杭电自动化过程控制各章习题 考试够用了

第一章习题

1、过渡过程的品质指标有哪些？请结合下图解释各种品质指标的含义。

调节时间ts;衰减比：B/B’；超调量：B/C*100%;

第二章习题

1、已知某换热器被控变量是出口温度θ，操纵变量是蒸汽流量Q 。在蒸汽流量作阶跃

变化时，出口温度响应曲线如图所示。该过程通常可以近似作为一阶滞后环节来处理。

试估算该控制通道的特性参数K 、T 、τ，写出该控制通道的动态方程。

K=（56-50）/（140-120）=0.3;

通过作图可得：T=1.8，τ=1.5.

第三章习题

1、如图3-28所示蒸汽加热器，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。物料在温度过低时

会凝结，影响物料出口温度的主要因素有蒸汽流量和温度、物料流量和温度，如果要设计一个温度控制系统，试问：

a)确定控制目标

b)选择被控变量

c)选择操纵变量

d)选择扰动变量

e)选择控制阀的气开/气闭形式，并确定控制阀的正、反作用。

f)确定控制器的正、反作用

g)画出工艺控制流程图和相应的系统方框图。

h)如果蒸汽阀前压力突然增大，分析该控制系统如何克服扰动。

i)如果物料流量突然增大，分析该控制系统如何克服扰动。

图3-28 蒸汽加热器工艺流程图

解：控制目标：物料出口温度达到所需温度值。

被控变量：物料出口温度；操纵变量：蒸汽流量；扰动变量：蒸汽温度、物料流量、物料入口温度；

控制阀：为避免温度过低，所以蒸汽流量调节阀为气关阀，在无气状态下阀门打开，保证物料处于加热状态，该控制阀为反作用特性。

控制器：由于蒸汽流量越大，物料出口温度越高；且阀门选择的气关阀；因而控制器选择正作用的控制器，以保证闭环负反馈。

如果蒸汽阀前压力突然增大，则蒸汽流量会增大，从而引起物料出口温度变高，此时通过正作用的控制器，控制器输出会增大；而由于选择的是气关阀，所以蒸汽阀门开度会减小，从而将蒸汽流量降低，进而达到降低物料出口温度的目的，使得物料出口温度回到设定值附近。

如果物料流量突然增大，由于蒸汽流量不变，从而引起物料出口温度降低，此时通过正作用的控制器，控制器输出会减小；而由于选择的是气关阀，所以蒸汽阀门开度会加大，从而将蒸汽流量增大，进而达到提高物料出口温度的目的，使得物料出口温度回到设定值附近。

2、已知某夹套反应器温度控制系统如图3-29所示，反应大量放热。要求控制温度为50℃，

在供气中断时保证冷却。

1）选择控制阀调节阀的气开、气关特性。

2）确定控制阀正、反作用。

3）画出控制系统方框图。

4）确定控制器的正反作用。

5）如果由于扰动，冷却水流量突然增大，分析温度控制系统如何克服扰动。

图3-29 夹套反应器温度控制系统

解：1）由于供气中断时要保证冷却，所以冷却水调节阀应选择气关阀门。

2）气关阀门为反作用。

3）参见书方框图标准形式。

4）由于冷却水流量越大，温度越低；且阀门为气关阀；所以，此时控制器应选择反作用控制器，以保证闭环负反馈。

5）当由于扰动导致冷却水流量增大，此时会将反应温度降低，由于控制器为反作用，所以控制器输出会增大；而由于冷却水调节阀为气关阀，所以控制阀开度会降低，从而将冷却水流量降低，达到提高反应温度的目的，最终使反应温度回到设定值附近。

3、 如图3-30所示。某物料加热后与添加料混合，工艺要求混合时物料温度o θ稳定，工艺

采用改变换热器蒸汽流量s Q 来稳定罐内温度o θ。影响o θ的因素有：阀前蒸汽压力s P ，冷物料流量i Q 和温度i θ，环境温度c θ等。试问：

(1) 画出温度控制系统的方块图；

(2) 指出该控制系统的被控变量、操作变量、控制过程及扰动；

(3) 若蒸汽阀前压力s P 突然变大时，简述该系统的控制过程。

(4) 如果冷物料的流量突然增大，简述该系统的控制过程。

(5) 该控制系统控制对扰动抑制是否及时有效，如果不及时应采用何种措施。

图3-30 加热混合反应工艺流程图

解：1）见书中标准方框图。

2）被控变量：混合罐内物料温度；操作变量：蒸汽流量；扰动变量：阀前蒸汽压力s P ，

冷物料流量i Q 和温度i θ，环境温度c θ等。

3）若蒸汽阀前压力s P 突然变大时，则蒸汽流量会增大，引起换热器物料出口温度增大，并导致混合罐内物料温度增大；此时温度控制器检测到该温度的变化，调节蒸汽流量调节阀开度降低，使混合罐内温度能回到原设定值附近。

