过程控制工程第一章答案

1、第一章思考题及习题1.1何谓控制通道？何谓干扰通道？它们的特性对控制系统质量有 什么影响？答：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）（S）对被控参 的影响 （一般的 是控制 通过执特性卷数对静态质的够响对动态质量的影响魚增加余差增加无够响巧增加无够响过滾过程时间康小，採荡福值械小无够响无老响衰干扰通道特性対痩的幕1数心通路理解作用行器影响 量坎 量通 象再待性参数对静态质JR的影响对动态质量的勒响K。增加余差威小（稳定前提下）系统趋向于4-几增加无影晌过涙过程时间增加，系统频率变“%增加无影响稳定程度大大降低二表12控对控

2、Mft*的控制变 后控制变 过被控对 影响被控参数,即广义对象上的控制通道）。同理，干扰通道就是干扰作用F（s）对被控参数Ms） 的影响通路。干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示1.2如何选择控制变量？答：所选控制变量必须是可控的。 所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道 的放大倍数。 所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时 间常数应适当小一些为好，但不易过小。 所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。 所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。 在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。一般来说，生产

3、负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况 下，不宜选择生产负荷作为控制变量13控制器的比例度6变化对控喘系统的控喘J精度有何影响？对控 制系统的动态质量有何影响？答：当G二Kc时，即控制器为纯比例控制，则系统的余差与比 例放大倍数成反比，也就是与比例度6成正比，即比例度越大，余差 也就越大。/C增大、6减小，控制精度提高（余差减小），但是系统的稳定性 下降。1.4 4： 1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么？答：衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间刀放在 最大，微分时间石放在最小，比例度放于适当数值（一般为100%）,然 后使6由大往小逐渐改变，并在每改变一次6

4、值时，通过改变给定值 给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。如果衰减比 大于4：6应继续减小，当衰减比小于4： 1时6应增大，直至过渡过程呈现4： 1衰减时为止。找到4： 1衰减振荡时的比例度6s,及振荡周期：再按经验公式，可以算出采用不同类型控制器使过渡过程出现4： 1振荡的控制器参数值。依次将 控制器参数放好。不过在放积分、微分之前 应将多放在比计算值稍大（约20%）的数值 上，待积分、微分放好后再将6放到计算值 上。放好控制器参数后可以再加一次干扰， 验证一下过渡过程是否呈4： 1衰减振荡。如果不符合要求，可适当调整一下6值，直 到达到满意为止。1.5图1.41为一蒸汽加热设

5、备，利用蒸汽将物料加热到所需温度 后排出。试问： 影响物料出口温度的主要因素有哪些？答：影响物料出口温度的主要有：蒸汽流量、物料流量为影响物 料出口温度的主要因素。 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与控制变量应选 哪些参数？为什么？答：被控变量为物料出口温度，控制变量为蒸汽流量。因为物料 出口温度表征了系统的质量指标，蒸汽流量是可控的，无纯滞后，靠 近控制阀，控制通道时间常数较小。 如果物料在温度过低时会凝结，应如何选择控制阀的开、闭形 式及控制器的正、反作用？答：为防止在气源供气中断，或控制器出故障而无输出时出现物 料凝结，应选气闭式。当出口温度降低时，要求蒸汽流量加大，即控 制阀输

6、入减小，控制器输出减小，此时控制器输入由于测量值减小而 减小，控制器选正作用。1.6图1.42为热交换器出口温度控制系统，要求确定在下面不同 情况下控制阀开、闭形式及控制器的正、反作用： 被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚。答：控制阀气闭式，控制器的反作用。 被加热物料在温度过低时会发生凝结。答：控制阀气开式，控制器的正作用。 如果控制变量为冷却水流量，该地区最低温度在oc以下，如 何防止热交换器被冻坏。答：控制阀气闭式，控 制器的反作用。1.7单回路系统方块图 如图1.43所示。试问当系 统中某组成环节的参数发 生变化时，系统质量会有何 变化？为什么？恥）若耳增大；若5增大；若片堆大；若

7、习増大图144习题1.8图答：当氐、&增加 时，系统的余差减小，但系 统稳定性下降。增加时， 系统的工作频率降低，控制 速度变慢。这样就不能及时 地克服干扰的影响，因而，系统的控制质量会越差。增加时，使系 统控制不及时，使动态偏差增大，而且还会使系统的稳定性降低。K, 增加时，系统的余差也变大，即控制静态质量变差。7；增加时，控制 过程的品质会提高。厂增加时，质量没有影响。8有一如图1.44所示的加热器，其正常操作温度为200C,温 度控制器得测量范围是150250C,当控制器输出变化1%时，蒸汽量 将改变3%,而蒸汽量增加1%,槽内温度将上升0. 2C。又在正常操作 情况下，若液体流量增加1

8、%,槽内温度将会下降lC。假定所采用的 是纯比例式控制器，其比例度为100%,试求当设定值由200C提高到 220C时，待系统稳定后，槽内温度是多少摄氏度？答：当设定值由200 C提高到220 C时，控制器输出变化 20/200=10%,蒸汽量增加30%,液体流量不变，槽内温度将上升0.2 X30C=6C,所以待系统稳定后，槽内温度是206Co1.9在庐50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PI控制器参数。答：从响应数据得干扰起作用点为0. 6min, 227C,即r=0. 6min, 拐点为 1.0min, 280C,即 7；=2. Omin-O. 6min=1.4 min,设采用 III 型 仪表，测量范围为100250C,所以，NP肘间/min0.00.20.40.60.81.01.21.4温度/七200.1201.1204.0227.0；30理;.0302.5318.0时间/min161.82(rT2.22.42.62.83.0温度代329.5336.0340.0341.0341.0341.0341.0二50/ (341.0-200. 1)二 50/140. 9=0. 3558二(1T100%二32. 8%/ 7) X