过程控制工程第一章答案(孙洪程著)文档格式.doc
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控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示
1.2如何选择控制变量?
①所选控制变量必须是可控的。
②所选控制变量应是通道放大倍数比较大者,最好大于扰动通道的放大倍数。
③所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好,而控制通道时间常数应适当小一些为好,但不易过小。
④所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。
⑤所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。
⑥在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。
一般来说,生产负荷直接关系到产品的产量,不宜经常变动,在不是十分必要的情况下,不宜选择生产负荷作为控制变量
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?
当Gc(s)=Kc时,即控制器为纯比例控制,则系统的余差与比例放大倍数成反比,也就是与比例度δ成正比,即比例度越大,余差也就越大。
Kc增大、δ减小,控制精度提高(余差减小),但是系统的稳定性下降。
1.44:
1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么?
衰减曲线法是在系统闭环情况下,将控制器积分时间Ti放在最大,微分时间Td放在最小,比例度放于适当数值(一般为100%),然后使δ由大往小逐渐改变,并在每改变一次δ值时,通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰,同时观察过渡过程变化情况。
如果衰减比大于4:
1,δ应继续减小,当衰减比小于4:
1时δ应增大,直至过渡过程呈现4:
1衰减时为止。
找到4:
1衰减振荡时的比例度δs,及振荡周期Ts。
再按经验公式,可以算出采用不同类型控制器使过渡过程出现4:
1振荡的控制器参数值。
依次将控制器参数放好。
不过在放积分、微分之前应将多放在比计算值稍大(约20%)的数值上,待积分、微分放好后再将δ放到计算值上。
放好控制器参数后可以再加一次干扰,验证一下过渡过程是否呈4:
1衰减振荡。
如果不符合要求,可适当调整一下δ值,直到达到满意为止。
1.5图1.41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:
①影响物料出口温度的主要因素有哪些?
影响物料出口温度的主要有:
蒸汽流量、物料流量为影响物料出口温度的主要因素。
②如果要设计一温度控制系统,你认为被控变量与控制变量应选哪些参数?
为什么?
被控变量为物料出口温度,控制变量为蒸汽流量。
因为物料出口温度表征了系统的质量指标,蒸汽流量是可控的,无纯滞后,靠近控制阀,控制通道时间常数较小。
③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?
为防止在气源供气中断,或控制器出故障而无输出时出现物料凝结,应选气闭式。
当出口温度降低时,要求蒸汽流量加大,即控制阀输入减小,控制器输出减小,此时控制器输入由于测量值减小而减小,控制器选正作用。
1.6图1.42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开、闭形式及控制器的正、反作用:
①被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚。
控制阀气闭式,控制器的反作用。
②被加热物料在温度过低时会发生凝结。
控制阀气开式,控制器的正作用。
③如果控制变量为冷却水流量,该地区最低温度在0℃以下,如何防止热交换器被冻坏。
1.7单回路系统方块图如图1.43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?
当KC、KV、K0增加时,系统的余差减小,但系统稳定性下降。
T0增加时,系统的工作频率降低,控制速度变慢。
这样就不能及时地克服干扰的影响,因而,系统的控制质量会越差。
τ0增加时,使系统控制不及时,使动态偏差增大,而且还会使系统的稳定性降低。
Kf增加时,系统的余差也变大,即控制静态质量变差。
Tf增加时,控制过程的品质会提高。
τf增加时,质量没有影响。
1.8有一如图1.44所示的加热器,其正常操作温度为200℃,温度控制器得测量范围是150~250℃,当控制器输出变化1%时,蒸汽量将改变3%,而蒸汽量增加1%,槽内温度将上升0.2℃。
又在正常操作情况下,若液体流量增加1%,槽内温度将会下降l℃。
假定所采用的是纯比例式控制器,其比例度为100%,试求当设定值由200℃提高到220℃时,待系统稳定后,槽内温度是多少摄氏度?
当设定值由200℃提高到220℃时,控制器输出变化20/200=10%,蒸汽量增加30%,液体流量不变,槽内温度将上升0.2×
30℃=6℃,所以待系统稳定后,槽内温度是206℃。
1.9在Δu=50阶跃干扰作用下,测得某温度对象控制通道得响应数据如下:
根据上述数据用反应曲线法计算PI控制器参数。
从响应数据得干扰起作用点为0.6min,227℃,即τ=0.6min,拐点为1.0min,280℃,即T0=2.0min-0.6min=1.4min,设采用Ⅲ型仪表,测量范围为100~250℃,所以,K0=Δu=/ΔP
=50/(341.0-200.1)=50/140.9=0.355
∵δ=(1.1K0τ/T0)×
100%=(1.1×
0.355×
0.6×
1.4)×
100%=32.8%
Ti=3.3τ=3.3×
0.6=1.98min
4
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