单回路控制系统详解

一、单回路掌握系统画出图示系统的方框图：加热剂加热剂TC气开FCFTTT原料(1图)一个简洁掌握系统总的开环增益〔放大系数〕应是正值还是负值？仪表行业定义的掌握器增益与掌握系统中定义的掌握器的增益在符号上有什么关系？为什么？试确定习题1中掌握器的正反作用。假设加热变成冷却，且掌握阀由气开变为气关，掌握器的正反作用是否需要什么是对象的掌握通道和扰动通道？假设它们可用一阶加时滞环节来近似，试述K、K、τf

、τ 对掌握系统质量的影响。p fK

PeS 广义对象的传递函数为

P(TS1)

，假设P的比值肯定时，TT

大小对掌握质量有P P什么影响？为什么？一个简洁掌握系统的变送器量程变化后，对掌握质量有什么影响？举例说明。试述掌握阀流量特性的选择原则，并举例加以说明。对图示掌握系统承受线性掌握阀。当负荷G增加后，系统的响应趋于非周期函数，而G削减时，系统响应震TC荡加剧，试分析其缘由，并设法解决之。一个简洁掌握系统中，掌握阀口 TT径变化后，对系统质量有何影响？

加热剂TCG统热量平衡式为：GC(θ 1 1 0

)=Gi

λ(λ2G为蒸汽的冷凝潜热)。 2主要扰动为θi时选择掌握阀 〔题8图〕的流量特性。 TC主要扰动为G1时选择掌握阀的流 TT量特性。设定值变化时，选择掌握阀的流量

GC θi1 1i特性。 θO一个单比例简洁掌握系统，增加积分10图作用后，对系统质量有什么影响？为了保持同样的衰减比，比例度δ要增加，为什么？它们的应用场合。什么叫积分饱和？产生积分饱和的条件是什么？承受响应曲线法整定掌握器参数选用单比例掌握时，δ=Kτ /T×100%,即δ∝P P PK，δ∝τ /T,为什么？而选择比例积分掌握时，δ=1.44Kτ

/T×100%，即比例度增加，P P P为什么？

P P PK承受临界比例度法整定掌握器参数，在单比例掌握时，δ=2δ (临界比例度)，为什么？K制器参数整定时，应留意什么？KeS

KP (TS1)(TS1)(T S1)V P W广义对象的传递函数为

P(TS1)

