2023年過(guò)程與控制部分課后題答案

千里之行，始于足下讓知識(shí)帶有溫度。第第2頁(yè)/共2頁(yè)精品文檔推薦過(guò)程與控制部分課后題答案

1

100%()

yyσ=

?∞（2）什么是過(guò)程控制系統(tǒng)？試用方框圖表示其普通組成。

答：過(guò)程控制系統(tǒng)：普通是指工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的變量是溫度、壓力、流量、液位、成份等這樣一些變量的系統(tǒng)。

過(guò)程控制系統(tǒng)的普通性框圖如圖1-1所示：圖1-1過(guò)程控制系統(tǒng)的普通性框圖（3）單元組合式儀表的統(tǒng)一信號(hào)是如何規(guī)定的？答：各個(gè)單元模塊之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)舉行聯(lián)絡(luò)。

1）模擬儀表的信號(hào)：氣動(dòng)0.02~0.1MPa；電動(dòng)Ⅲ型：4~20mADC或1~5VDC。2）數(shù)字式儀表的信號(hào)：無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。（4）試將圖1-2加熱爐控制系統(tǒng)流程圖用方框圖表示。答：加熱爐控制系統(tǒng)流程圖的方框圖如圖1-3所示：

圖1-2加熱爐過(guò)程控制系統(tǒng)流程

（5）過(guò)程控制系統(tǒng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)有哪些？各自是如何定義的？

答：1）單項(xiàng)性能指標(biāo)主要有：衰減比、超調(diào)量與最大動(dòng)態(tài)偏差、靜差、調(diào)整時(shí)光、振蕩頻率、升高時(shí)光和峰值時(shí)光等。2）各自定義為：衰減比：等于兩個(gè)相鄰的同向波峰值之比n；超調(diào)量σ：第一個(gè)波峰值

1

y與終于穩(wěn)態(tài)值y（∞）之比的百分?jǐn)?shù)：

最大動(dòng)態(tài)偏差A(yù)：在設(shè)定值階躍響應(yīng)中，系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的第一個(gè)峰值超出穩(wěn)態(tài)值的幅度；

靜差，也稱殘余偏差C：過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，被控參數(shù)所達(dá)到的新穩(wěn)態(tài)值y（∞）與設(shè)定值之間的偏差C稱為殘余偏差，簡(jiǎn)稱殘差；調(diào)整時(shí)光s

t：系統(tǒng)從受干擾開(kāi)頭到被控量進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)值的5%±（2%±）范圍內(nèi)所需要的時(shí)光；

振蕩頻率

n

ω：過(guò)渡過(guò)程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的時(shí)光間隔叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率；

升高時(shí)光pt

：系統(tǒng)從干擾開(kāi)頭到被控量達(dá)到最大值時(shí)所需時(shí)光；

峰值時(shí)光

p

t：過(guò)渡過(guò)程開(kāi)頭至被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)光。

（9）兩個(gè)流量控制系統(tǒng)如圖1-4所示。試分離說(shuō)明它們是屬于什么系統(tǒng)？并畫(huà)出各自的系統(tǒng)框圖。圖1-4兩個(gè)流量控制回路暗示圖

答：系統(tǒng)1是前饋控制系統(tǒng)，系統(tǒng)2是反饋控制系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖1-5如下：

控制器

r(t)執(zhí)行器

被控過(guò)程

檢測(cè)變送裝置

y(t)

_

f(t)

e(t)u(t)

q(t)

z(t)

TC

PC

給定值

閥

管道

加熱爐

熱油出口溫

度

PT

燃油壓力

_

TT

_

干擾2

干擾1ACAT

燃油

PT

PC

TC

TT

引風(fēng)機(jī)煙氣

冷油入口

熱油出口

火嘴

送風(fēng)機(jī)

空氣

系統(tǒng)1系統(tǒng)2圖1-5兩個(gè)流量控制回路方框圖

（10）只要是防爆儀表就可以用于有爆炸危急的場(chǎng)所嗎？為什么？

答：1）不是這樣。2）比如對(duì)平安火花型防爆儀表，還有平安等級(jí)方面的考慮等。（11）構(gòu)成平安火花型防爆控制系統(tǒng)的儀表都是平安火花型的嗎？為什么？

答：1）是的。2）由于平安火花型防爆系統(tǒng)必備條件之一為：現(xiàn)場(chǎng)儀表必需設(shè)計(jì)成平安火花型。2．綜合練習(xí)題

