化工儀表與自動化第五版第八章作業(yè)及答案

1、第八章1.什么叫串級控制系統?畫出一般串級控制系統的典型方塊圖。答:串級控制系統是由其結構上的特征而得名的。它是由主、副兩個控制器串接工作的。主控制器的輸出作為副控制器的給定值,副控制器的輸出去操縱控制閥,以實現對變量的定值控制。2.串級控制系統有哪些特點?主要使用在哪些場合?答:串級控制系統的主要特點為:(1在系統結構上,它是由兩個串接工作的控制器構成的雙閉環(huán)控制系統;(2系統的目的在于通過設置副變量來提高對主變量的控制質量(3由于副回路的存在,對進入副回路的干擾有超前控制的作用,因而減少了干擾對主變量的影響;(4系統對負荷改變時有一定的自適應能力。串級控制系統主要應用于:對象的滯后和時間常

2、數很大、干擾作用強而頻繁、負荷變化大、對控制質量要求較高的場合。3.串級控制系統中主、劇變量應如何選擇?答:主變量的選擇原則與簡單控制系統中被控變量的選擇原則是一樣的。副變量的選擇原則是:.(1主、副變量間應有一定的內在聯系,副變量的變化應在很大程度上能影響主變量的變化;(2通過對副變量的選擇,使所構成的副回路能包含系統的主要干擾;(3在可能的情況下,應使副回路包含更多的主要干擾,但副變量又不能離主變量太近;(4副變量的選擇應考慮到主、副對象時間常數的匹配,以防“共振”的發(fā)生4.為什么說串級控制系統中的主回路是定值控制系統,而副回路是隨動控制系統?答:串級控制系統的目的是為了更好地穩(wěn)定主變量,

3、使之等于給定值,而主變量就是主回路的輸出,所以說主回路是定值控制系統。副回路的輸出是副變量,副回路的給定值是主控制器的輸出,所以在串級控制系統中,副變量不是要求不變的,而是要求隨主控制器的輸出變化而變化,因此是一個隨動控制系統。5.怎樣選擇串級控制系統中主、副控制器的控制規(guī)律?答:串級控制系統的目的是為了高精度地穩(wěn)定主變量,對主變量要求較高,一般不允許有余差,所以主控制器一般選擇比例積分控制規(guī)律,當對象滯后較大時,也可引入適當的微分作用。串級控制系統中對副變量的要求不嚴。在控制過程中,副變量是不斷跟隨主控制器的輸出變化而變化的,所以副控制器一般采用比例控制規(guī)律就行了,必要時引入適當的積分作用,

4、而微分作用一般是不需要的。6.如何選擇串級控制系統中主、副控制器的正、反作用?答:副控制器的作用方向與副對象特性、控制閥的氣開、氣關型式有關,其選擇方法與簡單控制系統中控制器正、反作用的選擇方法相同,是按照使副回路成為個負反饋系統的原則來確定的。主控制器作用方向的選擇可按下述方法進行:當主、副變量在增加(或減小時,如果要求控制閥的動作方向是一致的,則主控制器應選“反”作用的;反之,則應選“正”作用的。從上述方法可以看出,串級控制系統中主控制器作用方向的選擇完全由工藝情況確定,或者說,只取決于主對象的特性,而與執(zhí)行器的氣開、氣關型式及副控制器的作用方向完全無關。這種情況可以這樣來理解:如果將整個

5、副回路看作是構成主回路的一個環(huán)節(jié)時,副回路這個環(huán)節(jié)的輸入就是主控制器的輸出(即副回路的給定,而其輸出就是副變量。由于副回路的作用總是使副變量跟隨主控制器的輸出變化而變化,不管副回路中副對象的特性及執(zhí)行器的特性如何,當主控制器輸出增加時,副變量總是增加的,所以在主回路中,副回路這個環(huán)節(jié)的特性總是“正”作用方向的。由圖可見,在主回路中,由于副回路、主測量變送這兩個環(huán)節(jié)的特性始終為“正”,所以為了使整個主回路構成負反饋,主控制器的作用方向僅取決于主對象的特性。主對象具有“正”作用特性(即副變量增加時,主變量亦增加時,主控制器應選“反”作用方向,反之,當主對象具有“反”作用特性時,主控制器應選“正”作

6、用方向。7.串級控制系統中主、副控制器參數的工程整定主要有哪兩種方法?答:有兩步整定法和一步整定法兩種。按照串級控制系統主、副回路的情況,先整定副控制器,后整定主控制器的方法叫做兩步整定法。根據經驗直接確定副控制器的參數,只需按簡單控制系統參數整定的方法來整定主控制器參數的方法稱一步整定法。8.均勻控制系統的目的和特點是什么?答:均勻控制系統的目的是為了解決前后工序的供求矛盾,使兩個變量之間能夠互相兼顧和協調操作。均勻控制系統的特點是其控制結果不像其他控制系統那樣,不是為了使被控變量保持不變,而是使兩個互相聯系的變量都在允許的范圍內緩慢地變化。9.簡述均勻控制系統的控制方案。答:以液位與流量的