，承受比例掌握，当系统到达稳定边缘时，K=KC

，临界周期为T

P。问：Kτ T/ 在什么数值范围内(即上、下界)， /Tτ K P P PK 在什么数值范围内(即上、下界)，τ /T增加时，K

是上升还是下降？CK P P CK一个过程掌握系统的对象有较大的容量滞后后。假设对两个系统均承受微分掌握，试问效果如何？某一温度掌握系统，承受4:1衰减曲线法进展整定，测得系统的衰减比例度δs=25%Ts=10minP和PI有一个过程掌握系统(承受DDZ-Ⅲ型仪表)，当广义对象的输入电流〔即掌握器的输出电流14mA7014mA15mA，74℃。设测温仪表的量程为50-100℃。同时由试验测得广义对象的时间常数TP=3min，滞后时间τP=1.2min，试求衰减比为4:1时PI掌握器的整定参数值。12%时，系统消灭等幅振荡，其临界振荡周期为180s，试求承受PID掌握器时的整定参数值。掌握系统方块图如下：求：(1)X作单位跃阶变化时，随动掌握系统的余差。F作单位跃阶变化时，定值掌握系统的余差。FFKTS1PFRYKKCKVTS1PPKTS1MM〔22图〕一个简洁掌握系统由那几局部组成？各有什么作用？举例说明一个简洁掌握系统，指出在该掌握系统中的被掌握系统的被控变量、操纵变量和扰动变量。常见的过程动态特性的类型有哪几种？可用什么传递函数来近似描述他们的动态特性？增大过程的增益对掌握系统的掌握品质指标有什么影响？过程的时间常数是否越小越好？为什么？某温度掌握系统已经正常运行，由于原温度变送器〔量程200`300℃〕损坏，改用量程为0`500℃的同分度号的温度变送器，掌握系统会消灭什么现象？应如何解决？增大积分时间对掌握系统的掌握品质有什么影响？增大微分时间对掌握系统的掌握品质有什么影响？什么是积分饱和现象？举例说明如何防止积分饱和。纯比例掌握时，比例度与临界比例度之间有什么近似关系？6.1〔干扰〔给定〕值、偏差。答：被控对象——自动掌握系统中，工艺参数需要掌握的生产过程、设备或机器等。被控变量——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。能量。扰动量——除操作变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。设定值——被控变量的预定值。偏差——被控变量的设定值与实际值之差。6.3以下掌握系统中，哪些是开环掌握，哪些是闭环掌握？A．定制掌握B．随动掌握C．前馈掌握D．程序掌握答：C——开环掌握；A、B、D——闭环掌握。〔〕在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸取裂解气体的热量，使裂解气体的温6-3裂解气，其温度要求掌握在〔15±1.5〕℃。假设温度太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；假设温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，杜塞管道。6-3〔１〕指出系统中被控对象、被控变量和操作变量各是什么？〔２〕试画出该掌握系统的组成方块图。〔１〕烯的流量。〔３〕6-46-4图6-5所示是以反响温度掌握系统示意图。Ａ、Ｂ两种物料进入反映，通过转变进入夹掌握器。试画出该温度掌握系统的方块图，并指出该掌握系统中的被控对象、被控变量、操作变量及可能影响被控变量变化的扰动各是什么？6-5答：水流量；干扰为Ａ、Ｂ物料的流量、温度、浓度、冷却水的温度、压力及搅拌器的转速。反响器的温度掌握系统的方块图如图6-66-6确保生产安全，设计了如图6-7所示温度掌握系统。工艺要求发生器温度掌握在〔８０±１〕℃。试画出该温度掌握系统的方块图，并指出图中的被控对被控变量存在的扰动。6-7答：乙炔发生器温度掌握系统方块图如图6-8所示〔图中T、TO分别为乙炔发生器温度及其设定值。6-8被控对象：乙炔发生器；被控变量：乙炔发生器内温度；操纵变量：冷水流量；扰动量：冷水温度、压力；电石进料量、成分等。图6-9设计了物料入口流量和蒸汽流量两个掌握系统，以保持出口物料温度恒定。6-9试画出对出口物料温度的掌握系统方块图；指出该系统是开环掌握系统还是闭环掌握系统，并说明理由。〔1〕掌握系统方块图如图6-10所示。6-10〔2〕系统。6.156-14衰减比、余差、过渡时间、振荡周期〔或频率。请分别说明其含义。6-14〔A表示最大偏远，这对于工艺条件要求较高的生产过程是格外不利的。图中衰减比n＝B:B’。对于衰减振荡而言，n1的。假设n1，掌握系统的过渡n1，则为发散振荡过程；n当n趋于无穷大时，系统接近非振荡衰减过程。依据实际操作阅历，通常取n＝4～10。余差――是指过渡过程终了时。图中C0或在一预定的允许范围内。的±5％(或±2％定快，即使干扰频繁消灭，系统也能适应；反之，过渡时间长，说明系统稳定慢，在几个同间愈短愈好。振荡周期〔或频率〕――振荡周期是指过渡过程同向波峰〔或波谷〕之间的间隔时间，其倒数为振荡频率。在衰减比一样的条件下，周期与过渡时间成正比。一般期望振荡周期短些好。6.26填空。依据实践阅历的总结觉察除少数无自衡的对象以外大多数对象均可用 、 、 这4种典型的动态特性来加以近似描述。为了进一步简化也可以将全部的对象的动态特性都减化为 的形式用传递函数可以表示为 。在对象传递函数表达式W(s)中，K表示对象的 ，T表示对象的 ，表示对象的 。Ke-Ke-sTs+1〔2〕一阶加纯滞后；W〔s〕＝静态放大系数；时间常数；纯滞后时间。6.41什么是简洁掌握系统？试画出简洁掌握系统的典型方块图。答：所谓简洁掌握系统，通常是指由一个被控对象、一个检测元件及传感器〔或变送器、一个调整器和一个执行器所构成的单闭环掌握系统，有时也称为单回路掌握系统。简洁掌握系统的典型方块图如图6-34所示。6-34被控对象、调整阀、调整器的正、反作用方向各是怎样规定的？调整阀的作用方向由它的气开、气关型式来确定。气开阀为“正”方向，气关阀为“反”方向。假设将调整阀的输入偏差信号定义为测量值减去给定值，那么当偏差增加时，其输出也增加的调整器称为“正作用”调整器；反之，调整器的输出信号随偏差的增加而减小的称为“反作用”调整器。单参数掌握系统中，调整器的正反作用应怎样选择？答：先做两条规定：气开调整阀为＋A，气关调整阀为－A；调整阀开大，被调参数上升为＋B，下降为－B。A·B=“＋”调整器选反作用；A·B=“－”调整器选正作用。6-35B〔A〔－“－”调整器选正作用。6-356-36 (a) (b)(c) (d) (e)6-36答：(a)――正作用；(b)――正作用；(c)――反作用；(d)――正作用；(e)――反作用；6-37取调整阀气开、气关型式和调整器的正、反作用，再简洁说明这一调整回路的工作过程。答：因工艺要求故障状况下送出的气体不许带液，故当气源压力为零时，阀门应翻开，所要求调整阀输出削减，调整器是反作用。出↑→液位↓。6-37图6-38明调整阀的气开、气关型式，调整器的正、反作用方式，并简述掌握系统的动作过程。6-38答：故障状况下气源压力为零，应切断燃料，以确保炉子熄火。故要求调整阀为气开式，气源中断时关闭。当炉温增高时，要求燃料量削减，即减小调整阀开度。由于是气开阀，所以要求调整器输出减小，应选用反作用调整器。掌握系统的动作过程为：进料↓→温度↑→调整器输出↓→调整阀开度↓→燃料量↓→炉温↓。反之，由于各种缘由引起炉温↓→调整器输出↑→调整阀开度↑→燃料量↑→炉温↑。请判定图6-39所示温度掌握系统中，调整阀和调整器的作用型式。6-39当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调整介质为过热蒸汽时；当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调整介质为过热蒸汽时；当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调整介质为待加热的软化水时；当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调整介质为待加热的软化水时。〔〕气关调整阀，正作用调整器；气开调整阀，反作用调整器；气开调整阀，正作用调整器；气关调整阀，反作用调整器。6-40选择被控变量和掌握变量，组成调整回路，并画出方块图。打算调整阀的气开、气关型式和调整器的正反作用。当被加热的流体为热敏介质时，应选择怎样的调整方案为好？〔1〕方块图见图6-4。