（3）某化學(xué)反應(yīng)過(guò)程規(guī)定操作溫度為80±5℃，最大超調(diào)量小于或等于5％，要求設(shè)計(jì)的定值控制系統(tǒng)，在設(shè)定值作最大階躍干擾時(shí)的過(guò)渡過(guò)程曲線如圖1-8所示。要求：1）計(jì)算該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、衰減比、最大超調(diào)量和過(guò)渡過(guò)程時(shí)光；

2）說(shuō)明該系統(tǒng)是否滿足工藝要求。

答：1）由上圖可得y(∞)=81℃，設(shè)定值r=80℃,B1=85?81=4,B2=82?81=1穩(wěn)態(tài)誤差e(∞)=r?y(∞)=80℃-81℃=?1℃

衰減比：，

最大超調(diào)量：過(guò)渡過(guò)程時(shí)光ts：也許在18min左右。

2）雖然該系統(tǒng)最大超調(diào)滿足要求，然而在規(guī)定操作溫度為80℃，而最后趨于穩(wěn)定的值卻為81℃，因此不滿足工藝要求。

（4）圖1-9所示為一類容易鍋爐汽泡水位控制流程圖，試畫(huà)出該控制系統(tǒng)框圖，并說(shuō)明其被控過(guò)程、被控參數(shù)、控制參數(shù)和干擾參數(shù)各是

什么？

圖1-9鍋爐汽泡水位控制流程圖答：1）控制系統(tǒng)框圖如圖1-10所示：

圖1-10鍋爐汽泡水位控制框圖

2）被控過(guò)程：加熱器+汽包；被控參數(shù)：汽包水位；控制參數(shù)：上水流量；干擾參數(shù)：蒸汽流量變化。1．基本練習(xí)題

（3）某臺(tái)測(cè)溫儀表測(cè)量的上下限為500℃~1000℃，它的最大肯定誤差為±2℃，試確定該儀表的精度等級(jí)；答：按照題意可知：最大肯定誤差為±2℃

則精度等級(jí)

所以儀表精度等級(jí)為0.4級(jí)（4）某臺(tái)測(cè)溫儀表測(cè)量的上下限為100℃~1000℃，工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過(guò)±2℃，應(yīng)選精度等級(jí)為多少的儀表才干滿足工藝要求？答：由題可得：儀表精度等級(jí)至少為0.001級(jí)?；蛘?.002

（5）有一臺(tái)DDZ-Ⅲ型兩線制差壓變送器，已知其量程為20~100kPa，當(dāng)輸入信號(hào)為40kPa和80kPa時(shí)，變送器的輸出分離是多少？答：由題可得：變送器輸出的分離是8mA和16mA。LT

LC

蒸汽

汽包

加

熱室

水

12

4

4:11BnB=

==()()8581100%100%4.938%

()81pytyyδ-∞-=?=?=∞液位控制器

上水調(diào)整閥汽包

液位變送器

液位設(shè)定

-蒸汽流量變化

實(shí)際液位

%4.0%100500

2

±=?±=δ測(cè)量變送

被控過(guò)程

執(zhí)行器測(cè)量變送

被控過(guò)程

執(zhí)行器

（12）某被測(cè)溫度信號(hào)在40~80℃范圍內(nèi)變化，工藝要求測(cè)量誤差不超過(guò)±1％，現(xiàn)有兩臺(tái)測(cè)溫儀表，精度等級(jí)均為0.5級(jí)，其中一臺(tái)儀表的測(cè)量范圍為0~100℃，另一臺(tái)儀表的測(cè)量范圍為0~200℃，試問(wèn)：這兩臺(tái)儀表能否滿足上述測(cè)量要求?

答：由題可得：這兩臺(tái)儀表均不能滿足上述測(cè)量要求。

（13）熱電偶測(cè)溫時(shí)為什么要舉行冷端溫度補(bǔ)償？其補(bǔ)償辦法常采納哪幾種？

答：1）惟獨(dú)當(dāng)熱電偶的冷端溫度恒定時(shí)，其熱電動(dòng)勢(shì)才是單值函數(shù)。依據(jù)等值替換原理制成的補(bǔ)償導(dǎo)線，雖然可以將冷端延長(zhǎng)到溫度相對(duì)穩(wěn)定的地方，但還不能保持肯定不變。因此，為了消退冷端溫度不為零或變化時(shí)對(duì)測(cè)量精度的影響，可以舉行冷端溫度校正。2）補(bǔ)償辦法常采納查表校正法和電橋補(bǔ)償法。

