過程控制儀表及控制系統(tǒng) (林德杰) 課后答案 機械工業(yè)出版社

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1、 第一章 思考題與習題 1-2 圖1.6為溫度控制系統(tǒng),試畫出系統(tǒng)的框圖,簡述其工作原理;指出被控過程、被控參數(shù)和控制參數(shù)。 解:乙炔發(fā)生器中電石與冷水相遇產(chǎn)生乙炔氣體 并釋放出熱量。當電石加入時,內(nèi)部溫度上升,溫度 檢測器檢測溫度變化與給定值比較,偏差信號送到控 制器對偏差信號進行運算,將控制作用于調(diào)節(jié)閥,調(diào) 節(jié)冷水的流量,使乙炔發(fā)生器中的溫度到達給定值。 系統(tǒng)框圖如下: 被控過程:乙炔發(fā)生器 被控參數(shù):乙炔發(fā)生器內(nèi)溫度 控制參數(shù):冷水流量 1-3 常用過程控制系統(tǒng)可分為哪幾類? 答:過程控制系統(tǒng)主要分為三類: 1. 反饋控制系統(tǒng):反

2、饋控制系統(tǒng)是根據(jù)被控參數(shù)與給定值的偏差進行控制的,最終達到或消除或減小偏差的目的,偏差值是控制的依據(jù)。它是最常用、最基本的過程控制系統(tǒng)。 2.前饋控制系統(tǒng):前饋控制系統(tǒng)是根據(jù)擾動量的大小進行控制的,擾動是控制的依據(jù)。由于沒有被控量的反饋,所以是一種開環(huán)控制系統(tǒng)。由于是開環(huán)系統(tǒng),無法檢查控制效果,故不能單獨應(yīng)用。 3. 前饋-反饋控制系統(tǒng):前饋控制的主要優(yōu)點是能夠迅速及時的克服主要擾動對被控量的影響,而前饋—反饋控制利用反饋控制克服其他擾動,能夠是被控量迅速而準確地穩(wěn)定在給定值上,提高控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。 3-4 過程控制系統(tǒng)過渡過程的質(zhì)量指標包括哪些內(nèi)容?它們的定義是什么?哪些是

3、靜態(tài)指標?哪些是動態(tài)質(zhì)量指標? 答:1. 余差(靜態(tài)偏差)e:余差是指系統(tǒng)過渡過程結(jié)束以后,被控參數(shù)新的穩(wěn)定值y(∞)與給定值c之差。它是一個靜態(tài)指標,對定值控制系統(tǒng)。希望余差越小越好。 2. 衰減比n:衰減比是衡量過渡過程穩(wěn)定性的一個動態(tài)質(zhì)量指標,它等于振蕩過程的第一個波的振幅與第二個波的振幅之比,即: n<1系統(tǒng)是不穩(wěn)定的,是發(fā)散振蕩;n=1,系統(tǒng)也是不穩(wěn)定的,是等幅振蕩;n>1,系統(tǒng)是穩(wěn)定的,若n=4,系統(tǒng)為4:1的衰減振蕩,是比較理想的。 衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性也可以用衰減率φ 4.最大偏差A:對定值系統(tǒng),最大偏差是指被控參數(shù)第一個波峰值與

4、給定值C之差,它衡量被控參數(shù)偏離給定值的程度。 5. 過程過渡時間ts:過渡過程時間定義為從擾動開始到被控參數(shù)進入新的穩(wěn)態(tài)值的±5%或±3% (根據(jù)系統(tǒng)要求)范圍內(nèi)所需要的時間。它是反映系統(tǒng)過渡過程快慢的質(zhì)量指標,ts越小,過渡過程進行得越快。 6.峰值時間tp: 從擾動開始到過渡過程曲線到達第一個峰值所需要的時間,(根據(jù)系統(tǒng)要求)范圍內(nèi)所需要的時間。稱為峰值時間tp。它反映了系統(tǒng)響應(yīng)的靈敏程度。 靜態(tài)指標是余差,動態(tài)時間為衰減比(衰減率)、最大偏差、過程過渡時間、峰值時間。 第二章 思考題與習題 2-1 如圖所示液位過程的

