過(guò)程控制作業(yè)答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第一章 概述1.1 過(guò)程控制系統(tǒng)由哪些基本單元構(gòu)成？畫出其基本框圖?？刂破?、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控過(guò)程、檢測(cè)與傳動(dòng)裝置、報(bào)警，保護(hù)，連鎖等部件1.2 按設(shè)定值的不同情況，自動(dòng)控制系統(tǒng)有哪三類？定值控制系統(tǒng)、隨機(jī)控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)1.3 簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程單項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)，它們分別表征過(guò)程控制系統(tǒng)的什么性能？a.衰減比和衰減率：穩(wěn)定性指標(biāo)； b.最大動(dòng)態(tài)偏差和超調(diào)量：動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)；c.余差：穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)；d.調(diào)節(jié)時(shí)間和振蕩頻率：反應(yīng)控制快速性指標(biāo)。第二章 過(guò)程控制系統(tǒng)建模

2、方法習(xí)題2.10某水槽如圖所示。其中F為槽的截面積，R1，R2和R3均為線性水阻，Q1為流入量，Q2和Q3為流出量。要求：寫出以水位H為輸出量，Q1為輸入量的對(duì)象動(dòng)態(tài)方程；寫出對(duì)象的傳遞函數(shù)G(s)，并指出其增益K和時(shí)間常數(shù)T的數(shù)值。（1）物料平衡方程為增量關(guān)系式為 而， ，代入增量關(guān)系式，則有（2）兩邊拉氏變換有：故傳函為：K=, T=第三章 過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1. 有一蒸汽加熱設(shè)備利用蒸汽將物料加熱，并用攪拌器不停地?cái)嚢栉锪?，到物料達(dá)到所需溫度后排出。試問(wèn)：影響物料出口溫度的主要因素有哪些？如果要設(shè)計(jì)一溫度控制系統(tǒng)，你認(rèn)為被控變量與操縱變量應(yīng)選誰(shuí)？為什么？如果物料在溫度過(guò)低時(shí)會(huì)凝結(jié)，據(jù)此情況

3、應(yīng)如何選擇控制閥的開、閉形式及控制器的正反作用？解：（1）物料進(jìn)料量，攪拌器的攪拌速度，蒸汽流量 （2）被控變量：物料出口溫度。因?yàn)槠渲庇^易控制，是加熱系統(tǒng)的控制目標(biāo)。 操作變量：蒸汽流量。因?yàn)槠淙菀淄ㄟ^(guò)控制閥開閉進(jìn)行調(diào)整，變化范圍較大且對(duì)被控變量有主要影響。（3）由于溫度低物料凝結(jié)所以要保持控制閥的常開狀態(tài)，所以控制閥選擇氣關(guān)式?？刂破鬟x擇正作用。如下圖所示為一鍋爐鍋筒液位控制系統(tǒng)，要求鍋爐不能燒干。試畫出該系統(tǒng)的框圖，判斷控制閥的氣開、氣關(guān)型式，確定控制器的正、反作用，并簡(jiǎn)述當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時(shí)，該控制系統(tǒng)是如何克服干擾的？解：系統(tǒng)框圖如下：控制器控制器閥門給水流量檢測(cè)元件

4、液位設(shè)定值 液位擾動(dòng)通道- 擾動(dòng)過(guò)控對(duì)象由于鍋爐不能燒干故選擇氣關(guān)式，增益為負(fù)控制器選擇正作用?？朔蓴_過(guò)程：當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時(shí)，鍋筒液位下降，具有正作用后調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)減小，使氣關(guān)型的閥門開度增大，從而使給水流量增大，進(jìn)而使鍋筒液位升高，克服蒸汽流量干擾的影響。如下圖所示為精餾塔溫度控制系統(tǒng)，它通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入再沸器的蒸汽量實(shí)現(xiàn)被控變量的穩(wěn)定。試畫出該控制系統(tǒng)的框圖，確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式和控制器的正、反作用，并簡(jiǎn)述由于外界干擾使精餾塔溫度升高時(shí)該系統(tǒng)的控制過(guò)程（此處假定精餾塔的溫度不能太高）。解：系統(tǒng)框圖如下：控制器控制器閥門蒸汽流量檢測(cè)元件溫度設(shè)定值 溫度擾動(dòng)通道- 擾

