过程控制-课后习题答案
不知道谁弄的 和我们要求的课后作业相似度很大，值得参考，另外答案准确度应该还行。 T1.6
（1）最大偏差A —被控变量偏离给定值的最大数值 （给定值为800） A=843-800=43
C
超调量B —第一个波峰值与新稳定值之差 B=843-808=35
C
衰减比B1：B2 — 相邻两个波峰值之比 ( 843-808)/(815-808)=5 余差值 被控变量的新稳定值与给定值之偏差C=808-800=8
C
振荡周期 过渡过程同向两个波峰间间隔时间为周期T=20-5=15min
工艺规定的操作温度为800±9）C
，表示给定值为800C ，余差为9C ,由（1）得出的最大偏差A=43C <50C ，余差
C=8
C
<9C ，所以该系统满足要求。
T2.8 （1
）
（2）由图可知： ,22030250,30s T s =-==τ
10%)10*196/()0196(/)]0()([=-=?-∞=x y y k
（阶跃扰动为稳态值的10%，即k=10） （P36）计算法：阶跃响应表达式
)(/)()(0
∞=y t y t y
???
??=<≥---)(0)
(10)2()(ττt t e t T t y
（1.1）
选取t1=140s,t2=250s 对应
)2(),1(00
t t h h ，其中t2>t1>τ
由式（1.1）可得
e
h T
t t )21(0
1)1(---=，
e
h T
t t )22(0
1)2(---=
取自然对数并联立求解，得)]
2(1ln[)]1(1ln[1
200t t t t T h h ----=
； （1.2)
)]
2(1ln[)]1(1ln[)]2(1ln[1)]1(1ln[20000t t t t t t h h h h ----?--?=
τ (1.3)
为计算方便，选取
632.0)2(,39.0)1(0
==t t h h 代入式（1.2）和（1.3）则
T=2（t2-t1)=s 220)140250(2=-?;
s t t 302501402212=-?=-=τ;
10%)10*196/()0196(/)]0()([=-=?-∞=x y y k 。
T3.9
(1)影响物料出口温度的主要因素有：蒸汽压力、流量，冷物料温度、压力、流量。
(2)被控参数选热物料的出口温度，因为它直接决定着产品的质量；调节参数选蒸汽流量，因为它可以控制。
(3)从工艺安全和经济性的角度考虑，应该保证在系统发生故障时，调节阀处于闭合状态，避免因换热器温度过高而发生损坏和不必要的浪费。所以选择气开式。
(4) 被控参数为热物料的出口温度，因此调节规律选择PID 。温度变送器Km 为"+"；调节阀为气开，即Kv 为"+"；对于被控对象，当阀门开度增大时，热物料的出口温度升高，即K0为"+"。由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以调节器的Kp 为"+"，即为反作用。 (5)
T3.10
大修后变送器的量程由500℃变为300-200=100℃，变送器的放大倍数将发生变化，从而导致广义对象特性放大倍数发生变化：
032.005004
200=--=
K ，00516.0200
300420'K K ==--=
系统的过渡过程将会发生变化，系统可能不稳定，此时，应该减小PID 调节器的比例放大系数，使p p
K K 5
1
'=，以
保证开环放大倍数const K K K K p p ==00''
T3.11
由广义对象特性试验可知，min 2.1min,3.2,64.04
2056010085
89===----=τT K
根据表3.8可得
367.02.13
.264
.01.11.11.1=??
===τετδT K p ，m in
96.32.13.33.3=?==τi T
T3.12
由于工艺上不允许塔釜的液位被抽空，所以从安全角度考虑，调节阀应该选择气开式，这样当发生事故时调节阀处于闭合状态。
液位变送器Km 为"+"；调节阀为气开式，即Kv 为"+"；被控对象：当阀门开度增大时，塔釜液位下降，所以Ko 为"-"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以调节器的Kp 为"-"，即调节器应采用正作用方式。 T4.3
(1)控制系统的框图
(2)因工艺要求加热温度不能过高，所以选择调节阀为气开式，这样就避免了发生故障时还会有蒸汽进入，造成危险和浪费。 (3)主调节器：温度 PID ；副调节器： 流量 P 或PI
副调节器：流量变送器Km 为"+"；调节阀为气开式，即Kv 为"+"；当阀门开度变大时，进入加热器的蒸汽增多，即副对象的系数Ko2为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以副调节器的Kp 为"+"，即副调节器应采用反作用方式。
主调节器：温度变送器Km 为"+"；调节阀为气开式，即Kv 为"+"；当蒸汽增多时，热物料的出口温度升高，即副对象的系数Ko1为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以主调节器的Kp 为"+"，即主调节器应采用反作用方式 。 (4)当蒸汽流量突然增加时，加热器的蒸汽会增多，FC 测量值增加，又因为FC 为反作用，所以FC 的输出减小，即阀门开度减小，从而通过改变蒸汽流量来稳定加热器的温度。
当冷物料突然增加时，热物料的出口温度降低，此时温度调节器TC 的测量值减小，又因为TC 为反作用，所以TC 的输出值增大，也就是流量调节器的测量值减小。因为流量调节器是反作用方式，即调节阀的开度增加，从而通过改变蒸汽流量使加热器的出口温度上升，直至稳定状态。 T4.4 （1）流程图
系统框图
（2）为了保证清水的处理质量，调节阀应选择气开形式，当清水处理的质量不合格时，调节阀处于全闭的状态，以免污染环境。
（3）主调节器：由于工艺要求清水池水位稳定在某一高度上，因此应该选择PI调节规律。
副调节器：副被控参数为流量，调节规律可以选择P调节。
（4）副环：流量变送器Km为"+"；调节阀为气开式，即Kv为"+"；副对象：当阀门开度变大时，污水流量增多，即副对象的系数Ko2为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以副调节器的Kp为"+"，即副调节器应采用反作用方式。
主环：当副对象流量增多时，主对象的液位升高，所以主对象的放大系数为"+"，主调节器的Kp为"+"，即副调节器应采用反作用方式。
T4.5
数应该为蒸汽流量，而不是冷水流量
（1）串级系统能够抑制主要干扰，控制参
(2) 以蒸汽压力为副变量,物料的出口温度为主变量串级系统。
理由：将蒸汽压力波动这一主要干扰包含在副回路中, 利用副回路的快速有效克服干扰作用抑制蒸汽压力波动对干燥器出口的温度的影响.