5、輸入量為Q1,流出量為Q2,Q3,液位h為被控參數(shù),C為容量系數(shù),并設(shè)R1、R2、R3均為線性液阻,要求: (1) 列出過程的微分方程組; (2) 求過程的傳遞函數(shù)W0(S)=H(S)/Q1(S); (3) 畫出過程的方框圖。 解:(1)根據(jù)動態(tài)物料平衡關(guān)系,流入量=流出量: 過程的微分方程的增量形式: 中間變量: 消除中間變量: 同除 (R2+R3) 得到: 令: 上式可寫為: (2)Laplace 變換得到: 傳遞函數(shù): (3) 過程的方框圖: 2-2.如圖所示:Q1為過程的流入量,Q2為流出流

6、量,h為液位高度,C為容量系數(shù),若以Q1為過程的輸入量,h為輸出量(被控量),設(shè)R1、R2為線性液阻,求過程的傳遞函數(shù) W0(S)=H(S)/Q1(S)。 解:根據(jù)動態(tài)物料平衡關(guān)系,流入量=流出量: 過程的微分方程的增量形式: 中間變量: 傳遞函數(shù): 如果考慮管道長度l, 即出現(xiàn)純時延,由于管道流量恒定,所以 其傳遞函數(shù)為: 其中: 2-3.設(shè)矩形脈沖響應(yīng)幅值為2 t/h ,脈沖寬度為△t=10min,某溫度過程的矩形脈沖響應(yīng)記錄數(shù)據(jù)如下: t(min) 1 3 4

7、 5 8 10 15 16.5 Y(℃) 0.46 1.7 3.7 9.0 19.0 26.4 36.0 37.5 t(min) 20 25 30 40 50 60 70 80 Y(℃) 33.5 27.2 21.0 10.4 5.1 2.8 1.1 0.5 (1) 將該脈沖矩形響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線; (2) 用一階慣性環(huán)節(jié)求該溫度對象的傳遞函數(shù)。 解:將脈沖響應(yīng)轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線,數(shù)據(jù)如下: t(min) 1 3 4 5 8 10 15 16.5 Y(℃) 0.46 1.7 3.7

8、9.0 19.0 26.4 36.0 37.5 Y1(t) 0.46 1.7 3.7 9.0 19.0 26.4 - - t(min) 20 25 30 40 50 60 70 80 Y(℃) 33.5 27.2 21.0 10.4 5.1 2.8 1.1 0.5 Y1(t) 59.9 - 80.9 91.3 96.4 99.2 100.3 100.8 繪出階躍響應(yīng)曲線如下: 由圖y(t1)=0.4y(∞) ,y(t2)=0.8y(∞)處可得:t1=14min t2=30.5

9、 t1/t2≈0.46 故二階系統(tǒng)數(shù)字模型為 根據(jù)經(jīng)驗公式有: 所有: 2-5 某過程在階躍擾動量Δu=20%,其液位過程階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)見下表: t/s 0 10 20 40 60 80 100 140 180 260 300 400 500 h/cm 0 0 0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 8.8 11.8 14.4 16.6 18.4 19.2 (1) 畫出液位h的階躍響應(yīng)曲線 (2) 求液位過程的數(shù)學模型 解:方法一:圖解法 由圖可以看出:過程應(yīng)該用一階加延時系統(tǒng)。 從

10、圖中得到:τ=40s, T=260-40=220s 方法二:計算法: 在圖中取y(t1)=0.33 y(∞) y(t2)=0.39y(∞) y(t3)=0.632 y(∞) y(t4)=0.7 y(∞) 得t1=125s t2 =140s t3 = 225s t4 =260s 可見數(shù)據(jù)很接近,于是: 過程數(shù)學模型: 2-6 某過程在階躍擾動ΔI=1.5mADC作用下,其輸出響應(yīng)數(shù)據(jù)見下表: t(min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

11、 … ∞ Y(℃) 4.0 4.0 4.2 4.8 5.1 5.4 5.7 5.8 5.85 5.9 6.0 … 6.0 t(min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 … ∞ Y(℃) 2.0 2.0 1.8 1.5 1.2 0.5 0.3 0.2 0.15 0.1 0 … 0 解:求出y(∞)-y(t)值如下表: 根據(jù)表格在半對數(shù)紙上描繪出曲線1,曲線1作直線部分的延長線2,2線減去1線得到直線3。 過程放大倍數(shù) K0 根據(jù)直線2和直線3,與縱坐標、橫坐標構(gòu)成的兩

