过程控制工程答案孙洪程著

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 )U(3对被控参数 Y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变 量，然后控制变量通过被控对象再影响被控参数，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Y(s)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。特性參效对动的序响余 itwii升壇加过谁过程时同aft小小控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示*1-2控通賣徉性討控质时特性摩数对静

2、帝质金的响对话惠曲的穩余定前桅下)ra墙加无砂过懺过軽时廊増加，系矍煩率豊豪楓宦程彊大丈寿悽11.2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1.3控制器的比例度3变化对控制系统的控制

3、精度有何影响 ？对控制系统的动态质量有何影响 ？ 答：当Gc(s)=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3成正比，即比例度越大，余差也就越大。Kc增大、3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Ti放在最大，微分时间 Td放在最小，比例度放于适当数值（一般为100%）,然后使3由大往小逐渐改变，并在每改变一次3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: 1,3应继续减小，当衰减比小于4:

4、1时3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3 s,及振荡周期Tso 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3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3值，直到达到满意为止。1.5图1.41为一蒸汽加热设备，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？HT 1.411.5 W答：影响物料出口温

5、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。1.42习融I币圏1.6图1

6、.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0C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？答：当Kc、Kv、K。增加时，系统的余差减小，但系统稳定性下降。To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

7、响，因而,系统的控制质量会越差。t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。Kf增加时，系统的余差也变大，即控制静态质量变差。Tf若耳増大；若帀埔大：若比増犬：若召塔丈IS t.43 习题 L? 8H汽增加时，控制过程的品质会提高。T增加时，质量没有影响。1.8有一如图1.44所示的加热器，其正常操作温度为200 C，温度控制器得测图1 44习題1.S图精品量范围是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 02C。又在正常操作情况下，若液体流量100%，试求当设定值由增加1%,槽内温度将会下降IC。假定所采用的是

8、纯比例式控制器，其比例度为 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200C提高到220C时，控制器输出变化20/200=10%，蒸汽量增加30%,液体流量不206 Co变，槽内温度将上升 0.2X 30C =6 C,所以待系统稳定后，槽内温度是1.9在Au=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。时间Fmin0.00.20,40.6 10.81.0U214迢度/乜200.120UI204.022?,0 ；:誓ID280.0 1302,5时间7minL61,8i,(r _2.22.42,6283.0329.533.0. i341.034L0341.0MI.0答：从响应数据得干扰起作用点为0.6min, 227 C ,即T=0.6min，拐点为1.0min , 280 C，即T0=2.0min-0.6min=1.4 min，设采用川型仪表，测量范围为100250C，所以，K= Au=/