T5.6
（2） 由于A 、B 两种物料流量会随管道的压力而经常发生变化，所以可以选择双闭环比值控制系统。
F1
（2）没有特别的说明，我们把流量与检测信号看成是线性关系。于是有：
35.1290
625
45.2max
2max 1'
=?=
?=F
F k
k （3）从经济性的角度考虑，调节阀应该选择气开式。
流量变送器Km 为"+"；调节阀为气开式，即Kv 为"+"；对象：当阀门开度变大时，流量增大，即对象的系数Ko 为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以调节器的Kp 为"+"，即调节器应采用反作用方式 T5.7
由于在测量时采用的是差压式流量计，所以流量与检测信号成非线性关系。所以比值系数为：
1
max 2max 1)147140(
)1
05.1(2
22
2
'
=?=?=??
?
??F F k k
T6.8
（1）前馈-----串级控制系统 （2）系统框图
(3) P130
系统的传递函数为：)()()()()(1)()()()(1)()
()()()(1)()()()
()()
()
(1
1
2
2
2
2
1
1
1
2
2
2
2
s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s F s Y G
G G G G G G G G G G G G G G G G G G o m v
o c v
o c c o m v
o c v
o c ff PD ++++=
将不变性条件)0)(,0)((=≠s Y s F 代入上式得：
216
37
2)(+-
=s s G ff
（4）假定调节阀为气开式，即Kv 为"+"；流量变送器Km 为"+"
；副对象：当阀门开度变大时，流量增大，即副对象的系数Ko 为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以副调节器的Kp 为"+"，即副调节器应采用反作用方式。当阀门开度变大时，流量增大，换热器的出口温度升高，所以主调节器的Kp 为"+"，即主调节器应采用反作用方式。 T6.9
图（a ）为前馈----反馈控制系统，当原油发生变化时，前馈调节器及时发出控制指令，控制阀门开度的大小，补偿因原油量变化对加热器出口温度的影响。
图（b ）为串级控制系统，燃料油流量为副参数，出口温度为主参数；图中有2个调节器，一个调节阀且温度调节器的输出作为流量调节器的给定值。当阀门开度变化时，首先会影响副参数，进而会影响主参数，因此此系统为串级控制系统。 T7.7
（1）从经济性和安全性的角度考虑，调节阀选择气开式。
（2）对于温度控制器，当阀门开度增大时，加热炉的出口温度升高，所以温度对象的放大系数为"+"；调节阀为气开式，即
Kv 为"+"；温度变送器Km 为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以调节器的Kp 为"+"，即温度调节器应采用反作用方式。
对于压力控制器，当阀门开度增大时，压力增加，所以压力对象的放大系数为"+"；调节阀为气开式，即Kv 为"+"；压力变送器Km 为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以调节器的Kp 为"+"，即压力调节器应采用反作用方式。 （3）温度控制器属于正常工况下的调节器，且温度对象的容量滞后较大，故温度调节器应选择PI 调节；而压力调节器属于非正常工况下的调节器，要求压力上升到安全限度时能迅速投入工作，故压力调节器应选择窄比例调节。
（4）在本系统中，压力调节器属于备用调节器，在异常情况下，燃烧阀后压力超过上限值，又因为压力调节器为反作用工作方式，所以其输出为低电平。为了保证系统在此时能迅速选中压力调节器的输出信号，所以选择器必须选择低选（LS ）。 T8.13
（1）当系统发生故障时，为了保证安全和节约原料，两种燃料的阀门应当关闭。因此A 、B 调节阀都应该选择气开式。
根据工艺要求，加热时应尽量适应天然气，只有当天然气不能满足加热要求时，才使用燃料油。因此A 阀的输入围为：0.02Mpa —0.06Mpa ，B 阀的输入围为：0.06Mpa —
0.10Mpa.
1000
压力/Mpa
阀开度/%
（2）当阀门开度增大时，加热炉的出口温度升高，所以温度对象的放大系数为"+"，调节阀为气开式，即Kv 为"+"；温度变送器Km 为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以调节器的Kp 为"+"，即温度调节器应采用反作用方式