过程控制工程课后习题参考答案-前三章.doc

1 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。(1) 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。(2) 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, 不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个纯滞后时间τ 0。 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。 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,你认为被控变量与操纵变量应选谁?为什么? ?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、成本低, 应当选作被控变 2 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。?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; ?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: TC 冷却水物料被冷却物料?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。?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)若 T 0增大; (2)若τ 0增大; (3)若 T f增大; (4)若τ f增大。答: (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 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。 3 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, 主对象和主变送器. 而副回路可视为一放大倍数为“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。如果主对象放大倍数的符号为正, 则主控制器为反作用, 反之, 则主控制器为正作用。 试说明为什么整个副环可视为一放大倍数为正的环节来看? 副回路所起的作用是使副变量根据主调节器输出进行控制, 是一随动系统。因此整个副回路可视为一放大倍数为正的环节来看。 试说明在整个串级控制系统中主、副控制器之一的正、反作用方式选错会造成