12、個三角形,可以求出時間參數(shù)T1、T2 : 由A1=7,B1=0.1 , t1=10s 由 A2=5,B2=0.1 t2=6s 該過程的數(shù)學模型為: 第三章 思考題與習題 3-2 有一壓力控制系統(tǒng)選用DDZ-Ⅲ壓力變送器,其量程為0~200kPa。生產(chǎn)工藝要求被控壓力為150±2kPa,現(xiàn)將該變送器量程調(diào)整到100~200 kPa,求零點遷移前后該壓力變送器的靈敏度。 解: 零點遷移前靈敏度: 零點遷移后靈敏度: 3-4 某DDZ-Ⅲ直流毫伏變送器,其零點移到Vio=5mV,零遷后的量程為DC10mV,求該變送器輸出I0

13、=10mADC時的輸入是多少毫伏? 解:分析:零點遷移后5~10mV對應(yīng)輸出為 4~20mA,如右圖所示。 根據(jù)圖的幾何關(guān)系有: ab : ac=eb : dc ∴ I0=10mA時,輸入電壓為: Vin=5+1.88=6.88(mVDC) 3-7.說明DDZ-Ⅲ熱電偶溫度變送器的冷端溫度補償原理。 以A 和B 兩種導體組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢與材料種類和接觸點的溫度有關(guān)。熱電偶產(chǎn)生的熱電勢與被測溫度T 具有單值函數(shù)關(guān)系。但是,其前提條件必須保持冷端溫度T0 不變。 熱電偶的熱電勢大小不僅與熱端溫度有關(guān),

14、而且還與冷端溫度有關(guān)。實際使用中冷端暴露在儀表之外,受環(huán)境影響較大,因此必須進行冷端補償(溫度校正) 熱電偶冷端溫度的補償方法 (1)補償導線法(延伸導線法):用與熱電偶熱電性質(zhì)相同的臂長補償導線(或稱延伸導線)將熱電偶的冷端延伸到溫度保持恒定的地方。 (2)冷端恒溫法:將熱電偶的冷端置于恒定溫度的容器內(nèi)或場合內(nèi)。 (3)冷端溫度修正法(計算校正法): (4)補償電橋法:利用不平衡電橋產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡電勢補償由于熱電偶冷端溫度變化引起的測量誤差。 3-8.DDZ-Ⅲ溫度變送器是如何使被測溫讀與輸出信號I。成線性關(guān)系的?簡述熱電偶溫度變送器與熱電阻溫度的線性化原理。

15、 3-5 .DDZ-Ⅲ溫度變送器測溫范圍為800~1200°C。選擇哪一種測溫元件較為合適?當輸出電流為DC16mA時,被測溫度是多少? 解:檢測溫度高于600℃,應(yīng)選擇熱電偶測溫元件。 ab : ac=bd : ce ∴ I0=16mA時,被測溫度為: T=800+300=1100(℃) 3-6 .DDZ-Ⅲ溫度變送器測溫范圍為400~600°C。選擇哪一種測溫元件較為合理?當溫度從500°C變化到550°C時,輸出電流變化多少? 解::檢測溫度低于600℃,應(yīng)選擇鉑電阻測溫元件。 溫度變化50℃時,輸出電流

16、變化: ΔI=0.08 mA/℃×50℃=4 mA 3-8 用標準孔板測量氣體流量,給定設(shè)計參數(shù)p=0.8kPa,t=20°C。實際被測介質(zhì)參數(shù)p1=0.8kPa,t1=30C。儀表顯示流量Q=3800m3h,求被測介質(zhì)實際流量大小。 3-9 一只用水標定的浮子流量計,其滿刻度值為1000m3/h,不銹鋼浮子密度為7.92g/cm3。現(xiàn)用來測量密度為0.72g/cm3的乙醇流量,問浮子流量計的測量上限是多少? 解:設(shè)轉(zhuǎn)子、水、被測液體的密度分別為ρ1、ρ0、ρ2, 由液體流量的修正公式,密度修正系數(shù): 根據(jù)修正系數(shù)求得,浮子流量計的測量上限是:

17、 Q2max=KQ0 max=1.2×1000=1200 m3/h 3-16 簡述渦輪流量計的工作原理。某渦輪流量計的儀表常數(shù)K=150.4次/L,當它測量流量時的輸出頻率為?=400Hz時,求其瞬時體積流量為每小時多少立方米? 第四章 思考題與習題 4-1 什么是正作用調(diào)節(jié)器和反作用調(diào)節(jié)器?如何實現(xiàn)調(diào)節(jié)器的正反作用? 答:輸入增加時,調(diào)節(jié)器輸出也隨之增加稱為正作用調(diào)節(jié)器;輸入增加時,調(diào)節(jié)器輸出減小稱為反作用調(diào)節(jié)器。在調(diào)節(jié)器輸入級的輸入端設(shè)有一個雙向開關(guān)S7,通過切換改變輸入信號的極性來實現(xiàn)調(diào)節(jié)器的正反作用。 4-3 如何測定DDZ-Ⅲ調(diào)節(jié)器的微分時間TD和積分時間TI ? 答

