過程控制系統(tǒng)（第3版）參考答案

第1章衰減比用于衡量控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，回復時間用于描述控制系統(tǒng)的快速性，最大偏差和超調(diào)量則反映了系統(tǒng)的動態(tài)精確度(即準確性)和穩(wěn)定性，它們都是描述系拐點B作切線(可用逼近法來完成),與穩(wěn)態(tài)值y(一)交于A點，與橫坐標交于C點，則線段AC在時間軸上的投影即為過程的等效時間及一個無純滯后單容(一階)過程的動態(tài)特性高階自衡非振蕩過程的特性比較復雜，在描述時可近12.(略)13.在過程的階躍響應曲線上，用逐步逼近的方法通14.該水位控制系統(tǒng)中，被控變量：水箱水位，操縱變量：進水流量；主要擾動量：出在原穩(wěn)定狀態(tài)下，若出水流量(擾動量)增大，則液位隨之降低，浮球下降，連桿以右當錐閥下降到進水流量與出水流量相等時，水位不再降低，重新穩(wěn)定在一個低于原15.(略)常規(guī)控制器的基本控制規(guī)律有比例控制(P)、積分控制(I)和微分控制(D)。17.雖然積分作用能夠消除余差，但在偏差剛出現(xiàn)時，控制作用是隨著時間的積累微分控制作用的強弱用微分時間To來表示。Tp越大，表示微分作用越強。選取適當4244十 H?(s)H?(s)十G十十22.假定X(s)=0,原結(jié)構(gòu)圖可變?yōu)椋?3十8所以有：解得：1～4.(略)5.過程控制通道的放大系數(shù)Ko越大，則余差和最大偏差越小，控制作用增強，克服擾動的能力也越強，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。為兼顧穩(wěn)定性，Ko應適當?shù)卮笠恍?。隨著控制通道時間常數(shù)To的減小，系統(tǒng)的工作頻率會提高，控制就較為及時，過渡過程也會縮短，控制質(zhì)量將獲得提高。然而也不是控制通道的時間常數(shù)越小越好。因為時間常數(shù)太小，系統(tǒng)工作過于頻繁，系統(tǒng)將變得過于靈敏，反而會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，系統(tǒng)質(zhì)量變差。因此，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性要求的前提下，To應適當小一些。6～12.(略)13.答：①影響物料出口溫度的主要因素有：蒸汽流量和壓力，物流的流量、初溫、成②依控制要求，應選物料出口溫度這一直接參數(shù)作被控變量。在①所述的因素中，物料的流量是生產(chǎn)負荷，不宜作為操物料縱變量，其初溫和成份是不可控因素；蒸汽流量對出口溫蒸汽度的影響最為有效，工藝上也允許調(diào)節(jié)，故應選擇蒸汽進③如果物料溫度過高時會分解，則應選氣開閥。系統(tǒng)故障時，氣開閥因失氣而處于全關狀態(tài)，關閉蒸汽供應，使物料溫④如果物料在溫度過低時會凝結(jié)，則應選擇氣關閥。一旦系統(tǒng)故障，氣關閥因失氣而處于全開狀態(tài)，較大的蒸汽流量能保障溫度不至過低。14.答：①鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)的方框圖如下：②因工藝要求鍋爐不能燒干，則當系統(tǒng)故障時須保證進水供應，控制閥應處于全開狀態(tài)，因此應選擇氣關閥。③當進水流量增大時，汽包水位升高，即汽包對象的作用符號為“+”;氣關形式的給水閥記為“-”。