化工儀表與自動(dòng)化第五版第八章作業(yè)及答案

1、第八章1.什么叫串級(jí)控制系統(tǒng)?畫出一般串級(jí)控制系統(tǒng)的典型方塊圖。答:串級(jí)控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征而得名的。它是由主、副兩個(gè)控制器串接工作的。主控制器的輸出作為副控制器的給定值,副控制器的輸出去操縱控制閥,以實(shí)現(xiàn)對(duì)變量的定值控制。2.串級(jí)控制系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)?主要使用在哪些場合?答:串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為:(1在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上,它是由兩個(gè)串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng);(2系統(tǒng)的目的在于通過設(shè)置副變量來提高對(duì)主變量的控制質(zhì)量(3由于副回路的存在,對(duì)進(jìn)入副回路的干擾有超前控制的作用,因而減少了干擾對(duì)主變量的影響;(4系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷改變時(shí)有一定的自適應(yīng)能力。串級(jí)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于:對(duì)象的滯后和時(shí)間常

2、數(shù)很大、干擾作用強(qiáng)而頻繁、負(fù)荷變化大、對(duì)控制質(zhì)量要求較高的場合。3.串級(jí)控制系統(tǒng)中主、劇變量應(yīng)如何選擇?答:主變量的選擇原則與簡單控制系統(tǒng)中被控變量的選擇原則是一樣的。副變量的選擇原則是:.(1主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系,副變量的變化應(yīng)在很大程度上能影響主變量的變化;(2通過對(duì)副變量的選擇,使所構(gòu)成的副回路能包含系統(tǒng)的主要干擾;(3在可能的情況下,應(yīng)使副回路包含更多的主要干擾,但副變量又不能離主變量太近;(4副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的匹配,以防“共振”的發(fā)生4.為什么說串級(jí)控制系統(tǒng)中的主回路是定值控制系統(tǒng),而副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)?答:串級(jí)控制系統(tǒng)的目的是為了更好地穩(wěn)定主變量,

3、使之等于給定值,而主變量就是主回路的輸出,所以說主回路是定值控制系統(tǒng)。副回路的輸出是副變量,副回路的給定值是主控制器的輸出,所以在串級(jí)控制系統(tǒng)中,副變量不是要求不變的,而是要求隨主控制器的輸出變化而變化,因此是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。5.怎樣選擇串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器的控制規(guī)律?答:串級(jí)控制系統(tǒng)的目的是為了高精度地穩(wěn)定主變量,對(duì)主變量要求較高,一般不允許有余差,所以主控制器一般選擇比例積分控制規(guī)律,當(dāng)對(duì)象滯后較大時(shí),也可引入適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔谩４?jí)控制系統(tǒng)中對(duì)副變量的要求不嚴(yán)。在控制過程中,副變量是不斷跟隨主控制器的輸出變化而變化的,所以副控制器一般采用比例控制規(guī)律就行了,必要時(shí)引入適當(dāng)?shù)姆e分作用,

4、而微分作用一般是不需要的。6.如何選擇串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器的正、反作用?答:副控制器的作用方向與副對(duì)象特性、控制閥的氣開、氣關(guān)型式有關(guān),其選擇方法與簡單控制系統(tǒng)中控制器正、反作用的選擇方法相同,是按照使副回路成為個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)的原則來確定的。主控制器作用方向的選擇可按下述方法進(jìn)行:當(dāng)主、副變量在增加(或減小時(shí),如果要求控制閥的動(dòng)作方向是一致的,則主控制器應(yīng)選“反”作用的;反之,則應(yīng)選“正”作用的。從上述方法可以看出,串級(jí)控制系統(tǒng)中主控制器作用方向的選擇完全由工藝情況確定,或者說,只取決于主對(duì)象的特性,而與執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式及副控制器的作用方向完全無關(guān)。這種情況可以這樣來理解:如果將整個(gè)

