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(s)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 用尸(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。衰1-1干扰通H特性对控的部#特性参数对静态质量的影响-,，.对动态质量的影响K增加余差增加再影响孔增加无影响过魂过程时间减小,振荡幅值或

2、小5加无影响无影响控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示*1-2控制flilW性对控IN质的*特性参数对粉态质量的影响对动态质量的响虬增加余差成小(稳定前提下)系统建向于WW 4To增加无影响过渡过程时间增加，系统频率变度r0增加无影响:稳定程度大大降低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

3、。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0变化对控制系统的控制精度有何影响?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 0成正比，即比例度越大，余差也就越大。Kc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ri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6由大往小逐渐改

4、变，并在每改变一次6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： 1，6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6 s，及振荡周 期Ts。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、.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？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。当出口温度降此时控制器输入由于测量值

6、减小而减小，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， 控制器选正作用。此时控制器输入由于测量值减小而减小，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K

7、C、KV、K0增加时，系统的 余差减小，但系统稳定性下降。70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。0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 增加时，控制过程的品质会提高。r f增加 时，质量没有影响。冷凝水若T。增大；若珏增大；若7增大；若名增大图1.44习题1.8图图1.43习题1.7图冷凝水若T。增大；若珏增大；若7增大；若名增大图1.44习题1.8图图1.43习题1.7图1%时，蒸汽量将改变3%，而蒸汽量增加1%1%时，蒸汽量

8、将改变3%，而蒸汽量增加1%，增加1%，槽内温度将会下降1C。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%，液体流量不变，槽内温度将上升0.2X30C=6C，所以待系统稳定后，槽内温度是206Co1.9在乙=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/min0.00.20.40.60.81.01.21.4温度/笆200.1201.1204.0227.0；裨.0302.5318.0时间/min1.61.82(r 一2.22.42.62.83.0温度/Y329.5336.03394)-340.0341.0341.0341.0341.0答：从响应数据得干扰起作用点为0.6min，227C，即T =0.6min，拐点为1.0min，280C，即T0=2.0min-0.6min=1.4 min，设采用III型仪表，测量范围为 100