5、動(dòng)過(guò)控對(duì)象根據(jù)題意閥門選擇氣開型，增益為正控制器為反作用?？朔蓴_過(guò)程：當(dāng)外界干擾使蒸餾塔溫度升高時(shí)，具有反作用的調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)減小，使得氣開型的閥門開度減小，蒸汽流量隨之減小，使精餾塔溫度降低，克服干擾的影響。第四章 PID調(diào)節(jié)原理習(xí)題4.2 試總結(jié)調(diào)節(jié)器P, PI, PD動(dòng)作規(guī)律對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響。習(xí)題4.7 某電動(dòng)比例調(diào)節(jié)器的測(cè)量范圍為100200oC，其輸出為010mA。當(dāng)溫度從140oC變化到160oC時(shí)，測(cè)得調(diào)節(jié)器的輸出從3mA變化到7mA。試求出該調(diào)節(jié)器比例帶。 解：習(xí)題4.9某水槽液位控制系統(tǒng)如圖所示。已知，F(xiàn)=1000cm2，R=0.03s/cm2，調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)式，其靜態(tài)增

6、益|Kv|=28cm3/smA，Km=1mA/cm。畫出系統(tǒng)的傳遞方框圖；調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)器，其比例帶=40%，試分別求出擾動(dòng)Qd=56cm3/s以及定值擾動(dòng)r=0.5mA 時(shí)，被調(diào)量h的殘差；若改為120%，其他條件不變，h的殘差又是多少？比較（2）（3）的計(jì)算結(jié)果，總結(jié)值對(duì)系統(tǒng)殘差的影響；液位調(diào)節(jié)器改用PI調(diào)節(jié)器后，h的殘差又是多少？解：(1)液位控制器器液位控制器器控制閥液位對(duì)象液位檢測(cè)器設(shè)定值-(2)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程 QUOTE 增量關(guān)系式為 QUOTE 又 QUOTE 所以有 QUOTE 對(duì)上式進(jìn)行拉氏變換，得到 QUOTE 從而得到單容液位過(guò)程的具體傳遞函數(shù)為 QUOTE 由系統(tǒng)方框圖

7、可得液位輸出對(duì)于擾動(dòng)輸入和設(shè)定值輸入的傳遞函數(shù)分別為：擾動(dòng)為 QUOTE 時(shí)，余差（這部分用到終值定理 QUOTE ）：擾動(dòng)為 QUOTE 時(shí)，余差：若 QUOTE ，則有 QUOTE 過(guò)程的增益為正，氣關(guān)式閥門增益為負(fù)，檢測(cè)器增益為正，由負(fù)反饋系統(tǒng)全部各個(gè)環(huán)節(jié)（包括比較環(huán)節(jié)）增益乘積為負(fù)可判斷控制器增益為負(fù)。 QUOTE 過(guò)程的增益為正，氣關(guān)式閥門增益為負(fù)，檢測(cè)器增益為正，由負(fù)反饋系統(tǒng)全部各個(gè)環(huán)節(jié)（包括比較環(huán)節(jié)）增益乘積為負(fù)可判斷控制器增益為負(fù)。 將 QUOTE ， QUOTE ， QUOTE 以及其它條件代入上式，可得(3) QUOTE ，此時(shí)有結(jié)論：比例度變大，殘差變大。（4）若改為PI

8、調(diào)節(jié)，則對(duì)于擾動(dòng) QUOTE ，余差：對(duì)于設(shè)定值擾動(dòng) QUOTE ，余差：第五章 串級(jí)控制對(duì)于如圖所示的加熱器串級(jí)控制系統(tǒng)，要求：畫出該控制系統(tǒng)的框圖，并說(shuō)明主被控變量、副被控變量分別是什么？試確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式；（氣開型）確定主、副控制器的正、反作用；（副控制器：反作用。主控制器：反作用）溫度變送器量程由原來(lái)的0500改變?yōu)?00300，控制系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？應(yīng)如何解決？（Km1增大，控制作用減弱，余差增大，則應(yīng)增大Kc1）流量變送器量程由原來(lái)的0250kg/h改變?yōu)?400kg/h，控制系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？應(yīng)如何解決？（Km2減小，副回路等效時(shí)間常數(shù)增大，控制變慢，響應(yīng)速度減慢，

9、則應(yīng)增大Kc2）對(duì)于如圖所示加熱爐出口溫度簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，要求：在進(jìn)料流量或燃料成分?jǐn)_動(dòng)下，設(shè)計(jì)合理串級(jí)控制系統(tǒng)，畫出框圖，確定控制器的正、反作用；在燃料油壓力擾動(dòng)下，設(shè)計(jì)合理串級(jí)控制系統(tǒng)。解：（1）進(jìn)料流量擾動(dòng)TT2TT2TC2TT1TC1加熱爐TC2TT1TC1加熱爐原料控制閥：氣開副控制器：反作用副被控量：加熱爐內(nèi)部溫度主控制器：反作用主被控量：物料出口溫度系統(tǒng)框圖如下擾動(dòng)擾擾動(dòng)通道擾動(dòng)通道動(dòng)擾動(dòng)通道擾動(dòng)通道溫度控制器溫度控制器溫度檢測(cè)溫度監(jiān)測(cè)閥門溫度控制器溫度控制器溫度檢測(cè)溫度監(jiān)測(cè)閥門出口溫度設(shè)定爐膛溫度（出口溫度對(duì)象）流量（爐膛溫度對(duì)象）內(nèi)爐膛溫度（出口溫度對(duì)象）流量（爐膛溫度對(duì)象）內(nèi)