4）如果冷物料的流量突然增大，则会引起换热器物料出口温度降低，并导致混合罐内物料温度降低；此时温度控制器检测到该温度的变化，调节蒸汽流量调节阀开度升高，使混合罐内温度能回到原设定值附近。

5）由于上述干扰导致混合罐温度变化的时间常数较长，因而该控制系统对干扰的抑制作用不是很及时。可以采取前馈或串级的方式来对该控制系统进行改进，以实现对干扰的及时抑制。

第四章 习题

1、 如图所示的氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液温度恒定。为保证氨冷器内有一定

的汽化空间，避免液氨带入冰机造成事故，采用温度――液位串级控制。

a) 此串级控制系统的主副被控变量各是什么？

b) 试设计一温度—－液位串级控制系统完成该控制方案；

c) 试画出温度――液位串级控制系统的方块图；

d) 确定气动调节阀的气开气关形式，并说明原因；

e) 确定主副调节器的正反作用，并说明原因。

f) 如果由于扰动的影响，使得液氨流量突然增大，试描述该控制方案的工作过程。 g) 如果由于扰动的影响，使得铜液出口温度突然升高，试描述该控制方案的工作过程。

解：a)主被控变量为铜液出口温度；副被控变量为氨冷器内液位。

b)。

C)参见串级控制标准方框图。

D)由于要保证氨冷器内有一定气化空间，所以液氨流量调节阀应选择其气开阀，在无气状态下应关闭。

E ）由于液氨流量调节阀为气开阀，且液氨流量越大，氨冷器内液位越高，所以液位控制器应选择反作用控制器，保证副回路闭环负反馈。

对主环温度控制器而言，由于液氨液位越高，温度越低，所以温度控制器应选择正作用控制器。

F ）如果由于扰动的影响，使得液氨流量突然增大，此时氨冷器液位会升高，液位控制器为反作用控制器，控制器输出会降低，而液氨流量调节阀为气开阀，所以液位流量会降低，从而达到抑制液位流量干扰的目的，该干扰可在副回路直接加以抑制，不至于影响铜液出口温度。

G ）如果由于扰动的影响，使得铜液出口温度突然升高，此时温度控制器为正作用控制器，温度控制器输出会增大，将氨冷器液位设定值提高。而副环液位控制器为反作用控制器，设定值越高，控制器输出也增大，而液氨流量调节阀为气开阀，所以液氨流量会增大，氨冷器液位会增大，加大气化效果，达到降低铜液温度的目的。

2、 甲烷转化反应中，为了保证甲烷的转化率，就必须保持天然气、蒸汽和空气之间成一定

比值（1：3：1.4）且当蒸汽和天然气的比值低于2.9，空气和天然气的比值高于1.5时报警。设计如图所示的控制及报警系统。由电动III 型比值器构成比值控制系统，用差压法测流量，未经开方运算。蒸汽流量的最大值GSMAX=31100M3/h ；天然气流量的最大值GNMAX=11000M3/h ；空气流量的最大值GAMAX=14000M3/h 。试求比值器的比值系数K1和K2，以及高限信号和低限信号器的设定值。

