过程控制工程第一章答案

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有 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（一般的理解应当是控制器输出）〃（S ）对 即广义对

象上的控制通道）。同理，干扰通道就是干扰作用F （s ）对被控参数Ms ） 的影响通路。干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。

控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示

被控参 的影响 （一般的 是控制 通过执

数 心

通 路 理 解 作 用

行 器

影响 量坎 量通 象再

控制变 后

控制变 过被控对 影响被控 参数,

衰干扰通道特性対痩的幕1

表1?2控对控Mft*的

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。一般来说，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变化对控喘?］系统的控喘＞J精度有何影响？对控制系统的动态质量有何影响？

答：当G?二Kc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6成正比，即比例度越大，余差也就越大。

/C增大、6减小，控制精度提高（余差减小），但是系统的稳定性下降。

1.4 4： 1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么？

答：衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间刀放在最大，微分时间石放在最小，比例度放于适当数值（一般为100%）,然后使6由大往小逐渐改变，并在每改变一次6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： 6应继续减小，当衰减比小于4： 1时6应增大，直至过

渡过程呈现4： 1衰减时为止。找到4： 1衰减振荡时的比例度6s,及

振荡周期：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20%）的数值上，待

积分、微分放好后再将6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衰减振荡。

如果不符合要求，可适当调整一下6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？

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。

1.6图1.42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开、闭形式及控制器的正、反作用：

①被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚。

答：控制阀气闭式，控制器的反作用。

②被加热物料在温度过低时会发生凝结。

答：控制阀气开式，控制器的正作用。