《过程控制与自动化仪表(第3版)》思考题与习题

6章思考题与习题根本练习题答：改善。前馈掌握与反响掌握各有什么特点？为什么承受前馈-反响掌握系统能改善掌握品质？答：前馈掌握的特点：开环掌握、比反响掌握准时、可以作为专用调整器。稳定在设定值上保证系统的较高掌握质量。承受前馈－反响掌握系统能改善掌握品质是由于该复合掌握系统一方面利用前馈掌握值上，从而保证系统有较高的掌握质量。前馈掌握系统有哪些典型构造形式？什么是静态前馈和动态前馈？不考虑其动态偏差。的构造简单，只有当工艺要求掌握质量特别高时才需要承受动态前馈补偿掌握方案。答：由于前馈掌握做不到对干扰的完全补偿：2〕在实际生产过程中，影响被控参数变化的干扰因素是很多的，不行能3〕前馈补偿器的数学模型是由过程的动特性F 0

F 0定的补偿器在物理上有时也是很难实现的。答：前馈掌握系统的选用原则为：第6第6198以考虑引入前馈掌握。质量较差时，可以考虑引入前馈掌握，以提高掌握质量。系统抑制干扰的力量较差时，可以考虑引人前馈掌握以改善掌握性能。能够到达工艺要求时，则尽可能承受静态前馈补偿而不承受动态前馈补偿。前馈掌握系统的设计：〔于被控参数产生偏差之前。答：稳定裕量不变，只能削减调整器的放大系数，同样导致调整质量的下降。Smith预估掌握方案能否改善或消退过程大纯滞后对系统品质的不利影响？为什么？答：Smith预估掌握的闭环特征方程式中已经没有e0s该系统与大滞后过程掌握系统相比已经消退了纯滞后对系统稳定性的影响。答：可以将串级掌握系统中的副回路视为放大系数为“正”的环节。整个副回路可视为一放大倍数为正的环节来看。符号而与其他环节无关？为什么？答:2〕主、副调整器的正反作用方式选择的方法是：首先依据工艺要求打算调整阀的气定主调整器的正反作用形式。副调整器的正、反作用选错后又会如何？答：远离给定值。旦发生重大事故，应马上切断燃料油的供给。要求：

6-1确定调整阀的气开、气关型式；答：6-2所示：6-2

〔〕干扰。S1S气开式，保证无气时调整阀关闭。PI〔PID〕P调整规律。都选择反作用方式。旦发生事故应马上停顿蒸汽的供给。要求：画出掌握系统的框图；确定调整阀的气开、气关型式；确定主、副调整器的正、反作用方式。6-3温度、流量串级掌握系统6-4所示：6-4调整阀：气开形式；这是由于当掌握系统一旦消灭故障，调整阀必需关闭，以使切断整齐的供给，确保设备的安全。〔3〕主调整器：反作用方式；负调整器：反作用方式。在设计某一个串级掌握系统时，主调整器承受PID调整规律，副调整器承受P4:1衰减曲线法已经测得：， 44% T，2s 2s

20s ，1s，

44% T，1s，

10min答：依据题意，运用第54:1衰减曲线法计算公式，计算出主、副调整器的整定参数为：主调整器的比例度为

1

1.550%60%

T0.3T1

3minT0.1TD 1s

1min副调整器〔流量调整器〕的比例度为 2 2s

44%某串级掌握系统在4:1衰减比的条件下测得过程的参数为 8%，1s 42%，T2s

2s

调整规律，副调整器答：4∶1衰减比的条件下测得的数据，由衰减曲线法参数计算公式表得：副调整器承受P调整规律，查表得： = =42%2 2S主调整器承受PID调整规律，查表得： =0.8 =64%，T=0.3T =3min，1 1S I 1ST =0.1T =1minD 1s综合练习题某一前馈-反响掌握系统，其过程掌握通道的传递函数为G(s) K0 es

0 (T01

s1)(T02

s1)KG(s) f

efsf (Tf

02

答：有的：GsGfsb Gs 〔6-1〕0要求f

，分子阶次不高于分母阶次，这样才能物理上实现。0预估掌握方案中存在的主要问题是什么？目前有哪些改进方案？答：控过程的特性不能准确得到则难以获得预期的掌握效果。目前改进方案有：增益自适应预估掌握；动态参数自适应预估掌握。Smith6-5所示，在干扰F(s)发生变化时，预估器能否消退大纯滞后对系统的不利影响？为什么？6-5史密斯预估掌握实施框图答：可以。由于史密斯预估掌握的闭环特征方程式中已没有es项。换句话说，该系统与原系统相比已消退了纯滞后对系统稳定性的影响。6-3所示的温度-流量串级掌握系统中，假设进料流量F波动较大，试设计一个前馈-串级复合掌握系统，系统中有关传递函数为：G (s)