解：由于无开方，所以9.0110311*3122min max

min max 1=??? ??=???? ??--=N N s s S N Q Q Q Q Q Q K

1.1140311*34.12

2min max

min max 2=??? ??=???? ??--=A A s s S A Q Q Q Q Q Q K 29.2=HS

25.1=LS

过程控制系统复习资料

闭环控制系统和开环控制系统有什么不同？ 答：开环控制系统中控制装置与被控对象之间只有顺向作用，而无反向联系；开环控制系统较为简单不能保证消除误差，抗干扰能力差，控制精度不高。闭环控制系统的输出信号通过反馈环节返回到输入端；根据偏差控制被测量可以偏差减小或消除，闭环系统较为复杂，闭环控制系统使系统的稳定性变差。 自动控制系统主要哪几部分组成？各组成部分在系统中的作用是什么？ 答：一般自动控系统包括被控对象，检测变送单元，控制器、执行器1、被控对象：是植被控制的工业设备或装置。2、检测变送单元：测量被控变量，并按一定规律将其转化为标准信号，输出作为测量值，即把被控变量转化为测量值。3、控制器：被控变量的测量值与设定值进行比较得出的偏差信号，并控制某种预定的控制变量进行运算，给出控制信号。4、执行器：接收控制器送来的控制信号直接改变操纵变量 按设定值的不同自动控制系统可以分为哪几类？答：按设定值的不同，将自动控制系统分为三大类1、定值控制系统2、随动控制系统3、程序控制系统 对系统运行的基本要求是什么？过程控制系统的单项性能指标有哪些？他们分别表示了对系统哪一方面的性能要求？答：基本要求包括静态和动态两个方面，一般可以归纳为稳准快，过渡过程的单项性能指标1、衰减比n放映了系统的稳定性2、超调量与最大动态偏差Emax，衡量过渡过程动态准确性3、回复时间Ts衡量控制系统快速性4、余差描述静态准确性的指标 一阶自衡非振荡过程的特性参数有哪些（过程特性的一般分析）？各有何物理意义？答：一阶自衡非振荡过程的特性参数有K、T、To K：放大系数T：时间常数To:纯滞后时间 什么是控制器的控制规律，常规控制的基本控制规律有哪些？他们各有什么特点？答：控制器的控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律常规控制器的基本控制规律有比例控制P积分控制I和微分控制D各种控制规律的特点：1、比例控制规律，控制速度很快，输出输入成正比，不具备消除偏差的性质是有差调节。2、积分控制规律：输出与偏差的积分成正比，控制速度较慢主要特点是能够消除余差3、微分控制规律：输出与偏差变化速度成正比，有超前控制的有点，不能消除余差 工业实际使用的控制规律主要有哪几种？试分别简述它们的适用场合。答：工业生产实际中使用的控制规律有比例控制P，比例积分控制PI比例积分微分控制PID 三种1、液位、一般要求不高，用P或PI控制规律2、流量：时间常数小，测量信息中夹杂有噪音，用PI或加反微分3、压力：液体介质的时间常数小，气体介质的时间常数中等，用P或PI。4、温度和成分分析：容量滞后较大宜用PID控制规律。 什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性？两者有什么关系？系统设计时应如何选择控制阀的流量特性？答：理想流量特性：控制阀两端压差恒定时的流量特性为理想流量特性，又称固有流量特性。工作流量特性是指控制阀的相对开度与相对流量之间的关系称为工作流量特性。理想流量特性：是工作流量特性的理想化模型 何为串级控制？画出一般串级控制系统的典型方框图，并指出它在结构上与简单控制系统有什么不同？答：串级控制系统是由两个控制器想连接组成，其中一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值。与简单控制系统的区别：1、串级控制系统将原被控对象分解为两个串联的被控对象2、主控制器的输出值作为副控制器的设定值3、串级控制系统的主环是一个定值控制系统副回路是一个随动控制系统 如何选择串级控制系统中主、副控制器的正反作用？它们与控制阀的开关形式有关系？答：串级控制系统中副控制器作用方式的选择是根据工艺安全要求在选定控制阀的气开，气关形式后，按照使副回路构成副反馈系统的原则来确定的，因此，副控制器的作用方式与副对象特性及控制阀的气开气关有关，其选择方法与简单控制系统中控制器正反作用的方法相同，串级控制系统中主控制器作用方式的选择完全由工艺情况确定，而与控制阀的气开，气关形式及副控制器的作用方式完全无关，即只需根据主对象特性，选择与其作用方向相反的主控制器的正反作用。 自动控制的基本方式：1、开环控制系统2、闭环控制系统；自动控制系统的分类：1、定值控制系统2、随动控制系统3、程序控制系统；被控量的选择方法：1、选择直接参数作为被控变量2、选择间接参数作为被控变量；操纵变量：在过程控制系统中，把用来克服扰动对被控变量的影响、实现控制作用的变量称为操作变量。控制阀的组成：执行机构和调节机构

过程控制系统实验报告材料(最新版)

实验一、单容水箱特性的测试 一、实验目的 1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。 二、实验设备 1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2. 计算机及相关软件 3. 万用电表一只 三、实验原理 图2-1单容水箱特性测试结构图由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q1，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时 Q1-Q2=0 (1)

动态时，则有 Q1-Q2=dv/dt (2) 式中 V 为水箱的贮水容积，dV/dt为水贮存量的变化率，它与 H 的关系为 dV=Adh ,即dV/dt=Adh/dt (3) A 为水箱的底面积。把式(3)代入式(2)得 Q1-Q2=Adh/dt (4) 基于Q2=h/RS，RS为阀V2的液阻,则上式可改写为 Q1-h/RS=Adh/dt 即 ARsdh/dt+h=KQ1 或写作 H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1) (5) 式中T=ARs,它与水箱的底积A和V2的Rs有关:K=Rs。 式(5)就是单容水箱的传递函数。 对上式取拉氏反变换得 (6) 当t—>∞时,h(∞)=KR0 ,因而有K=h(∞)/R0=输出稳态值/阶跃输入当 t=T 时，则有 h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)

