的氣體會(huì)包含過多的水分，對(duì)生產(chǎn)造成有害影響；假設(shè)溫度太低，乙烯裂解氣會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶析出，杜塞管道。6-3〔１〕指出系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操作變量各是什么？〔２〕試畫出該掌握系統(tǒng)的組成方塊圖?！玻薄诚┑牧髁??！玻场?-46-4圖6-5所示是以反響溫度掌握系統(tǒng)示意圖。Ａ、Ｂ兩種物料進(jìn)入反映，通過轉(zhuǎn)變進(jìn)入夾掌握器。試畫出該溫度掌握系統(tǒng)的方塊圖，并指出該掌握系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控變量、操作變量及可能影響被控變量變化的擾動(dòng)各是什么？6-5答：水流量；干擾為Ａ、Ｂ物料的流量、溫度、濃度、冷卻水的溫度、壓力及攪拌器的轉(zhuǎn)速。反響器的溫度掌握系統(tǒng)的方塊圖如圖6-66-6確保生產(chǎn)安全，設(shè)計(jì)了如圖6-7所示溫度掌握系統(tǒng)。工藝要求發(fā)生器溫度掌握在〔８０±１〕℃。試畫出該溫度掌握系統(tǒng)的方塊圖，并指出圖中的被控對(duì)被控變量存在的擾動(dòng)。6-7答：乙炔發(fā)生器溫度掌握系統(tǒng)方塊圖如圖6-8所示〔圖中T、TO分別為乙炔發(fā)生器溫度及其設(shè)定值。6-8被控對(duì)象：乙炔發(fā)生器；被控變量：乙炔發(fā)生器內(nèi)溫度；操縱變量：冷水流量；擾動(dòng)量：冷水溫度、壓力；電石進(jìn)料量、成分等。圖6-9設(shè)計(jì)了物料入口流量和蒸汽流量?jī)蓚€(gè)掌握系統(tǒng)，以保持出口物料溫度恒定。6-9試畫出對(duì)出口物料溫度的掌握系統(tǒng)方塊圖；指出該系統(tǒng)是開環(huán)掌握系統(tǒng)還是閉環(huán)掌握系統(tǒng)，并說明理由?！?〕掌握系統(tǒng)方塊圖如圖6-10所示。6-10〔2〕系統(tǒng)。6.156-14衰減比、余差、過渡時(shí)間、振蕩周期〔或頻率。請(qǐng)分別說明其含義。6-14〔A表示最大偏遠(yuǎn)，這對(duì)于工藝條件要求較高的生產(chǎn)過程是格外不利的。圖中衰減比n＝B:B’。對(duì)于衰減振蕩而言，n1的。假設(shè)n1，掌握系統(tǒng)的過渡n1，則為發(fā)散振蕩過程；n當(dāng)n趨于無窮大時(shí)，系統(tǒng)接近非振蕩衰減過程。依據(jù)實(shí)際操作閱歷，通常取n＝4～10。余差――是指過渡過程終了時(shí)。圖中C0或在一預(yù)定的允許范圍內(nèi)。的±5％(或±2％定快，即使干擾頻繁消滅，系統(tǒng)也能適應(yīng)；反之，過渡時(shí)間長(zhǎng)，說明系統(tǒng)穩(wěn)定慢，在幾個(gè)同間愈短愈好。振蕩周期〔或頻率〕――振蕩周期是指過渡過程同向波峰〔或波谷〕之間的間隔時(shí)間，其倒數(shù)為振蕩頻率。在衰減比一樣的條件下，周期與過渡時(shí)間成正比。一般期望振蕩周期短些好。6.26填空。依據(jù)實(shí)踐閱歷的總結(jié)覺察除少數(shù)無自衡的對(duì)象以外大多數(shù)對(duì)象均可用 、 、 這4種典型的動(dòng)態(tài)特性來加以近似描述。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化也可以將全部的對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性都減化為 的形式用傳遞函數(shù)可以表示為 。在對(duì)象傳遞函數(shù)表達(dá)式W(s)中，K表示對(duì)象的 ，T表示對(duì)象的 ，表示對(duì)象的 。Ke-Ke-sTs+1〔2〕一階加純滯后；W〔s〕＝靜態(tài)放大系數(shù)；時(shí)間常數(shù)；純滯后時(shí)間。6.41什么是簡(jiǎn)潔掌握系統(tǒng)？試畫出簡(jiǎn)潔掌握系統(tǒng)的典型方塊圖。