5、副回路看作是構(gòu)成主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)時(shí),副回路這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入就是主控制器的輸出(即副回路的給定,而其輸出就是副變量。由于副回路的作用總是使副變量跟隨主控制器的輸出變化而變化,不管副回路中副對(duì)象的特性及執(zhí)行器的特性如何,當(dāng)主控制器輸出增加時(shí),副變量總是增加的,所以在主回路中,副回路這個(gè)環(huán)節(jié)的特性總是“正”作用方向的。由圖可見,在主回路中,由于副回路、主測量變送這兩個(gè)環(huán)節(jié)的特性始終為“正”,所以為了使整個(gè)主回路構(gòu)成負(fù)反饋,主控制器的作用方向僅取決于主對(duì)象的特性。主對(duì)象具有“正”作用特性(即副變量增加時(shí),主變量亦增加時(shí),主控制器應(yīng)選“反”作用方向,反之,當(dāng)主對(duì)象具有“反”作用特性時(shí),主控制器應(yīng)選“正”作

6、用方向。7.串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器參數(shù)的工程整定主要有哪兩種方法?答:有兩步整定法和一步整定法兩種。按照串級(jí)控制系統(tǒng)主、副回路的情況,先整定副控制器,后整定主控制器的方法叫做兩步整定法。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接確定副控制器的參數(shù),只需按簡單控制系統(tǒng)參數(shù)整定的方法來整定主控制器參數(shù)的方法稱一步整定法。8.均勻控制系統(tǒng)的目的和特點(diǎn)是什么?答:均勻控制系統(tǒng)的目的是為了解決前后工序的供求矛盾,使兩個(gè)變量之間能夠互相兼顧和協(xié)調(diào)操作。均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是其控制結(jié)果不像其他控制系統(tǒng)那樣,不是為了使被控變量保持不變,而是使兩個(gè)互相聯(lián)系的變量都在允許的范圍內(nèi)緩慢地變化。9.簡述均勻控制系統(tǒng)的控制方案。答:以液位與流量的

7、均勻控制為例,其控制方案有簡單均勻控制與串級(jí)均勻控制兩種。從結(jié)構(gòu)上來講,簡單均勻控制與一般的液位控制系統(tǒng)一樣,串級(jí)均勻控制與一般的液位一流量串級(jí)控制系統(tǒng)一樣。其區(qū)別在于均勻控制與一般的控制系統(tǒng)目的不一樣。之所以能夠使兩個(gè)變量間的關(guān)系得到協(xié)調(diào),是通過控制器參數(shù)整定來實(shí)現(xiàn)的。均勻控制系統(tǒng)中的控制器一般都采用純比例作用,且比例度很大,必要時(shí)才引入少量的積分作用。10.什么叫比值控制系統(tǒng)?答:實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng),稱為比值控制系統(tǒng)。通常為流量比值控制系統(tǒng),用來保持兩種物料的流量保持一定的比值關(guān)系。11.試簡述雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)及其使用場合。答:雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合

8、回路,分別對(duì)主、副流量進(jìn)行定值控制。同時(shí),當(dāng)主流量發(fā)生變化時(shí),通過比值控制器來改變副流量控制器的給定值,使副流量能隨主流量的大小變化而變化,始終保持一定的比值關(guān)系。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主要適用于主流量干擾頻繁、工藝上不允許負(fù)荷有較大波動(dòng)或工藝上經(jīng)常需要提降負(fù)荷的場合。12.什么是前饋控制系統(tǒng)?它有什么特點(diǎn)?答:按擾動(dòng)變化大小進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為前饋控制系統(tǒng)。前饋控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有:(1前饋控制是基于不變性原理工作的,比反饋控制及時(shí)、有效;(2前饋控制是屬于“開環(huán)”控制系統(tǒng);(3前饋控制使用的是視對(duì)象特性而定的“專用”控制器,又稱前饋補(bǔ)償裝置;(4一種前饋?zhàn)饔弥荒芸朔环N干擾。13.前饋控制的主要

