過(guò)程與控制部分課后題答案

過(guò)程與控制部分課后題答案

(2)什么是過(guò)程控制系統(tǒng)？試用方框圖表示其一般組成。

答：過(guò)程控制系統(tǒng)：一般是指工業(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)的一般性框圖如圖1-1所示：圖1-1過(guò)程控制系統(tǒng)的一般性框圖

(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)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。

1)模擬儀表的信號(hào)：氣動(dòng)0.02-O.IMPa;電動(dòng)m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L3?加熱爐過(guò)程控制系統(tǒng)流程方框圖.

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)節(jié)時(shí)間'振蕩頻率、上升時(shí)間和峰值時(shí)間等。

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)至。:第一個(gè)波峰值y,與最終穩(wěn)態(tài)值y(8)之比的百分?jǐn)?shù)：

O=xlOO%

)‘(8)

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)峰值超出稔態(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（8）與設(shè)定值之間的偏差C稱為殘余偏差，簡(jiǎn)稱殘差;

調(diào)節(jié)時(shí)間4：系統(tǒng)從受干擾開始到被控量進(jìn)入新的稔態(tài)值的±5%（±2%）范圍內(nèi)所需要的時(shí)間；

振蕩頻率七：過(guò)渡過(guò)程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的時(shí)間間隔叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率；

上升時(shí)間乙：系統(tǒng)從干擾開始到被控量達(dá)到最大值時(shí)所需時(shí)間；

峰值時(shí)間’P:過(guò)渡過(guò)程開始至被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間。

（9）兩個(gè)流量控制系統(tǒng)如圖1-4所示。試分別說(shuō)明它們是屬于什么系統(tǒng)？并畫出各自的系統(tǒng)框圖。

圖1-4兩個(gè)流量控制回路示意圖

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:

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險(xiǎn)的場(chǎng)所嗎？為什么？

答：D不是這樣。2）比如對(duì)安全火花型防爆儀表，還有安全等級(jí)方面的考慮等。

（11）構(gòu)成安全火花型防爆控制系統(tǒng)的儀表都是安全火花型的嗎？為什么？

答：1）是的。2）囚為安全火花型防爆系統(tǒng)必備條件之一為：現(xiàn)場(chǎng)儀表必須設(shè)計(jì)成安全火花型。

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土5C,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：D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)間；

2）說(shuō)明該系統(tǒng)是否滿足工藝要求。圖1-8?設(shè)定值干擾的過(guò)渡過(guò)程曲線示意圖.

答：1）由上圖可得y（8）=81。設(shè)定值r=80C,Bl=85-81=4,B2=82-81=l

稔態(tài)誤差e（8）=r-y（8）=80*0-81*0=-1*C

衰減比“〃二=4.1

B21

最大超調(diào)量：6=】'"〃）一M2X100%=85~81X100%=4.938%

y（oo）81

過(guò)渡過(guò)程時(shí)間ts:大概在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所示為一類簡(jiǎn)單鍋爐汽泡水位控制流程圖?試畫出該控制系統(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:

供汽流?變化

液僮設(shè)定

液位控制器舊上水調(diào)節(jié)陽(yáng)|~A|木包

I液變送涔H

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℃?它的最大絕對(duì)誤差為±2℃?試確定該儀表的精度等級(jí)；

答：根據(jù)題意可知：最大絕對(duì)誤差為±2℃

5=±—X100%=±0.4%

則精度等級(jí)500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)為多少的儀表才能滿足工

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-HI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),變送器的輸出分別是多少？

答：由題可得：變送器輸出的分別是8mA和16mA。

(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)星范圍為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)為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？其撲償方法常采用哪幾種？

答：1)只有當(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,雖然可以將冷端延伸到溫度相對(duì)

穩(wěn)定的地方,但還不能保持絕對(duì)不變。因此,為了消除冷端溫度不為零或變化時(shí)對(duì)測(cè)量精度的影響,可以進(jìn)行冷端溫度校正。2)

補(bǔ)償方法常采用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0-104Pa?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：根據(jù)題意可知：

L4

k=---------x10000=2500

斜率20—4

差壓值y=2500pa____

p=^21x320=160

流量值J10(X)0zrz3/Zz

3.設(shè)計(jì)題

(1)用分度號(hào)為K的銀銘-模硅熱電偶測(cè)呈溫度,在無(wú)冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆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？如果熱端溫度不變,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

E(t。，。)=E(50,°)=2.022mV又已知熱電動(dòng)勢(shì)04.9。2+2.。22:26.92好

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

26.176-26.126o當(dāng)冷端溫度為20℃時(shí)?顯示儀表指示值為629℃?