6-406-41对于热敏介质，为防止局部过热而气化，调整参数不宜为蒸汽而选冷凝水为好。马上调整阀装于冷凝水管线上。图6-42溢出，试在下述两种状况下，分别确定调整阀的气开、气关型式及调整器的正、反作用。6-42选择流入量Qi为操纵变量；选择流出量Qo为操纵变量。答：(1Qi为“＋”作用方向。这时，操纵变量即流入量Qi增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“＋”作用方向。由于调整阀与对象都是“＋”作用方向，为使整个系统具有负反响作用，调整器应选择反作用方向；(2)中选择流出量Qo“－”作用方向。这时，操纵变量即流出量Qo增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“－”作用方向。由于选择流出量Qo统具有负反响作用，应选择反作用方向的调整器。有一冷却器，以冷却水作为冷剂来冷却物料温度，现选择冷却水流量为操纵变量，物3作用。被冷却物料温度不能太高，否则对后续生产不利；被冷却物料温度不能太低，否则易分散；冷却器置于室外，而该地区冬季温度最低达0℃以下。答：(1)应选气关型调整阀、反作用式调整器；(2)应选气开型调整阀、正作用式调整器；(3)应选气关型调整阀、反作用式调整器；什么是比例、积分、微分调整规律？在自动掌握中起什么作用？答：比例调整依据“偏差的大小”来动作，它的输出与输入偏差的大小成比例。比例调整准时δ来表示其作用的强弱，δ愈小，调整作用愈强，比例作用太强时，会引起振荡。余差消逝时，积分作用才会停顿，其作用是消退余差。但积分作用使最大动偏差增大了调整时间。它用积分时间T来表示其作用的强弱，T愈小，积分作用愈强，但积分作用太强时，也会引起振荡。〔但不能消退。它用微分时间Td来表示其作用的强弱，TdTd填空在PID调整中比例作用是依据 来动作的在系统中起着 的作用积分作用是依据 来动作的在系统中起着 的作用微分作用是依据 来动作的在系统中起着 的作用。答：偏差的大小；稳定被控变量；偏差是否存在；消退余差；偏差变化速度；超前调整。在什么场合下选用比例、比例积分PI、比例积分微分PI〕答：系统。〔需要消退干扰引起的余差、纯滞后不大〔时间常数不是太大〕而被调参数不允许与给定值有偏差的调整系统。比例积分微分调整规律适用于容量滞后较大、纯滞后不太太、不允许有余差的对象。填空调整器的比例度δ越大，则放大倍数Kc ，比例调整作用就 ，过渡过程曲线就 ，但余差也 。积分时间Ti越小，则积分速度 ，积分特性曲线的斜率 ，积分作用 ，消退余差 。微分时间Td越大，微分作用 。答：越小；越弱；平稳；越大；越大；越大；越强；越快；越强。6.61推断〔是为√，非为×〕对纯滞后大的调整对象，为抑制其影响，可引入微分调整作用来抑制。当调整过程不稳定时，可增大积分时间或加大比例度，使其稳定。比例调整过程的余差与调整器的比例度成正比。〔即无偏差、自动切换操作。均