2．綜合練習(xí)題

（5）用差壓變送器與標(biāo)準(zhǔn)孔板配套測(cè)量管道介質(zhì)流量。若差壓變送器量程為0~4

10Pa，對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)為4~20mADC，相應(yīng)流量為0~320m3/h。求差壓變送器輸出信號(hào)為8mADC時(shí)，對(duì)應(yīng)的差壓值及流量值各是多少？

答：按照題意可知：斜率

差壓值y=2500pa流量值3．設(shè)計(jì)題

（1）用分度號(hào)為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量溫度，在無(wú)冷端溫度補(bǔ)償?shù)臓顩r下，顯示儀表指示值為600℃，此時(shí)冷端溫度為50℃。試問(wèn)：實(shí)際溫度是多少？假如熱端溫度不變，使冷端溫度為20℃時(shí)，此時(shí)顯示儀表指示值應(yīng)為多少？

答：1）已知冷端溫度為50℃，由分布表可查得

0E(t,0)=E(50,0)=2.022mV

又已知熱電動(dòng)勢(shì)E=24.902+2.022=26.924mV所以實(shí)際溫度為648℃。

2）當(dāng)冷端溫度為20℃時(shí)，熱電勢(shì)為0.798mV26.924-0.798=26.126mV26.176-25.751=0.425mV

當(dāng)冷端溫度為20℃時(shí)，顯示儀表指示值為629℃。

1．基本練習(xí)題

（1）在過(guò)程控制中，哪些儀表是屬于過(guò)程控制儀表？在過(guò)程控制系統(tǒng)中，大多數(shù)調(diào)整器是電動(dòng)的，而執(zhí)行器多數(shù)是氣動(dòng)的，這是為什么？氣動(dòng)單元組合儀表與電動(dòng)單元組合儀表各單元之間的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)又是如何規(guī)定的？

答：1）在過(guò)程控制中，過(guò)程控制儀表有：調(diào)整器、電/氣轉(zhuǎn)換器、執(zhí)行器、平安柵等。

2）調(diào)整器選電動(dòng)的由于電源的問(wèn)題簡(jiǎn)單解決，作用距離長(zhǎng)，普通狀況下不受限制；調(diào)整精度高，還可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)化。執(zhí)行器多數(shù)是氣動(dòng)的，由于執(zhí)行器直接與控制介質(zhì)接觸，經(jīng)常在高溫、高壓、深冷、高粘度、易結(jié)晶、閃蒸、汽蝕、易爆等惡劣條件下工作，選氣動(dòng)的執(zhí)行器就沒(méi)有電壓電流信號(hào)，不會(huì)產(chǎn)生火花，這樣可以保證平安生產(chǎn)和避開(kāi)嚴(yán)峻事故的發(fā)生。

3）氣動(dòng)儀表的輸入輸出模擬信號(hào)統(tǒng)一使用0.02~0.1MPa的模擬氣壓信號(hào)。電動(dòng)儀表的輸入輸出模擬信號(hào)有直流電流、直流電壓、溝通電流和溝通電壓四種。各國(guó)都以直流電流和直流電壓作為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。過(guò)程控制系統(tǒng)的模擬直流電流信號(hào)為4~20mADC，負(fù)載250Ω；模擬直流電壓信號(hào)為1~5VDC。

（2）某比例積分調(diào)整器的輸入、輸出范圍均為4~20mADC，若設(shè)100%δ=、12minT=，穩(wěn)態(tài)時(shí)其輸出為6mA；若在某一時(shí)刻輸入階

躍增強(qiáng)1mA，試求經(jīng)過(guò)4min后調(diào)整器的輸出。

答：由比例積分公式（3-1）所示：

（3-1）依題意：，即Kp=1,e＝1；

111yeedtPT??=+???

?%1001==p

Kp2500100004

204

=?-=

k16032022000

2500=?=

ph

m/326.17626.126

630106290.425

C--

?≈?