式(6)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图 2-2 所示。当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间,就是水箱的时间常数T。该时间常数 T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T,由响应曲线求得K和T后,就能求得单容水箱的传递函数。如果对象的阶跃响应曲线为图2-3,则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点,与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间τ,BC为对象的时间常数T,所得 的传递函数为： 四、实验内容与步骤 1．按图2-1接好实验线路,并把阀V1和V2开至某一开度,且使V1的开度大于V2的开度。 2．接通总电源和相关的仪表电源,并启动磁力驱动泵。

过程控制系统习题答案

什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电 桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。

杭电自动控制原理复习考试题及解答

机械工程控制基础复习题 第一部分 选择题 1. 关于反馈正确的说法是：（ D ）。 A ．反馈实质上就是信号的并联 B ．正反馈就是输入信号与反馈信号相加 C ．反馈都是人为加入的 D ．反馈是输出以不同的方式对系统作用 2. 对于控制系统，反馈一定存在于（ B ）中。 A ．开环系统 B ．闭环系统 C ．线性定常系统 D ．线性时变系统 3. 闭环自动控制的工作过程是（ C ）。 A ．测量系统输出的过程 B ．检测系统偏差的过程 C ．检测偏差并消除偏差的过程 D ．使系统输出不变的过程 4. 某典型环节的 5. 传递函数是Ts s G 1 )(=，则该环节是（ B ）。 A ．惯性环节 B ．积分环节 C ．微分环节 D ．比例环节 6. 关于叠加原理说法正确的是（ C ）。 A ．对于作用于系统同一点的几个作用才能用叠加原理求系统的总输出 B ．叠加原理只适用于线性定常系统 C ．叠加原理只适用于线性系统 D ．叠加原理适用于任何系统 7. 设一阶系统的传递函数为523 +s ，则其时间常数和增益是（ C ）。 A ．2,3 B ．2,32 C ．52,53 D ．25,23 8. 设一个系统的传递函数为e s s τ-?+1 21，则该系统可看作是由（ A ）串联而成。 A ．惯性环节和延时环节 B ．比例环节、惯性环节和延时环节 C ．惯性环节和导前环节 D ．比例环节、惯性环节和导前环节 9. 以下传递函数属于振荡环节的是（ C ）。 A ． 231 22 +++s s s B ． 231 2 ++s s C ．1 1 2++s s D ．1 122+++s s s 10. 以下关于线性系统时间响应正确的说法是（ C ）。 A ．时间响应就是系统输出的稳态值

杭电《过程控制系统》实验报告

实验时间：5月25号 序号： 杭州电子科技大学 自动化学院实验报告 课程名称：自动化仪表与过程控制 实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验 实验名称：上水箱液位PID整定实验 实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验 指导教师：尚群立 学生姓名：俞超栋 学生学号：09061821

实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一．实验目的 （1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。 （2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。二．实验设备 AE2000型过程控制实验装置，PC机，DCS控制系统与监控软件。 三、系统结构框图 单容水箱如图1-1所示： Q2 图1-1、单容水箱系统结构图 四、实验原理 阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。 图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀

h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞) 0 T V 2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得： 在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得： 式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为： 当t=T 时，则有： h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e -t/T ) 当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入 式（1-2）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。当由实验求得图1-2所示的 阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱的时间常数T ，该时间常数T 也可以通过坐标原点对响应曲线 图 1-2、 阶跃响应曲线

过程控制实验报告

过程控制实验 实验报告 班级:自动化1202 姓名:杨益伟 学号:120900３21 2015年１0月 信息科学与技术学院 实验一过程控制系统建模 作业题目一: 常见得工业过程动态特性得类型有哪几种?通常得模型都有哪些？在Ｓimｕlｉnｋ中建立相应模型,并求单位阶跃响应曲线、 答:常见得工业过程动态特性得类型有:无自平衡能力得单容对象特性、有自平衡能力得单容对象特性、有相互影响得多容对象得动态特性、无相互影响得多容对象得动态特性等。通常得模型有一阶惯性模型,二阶模型等、 单容过程模型 1、无自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个无自衡单容过程得模型分别为与,试在Siｍulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Simuｌinｋ中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

2、自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个自衡单容过程得模型分别为与,试在Sｉmulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Ｓimulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