630-x10之629c

0.425

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)節(jié)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)節(jié)器、電/氣轉(zhuǎn)換器'執(zhí)行器、安全播等。

2)調(diào)節(jié)器選電動(dòng)的因?yàn)殡娫吹膯?wèn)題容易解決?作用距離長(zhǎng),一般情況下不受限制；調(diào)節(jié)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?因?yàn)?/p>

執(zhí)行器直接與控制介質(zhì)接觸?常常在高溫'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?這樣可以保證安全生產(chǎn)和避免嚴(yán)重事故的發(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.MPa的模擬氣壓信號(hào)。電動(dòng)儀表的輸入輸巴模擬信號(hào)有直流電流'直流電壓、交流電

流和交流電壓四種。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250Q;模擬直

流電壓信號(hào)為1~5VDC-

(2)某比例積分調(diào)節(jié)器的輸入、輸出范圍均為4~20mADC-若設(shè)。=100%、7'=2min,穩(wěn)態(tài)時(shí)其輸出為6mA;若在某一時(shí)刻輸入階

躍增加1mA?試求經(jīng)過(guò)4min后調(diào)節(jié)器的輸出。

答：由比例積分公式(3-1)所示：1/1、1-

y=_ie+_fedt?P=一=100%

T,/(3-1)依題Kp意：即Kpe=l;

穩(wěn)態(tài)時(shí)：yO=6mA，1(I4

y=y+-pIe+pJedtI

=6+lx(l+2x4)4min后：

2

=9mA

(6)調(diào)節(jié)器的正、反作用是如何規(guī)定的？_______________________________________

答：若調(diào)節(jié)器輸出陵反饋值輸入的增加而增加,稱為正作用調(diào)節(jié)器?反之為反作用調(diào)節(jié)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)節(jié)機(jī)構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)兩部分組成。在過(guò)程控制系統(tǒng)中,他接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)?并轉(zhuǎn)換成直線位移或角

位移來(lái)改變調(diào)節(jié)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)簡(jiǎn)單、工作可養(yǎng)、價(jià)格便宜、維護(hù)方便、防火防爆的等優(yōu)點(diǎn),電動(dòng)執(zhí)行器優(yōu)點(diǎn)是能源取用方便。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)什么叫氣開式執(zhí)行器和氣關(guān)式執(zhí)行器？它們是怎樣組合的？試舉兩例分別說(shuō)明它們的使用。

答：1)所謂"氣開",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;"氣關(guān)”則相反,即指當(dāng)前氣壓信號(hào)p>0.02MPa時(shí),閥由

全開狀態(tài)逐漸關(guān)閉。

2)組合如表3口所示：

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、氣關(guān)形式

正正氣尖

正反氣開

反正氣開

反反氣關(guān)

3)舉例：一般加熱器選用"氣開”式,這樣當(dāng)控制信號(hào)中斷時(shí),執(zhí)行器必于關(guān)閉狀態(tài)，停止加熱?使設(shè)備不會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高發(fā)生事故或危險(xiǎn)。

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)節(jié)閥的流量特性？調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有哪幾種？它們各是怎樣定義的？調(diào)節(jié)潤(rùn)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)理想流量特性：在調(diào)節(jié)閥前后壓差固定的情況下得出的流量特性稱為固有流量特性,也叫理想流量特性?