穩(wěn)態(tài)時(shí)：y0＝6mA，

4min后：（6）調(diào)整器的正、反作用是如何規(guī)定的？

答：若調(diào)整器輸出隨反饋值輸入的增強(qiáng)而增強(qiáng)，稱為正作用調(diào)整器，反之為反作用調(diào)整器。正作用：偏差=測(cè)量值-給定值；反作用：偏差=給定值-測(cè)量值。

（9）執(zhí)行器由哪幾部分組成？它在過(guò)程控制中起什么作用？常用的電動(dòng)執(zhí)行器與氣動(dòng)執(zhí)行器有何特點(diǎn)？

答：1）執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)整機(jī)構(gòu)（調(diào)整閥）兩部分組成。在過(guò)程控制系統(tǒng)中，他接受調(diào)整器輸出的控制信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移來(lái)轉(zhuǎn)變調(diào)整閥的流通面積，以控制流入或流出被控過(guò)程的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)的自動(dòng)控制。

2）特點(diǎn)：氣動(dòng)執(zhí)行器具有結(jié)構(gòu)容易、工作牢靠、價(jià)格廉價(jià)、維護(hù)便利、防火防爆的等優(yōu)點(diǎn)，電動(dòng)執(zhí)行器優(yōu)點(diǎn)是能源取用便利。信號(hào)傳輸速度快和便于遠(yuǎn)傳，缺點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。價(jià)格貴，適用于防爆要求不高或缺乏氣源的場(chǎng)所。

（11）什么叫氣開(kāi)式執(zhí)行器和藹關(guān)式執(zhí)行器？它們是怎樣組合的？試舉兩例分離說(shuō)明它們的使用。

答：1）所謂“氣開(kāi)”，是指當(dāng)前氣壓信號(hào)p>0.02MPa時(shí)，閥由關(guān)閉狀態(tài)逐漸打開(kāi)；“氣關(guān)”則相反，即指當(dāng)前氣壓信號(hào)p>0.02MPa時(shí)，閥由全開(kāi)狀態(tài)逐漸關(guān)閉。

2）組合如表3-1所示：表3-1執(zhí)行器組合表

執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用方式閥體作用方式執(zhí)行器氣開(kāi)、氣關(guān)形式正正氣關(guān)正反氣開(kāi)反正氣開(kāi)反

反

氣關(guān)

3）舉例：普通加熱器選用“氣開(kāi)”式，這樣當(dāng)控制信號(hào)中斷時(shí)，執(zhí)行器處于關(guān)閉狀態(tài)，停止加熱，使設(shè)備不會(huì)由于溫度過(guò)高發(fā)生事故或危急。又如，鍋爐進(jìn)水的執(zhí)行器則應(yīng)選用“氣關(guān)”式，即當(dāng)控制信號(hào)中斷時(shí)，執(zhí)行器處于打開(kāi)狀態(tài)，保證有水進(jìn)入鍋爐，不致產(chǎn)生燒干或爆炸事故。

（15）什么是調(diào)整閥的流量特性？調(diào)整閥的抱負(fù)流量特性有哪幾種？它們各是怎樣定義的？調(diào)整閥的工作流量特性與阻力系數(shù)有關(guān)，而阻力系數(shù)又是怎樣定義的？它的大小對(duì)流量特性有何影響？

答：1）抱負(fù)流量特性：在調(diào)整閥前后壓差固定的狀況下得出的流量特性稱為固有流量特性，也叫抱負(fù)流量特性。2）常用抱負(fù)流量特性：直線流量特性、等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性、快開(kāi)特性。

3）直線流量特性是指流過(guò)調(diào)整閥的相對(duì)流量與閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度成直線關(guān)系。等百分比流量特性是指單位行程變化所引起的相對(duì)流量變化與該點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。快開(kāi)流量特性是指在小開(kāi)度時(shí)就有較大的流量隨著開(kāi)度的增大，。流量很快達(dá)到最大，故稱為快開(kāi)特性。

4）阻力系數(shù)S定義為閥全開(kāi)時(shí)閥前后壓差

min

pV?與系統(tǒng)總壓差

p?的比值。

5)S=1時(shí)，工作流量特性為抱負(fù)流量特性。當(dāng)S<1時(shí)，閥全開(kāi)時(shí)流量特性減小，隨著S減小，直線特性趨向快開(kāi)特性，對(duì)數(shù)特性趨向直線特性，S值愈小，流量特性變形程度愈大。

2．綜合練習(xí)題

（5）如圖3-7所示，冷物料通過(guò)加熱器用蒸汽對(duì)其加熱。在事故狀態(tài)下，為了庇護(hù)加熱器設(shè)備的平安即耐熱材料不被損壞，現(xiàn)在蒸汽管道上有一只氣動(dòng)執(zhí)行器，試確定其氣開(kāi)、

氣關(guān)形式，并畫(huà)出由PID電動(dòng)器構(gòu)成的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖3-7蒸汽加熱

mA

dtTePyy9)

42

1

1(16e1

14

1

0=?+?+=??????++

=?

