过程控制工程第一章答案(孙洪程著)

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1、第一章思考题及习题1.1何谓控制通道?何谓干扰通道?它们的特性对控制系统质量竹什么影响？答：所谓“通道”，就是某个参数影响另外一个参数的通路，这里所说的控制通道就是控制作用（一般的理解应3是控制器输出）（/（幻对被控参数的影响通路（一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量，然后控制变量通过被控对象再影响被控参数，即广义对象上的控制通道）。同理，干扰通道就是干扰作用FCV）对被控参数KU）的影响通路。干扰通道的特性对控制系统质量影响如卜表所示。表1-1干扰通道特性对控制质鼉的«鴯1特性参数对静态质量的影响••对动态质量的影响K,增加余差增加

2、$影响rf增加无影响过彼过程时间*小,振荡幅值减小增加无影响无影响.--控制通道的特性对控制系统质量影响如卜表所示表1-2控觸通道特性对控制质最的影喃特性参数对静态质*的影响对动态质量的影响&增加余差减小（稳定前提下）系统趋向于振•tq增加无影响••过渡过程时间增加，系统頻率变也■r0增加'无影响4’稳定程度大大降低:c•1.2如何选择控制变量？答：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

3、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。一般來说，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6变化对控制系统的控制精度行何影响?对控制系统的动态质量打何影响？答：当⑴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5成正比，即比例度越大，余差也就越大。&增大、5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衮减曲线法整定校制器参数的

4、要点是什么？答：袞减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间7］放在最大，微分时间乃放在最小，比例度放于适当数值（一般为100%）,然后使5巾大往小逐渐改变，并在每改变一次5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4:1,5应继续减小，当衮减比小于4:1时5应增大，直至过渡过程呈现4:1袞减时为止。找到4:1衰减振荡时的比例度5s,及振荡周期7；。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

5、20%）的数值上，待积分、微分放好后再将5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衮减振荡。如果不符合要求，可适当调整一下5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？图1.41习题1.5图答：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U温度的主要因素。②如果要没计一温度控制系统，你认为被控变量与控制变量应选哪些参数?为什么？答：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

6、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？答：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。图1.42习题1.6图1.6图1.42为热交换器出LI温度控制系统，面不同情况K控制阀开、闭形式及控制器的正、①被加热物料在温度过高时会发生分解、答：控制阀气闭式，控制器的反作用。②被加热物料在温度

7、过低时会发生凝结＜答：校制阀气开式，校制器的正作用。①如果控制变量为冷却水流量，该地区最低温度在o°c以下，如何防止热交换器被冻坏。答：控制阀气闭式，控制器的反作用。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?为什么？答••当Kc、Kv、/Co增加时，系统的余差减小，但系统稳定性下降。增加时，系统的工作频率降低，校制速度变慢。这样就不能及时地克服干扰的影响，因而，系统的校制质量会越差。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。/q•增加时，系统的余差也变大，

8、即控制静态质量变差。rf增加时，控制过程的品质会提高。rf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°C,温度控制器得测量范围是150〜25