Ke01

G (s)K

KefsG(s) f01 (T01

02

02

Ts1f现的可能性。答：6-6所示：6-6复合掌握系统的传递函数方框图前馈调整器的传递函数：G(s)B G

G

s

seK 02 01 eK

〔6-2〕sf

Ts1Ts1

KTs1Ts1 f

01

02

2

ef0se0KKse00102

f v

KK0102

Ts1Gsf va〕要求f>0b〕分子阶次不高于分母阶次，这样才能物理上实现。系统被控过程的传递函数为Kes e10s02G(s)Ts15s)020可以求得史密斯预估掌握器的传递函数为1G(s)s

1)2

(1e10s)PID掌握系统和带有史密斯预估器的掌握系统进展仿真，画出其仿真波形，并比较它们的掌握性能。答：clcclearG1=tf(1,conv[51],[51]);tau1=10;[np,dp]=pade(tau1,2);Gp=tf(np,dp);G=G1*Gp;[KTtau]=kttau(G);[Gc4KpTiTd]=cc01(4,[KTtau]);Gcc4=feedback(G*Gc4,1);set(GCC4,”Td”,tau1);holdon;[y1t]=step(Gcc4);sigma_1tp_1ts_1”);[sigma_1,tp_1,ts_1perf(1,y1,t);Gcc5=feedback(G1*Gc4,1);set(Gcc5,”Td”,tau1);step(Gcc5,”b”);legend(”PID”,”SMITHPID”);6-7所示：第6第6204

6-7系统仿真结果图掌握系统的阶跃响应曲线掌握效果明显比单纯掌握有明显的改善，超调越小，调整过程加速。设计题es的帕德一阶近似式和帕德二阶近似式分别为es和

1s21s2 2es

1 s s22 221s2s22 2答：有得：0

22

〔6-3〕ss第6第6205

1s2(1es)s 0 1s2

〔6-4〕6-8所示。6-8史密斯预估掌握系统的实施框图有得：

21 s s22 2

0 21 s 2 2

〔6-5〕由此可得预估器s

2

1 s s22 2 (1es)s 0 21 s s22 2

〔6-6〕史密斯预估掌握系统的实施框图同帕德一阶史密斯预估掌握框图。某加热器承受夹套式加热的方式来加热物料。物料温度要求严格加以掌握。夹6-9所示。要求：假设冷水流量波动是主要干扰，应承受何种掌握方案？为什么？假设蒸汽压力波动是主要干扰，应承受何种掌握方案？为什么？假设冷水流量和蒸汽压力都常常波动，应承受何种掌握方案；为什么？图6-9加热物料工艺流程图 图6-10加热器串级掌握系统答：假设冷水流量波动是主要干扰，承受前馈-反响掌握；被控变量为物料出料温度，掌握变量蒸汽流量，前馈信号为冷水流量。被控变量为蒸汽流量或压力，掌握变量蒸汽流量。-串级掌握；主被控变量为物料出料温度，副被控变量为蒸汽流量或压力，掌握变量蒸汽流量，前馈信号为冷水流量。所示加热器串级掌握系统，要求：画出掌握系统的方框图；假设工艺要求加热器的温度不能过高，试确定调整阀的气开、气关型式；确定主、副调整器的正、反作用方式；答：TCFC调整阀蒸汽管道TCFC调整阀蒸汽管道加热容器热物料FTTT6-11掌握系统的方框图依据工艺要求：调整阀选用气开。由工艺可知，当调整阀开度增大，则容器温度上升，故为K 正；为保证副回路02为负反响，则K 应为正，即为反作用调整器；当容器温度上升，容器出口热物料温度也c2随之上升，故K01

也为正；为保证主回路为负反响，则Kc1

应为正，即为反作用调整器。当蒸汽压力突然增加时：副回路掌握器准时作用，调整副回路调整阀，使得阀开度减小，从而保证容器出料口温度保持不变。做出反响，使得副回路调整阀开度增大，使得容器出口物料温度得以恒定。其中污水流量常常波动，是诸多干扰中最主要干扰。试设计一个掌握系统，要求：画出掌握系统流程图与方框图；为了保证清水的处理质量，试确定调整阀的气开、气关型式；确定各调整器的正、反作用。6-12污水处理过程示意图答：6-13所示：FCFTLT LC污水 污水澄清池 过滤池 清水池6-13掌握系统流程图6-14所示：LCLCFC调整阀污水管道清水池FTLT6-14掌握系统方框图为了保证清水的处理质量，调整阀选用气关类型。3〕由工艺可知，当调整阀开度增大，则清水池水位上升，故为K 正；为保证副回302路为负反响，则K

下降，故K01

也为负；为保