答：

1）應(yīng)選用氣開(kāi)形式，當(dāng)浮現(xiàn)故障導(dǎo)致信號(hào)中斷時(shí)，執(zhí)行器處于關(guān)閉狀態(tài)，保證耐熱材料不被損壞。2）框圖如圖3-8所示：

圖3-8系統(tǒng)框圖1．基本練習(xí)題

（1）什么是被控過(guò)程的特性？什么是被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型？為什么要討論過(guò)程的數(shù)學(xué)模型？目前討論過(guò)程數(shù)學(xué)模型的主要辦法有哪幾種？答：1）過(guò)程控制特性指被控過(guò)程輸入量發(fā)生變化時(shí)，過(guò)程輸出量的變化邏輯。

2）被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是描述被控過(guò)程在輸入（控制輸入與擾動(dòng)輸入）作用下，其狀態(tài)和輸出（被控參數(shù)）變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。3）目的：○1設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)及整定控制參數(shù)；○2指導(dǎo)生產(chǎn)工藝及其設(shè)備的設(shè)計(jì)與操作；

○3對(duì)被控過(guò)程舉行仿真討論；○4培訓(xùn)運(yùn)行操作人員；○5工業(yè)過(guò)程的故障檢測(cè)與診斷。4）機(jī)理演繹法和試驗(yàn)辨識(shí)法。2．綜合練習(xí)題（1）如圖4-6所示，1q為過(guò)程的流入量，2q為流出量，h為液位高度，C為容量系數(shù)。若以1q為過(guò)程的輸入量，h為輸出量（被控量）

，

設(shè)

1R、2R為線性液阻，求過(guò)程的傳遞函數(shù)01()()/()GsHsQs=。

答：按照動(dòng)態(tài)物料平衡關(guān)系：流入量＝流出量

過(guò)程的微分方程的增量形式如式（4-7）所示：

（4-7）

中間變量：（4-8）

傳遞函數(shù)如式（4-9）所示：

（4-9）

假如考慮管道長(zhǎng)度l，即浮現(xiàn)純時(shí)延，因?yàn)楣艿懒髁亢愣ǎ?/p>

其傳遞函數(shù)如式（4-10）所示：

（4-10）

1．基本練習(xí)題

（4）什么叫比例度？它是怎樣定義的？

答：比例度表示調(diào)整閥開(kāi)度轉(zhuǎn)變（即從全開(kāi)到全關(guān)）時(shí)所需的系統(tǒng)被調(diào)量的允許變化范圍。也就是說(shuō)，惟獨(dú)當(dāng)被調(diào)量處在這個(gè)范圍之內(nèi)時(shí)，調(diào)整閥的開(kāi)度變化才與偏差成比例；若超出這個(gè)范圍，調(diào)整閥則處于全開(kāi)或全關(guān)狀態(tài)，調(diào)整器將失去其調(diào)整作用。

（5）比例控制對(duì)控制質(zhì)量有什么影響？

12dh

QQC

dt

??-?=22

212

212()()()hQRdhRQCRhdtRQSCRSHSHS??

?=??

??

?=+???=+??

?

Ql

τ=

2022()()()1

RHsWsQsCRS=

=

+2022()

()()1

S

RHsWse

QsCRSτ

-==+PID控制器

氣動(dòng)執(zhí)行器

加熱器

液位變送器

設(shè)定值

-e

實(shí)際值

u(t)

答：1）比例調(diào)整是一種有差調(diào)整，即當(dāng)調(diào)整器采納比例調(diào)整邏輯時(shí)，不行避開(kāi)的會(huì)使系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差?；蛘哒f(shuō)，比例調(diào)整器是利用偏差實(shí)現(xiàn)控制的，它只能使系統(tǒng)輸出近似跟蹤給定值。

2）比例調(diào)整系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差隨比例度的增大而增大，若要減小誤差，就需要減小比例度，即需要增大調(diào)整器的比例增益。3）比例調(diào)整不適用于給定值隨時(shí)光變化的系統(tǒng)。