多容过程模型 3、有相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知有相互影响得多容过程得模型为,当参数, 时,试在Ｓiｍｕlink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线在Ｓimｕlink中建立模型如图所示:得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

4、无相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知两个无相互影响得多容过程得模型为(多容有自衡能力得对象)与(多容无自衡能力得对象),试在Simuｌink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 在Simuｌink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

过程控制工程课后习题参考答案-前三章

过程控制工程课后习题参考答案-前三章

过程控制工程 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τ 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一些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道 时间常数。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。

过程控制工程章复习资料孙洪程著

(i 第二章思考题及习题 2.1与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点 ？ 答：串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。 因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。 （1）串级控制系统具有更高的工作频率；（2）串 级控制系统具有较强的抗干扰能力； （3）串级控制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、反作用只取决于主对象放大倍数的符号，而与其他环节无 关？ 答：主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。主环内包括有主控制器、副 回路、主对象和主 变送器。控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来 看待。这样，只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为 “负”的要求。 即Sign{ G oi （s ）}Sign{ G o2（s ）}Sign{ G mi （s ）}Sign{ G ci （s ）}=-1就可以确定主控制器的正、 反作用。实际上主变送 器放大倍数符号一般情况下都是“正”的，再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节，因此主控制器 的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。当主对象放大倍数符号为“正”时，主控制器应选 “负”作用；反之，当主对象放大倍数符号为“负”时，主控制器应选正作用。 2.3串级控制系统的一步整定法依据是什么 ？ 答：一步整定法的依据是：在串级控制系统中一般来说，主变量是工艺的主要操作指标，直接关系到 产品的质量，因此对 它要求比较严格。而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量，对副变量本身 没有很高的要求，允许它在一定范围内变化，因此在整定时不必将过多的精力放在副环上，只要主变量达 到规定的质量指标要求即可。此外对于一个具体的串级控制系统来说，在一定范围内主、副控制器的放大 倍数是可以互相匹配的，只要主、副控制器的放大倍数 K ci 与K ci 的乘积等于K s （K s 为主变量呈4: 1衰减 振荡时的控制器比例放大倍数 ），系统就能产生 4: i 衰减过程（下面的分析中可以进一步证明 ）。虽然按照 经验一次放上的副控制器参数不一定合适，但可通过调整主控制器放大倍数来进行补偿，结果仍然可使主 变量呈4: i 衰减。 2.4试证明串级控制系统中，当干扰作用在副环时，只要主、副控制器其中之一有积分作用就能保证 主变量无余差。而 当干扰作用于主环时，只有主控制器有积分作用时才能保证主变量无余差。 答：从串级控制系统结构图中可以看出： i. 当干扰作用在副环时，副环在干扰下的输出可如下计算: 并假定f （t ）为单位阶跃干扰，则 F （ s ）=i/s ，运用终值定理可得:G V (S) K V ；G O 2(S) K 02 T 02 s) ；G m2 (S) K m2

计算机过程控制实验报告

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实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验 1、试验方案： 水流入量Qi 由调节阀u 控制，流出量Qo 则由用户通过负载阀R 来改变。被调量为水位H 。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。 直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO 模块直接输出电流。） 调整水箱出口到一定的开度。 突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。 通过物料平衡推导出的公式： μμk Q H k Q i O ==, 那么 )(1 H k k F dt dH -=μμ， 其中，F 是水槽横截面积。在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成 μμR k H dt dH RC =+。 公式等价于一个RC 电路的响应函数，C=F 就是水容，k H R 0 2= 就是水阻。 如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S 函数表示： ) 1()(0 += TS S KR S G 。 相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》，金以慧编著。 2、实验步骤： 1) 在现场系统A3000-FS 上，将手动调节阀JV201、JV206完全打开，使下水箱闸板具有 一定开度，其余阀门关闭。 2) 在控制系统A3000-CS 上，将下水箱液位（LT103）连到内给定调节仪输入端，调节仪 输出端连到电动调节阀（FV101）控制信号端。 3) 打开A3000-CS 电源，调节阀通电。打开A3000-FS 电源。 4) 在A3000-FS 上，启动右边水泵（即P102），给下水箱（V104）注水。 给定值 图1 单容水箱液位数学模型的测定实验