2)常用理想流星特性：直線流呈特性、等百分比(對(duì)數(shù))流星特性、快開特性。

3）直線流量特性是指流過(guò)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度成直線關(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?？扉_流量特性是指在小開度時(shí)就有較大的流量隨著開度的增大,。流星很快達(dá)到最大?故稱為快開特性。

APvAp

4）阻力系數(shù)S定義為閥全開時(shí)閥前后壓差m，。與系統(tǒng)總壓差的比值。

5）S=1時(shí)?工作流量特性為理想流量特性。當(dāng)S<1時(shí)，閥全開時(shí)流量特性減小，隨著S減小,直線特性趨向快開特性?對(duì)數(shù)特性趨向直線

特性,S值愈小，流呈特性變形程度愈大。

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,為了保護(hù)加

熱器設(shè)備的安全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、氣關(guān)形式?并畫出由PID電動(dòng)器構(gòu)成的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

答：

1）應(yīng)選用氣開形式?當(dāng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致信號(hào)中斷時(shí),執(zhí)行器處于關(guān)詡狀態(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？為什么要研究過(guò)程的數(shù)學(xué)模型？目前研究過(guò)程數(shù)學(xué)模型的主要方法有哪幾種？

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)程輸出量的變化規(guī)律。

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：設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)及整定控制參數(shù)；指導(dǎo)生產(chǎn)工藝及其設(shè)備的設(shè)計(jì)與操作；

對(duì)被控過(guò)程進(jìn)行仿真研究；培訓(xùn)運(yùn)行操作人員；工業(yè)過(guò)程的故障檢測(cè)與診斷。

4）機(jī)理演貨法和實(shí)驗(yàn)辨識(shí)法。

2.綜合練習(xí)題

（1）如圖4/所示?q為過(guò)程的流入量?%為流出量?〃為液位高度?c為容量系數(shù)。若以g為過(guò)程的輸入量?人為輸出量（被控量>

設(shè)代夕為線性液阻?求過(guò)程的傳遞函數(shù)余§=他/倘。

答：根據(jù)動(dòng)態(tài)物料平衡關(guān)系：流入量=流出量△Q-\Q=C/A/

12—jT

過(guò)程的微分方程的增量形式如式(4-7)所示：ar

'△。池(4-7)

2=~

K2

中間呼品?dbh八，

圖4-6?綜合練習(xí)題(1)液位過(guò)程.廿J父史?RQQkCR2-^-+△〃

凡QRS)=CR,SH(S)+H(S)

(4-8)

w/、H(s)R,

W(5)==

CR2S+\

傳遞函數(shù)如式(4-9)所示：

(4-9)

7=_

如果考慮管值長(zhǎng)度I，即出現(xiàn)純時(shí)延,由于管道流量恒定,所，以

H(s)4s

Wo(5)==貶e+

其傳遞函數(shù)如式(4-10)所示：Ql(S)CR2S+I

(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)節(jié)閥開度改變(即從全開到全關(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),只有當(dāng)被調(diào)量處在這個(gè)范圍之內(nèi)時(shí)?

調(diào)節(jié)閥的開度變七才與偏差成比例；若超出這個(gè)地圍,調(diào)節(jié)閥則處于全開或全關(guān)狀態(tài),調(diào)節(jié)器將失去其調(diào)節(jié)作用。

(5)比例控制對(duì)控制質(zhì)量有什么影響？

答：1)比例調(diào)節(jié)是一種有差調(diào)節(jié)?即當(dāng)調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí),不可避免的會(huì)使系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差?；蛘哒f(shuō)?比例調(diào)節(jié)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)節(jié)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)節(jié)器的比例增益。

3)比例調(diào)節(jié)不適用于給定值隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。

4)增大比例調(diào)節(jié)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)定性不變的情況下,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：因?yàn)楸壤龇挚刂颇芴岣呦到y(tǒng)的穩(wěn)定性'抑制過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)偏差?這是由于椒分作用總是力圖阻止系統(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)定性不變的情況下?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)因?yàn)椴捎梅e分調(diào)節(jié)時(shí)系統(tǒng)的開環(huán)增益與積分速度成正比?增大積分速度會(huì)增強(qiáng)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)微分控制規(guī)律對(duì)純時(shí)延有無(wú)作用?為什么？