4）增大比例調(diào)整的增益不僅可以較少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，而且還可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。（6）在保持穩(wěn)定性不變的狀況下，比例微分控制系統(tǒng)的殘差為什么比純比例控制的殘差要??？

答：由于比例微分控制能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抑制過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)偏差，這是因?yàn)槲⒎肿饔每偸橇D阻擋系統(tǒng)被調(diào)量的變化，而使過(guò)渡過(guò)程的變化速度趨于平緩。

（7）在保持穩(wěn)定性不變的狀況下，在比例控制中引入積分作用后，為什么要增大比例度？積分作用的最大優(yōu)點(diǎn)是什么？答：1）由于采納積分調(diào)整時(shí)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益與積分速度成正比，增大積分速度會(huì)增加積分效果，從而導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。2）積分作用最大的優(yōu)點(diǎn)是可以提高系統(tǒng)的無(wú)差度，也就是提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度。（8）微分控制邏輯對(duì)純時(shí)延有無(wú)作用，為什么？答：1）微分調(diào)整對(duì)于純時(shí)延過(guò)程是無(wú)效的。

2）因?yàn)樵诩儠r(shí)延時(shí)光里參數(shù)的變化率為零，所以微分環(huán)節(jié)對(duì)純滯后是無(wú)效的。（9）調(diào)整器參數(shù)都有哪些工程整定辦法，各有什么特點(diǎn)，分離適用于什么場(chǎng)合？

答：1）臨界比例度法：是一種閉環(huán)整定辦法，它是直接在閉環(huán)系統(tǒng)中舉行，不需要測(cè)試過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，其辦法容易，使用便利，因而廣泛使用。缺點(diǎn)是對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程不能反復(fù)做振蕩試驗(yàn)、對(duì)照例調(diào)整本質(zhì)穩(wěn)定的被控系統(tǒng)并不適用。

2）衰減曲線法：該辦法與臨界比例度法相類似，所不同的是無(wú)需浮現(xiàn)等幅振蕩過(guò)程。適用于多數(shù)過(guò)程，最大的缺點(diǎn)是較難精確?????確定4:1的衰減程度。尤其是對(duì)于一些干擾比較頻繁、過(guò)程變化較快的控制系統(tǒng)。

3）響應(yīng)曲線法：這是一種開(kāi)環(huán)整定辦法，利用系統(tǒng)廣義過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線對(duì)調(diào)整器參數(shù)舉行整定。這種辦法適應(yīng)性較廣，為調(diào)整器參數(shù)的最佳整定提供可能。

2．綜合練習(xí)題

（1）試以一階慣性過(guò)程為例，試計(jì)算并分析比例控制對(duì)控制質(zhì)量（超調(diào)量、調(diào)整時(shí)光、穩(wěn)態(tài)誤差）的影響。答：

一階慣性過(guò)程傳遞函數(shù)是：，

若采納比例控制其輸出與偏差的關(guān)系為

()()

cytKet=，比例調(diào)整中比例系數(shù)過(guò)小會(huì)導(dǎo)致過(guò)程

浮現(xiàn)振蕩狀況，增大比例系數(shù)，調(diào)整速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差削減，但過(guò)大會(huì)是超調(diào)量增大，振蕩次數(shù)增強(qiáng)，調(diào)整時(shí)光加長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3．設(shè)計(jì)題

（1）如圖5-8所示的換熱器，用蒸汽將進(jìn)入其中的冷水加熱到一定溫度。生產(chǎn)工藝要求熱水溫度維持在一定范圍（℃℃11

+≤?≤-T），

試設(shè)計(jì)一個(gè)容易的溫度控制系統(tǒng)，并指出調(diào)整器類型。

答：1、被控參數(shù)：熱水的溫度。2、控制參數(shù)：熱蒸汽的流量（蒸汽管道上的閥門(mén)開(kāi)度）。3、測(cè)溫元件及其變送器的挑選：選取熱電阻，并配上相應(yīng)溫度變送器。4、調(diào)整閥的挑選：按照實(shí)際生產(chǎn)需要與平安角度考慮，挑選氣開(kāi)閥。調(diào)整器選PID或PD類型的調(diào)整器，因?yàn)檎{(diào)整閥為氣開(kāi)式（無(wú)信號(hào)時(shí)關(guān)閉），故v