9、形式有哪幾種?答:前饋控制的主要形式有單純的前饋控制(又稱簡單前饋和前饋一反饋控制兩種。根據(jù)對(duì)干擾補(bǔ)償形式的特點(diǎn),又分靜態(tài)前饋控制和動(dòng)態(tài)前饋控制。14.前饋控制主要應(yīng)用在什么場合?答:前饋控制主要用于下列場合:(1干擾幅值大而頻繁,對(duì)被控變量影響劇烈,單純反饋控制達(dá)不到要求時(shí);(2主要干擾是可測不可控的變量;(3對(duì)象的控制通道滯后大,反饋控制不及時(shí),控制質(zhì)量差時(shí),可采用前饋一反饋控制系統(tǒng),以提高控制質(zhì)量。15.什么是生產(chǎn)過程的軟保護(hù)措施?與硬保護(hù)措施相比,軟保護(hù)措施有什么優(yōu)點(diǎn)?答:所謂生產(chǎn)的軟保護(hù)措施,就是當(dāng)生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常情況時(shí),無須像硬保護(hù)措施那樣硬性使設(shè)備停車,而是通過一個(gè)特定設(shè)計(jì)的

10、自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng),以適當(dāng)改變控制方式來達(dá)到自動(dòng)保護(hù)生產(chǎn)的目的。這樣就可以減少由于停車而帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失。16.什么是控制器的“積分飽和”現(xiàn)象?產(chǎn)生積分飽和的條件是什么?答:積分飽和現(xiàn)象是指有積分作用的控制器當(dāng)偏差總不為零時(shí),控制器的輸出就要一直增加到最大或降低到最小。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的條件有三個(gè):其一是控制器具有積分作用其二是控制器處于開環(huán)工作狀態(tài),其輸出沒有被送往執(zhí)行器;其三是控制器的輸入偏差信號(hào)長期存在。在選擇性控制系統(tǒng)中,沒有被選擇器選中的控制器就有可能產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象。17.積分飽和的危害是什么?有哪幾種主要的抗積分飽和措施?答:當(dāng)控制器處于積分飽和狀態(tài)時(shí),它的輸出將達(dá)到最大或最小的極

11、限值,該極限值已超出執(zhí)行器的有效輸入信號(hào)范圍(對(duì)于氣動(dòng)薄膜控制閥來說,其有效輸入信號(hào)范圍一般為20100kPa。出現(xiàn)這種現(xiàn)象,對(duì)控制系統(tǒng)的工作是很不利的。因?yàn)楫?dāng)需要該控制器恢復(fù)工作狀態(tài)(在取代控制系統(tǒng)中,控制器重新被選擇器選中時(shí),它不能馬上動(dòng)作,必須待它的輸出退出飽和區(qū),返回到執(zhí)行器的有效輸入信號(hào)范圍內(nèi)后,才能使執(zhí)行器開始動(dòng)作。所以取代是不及時(shí)的,這樣會(huì)對(duì)系統(tǒng)的工作帶來嚴(yán)重的后果,甚至?xí)斐墒鹿?。抗積分飽和的主要方法有限幅法和積分切除法等。18.什么是分程控制系統(tǒng)?主要應(yīng)用在什么場合? 答:分程控制系統(tǒng)就是一個(gè)控制器的輸出信號(hào)被送往兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制閥,每個(gè)控制閥都只在控制器的某段信號(hào)范圍內(nèi)工作。分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用場合主要有:(1用于擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍,改善控制品質(zhì);(2用于控制兩種不同的介質(zhì)流量,以滿足工藝生產(chǎn)的要求,(3用作生產(chǎn)安全的防護(hù)措施。19.什么是多沖量控制系統(tǒng)?答:所謂多沖量控制系統(tǒng),是指在控制系統(tǒng)中,有多個(gè)變量信號(hào),經(jīng)過一定的運(yùn)算后,共同控制一只執(zhí)行器,以使某個(gè)被控的工藝變量有較高的控制質(zhì)量。多沖量控制系統(tǒng)這個(gè)名稱主要在鍋爐的給水系統(tǒng)控制中應(yīng)用比較廣泛。20.什么是三沖量控制系統(tǒng)?為什么要引入三個(gè)沖量?答:三沖量控制系統(tǒng)主要是指鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)中,分別引入汽包液位、蒸汽流量和給水流量三個(gè)信號(hào),經(jīng)過一定的運(yùn)算后,共同控