答：所謂簡(jiǎn)潔掌握系統(tǒng)，通常是指由一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)檢測(cè)元件及傳感器〔或變送器、一個(gè)調(diào)整器和一個(gè)執(zhí)行器所構(gòu)成的單閉環(huán)掌握系統(tǒng)，有時(shí)也稱為單回路掌握系統(tǒng)。簡(jiǎn)潔掌握系統(tǒng)的典型方塊圖如圖6-34所示。6-34被控對(duì)象、調(diào)整閥、調(diào)整器的正、反作用方向各是怎樣規(guī)定的？調(diào)整閥的作用方向由它的氣開、氣關(guān)型式來確定。氣開閥為“正”方向，氣關(guān)閥為“反”方向。假設(shè)將調(diào)整閥的輸入偏差信號(hào)定義為測(cè)量值減去給定值，那么當(dāng)偏差增加時(shí)，其輸出也增加的調(diào)整器稱為“正作用”調(diào)整器；反之，調(diào)整器的輸出信號(hào)隨偏差的增加而減小的稱為“反作用”調(diào)整器。單參數(shù)掌握系統(tǒng)中，調(diào)整器的正反作用應(yīng)怎樣選擇？答：先做兩條規(guī)定：氣開調(diào)整閥為＋A，氣關(guān)調(diào)整閥為－A；調(diào)整閥開大，被調(diào)參數(shù)上升為＋B，下降為－B。A·B=“＋”調(diào)整器選反作用；A·B=“－”調(diào)整器選正作用。6-35B〔A〔－“－”調(diào)整器選正作用。6-356-36 (a) (b)(c) (d) (e)6-36答：(a)――正作用；(b)――正作用；(c)――反作用；(d)――正作用；(e)――反作用；6-37取調(diào)整閥氣開、氣關(guān)型式和調(diào)整器的正、反作用，再簡(jiǎn)潔說明這一調(diào)整回路的工作過程。答：因工藝要求故障狀況下送出的氣體不許帶液，故當(dāng)氣源壓力為零時(shí)，閥門應(yīng)翻開，所要求調(diào)整閥輸出削減，調(diào)整器是反作用。出↑→液位↓。6-37圖6-38明調(diào)整閥的氣開、氣關(guān)型式，調(diào)整器的正、反作用方式，并簡(jiǎn)述掌握系統(tǒng)的動(dòng)作過程。6-38答：故障狀況下氣源壓力為零，應(yīng)切斷燃料，以確保爐子熄火。故要求調(diào)整閥為氣開式，氣源中斷時(shí)關(guān)閉。當(dāng)爐溫增高時(shí)，要求燃料量削減，即減小調(diào)整閥開度。由于是氣開閥，所以要求調(diào)整器輸出減小，應(yīng)選用反作用調(diào)整器。掌握系統(tǒng)的動(dòng)作過程為：進(jìn)料↓→溫度↑→調(diào)整器輸出↓→調(diào)整閥開度↓→燃料量↓→爐溫↓。反之，由于各種緣由引起爐溫↓→調(diào)整器輸出↑→調(diào)整閥開度↑→燃料量↑→爐溫↑。請(qǐng)判定圖6-39所示溫度掌握系統(tǒng)中，調(diào)整閥和調(diào)整器的作用型式。6-39當(dāng)物料為溫度過低時(shí)易析出結(jié)晶顆粒的介質(zhì)，調(diào)整介質(zhì)為過熱蒸汽時(shí)；當(dāng)物料為溫度過高時(shí)易結(jié)焦或分解的介質(zhì)，調(diào)整介質(zhì)為過熱蒸汽時(shí)；當(dāng)物料為溫度過低時(shí)易析出結(jié)晶顆粒的介質(zhì)，調(diào)整介質(zhì)為待加熱的軟化水時(shí)；當(dāng)物料為溫度過高時(shí)易結(jié)焦或分解的介質(zhì)，調(diào)整介質(zhì)為待加熱的軟化水時(shí)?！病硽怅P(guān)調(diào)整閥，正作用調(diào)整器；氣開調(diào)整閥，反作用調(diào)整器；氣開調(diào)整閥，正作用調(diào)整器；氣關(guān)調(diào)整閥，反作用調(diào)整器。6-40選擇被控變量和掌握變量，組成調(diào)整回路，并畫出方塊圖。打算調(diào)整閥的氣開、氣關(guān)型式和調(diào)整器的正反作用。當(dāng)被加熱的流體為熱敏介質(zhì)時(shí)，應(yīng)選擇怎樣的調(diào)整方案為好？〔1〕方塊圖見圖6-4。