K為正，當(dāng)被控過(guò)程輸入的蒸汽增強(qiáng)時(shí)，水溫上升，故為

K正，正作用過(guò)程，測(cè)量變送

m

K為正，為使囫圇系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)放大系數(shù)乘積為正，調(diào)整器

c

K應(yīng)為正，所以選用反作用調(diào)整器。

1．基本練習(xí)題

（1）與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)有什么結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？()1

k

GsTs=

+

答：串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上增強(qiáng)了一個(gè)測(cè)量變送器和一個(gè)調(diào)整器，形成了兩個(gè)閉合回路，其中一個(gè)稱為副回路，一個(gè)稱為主回路。因?yàn)楦被芈返拇嬖?，使得控制效果得到了顯著的改善。

（2）前饋控制與反饋控制各有什么特點(diǎn)？為什么采納前饋-反饋控制系統(tǒng)能改善控制品質(zhì)？

答：前饋控制的特點(diǎn)：開(kāi)環(huán)控制、比反饋控制準(zhǔn)時(shí)、可以作為專用調(diào)整器。

反饋控制的特點(diǎn)：屬于閉環(huán)控制、可以抑制干擾對(duì)被控對(duì)象的影響、能夠使被控參數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定值上保證系統(tǒng)的較高控制質(zhì)量。

采納前饋－反饋控制系統(tǒng)能改善控制品質(zhì)是由于該復(fù)合控制系統(tǒng)一方面利用前饋控制制準(zhǔn)時(shí)有效的削減干擾對(duì)被控參數(shù)的影響；另一方面則利用反饋控制使參數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定值上，從而保證系統(tǒng)有較高的控制質(zhì)量。

（9）串級(jí)控制系統(tǒng)主調(diào)整器正、反作用確實(shí)定是否只取決于主被控過(guò)程放大系數(shù)的符號(hào)而與其他環(huán)節(jié)無(wú)關(guān)？為什么？

答:1）不對(duì)。

2）主、副調(diào)整器的正反作用方式挑選的辦法是：首先按照工藝要求打算調(diào)整閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式，并打算負(fù)調(diào)整器的正、反作用；然后按照主、副過(guò)程的正、反形式終于確定主調(diào)整器的正反作用形式。

（11）在圖6-1所示加熱爐原油出口溫度與爐膛溫度串級(jí)控制系統(tǒng)中，工藝要求一旦發(fā)生重事件故，應(yīng)立刻切斷燃料油的供給。要求：1）畫(huà)出控制系統(tǒng)的框圖；2）確定調(diào)整閥的氣開(kāi)、氣關(guān)型式；3）確定主、副調(diào)整器的正、反作用方式

答：1）串級(jí)系統(tǒng)方框圖如圖6-2所示：副回路挑選加熱爐爐膛溫度控制，消退F1（S）干擾。

圖6-1加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)圖6-2加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖

2）因?yàn)榘l(fā)生重事件故時(shí)立刻切斷燃料油的供給，從工藝的平安性考慮，調(diào)整閥挑選氣開(kāi)式，保證無(wú)氣時(shí)調(diào)整閥關(guān)閉。

3）主調(diào)整器挑選PI（或PID）控制邏輯，副調(diào)整器挑選P調(diào)整邏輯。

因?yàn)槿剂显鰪?qiáng)加熱爐溫度必定增強(qiáng)，所以過(guò)程為正。調(diào)整閥氣開(kāi)式為正，主副調(diào)整器都挑選反作用方式。

（12）圖6-3所示為精餾塔塔釜溫度與蒸汽流量的串級(jí)控制系統(tǒng)。生產(chǎn)工藝要求一旦發(fā)生事故應(yīng)立刻停止蒸汽的供給。要求：

1）畫(huà)出控制系統(tǒng)的框圖；2）確定調(diào)整閥的氣開(kāi)、氣關(guān)型式；3）確定主、副調(diào)整器的正、反作用方式。

1）控制系統(tǒng)的框圖如圖6-4所示：

圖6-3溫度、流量串級(jí)控制系統(tǒng)圖6-4溫度、流量串級(jí)控制系統(tǒng)框圖

2）調(diào)整閥：氣開(kāi)形式；這是由于當(dāng)控制系統(tǒng)一旦浮現(xiàn)故障，調(diào)整閥必需關(guān)閉，以使切斷整齊的供給，確保設(shè)備的平安。

.

3）（3）主調(diào)整器：反作用方式；負(fù)調(diào)整器：反作用方式。

1．基本練習(xí)題

（1）什么叫比值控制系統(tǒng)？它有哪幾種類型？畫(huà)出它們的原理