过程控制工程重点习题答案整理.doc

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1、第一章1.5（P54）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?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?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

2、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。1.7P(55)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、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

3、。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。第二章P(85)2.72.7图2.21所示的反应釜内进行的是放热化学反应，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冷却，以带走反应过程中所产生的热量。由于工艺对该反应过程温度控制精度要求很高，单回路控制满足不了要求，需用串级控制。①当冷却水压力波动是主要干扰时，应怎样组成串级?画出系统结构图。选择釜内温

4、度为主对象，冷却水流量为副对象，组成串级控制，结构图如下②当冷却水入口温度波动是主要干扰时，应怎样组成串级?画出系统结构图。选择釜内温度为主对象，冷却水入口温度为副对象，组成串级控制，结构图如下③对上述两种不同控制方案选择控制阀的开、闭形式及主、副控制器正、反作用。答：从安全角度出发，上述两种方案均应选择气闭式控制阀。副控制器：第一种方案下，当冷却水流量超过给定值时，其输入为正值，此时要求阀的开度减小，即控制器输出增大，所以选正作用。第二种方案下，当入口温度超过给定值时，其输入为正值，此时要求阀的

5、开度增加，即控制器输出减小，所以选负作用。主环控制器：两种方案下，当冷却水流量增加时，釜内温度降低，因此K01为负，应选择正作用。2.82.8图2.22为一管式炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统。要求：①选择控制阀的开、闭形式。答：根据安全要求，控制阀应选择气开式。②确定主、副控制器的正、反作用。副控制器：当炉膛温度超过给定值时，其输入为正值，此时要求阀的开度减小，即控制器输出减小，所以选负作用。主环控制器：当燃料气流量增加时，釜内温度升高，因此K01为正，应选择负作用。③在系统稳定的情况下，如

6、果燃料气压力突然升高，结合控制阀开、闭形式及控制器的正、反作用，分析该串级控制系统的工作过程。答：在系统稳定的情况下，如果燃料气压力突然升高，此时控制阀的开度还没有变化，所以燃料气流量增加，炉膛温度升高，测量变送的输出增加，副控制器的输入为正，副控制器为负作用，输出减小，控制阀为气开式，所以开度减小，使燃料气流量下降。燃料气流量增加，炉膛温度升高最终会使原油出口温度增加，测量变送的输出增加，主控制器的输入为正，主控制器为负作用，输出减小，副控制器的给定值减小，促使副环控制器对燃料气流量进一步调整。

7、一直到原油出口温度回到给定值为止，控制阀处在一个新开度上。第三章3.12P(115)3.12一个双闭环比值控制系统如图3.27所示。其比值用DDZ-Ⅲ型乘法器来实现。已知F1max=7000kg/h，F2max=4000kg/h。要求：①画出该系统方块图。②若已知I0=18mA求该比值系统的比值K=?比值系数K’=?③待该比值系统稳定时，测I1=l0mA，试计算此时I2？答：①方框图如下②I0=16K'+418=16K'+4K'=0.875K'=K(F1max/F2max)=K×(7000/400

8、0)=0.875K=0.5③比值系统稳定时，测I1=l0mA，由公式得：K'=(I2-4)/(10-4)，I2=l.25mA第四章（无）第五章P(149)5.125.12有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似，试问如何区分它们?试分析判断图52.9所示的两个系统各属于什么系统?说明其理由。答：串级控制是由内、外两个反馈回路所组成，而前馈-反馈控制是由一个反馈回路和另一个开环的补偿回路叠加而成。串级控制中的副参数与前馈-反馈控制中的前馈输入量是两个截然不同的概念