过程控制工程课后习题参考答案前三章.doc

过程控制工程
第一章 单回路控制系统
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？
控制通道——就是指操纵变量与被控变量之间的信号联系;
干扰通道——就是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。
控制通道特性对系统控制质量的影响:(从K、T、τ三方面)
控制通道静态放大倍数越大,系统灵敏度越高,余差越小。但随着静态放大倍数的增大,系统的稳定性变差。
控制通道时间常数越大,经过的容量数越多,系统的工作频率越低,控制越不及时,过渡过程时间越长,系统的质量越低,但也不就是越小越好,太小会使系统的稳定性下降,因此应该适当小一些。
控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时,使动态偏差增大,而且还还会使系统的稳定性降低。
干扰通道特性对系统控制质量的影响:(从K、T、τ三方面)
干扰通道放大倍数越大,系统的余差也越大,即控制质量越差。
干扰通道时间常数越大,阶数越高,或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀,干扰对被控变量的影响越小,系统的质量则越高。
干扰通道有无纯滞后对质量无影响,不同的只就是干扰对被控变量的影响向后推迟一个纯滞后时间τ0。
1、2 如何选择操纵变量？
1)考虑工艺的合理性与可实现性;
2)控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数;
3)控制通道时间常数应适当小一些为好,但不易过小,一般要求小于干扰通道时间常数。干扰动通道时间常数越大越好,阶数越高越好。
4)控制通道纯滞后越小越好。
1、3 控制器的比例度δ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？
比例度δ越小,系统灵敏度越高,余差越小。随着δ减小,系统的稳定性下降。
1、5图1-42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？
‚ 如果要设计一温度控制系统,您认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？
ƒ 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:
 影响物料出口温度的因素主要有蒸汽的流量与温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量与入口温度。
‚ 被控变量应选择物料的出口温度,操纵变量应选择蒸汽流量。
物料的出口温度就是工艺要求的直接质量指标,测试技术成熟、成本低,应当选作被控变量。
可选作操纵变量的因数有两个:蒸汽流量、物料流量。后者工艺不合理,因而只能选蒸汽流量作为操纵变量。
ƒ 控制阀应选择气关阀,控制器选择正作用。
1、6 图1-43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的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;
‚ 被加热物料在温度过低时会发生凝结;
ƒ 如果操纵变量为冷却水流量,该地区最低温度在0℃以下,如何防止热交换器被冻坏。
答:
 控制阀选气关阀,选反作用控制器。
‚ 控制阀选气开阀,选正作用控制器。
ƒ 控制阀选气关阀,选反作用控制器。
1、7 单回路系统方块图如图1-44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？
(1)若T0增大; (2)若τ0增大; (3)若Tf增大; (4)若τf增大。
答:
(1)T0 增大,控制通道时间常数增大,会使系