7、均勻控制為例,其控制方案有簡單均勻控制與串級均勻控制兩種。從結構上來講,簡單均勻控制與一般的液位控制系統一樣,串級均勻控制與一般的液位一流量串級控制系統一樣。其區(qū)別在于均勻控制與一般的控制系統目的不一樣。之所以能夠使兩個變量間的關系得到協調,是通過控制器參數整定來實現的。均勻控制系統中的控制器一般都采用純比例作用,且比例度很大,必要時才引入少量的積分作用。10.什么叫比值控制系統?答:實現兩個或兩個以上的參數符合一定比例關系的控制系統,稱為比值控制系統。通常為流量比值控制系統,用來保持兩種物料的流量保持一定的比值關系。11.試簡述雙閉環(huán)比值控制系統及其使用場合。答:雙閉環(huán)比值控制系統有兩個閉合

8、回路,分別對主、副流量進行定值控制。同時,當主流量發(fā)生變化時,通過比值控制器來改變副流量控制器的給定值,使副流量能隨主流量的大小變化而變化,始終保持一定的比值關系。雙閉環(huán)比值控制系統主要適用于主流量干擾頻繁、工藝上不允許負荷有較大波動或工藝上經常需要提降負荷的場合。12.什么是前饋控制系統?它有什么特點?答:按擾動變化大小進行控制的系統稱為前饋控制系統。前饋控制系統的主要特點有:(1前饋控制是基于不變性原理工作的,比反饋控制及時、有效;(2前饋控制是屬于“開環(huán)”控制系統;(3前饋控制使用的是視對象特性而定的“專用”控制器,又稱前饋補償裝置;(4一種前饋作用只能克服一種干擾。13.前饋控制的主要

9、形式有哪幾種?答:前饋控制的主要形式有單純的前饋控制(又稱簡單前饋和前饋一反饋控制兩種。根據對干擾補償形式的特點,又分靜態(tài)前饋控制和動態(tài)前饋控制。14.前饋控制主要應用在什么場合?答:前饋控制主要用于下列場合:(1干擾幅值大而頻繁,對被控變量影響劇烈,單純反饋控制達不到要求時;(2主要干擾是可測不可控的變量;(3對象的控制通道滯后大,反饋控制不及時,控制質量差時,可采用前饋一反饋控制系統,以提高控制質量。15.什么是生產過程的軟保護措施?與硬保護措施相比,軟保護措施有什么優(yōu)點?答:所謂生產的軟保護措施,就是當生產短期內處于不正常情況時,無須像硬保護措施那樣硬性使設備停車,而是通過一個特定設計的

10、自動選擇性控制系統,以適當改變控制方式來達到自動保護生產的目的。這樣就可以減少由于停車而帶來的巨大經濟損失。16.什么是控制器的“積分飽和”現象?產生積分飽和的條件是什么?答:積分飽和現象是指有積分作用的控制器當偏差總不為零時,控制器的輸出就要一直增加到最大或降低到最小。產生這種現象的條件有三個:其一是控制器具有積分作用其二是控制器處于開環(huán)工作狀態(tài),其輸出沒有被送往執(zhí)行器;其三是控制器的輸入偏差信號長期存在。在選擇性控制系統中,沒有被選擇器選中的控制器就有可能產生積分飽和現象。17.積分飽和的危害是什么?有哪幾種主要的抗積分飽和措施?答:當控制器處于積分飽和狀態(tài)時,它的輸出將達到最大或最小的極

11、限值,該極限值已超出執(zhí)行器的有效輸入信號范圍(對于氣動薄膜控制閥來說,其有效輸入信號范圍一般為20100kPa。出現這種現象,對控制系統的工作是很不利的。因為當需要該控制器恢復工作狀態(tài)(在取代控制系統中,控制器重新被選擇器選中時,它不能馬上動作,必須待它的輸出退出飽和區(qū),返回到執(zhí)行器的有效輸入信號范圍內后,才能使執(zhí)行器開始動作。所以取代是不及時的,這樣會對系統的工作帶來嚴重的后果,甚至會造成事故?？狗e分飽和的主要方法有限幅法和積分切除法等。18.什么是分程控制系統?主要應用在什么場合? 答:分程控制系統就是一個控制器的輸出信號被送往兩個或兩個以上的控制閥,每個控制閥都只在控制器的某段信號范圍內工作。分程控制系統的應用場合主要有:(1用于擴大控制閥的可調范圍,改善控制品質;(2用于控制兩種不同的介質流量,以滿足工藝生產的要求,(3用作生產安全的防護措施。19.什么是多沖量控制系統?答:所謂多沖量控制系統,是指在控制系統中,有多個變量信號,經過一定的運算后,共同控制一只執(zhí)行器,以使某個被控的工藝變量有較高的控制質量。多沖量控制系統這個名稱主要在鍋爐的給水系統控制中應用比較廣泛。20.什么是三沖量控制系統?為什么要引入三個沖量?答:三沖量控制系統主要是指鍋爐汽包液位控制系統中,分別引入汽包液位、蒸汽流量和給水流量三個信號,經過一定的運算后,共同控