18、:一、微分傳遞函數(shù)為: 拉氏反變換得階躍作用下的時間函數(shù): 當t=t(0+)時, 當t=∞時, 由圖有: 實驗得到曲線后,可以按圖求取微分時間TD 二、積分傳遞函數(shù): t=0時, t=∞時, t=TI 時: 4-3 設(shè)DDZ-Ⅲ基型調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)的刻度值為δ=0.50,TI=30s,TD=20s。計算實際值δ*、TI*和TD*之值。 解:先計算F: F=1+TD/TI=1+2/3=1.67 δ*、TI* 、TD*之實際值: δ*=δ/F=0.5/1.67=0.3 TI*=TI/F

19、=17.9 TD*=TD/F=11.9 4-5 數(shù)字式完全微分PID控制規(guī)律與不完全微分PID控制規(guī)律有說明區(qū)別?哪種控制規(guī)律的應(yīng)用更為普遍? 答: 完全微分型PID算法的微分作用過于靈敏,微分作用持續(xù)時間短,容易引起控制系統(tǒng)振蕩,降低控制品質(zhì)。不完全微分是在PID輸出端串接一個一階慣性環(huán)節(jié),這樣,在偏差變化較快時,微分作用不至于太強烈,且作用可保持一段時間。因此不完全微分PID控制規(guī)律更為普遍。 4-6 4-9 某流體的最大流量為80 m3/h ,改流體密度為0.16×10-2g/cm3,閥前后一壓差為0.1MPa,試選擇調(diào)節(jié)閥的公稱直徑和閥座直徑。(要求泄露量?。? 解:

20、調(diào)節(jié)閥的流通能力C為: 取 查表得dg=32mm,Dg=32mm 。 第六章 思考題與習題 6-5 調(diào)節(jié)器的P、PI、PD、PID控制規(guī)律各有什么特點?它們各用于什么場合? 答: 比例控制規(guī)律 適用于控制通道滯后較小,時間常數(shù)不太大,擾動幅度較小,負荷變化不大,控制質(zhì)量要求不高,允許有余差的場合。如貯罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽壓力的控制等。 比例積分控制規(guī)律 引入積分作用能消除余差。適用于控制通道滯后小,負荷變化不太大,工藝上不允許有余差的場合,如流量或壓力的控制。 比例微分控制規(guī)律 引入了微分,會有超前控制作用,能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加

21、,最大偏差和余差減小,加快了控制過程,改善了控制質(zhì)量。適用于過程容量滯后較大的場合。對于滯后很小和擾動作用頻繁的系統(tǒng),應(yīng)盡可能避免使用微分作用。 比例積分微分控制規(guī)律 可以使系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量,它適用于容量滯后大、負荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的場合,如反應(yīng)器、聚合釜的溫度控制。 6-7 在某生產(chǎn)過程中,冷物料通過加熱爐對其進行加熱,熱物料溫度必須滿足生產(chǎn)工藝要求,故設(shè)計圖所示溫度控制系統(tǒng)流程圖,畫出控制框圖,指出被控過程、被控參數(shù)和控制參數(shù)。確定調(diào)節(jié)閥的流量特性、氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器控制規(guī)律及其正、反作用方式。 解:系統(tǒng)方框圖: 被控過程為加熱爐;被控

22、參數(shù)是熱物料的溫度;控制參數(shù)為燃料的流量。 加熱爐的過程特性一般為二階帶時延特性,即過程為非線性特性。因此,調(diào)節(jié)閥流量特性選擇對數(shù)特性調(diào)節(jié)閥。 根據(jù)生產(chǎn)安全原則,當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時應(yīng)該停止輸送燃料,調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用氣開式。即無氣時調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。 控制器的正反作用的選擇應(yīng)該在根據(jù)工藝要求,原則是:使整個回路構(gòu)成負反饋系統(tǒng)??刂破鞯恼?、反作用判斷關(guān)系為: (控制器“±”)·(控制閥“±”) ·(對象“±”)=“-” 調(diào)節(jié)閥:氣開式為“+”,氣關(guān)式為“-”; 控制器:正作用為“+”,反作用為“-”; 被控對象:按工藝要求分析,通過控制閥的物量