过程控制与集散系统课后习题答案

r t 1 y 3 y ) (∞y s t y 图1.3 过程控制系统阶跃响应曲线 1-1过程控制系统中有哪些类型的被控量 温度、压力、流量、液位、物位、物性、成分 1-2过控系统有哪些基本单元构成，与运动控制系统有无区别 被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他部件 过程控制，是一种大系统控制，控制对象比较多，可以想象为过程控制是对一条生1-4衰减比和衰减率 衰减比等于两个相邻同向波峰值之比。 衡量振荡过程衰减程度的指标。 衰减率是经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数。 衡量振荡过程衰减程度的另一种指标。 一般希望过程控制系统的衰减比η=4:1～10:1,相当于衰减率Ψ=0.75到0.9。 若衰减率Ψ =0.75,大约振荡两个波系统进入稳态。 1-5最大动态偏差和超调量有何异同 最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量， 表现在过渡 过程开始的第一个波峰（y1）。 最大动态偏差是衡量过程控制系统动态准确性的指标。 超调量为最大动态偏差占被控量稳态值的百分比。 余差是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值与设定值的差值。余差是过程控制系统稳态准确性的衡量指标。 调节时间ts 是从过渡过程开始到结束的时间。 理论上应该为无限长。一般认为当被控量进入其稳态值的5%范围内所需时间 就是调节时间.调节时间是过程控制系统快速性的指标。 振荡频率β是振荡周期的倒数。 在同样的振荡频率下，衰减比越大则调节时间越短；当衰减比相同时，则振荡 频率越高，调节时间越短。振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控 制系统快速性的指标。 过程控制的目标 安全性 稳定性 经济性 过程工业的特点 强调实时性和整体性/全局优化的重要性/安全性要求 过程控制系统的特点 / 被控过程的多样性 / 控制方案的多样性/被控过程属慢过程、多参数控制/定值控制/过程控制多种分类方法 过程控制系统的性能指标/稳定性、准确性/快速性 2-1什么是对象的动态特性，为什么要研究它 研究对象特性通常以某种形式的扰动输入对象，引起对象输出发生相应的变化，这种变化在时域或者频域上用微分方程或者传递函数进行描述，称为对象的动态特性。 动态特性：被控参数随时间变化的特性y(t) 研究被控对象动态特性的目的是据以配合合适的控制系统，以满足生产过程的需求。 2-2描述对象动态特性的方法有哪些 参数描述法 /传递函数描述/差分方程描述/状态空间描述 非参数描述法---响应曲线/阶跃响应/脉冲响应/频率响应/噪声响应:白噪声、M 序列 2-3过控中被控对象动态特性有哪些特点 1)对象的动态特性是不振荡的 2）对象动态特性有延迟 3）被控对象本身是稳定的或中性稳定的 2-4单容对象放大系数K 和时间常数T 各与哪些因素有关，K 、T 大小对动态特性的 影响 T 反映对象响应速度的快慢 K 是系统的稳态指标/K 大，系统的灵敏度高 2-5对象的纯滞后时间产生的原因是什么 纯延迟现象产生的原因是由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一定距离。 具有自平衡能力的双容对象的传递函数1 )()()()(21221+++= ??= s T T s T T K s U s H s G 有纯延迟时 s e s T T s T T K s U s H s G 01 )()()()(21221τ-+++=??= 具有自平衡能力的多容对象 若还有纯延迟 4 PID 调节原理 4-1，P 、I 、D 控制规律各有何特点，那些是有差、无差调节，为了提高控制系统的稳定性，消除控制系统的误差，应该选择那些调节规律 P 调节中，调节器的输出信号u 与偏差信号e 成比例 u = Kp e P 调节对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后 有差调节,(放大系数越小，即比例带越大，余差就越大) 比例带δ大,调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间也很长 比例调节的特点： （1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u = K e （2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。 （3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。 若对象较稳定,则比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反应速度加快 积分调节（I 调节) 调节器的输出信号的变化速度du/dt 与偏差信号e 成正比，或者说调节器的输出与偏差信号的积分成正比， 只要偏差存在，调节器的输出就会不断变化 积分调节作用能自动消除余差./无差调节 稳定作用比P 调节差 滞后特性使其难以对干扰进行及时控制 增大积分速度，调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低 微分调节（D 调节） 调节器的输出u 与被调量或其偏差e 对于时间的导数成正比 微分调节只与偏差的变化成比例，变化越剧烈，由微分调节器给出的控制作用越大 微分调节主要用于克服调节对象有较大的传递滞后和容量滞后 012345678 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8Step Response Time (sec) A m p l i t u d e K=0.2K=1K=10K=100 调节作用用以减少偏差。 比例作用大，可以加快调节，减少误差 但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 Time (sec) A m p l i t u d e Ti=1Ti=5Ti=10Ti=inf 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。 积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti ，Ti 越小，积分作用就越强。反之Ti 大则积分作用弱。 加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。 积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI 调节器或PID 调节器。 Time (sec) A m p l i t u d e Td=0.5Td=1Td=10Td=0 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作 % 100) (1 ?∞=y y σ)()(∞-=∞y r e 31y y =η1 3 1 y y y -=ψp π β2=