6-406-41對(duì)于熱敏介質(zhì)，為防止局部過熱而氣化，調(diào)整參數(shù)不宜為蒸汽而選冷凝水為好。馬上調(diào)整閥裝于冷凝水管線上。圖6-42溢出，試在下述兩種狀況下，分別確定調(diào)整閥的氣開、氣關(guān)型式及調(diào)整器的正、反作用。6-42選擇流入量Qi為操縱變量；選擇流出量Qo為操縱變量。答：(1Qi為“＋”作用方向。這時(shí)，操縱變量即流入量Qi增加時(shí)，被控變量液位是上升的，故對(duì)象為“＋”作用方向。由于調(diào)整閥與對(duì)象都是“＋”作用方向，為使整個(gè)系統(tǒng)具有負(fù)反響作用，調(diào)整器應(yīng)選擇反作用方向；(2)中選擇流出量Qo“－”作用方向。這時(shí)，操縱變量即流出量Qo增加時(shí)，被控變量液位是下降的，故對(duì)象為“－”作用方向。由于選擇流出量Qo統(tǒng)具有負(fù)反響作用，應(yīng)選擇反作用方向的調(diào)整器。有一冷卻器，以冷卻水作為冷劑來冷卻物料溫度，現(xiàn)選擇冷卻水流量為操縱變量，物3作用。被冷卻物料溫度不能太高，否則對(duì)后續(xù)生產(chǎn)不利；被冷卻物料溫度不能太低，否則易分散；冷卻器置于室外，而該地區(qū)冬季溫度最低達(dá)0℃以下。答：(1)應(yīng)選氣關(guān)型調(diào)整閥、反作用式調(diào)整器；(2)應(yīng)選氣開型調(diào)整閥、正作用式調(diào)整器；(3)應(yīng)選氣關(guān)型調(diào)整閥、反作用式調(diào)整器；什么是比例、積分、微分調(diào)整規(guī)律？在自動(dòng)掌握中起什么作用？答：比例調(diào)整依據(jù)“偏差的大小”來動(dòng)作，它的輸出與輸入偏差的大小成比例。比例調(diào)整準(zhǔn)時(shí)δ來表示其作用的強(qiáng)弱，δ愈小，調(diào)整作用愈強(qiáng)，比例作用太強(qiáng)時(shí)，會(huì)引起振蕩。余差消逝時(shí)，積分作用才會(huì)停頓，其作用是消退余差。但積分作用使最大動(dòng)偏差增大了調(diào)整時(shí)間。它用積分時(shí)間T來表示其作用的強(qiáng)弱，T愈小，積分作用愈強(qiáng)，但積分作用太強(qiáng)時(shí)，也會(huì)引起振蕩。〔但不能消退。它用微分時(shí)間Td來表示其作用的強(qiáng)弱，TdTd填空在PID調(diào)整中比例作用是依據(jù) 來動(dòng)作的在系統(tǒng)中起著 的作用積分作用是依據(jù) 來動(dòng)作的在系統(tǒng)中起著 的作用微分作用是依據(jù) 來動(dòng)作的在系統(tǒng)中起著 的作用。答：偏差的大小；穩(wěn)定被控變量；偏差是否存在；消退余差；偏差變化速度；超前調(diào)整。在什么場(chǎng)合下選用比例、比例積分PI、比例積分微分PI〕答：系統(tǒng)。〔需要消退干擾引起的余差、純滯后不大〔時(shí)間常數(shù)不是太大〕而被調(diào)參數(shù)不允許與給定值有偏差的調(diào)整系統(tǒng)。比例積分微分調(diào)整規(guī)律適用于容量滯后較大、純滯后不太太、不允許有余差的對(duì)象。填空調(diào)整器的比例度δ越大，則放大倍數(shù)Kc ，比例調(diào)整作用就 ，過渡過程曲線就 ，但余差也 。積分時(shí)間Ti越小，則積分速度 ，積分特性曲線的斜率 ，積分作用 ，消退余差 。微分時(shí)間Td越大，微分作用 。答：越??；越弱；平穩(wěn)；越大；越大；越大；越強(qiáng)；越快；越強(qiáng)。6.61推斷〔是為√，非為×〕對(duì)純滯后大的調(diào)整對(duì)象，為抑制其影響，可引入微分調(diào)整作用來抑制。當(dāng)調(diào)整過程不穩(wěn)定時(shí)，可增大積分時(shí)間或加大比例度，使其穩(wěn)定。比例調(diào)整過程的余差與調(diào)整器的比例度成正比?！布礋o偏差、自動(dòng)切換操作。均