过程控制工程-(孙洪程-著)-高等教育出版社-课后答案

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1、第一章单回路控制系统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

2、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τ0。1.2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些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道时间

3、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。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？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。1.5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

4、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。1.6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；ƒ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：控制阀选气开阀，选反作用控

5、制器。‚控制阀选气关阀，选正作用控制器。ƒ控制阀选气关阀，选反作用控制器。1.7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T0增大；（2）若τ0增大；（3）若Tf增大；（4）若τf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

6、了一个纯滞后时间τf。第二章串级控制系统2．1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。2．2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

7、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。2．5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。2．6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怎样的危害？当主、副控制器有一个正反作用方式选错时,就会造成系统的主回路或副回路按正反馈控制,当被控变量出现偏差时,系统不仅不向着消除偏差的方向校正,反而使被控变量远离给定值。2．7图2-20所示的反应釜内进行的是化学放热反应，，

8、而釜内温度过高会发生事故，因此采用夹套通冷却水来进行