过程控制复习资料 (2)

1、试述串级控制系统的的工作原理,它有哪些特点? 2、某加热炉出口温度控制系统，经运行后发现扰动主要来自燃料流量波动，试设计控制系统克服之，如果发现扰动主要来自原料流量波动，应如何设计控制系统以克服之？画出带控制点工艺流程图和控制系统框图。 3、为什么一些液位控制系统中，减小控制器的增益反而使系统出现持续震荡，是从理论角度分析之。 4、液位均匀控制系统与简单液位控制系统有什么异同？那些场合需要采用液位均匀控制系统？ 5、某加热炉出口温度控制系统中，副被控变量是炉膛温度，温度变送器的量程都选用0--500℃，控制阀选用气开阀。经调试后系统已经正常运行，后因副回路的的温度变送器损坏，该用量程为200--300℃的温度变送器，问对控制系统有什么影响？ 6、题5中，如果损坏的是主回路温度变送器，问改用量程为200--300℃的温度变送器，对控制系统有什么影响？如何解决？ 7、某反应器由A和B两种物料参加反应，已知，A物料时供应有余，B物料可能供用不足，他们都可测可控。采用差压变送器和开方器测量它们的流量，工艺要求正常工况时，Fa=300Kg/h,Fb=600Kg/h,拟用DDZ-III型仪表，设计双闭环（相乘方案）控制系统，确定乘法器的输入电流，画出控制系统框图和带控制点的工艺流程图。 8、题7中，控制系统已正常运行，后因两台差压变送器均损坏，改用相同量程的变送器（注：量程能够满足工艺要求），试问控制系统应作什么改动？为什么？ 9、什么情况下前馈控制系统需要设置偏置信号？应如何设置？ 10、某加热炉出口温度控制系统，原采用出口温度和燃料油流量的串级控制方案，为防止阀后压力过高造成脱火事故，是设计有关控制系统，说明该控制系统是如何工作的？ 1． 调节器的Kc值愈大，表示调节作用（），Ti值愈大，表示积分作用（），Td值愈大表示微分作用（）。答案：越强;减弱;增强。 2． 选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）（），干扰通道的放大倍数（增益）（）。答案：增大;减小。 3． 过程控制系统设置的目的，有（）、（）和（）三类。 答案：定值调节;随动调节;程序调节。 4． 简单控制系统由（）、（）、（）和（）四个环节组成。 答案：调节对象;调节器;调节阀;检测变送器 5． 由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来（）。 答案：克服调节对象的惯性滞后（时间常数T）。 6． 调节系统中调节器正、反的作用的确定是依据( )。 答案：实现闭环回路的负反馈 二、是非题 1. 对纯滞后大的调节对象，为克服其影响，可以引入微分调节作用来克服。 答案：╳ 2．

过程控制实验报告

东南大学自动化学院 实验报告 课程名称：过程控制实验 实验名称：水箱液位控制系统 院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号： 实验室：实验组别： 同组人员： 实验时间： 评定成绩：审阅教师：

目录 一、系统概论 (3) 二、对象的认识 (4) 三、执行机构 (14) 四、单回路调节系统 (15) 五、串级调节系统Ⅰ (18) 六、串级调节系统Ⅱ (19) 七、前馈控制 (21) 八、软件平台的开发 (21)

一、系统概论 1.1实验设备 图1.1 实验设备正面图图1.2 实验设备背面图 本实验设备包含水箱、加热器、变频器、泵、电动阀、电磁阀、进水阀、出水阀、增压器、流量计、压力传感器、温度传感器、操作面板等。 1.1.2 铭牌 ·加热控制器： 功率1500w，电源220V（单相输入） ·泵： Q40-150L/min，H2.5-7m，Hmax2.5m，380V，VL450V， IP44，50Hz，2550rpm，1.1kw，HP1.5，In2.8A，ICL B ·全自动微型家用增压器： 型号15WZ-10，单相电容运转马达 最高扬程10m，最大流量20L/min，级数2，转速2800rmp，电压220V， 电流0.36A，频率50Hz，电容3.5μF，功率80w，绝缘等级 E ·LWY-C型涡轮流量计： 口径4-200mm，介质温度-20—+100℃，环境温度-20—+45℃，供电电源+24V， 标准信号输出4-20mA，负载0-750Ω，精确度±0.5%Fs ±1.0%Fs，外壳防护等级 IP65 ·压力传感器 YMC303P-1-A-3 RANGE 0-6kPa，OUT 4-20mADC，SUPPLY 24VDC，IP67，RED SUP+，BLUE OUT+/V- ·SBWZ温度传感器 PT100 量程0-100℃，精度0.5%Fs，输出4-20mADC，电源24VDC