答：1)微分調(diào)節(jié)對(duì)于純時(shí)延過(guò)程是無(wú)效的。

2)由于在純時(shí)延時(shí)間里參數(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)節(jié)器參數(shù)都有哪些工程整定方法?各有什么特點(diǎn)?分別適用于什么場(chǎng)合？

答：1)臨界比例度法：是一種閉環(huán)整定方法?它是直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行?不需要測(cè)試過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性,其方法簡(jiǎn)單?使用方便,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)做振蕩實(shí)驗(yàn)、對(duì)比例調(diào)節(jié)本質(zhì)穩(wěn)定的被控系統(tǒng)并不適用。

2)衰減曲線法：該方法與臨界比例度法相類似，所不同的是無(wú)需出現(xiàn)等幅振蕩過(guò)程。適用于多數(shù)過(guò)程,最大的缺點(diǎn)是較難準(zhǔn)確確定4:1的

衰減程度。尤具是對(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：這是一種開環(huán)整定方法,利用系統(tǒng)廣義過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。這種方法適應(yīng)性較廣,為調(diào)節(jié)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)節(jié)時(shí)間'穩(wěn)態(tài)誤差)的影響-

答：k

G⑸y(t)=Ke(t)

一階慣性過(guò)程傳遞函數(shù)是：?若采用匕例控制其輸出與偏差的關(guān)系為C,比例調(diào)節(jié)中比例系數(shù)過(guò)小會(huì)導(dǎo)致過(guò)程

出現(xiàn)振蕩情況，熠大比例系數(shù),調(diào)節(jié)速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減少,但過(guò)大會(huì)是超調(diào)呈增大?振蕩次數(shù)增加，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(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(-1℃<AT<+1℃).

試設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的溫度控制系統(tǒng),并指出調(diào)節(jié)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(蒸汽管道上的閥門開度)。

3、測(cè)溫元件及其變送器的選擇：選取熱電阻,并配上相應(yīng)溫度變送器。

4、調(diào)節(jié)閥的選擇：根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要與安全角度考慮?選擇氣開溜。

調(diào)節(jié)器選PD或PD類型的調(diào)節(jié)器?由于調(diào)節(jié)閥為氣開式(無(wú)信號(hào)時(shí)關(guān)閉),故正?當(dāng)被控過(guò)程輸入的蒸汽增加時(shí)?水溫升高?故為人

正,正作用過(guò)程,測(cè)量變送/正?為使整個(gè)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)放大系數(shù)乘積為正?調(diào)節(jié)器》為正?所以選用反作用調(diào)節(jié)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)？

答：串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè)測(cè)量變送器和一個(gè)調(diào)節(jié)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。由于副

回路的存在?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)？為什么采用前饋-反饋控制系統(tǒng)能改善控制品質(zhì)？

答：前饋控制的特點(diǎn)：開環(huán)控制'比反饋控制及時(shí)'可以作為專用調(diào)節(jié)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)顯。

采用前饋-反饋控制系統(tǒng)能改善控制品質(zhì)是因?yàn)樵搹?fù)合控制系統(tǒng)一方面利用前饋控制制及時(shí)有效的減少干擾對(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)節(jié)器正、反作用的確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)力器的正反作用方式選擇的方法是：首先根據(jù)工藝要求決定調(diào)力閥的氣開、氣關(guān)形式,并決定負(fù)調(diào)力器的正、反作用；然后也

據(jù)主'副過(guò)程的正'反形式最終確定主調(diào)節(jié)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)生重大事故,應(yīng)立即切斷燃料油的供應(yīng)。要求：1)

畫出控制系統(tǒng)的相圖；2)確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣尖型式；3)確定主、副調(diào)節(jié)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：副回路選擇加熱爐爐膛溫度控制?消除Fl(S)干擾。

圖6-1加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)

2)由于發(fā)生重大事故時(shí)立即切斷燃料油的供應(yīng)?從工藝的安全性考慮?調(diào)節(jié)閥選擇氣開式,保證無(wú)氣時(shí)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。

3)主調(diào)節(jié)器選擇PI(或PID)控制規(guī)律,副調(diào)節(jié)器選擇P調(diào)節(jié)規(guī)律。

(12)圖6-3所示為精憎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)立即停止蒸汽的供應(yīng)。要