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过程控制工程课后习题参考答案-前三章.doc


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过程控制工程
第一章 单回路控制系统
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——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系;
干扰通道——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,系统的质量那么越高。
干扰通道有无纯滞后对质量无影响,不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个纯滞后时间τ0。
如何选择操纵变量?
1〕考虑工艺的合理性和可实现性;
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。
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。
-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,你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?
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答:
 影响物料出口温度的因素主要有蒸汽的流量和温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和入口温度。
‚ 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。
物料的出口温度是工艺要求的直接质量指标,测试技术成熟、本钱低,应中选作被控变量。
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。
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。
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〕假设T0增大; 〔2〕假设τ0增大; 〔3〕假设Tf增大; 〔4〕假设τf增大。
答:
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〔1〕T0 增大,控制通道时间常数增大,会使系统的工作频率降低,控制质量变差;
〔2〕τ0 增大,控制通道的纯滞后时间增大,会使系统控制不及时,动态偏差增大,过渡过程时间加长。
〔3〕Tf 增大,超调量缩小1/Tf倍,有利于提高控制系统质量;
〔4〕τf 增大对系统质量无影响,当有纯滞后时,干扰对被控变量的影响向后推迟了一个纯滞后时间τf 。
第二章 串级控制系统
2.1 与单回路系统相比,串级控制系统有些什么特点?
(1) 串级系统由于副回路的存在, 使等效副对象时间常数减小,改善了对象的特性,使系统工作频率提高。
(2) 串级控制系统有较强的抗干扰能力,特别是干扰作用于副环的情况下,系统的抗干扰能力会更强。
(3) 串级系统具有一定的自适应能力。
2.2 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用方式只取决于主对象放大倍数的符号,而与其他环节无关?
主环内包括有主控制器,副回路,“1”的环节,主变送器放大倍数一般为正,所以主控制器的正反作用只取决于主对象放大倍数的符号。如果

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