(完整版)过程控制系统与仪表课后习题答案完整版汇总

第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1

2014杭电,过程控制复习

1. 过渡过程的品质指标有哪些？请结合下图解释各种品质指标的含义。 2. 已知某换热器被控变量是出口温度θ ，操纵变量是蒸汽流量Q 。在蒸汽流量作阶跃变化 时，出口温度响应曲线如图所示。该过程通常可以近似作为一阶滞后环节来处理。试估算该控制通道的特性参数K 、T 、τ，写出该控制通道的动态方程。如果采用PI 控制策略，P 、I 参数应如何确定？ 3. PID 调节器的参数δ、I T 、D T 对控制性能各有什么影响？ 4. PID 的参数整定方法有哪些？分别是如何工作？ 5. 如图所示，为精馏塔塔釜液位控制系统示意图。若工艺上不允许塔釜液位被抽空，试确 定控制阀的气开、气关形式和控制器的正反作用方式。 图 ：精馏塔塔釜液位控制系统 6. 如图2所示为精馏塔提馏段温度与蒸汽流量的串级控制系统。生产要求一旦发生事故， 应立即关闭蒸汽供应。求：

（1）画出该控制系统的方框图？ （2）确定控制阀的气开、气关形式？ （3）选择控制器的正、反作用？ 图 2精馏塔温度－流量串级控制系统 7.在锅炉运行过程中，必须满足汽-水平衡关系，故汽包液位是一个十分重要的指标，当液 位过低时汽包中的水容易烧干引起生产事故，因此 设计如图所示的液位控制系统。 （1）指出图中LT、LC、M各是什么仪表，分别起什么 作用。 （2）试画出该控制系统的方框图。 （3）指出该系统中的被控量、控制量、及扰动因素各是 什么？ （4）确定M的气开、气关形式和LC的正反作用方向。 8.在过热蒸汽温度控制系统中，除了要对蒸汽温度进行控制之外，为了保证生产的安全和 正常进行，还要对气包液位及蒸汽压力进行控制。设计了如图所示的控制系统。根据工艺流程图，请指明阀1、2和3的作用方式以及三个调节器的作用方向。 9.在石油、化工等生产过程中有许多储液罐，用于存储原材料、半成品、成品或者作为缓 冲器，为了保证生产正常进行，进出储液罐的物料需平衡，以维持液位在某一高度，下图即为一液位控制系统，要求液位维持在某一给定值上下，并保证物料不溢出，试设计该控制系统：画出系统工艺流程图，方框图，确定被控参数、控制量、主要扰动、调节阀的气开、气关型式及调节器的正、反作用方式。

过程控制系统实验报告

《过程控制系统实验报告》 院－系： 专业： 年级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 2015 年6 月

过程控制系统实验报告 部门：工学院电气工程实验教学中心实验日期：年月日 姓名学号班级成绩 实验名称实验一单容水箱液位定值控制实验学时 课程名称过程控制系统实验及课程设计教材过程控制系统 一、实验仪器与设备 A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表 二、实验要求 1、使用比例控制进行单溶液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。 2、使用比例积分控制进行流量控制，能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行 比较。 3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行比较。 三、实验原理 (1)控制系统结构 单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P, PI，PD控制器特性。 水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。使用P,PI , PID控制，看控制效果，进行比较。 控制策略使用PI、PD、PID调节。 (2)控制系统接线表 使用ADAM端口测量或控制量测量或控制量标号使用PLC端 口 锅炉液位LT101 AI0 AI0 调节阀FV101 AO0 AO0 四、实验内容与步骤 1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。这些步骤不详细介绍。

2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。 3、在控制系统上，将液位变送器LT-103输出连接到AI0，AO0输出连到变频器U-101控制端上。 注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。 4、打开设备电源。包括变频器电源，设置变频器4-20mA的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。 5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。 6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。启动调节器，设置各项参数，将调节器的手动控制切换到自动控制。 7、设置PID控制器参数，可以使用各种经验法来整定参数。这里不限制使用的方法。 五、实验结果记录及处理 六、实验心得体会： 比例控制特性：能较快克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差。 比例积分特性：能消除余差，它能适用于控制通道时滞较小、负荷变化不大、被控量不允许由余差的场合。 比例微分特性：对于改善系统的动态性能指标，有显著的效果。

过程控制15章习题答案

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； 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，选反作用控制器。 控制阀选气关阀，选正作用控制器。 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。