23、或能量增加時,被控制量也隨之增加為“+”;反之隨之降低的為“-”; 變送器一般視為正作用。 根據(jù)安全要求,調(diào)節(jié)閥選氣開式Kv為正,溫度變送器Km一般為正,當調(diào)節(jié)器增加時,溫度值增加,故過程(對象)為正,為了保證閉環(huán)為負。所以調(diào)節(jié)器應(yīng)為負作用。 6-8 下圖為液位控制系統(tǒng)原理圖。生產(chǎn)工藝要求汽包水位一定必須穩(wěn)定。畫出控制系統(tǒng)框圖,指出被控過程、被控參數(shù)和控制參數(shù)。確定調(diào)節(jié)閥的流量特性、氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律及其正反作用方式。 解:控制系統(tǒng)框圖如下圖所示。 被控過程為汽包;被控參數(shù)是汽包的液 位;控制參數(shù)為給水的流量。 汽包的過程特性為一階帶

24、時延特性,即 過程為非線性特性。因此,調(diào)節(jié)閥流量特性選 擇對數(shù)特性調(diào)節(jié)閥。 根據(jù)生產(chǎn)安全原則,當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時應(yīng)該停止輸送燃料,調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用氣關(guān)式。即無氣時調(diào)節(jié)閥打開。保證在控制出現(xiàn)故障時,汽包不會干燒。 調(diào)節(jié)閥:選擇氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥,故KV為“-”; 被控對象:按工藝要求分析,通過給水增加時,被控制參數(shù)的液位也會增加。所以K0為“+”; 變送器一般視為正作用。 控制器的正、反作用判斷關(guān)系為: (控制器“?”)·(控制閥“-”) ·(對象“+”)=“-”根據(jù)判斷關(guān)系式,調(diào)節(jié)器應(yīng)為正作用。 6-9 某過程控制通道作階躍實驗

25、,輸入信號Δu=50,其記錄數(shù)據(jù)見表6-11 t/min 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 y(t) 200.1 201.1 204.0 227.0 251.0 280.0 302.5 t/min 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 y(t) 318.0 329.5 336.0 339.0 340.5 341.0 341.2 (1)用一階加純時延近似該過程的傳遞函數(shù),求K0、T0、和τ0值。 (2)用動態(tài)響應(yīng)曲線法整定調(diào)節(jié)器的PI參數(shù)(取ρ=1,φ=0.75)。 解:(1)根據(jù)表6-11

26、得到過程階躍響應(yīng)曲線: 由圖讀得T0=1.08 min τ0=0.42 min ∴0.2≤0.38≤1 根據(jù)動態(tài)特性整定公式有: TI=0.8 T0 =0.74 min 6-10 對某過程控制通道作一階躍實驗,輸入階躍信號Δμ=5,階躍響應(yīng)記錄數(shù)據(jù)如表所示。 (1) 若過程利用一階加純時延環(huán)節(jié)來描述,試求K0、T0、τ0 (2) 設(shè)系統(tǒng)采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律,按4:1衰減比,用反應(yīng)曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù),求δ、Ti 。 時間(min) 0 5

27、10 15 20 25 30 35 40 被控量y 0.650 0.651 0.652 0.668 0.735 0.817 0.881 0.979 1.075 時間(min) 45 50 55 60 65 70 75 80 85 被控量y 1.151 1.213 1.239 1.262 1.311 1.329 1.338 1.350 1.351 解:(1)求過程的傳遞函數(shù),由表作圖: 從圖中可以得到:τ=25min =1500s ; T0=30min =1800s 采用一階加時延系統(tǒng)則:

28、 將數(shù)值代入得: (2) 因為τ/ T0 =1500/1800=0.83<1 取φ=0.75的有自衡過程的整定公式: a.比例系數(shù)δ: b.積分時間常數(shù)Ti : Ti=0.8T0=1440 (s) 6-12 已知被控制過程的傳遞函數(shù) ,其中T0=6s,τ 0=3s。試用響應(yīng)曲線法整定PI、PD調(diào)節(jié)器的參數(shù);再用臨界比例度法整定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)(設(shè)TK =10s,δK=0.4);并將兩種整定方法的PI參數(shù)進行比較。 解:對有自衡能力的系統(tǒng)ρ=1,T0 / τ 0=0.5。 采用特性參數(shù)法(響