根據(jù)控制器正、反作用方式的選擇判別式：(控制器士)×(執(zhí)行器士)×(被控過程士)=“-”④當爐膛溫度升高導致蒸汽蒸發(fā)量增加時，鍋爐汽包水位下降，液位小，控制器的輸入偏差亦減小，控制器輸出減小，使氣關形式的進水控制閥開度增②因精餾塔的溫度不能太高，故當系統(tǒng)故障時應關閉蒸汽供應，應選③當蒸汽流量增大時，塔釜溫度升高，即被控對象的作用符號為“+”(控制器士)×(執(zhí)行器士)×(被控過程士)=“-”④當外界擾動使精餾塔塔釜溫度升高時，塔釜溫度的測量值增大，控增大，反作用控制器輸出減小，致使蒸汽氣開閥關小，減小了進入再沸器的蒸汽流16.答：①因工藝上不允許塔釜液體被抽空，因此當系統(tǒng)故障時出料控制閥應處于全關②當出料流量增大時，塔釜液位下降，即被控對象的作用符號為“-”(控制器士)×(執(zhí)行器士)×(被控過程士)=“-”②當蒸汽流量增大時，反應器溫度升高，即被控對象的作用符號為“+(控制器士)×(執(zhí)行器土)×(被控過程士)=“-”18.答：①因工藝要求物料溫度不能過高，否則容易分解，則應選氣開形式的加熱劑控(控制器士)×(執(zhí)行器士)×(被控過程士)=“-”②因工藝要求物料溫度不能太低，否則容易結(jié)晶，則冷劑控制閥應選(控制器士)×(執(zhí)行器士)×(被控過程士)=“-”19.答：①因嚴禁儲槽內(nèi)液體溢出，則系統(tǒng)故障時應停止進料，控制閥應為氣開式。(控制器士)×(執(zhí)行器士)×(被控過程士)=“-”(控制器士)×(執(zhí)行器士)×(被控過程士)=“-”20～28.(略)29.比例度和積分時間均應減小。30～31.(略)32.答：①因工藝要求物料出口溫度保持在(200±2)℃,則選物料出口溫度為被控變影響出口溫度的主要因素有：加熱劑流量、壓力及溫度；物料入口溫度、流量及成份，其中物料流量是生產(chǎn)負荷，不宜選做操縱變量。而加熱劑流量是允許調(diào)節(jié)的，且對出口溫度影響顯著,故選作操縱變量。②該控制系統(tǒng)流程圖見圖2.64(a),方框圖如下：③正常的出口溫度應在(200±2)℃范圍內(nèi)，測溫元件選用鉑熱電阻，分度號Pt100;④若工藝要求換熱器內(nèi)的溫度不能過高，則當系統(tǒng)故障時應關閉加熱劑進口控制閥，(控制器士)×(執(zhí)行器士)×(被控過程士)=“-”⑤因?qū)Τ隹跍囟瓤刂埔筝^高，控制器的參數(shù)整定不宜選擇臨界比例度法，可選擇衰1～4.(略)5.答：影響加熱爐出口溫度的主要因素有：燃料流量、壓力、熱值的波動；煙囪抽力的波動；被加熱原料的流量波動和成份、初溫的變化。其中被加熱原料的流量為①如果擾動主要來自于燃料流量的波動，則應以燃料流量為副變量和操縱變量，構(gòu)成出該串級控制系統(tǒng)的控制流程圖如圖3.12所示。方框圖如下：②如果擾動主要來自于被加熱原料流量的波動，因原料流量是生產(chǎn)負影響出口溫度，不宜作為操縱變量，則應以爐膛溫度為副變量、以燃料流量為操縱象的動態(tài)特性、提高系統(tǒng)工作頻率的特點，有效克服原料流量的波動對出口溫度的其控制流程圖和控制系統(tǒng)方框圖分別如圖3.2、圖3.3所示。6.答：串級控制系統(tǒng)由于副回路的存在，對于進入其中的擾動具有較強的克服能力；由于副回路的存在改善了過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率，所以控制質(zhì)量比較高；此外副回路的快速隨動特性使串級控制系統(tǒng)對負荷的變化具有一定的自適應能力。因此對于控制質(zhì)量要求較高、擾動大、滯后時間長的過程，當采用簡單控7.(略)8.答：原則上，所選串級控制系統(tǒng)的副變量，應使主、副對象的時間常數(shù)之比在3～109～11.(略)加熱蒸汽的壓力、流量均可作為副變量。其壓力的波動勢必會引蒸汽壓加溫度對象出口溫度壓力控制器溫度控制器溫度對象流量變送器溫度變送器溫度控制器流量控制器控制閥副控制器的正反作用應滿足：(副控制器士)×(控制閥士)×(副對象士)=“-”。副溫度控制器流副控制器：副回路是流量控制回路，副對象作用符號為“+路判別式：(副控制器士)×(控制閥士)×(副對象士)=“-”,副控制器為反作用④當蒸汽壓力突然增大時，首先引起蒸汽流量增大，副測量值亦隨之增大，副控制器輸出減小，使氣開式控制閥的開度減小，蒸汽流量亦隨之減小。通過副回路的快速⑤當冷物料流量突然加大時，直接影響出口溫度(主變量),使其降低。主測量值減小，式的控制閥開度增大，蒸汽流量亦隨之增加，從而使出口溫度升高，向主設定值靠16～18.(略)19.答：副控制器采用P控制規(guī)律，則δ?=δ?s=42%;主控制器采用PID控制規(guī)律，則：δ?=0.88s=0.8?75%60%,20.答：副控制器采用P控制規(guī)律，則δ?=δ?s=42%;X(s)X(s)1～4.(略)5.答：可以選擇右圖所示的前饋-反饋控制方案。料量F?,以保持總進料流量(F?+F?)的穩(wěn)定。出口溫度控制器(主控制器):當副變量(燃料油流量)增加時，出口溫度升高，因此燃料油流量控制器(副控制器):因副回路為流量控制回路，則副氣開閥為“+”,依據(jù)副回路判別式：(副控制器士)×(控制閥士)×(副對象士)=1～2.(略)。3.解：工程上對氨氧化爐的實際控制方案是：采用以空氣流量為主動量，氨氣流量為從動量的比值控制方案。則F?=20000m3/h,F?=2000m3/h,F1max=25000m3/h,①若流量與測量信號成線性關系，則②若流量與測量信號成非線性關系，則4.解：本題中，自來水流量為主動量F?,氯氣流量是從動量F?,采用單閉環(huán)比值控制5.解：由題意，可采用圖5.4所示的雙閉環(huán)比值控制方案，甲流量為主動量，乙流量為①當被測流量與測量信號分別成非線性關系時由于儀表比值系數(shù)K′大于1,因此需在從動量的測量回路中串入一個比例系數(shù)約為0.5因K′值太小，致使從動流量F?控制器的設定值K'I?也必然很小，儀表的量程不能充分③比值系數(shù)K′的計算式只取決于流量與測量信號之間是否成線性關系，而與儀表的信號范圍無關，其K′值8～9.(略)。1～10.(略)1～3.(略)4.答：選用氣關式控制閥。在系統(tǒng)故障或控制閥失氣的情況下，位于壓縮機至吸入罐傳輸管道中的控制閥處于全開狀態(tài)，以避免吸入罐因壓力過低被吸癟、以及壓縮機替代(壓力)控制回路：當吸入罐進氣流量增大時，吸入罐壓力隨之增大，壓力被控對象作用符號為“+”;氣關閥符號為“-”,根據(jù)單回路控制系統(tǒng)的控制器正、反作用方式判別式：(控制器士)×(執(zhí)行器士)×(被控過程士)=“-”,壓力控制器應為正常(流量)控制回路：當吸入罐進氣流量增大時，吸入罐壓力增大，從而使得吸入罐出氣流量增大，流量被控對象作用符號為“+”;同理可得，流量控制器也為正作用5～6.(略)7.答：①此工況生產(chǎn)負荷(物料流量)比較穩(wěn)定，但蒸汽壓力波動較大，可以采用工藝介質(zhì)出口溫度與蒸汽流量或蒸汽壓力組成的串級控制系統(tǒng)(若采用出口溫度與蒸框圖略)蒸汽②在蒸汽壓力比較平穩(wěn)，但物料流量F(生產(chǎn)負荷)波動較大的工況下，因生產(chǎn)負荷是見圖4.2(a)。③在物料流量