29、應(yīng)曲線法)公式及PI控制規(guī)律,有: Ti=0.8T0=4.8 (s) 對PD控制規(guī)律調(diào)節(jié)器,有 Ti=0.25τ0=0.75 (s) 采用臨界比例度法,對PI調(diào)節(jié)規(guī)律: Ti=0.85TK=8,5 (s) 兩種整定方法得到的結(jié)果不同,比例度比較接近、TI 相差較大。在工程實踐中應(yīng)該應(yīng)用不同的整定方法進行比較,選擇控制效果最佳方案。 第七章 思考題與習題 7-2 在串級控制系統(tǒng)的設(shè)計中,副回路設(shè)計和副參數(shù)的選擇應(yīng)考慮哪幾個原則? 答:副回路設(shè)計是選擇一個合適的副變量,從而組成一個以副變量為被控變量的副回路。副回路設(shè)計應(yīng)遵循的一些

30、原則: (1) 副參數(shù)選擇應(yīng)該時間常數(shù)小,時延小、控制通道短的參數(shù)作為副回路的控制參數(shù)。當對象具有較大的純時延時,應(yīng)使所設(shè)計的副回路盡量少包括最好不包括純時延。 (2) 使系統(tǒng)中的主要干擾包含在副環(huán)內(nèi)。在可能的情況下,使副環(huán)內(nèi)包含更多一些干擾。 當對象具有非線性環(huán)節(jié)時,在設(shè)計時將副環(huán)內(nèi)包含更多一些干擾。 (3) 副回路應(yīng)考慮到對象時間常數(shù)的匹配:T01/T02=3~10,以防止“共振”發(fā)生。 (4) 副回路設(shè)計應(yīng)該考慮生產(chǎn)工藝的合理性 (5) 副回路設(shè)計應(yīng)考慮經(jīng)濟原則。 7-3 圖為加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)。工藝要求一旦發(fā)生重大事故,立即切斷原料的供應(yīng)。 (1)

31、 畫出控制系統(tǒng)的組成框圖 (2) 確定調(diào)節(jié)閥的流量特性氣開、氣關(guān)形式 (3) 確定主副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律及其正反作用方式 解:(1)串級系統(tǒng)方框圖如下: 副回路選擇加熱爐爐膛溫度控制,消除F1(S)干擾。 (2)由于發(fā)生重大事故時立即切斷燃料油的供應(yīng),從工藝的安全性考慮,調(diào)節(jié)閥選擇氣開式,保證無氣時調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。 (3)主調(diào)節(jié)器選擇PI(或PID)控制規(guī)律,副調(diào)節(jié)器選擇P調(diào)節(jié)規(guī)律。 由于燃料增加加熱爐溫度必然增加,所以過程為正。調(diào)節(jié)閥氣開式為正,根據(jù)表7-4可知主副調(diào)節(jié)器都選擇正作用方式。 7-5 某溫度-溫度串級控制系統(tǒng),主調(diào)節(jié)器采用PID

32、控制規(guī)律,副調(diào)節(jié)器采用P控制規(guī)律。采用兩步整定法整定主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù),按4:1衰減比測得δ1S=0.12,δ1S=0.5 ,T1S=140s,T2S=12s。求主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定值。 解:按照4:1兩步整定法經(jīng)驗公式: 主調(diào)節(jié)器(溫度調(diào)節(jié)器): 比例度 δ1=0.8×δ1S=0.8×0.12=9.6% 積分時間常數(shù) TI=0.3×T1S=42 s 微分時間常數(shù):TD=0.1×T1S=14 s 副調(diào)節(jié)器: 比例度δ2=δ2S=50% 7-8 用蒸汽加熱的貯槽加熱器,進料量Q1穩(wěn)定,而Q1的初始溫度T1有較大波動,生產(chǎn)工藝要求槽內(nèi)物料溫度T恒定。Q2為下一工藝的負荷,要求Q2的溫度為T。試設(shè)計一過程控制系統(tǒng),并畫出控制系統(tǒng)框圖。 解:應(yīng)用前饋-反饋控制系統(tǒng)對冷物料進行前饋補償 控制、對被控參數(shù):出口熱物料進行反饋控制。系統(tǒng) 控制流程圖如下圖所示。 控制系統(tǒng)組成框圖: 其中 前饋補償器傳遞函數(shù) 18

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