10、（2）燃料油壓力擾動(dòng)PCTTTC加熱爐PCTTTC加熱爐原料PTPT主控制器：反作用主被控量：物料出口溫度副控制器：反作用福被控量：燃料油管內(nèi)壓力控制閥：氣開系統(tǒng)框圖：擾動(dòng)擾擾動(dòng)通道擾動(dòng)通道動(dòng)擾動(dòng)通道擾動(dòng)通道壓力控制器溫度控制器溫度檢測(cè)壓力監(jiān)測(cè)閥門壓力控制器溫度控制器溫度檢測(cè)壓力監(jiān)測(cè)閥門出口溫度設(shè)定壓力（出口溫度對(duì)象）燃料罐內(nèi)壓力對(duì)象壓力（出口溫度對(duì)象）燃料罐內(nèi)壓力對(duì)象第六章 特殊控制方法1. 比值控制系統(tǒng)有哪些類型？各有什么特點(diǎn)？開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng)。2. 某化學(xué)反應(yīng)過(guò)程要求參與反應(yīng)的A、B兩物料保持 QUOTE 的比例,兩物料的最大流量

11、QUOTE =625 QUOTE , QUOTE =290 QUOTE .通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)A、B兩物料流量因管線壓力波動(dòng)而經(jīng)常變化。根據(jù)上述情況，要求：1）設(shè)計(jì)一個(gè)比較合適的比值控制系統(tǒng)；2）計(jì)算該比值系統(tǒng)的比值系數(shù) QUOTE ；3）在該比值系統(tǒng)中，比值系數(shù)應(yīng)設(shè)置于何處？設(shè)置值應(yīng)該是多少（假定采用DDZ-型儀表）？4）選擇該比值控制系統(tǒng)控制閥的開閉形式及控制器的正反作用。解：（1）AAB(2)將A物件作為主動(dòng)量，B物件作為從動(dòng)量。若采用開方器若不采用開方器(3)該系統(tǒng)若采用比值器方案實(shí)施，將比值系數(shù)直接設(shè)置即可， QUOTE 。（若采用乘法器實(shí)現(xiàn)，因 QUOTE ，則將乘法器放置在從動(dòng)量一側(cè)，設(shè)

12、定 QUOTE 。）(4)A、B閥門均選用氣開型閥門，控制器選反作用。3. 管式加熱爐原油出口溫度分程控制 （1）調(diào)節(jié)閥開關(guān)型式：瓦斯氣調(diào)節(jié)閥（A）氣開 燃料油調(diào)節(jié)閥（B）氣開工作新號(hào)段： A 低信號(hào)412mA 0.020.06MPa B 高信號(hào)1220mA 0.06-0.1MPa （2）調(diào)節(jié)器正反作用：反作用（3）系統(tǒng)框圖控制器控制器天然氣調(diào)節(jié)閥溫度對(duì)象溫度變送器出口溫度-燃油調(diào)節(jié)閥工作原理： 當(dāng)原油出口溫度較低時(shí)，反作用控制器輸出信號(hào)較高，天然氣閥門全開后，燃油閥門打開到一定開度，隨著燃料量的增加，出口溫度上升，控制器輸出逐漸減小，使燃料油閥門開度變慢，變小。（溫度上升速度放緩）。溫度高至

13、苯一點(diǎn)時(shí)，反作用控制器輸出為低信號(hào)，燃油閥完全關(guān)閉，天然氣閥開度隨溫度升高逐漸變小，溫度有所降低，控制器信號(hào)再次增大，使天然氣閥門開大，使出口溫度再次回升，如此循環(huán)。直至溫度達(dá)到苯設(shè)定值。如圖所示高位槽向用戶供水，為保證供水流量的平穩(wěn)，要求對(duì)高位槽出口流量進(jìn)行控制。但為了防止高位槽過(guò)高而造成溢水事故，需對(duì)液位采取保護(hù)性措施。根據(jù)上述情況，要求設(shè)計(jì)一連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)。試畫出該系統(tǒng)的框圖，確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反作用形式以及選擇器的類型，并簡(jiǎn)述該系統(tǒng)的工作原理。LTLCLTLCLSFCFT流量流量控制器出口流量對(duì)象溫度變送器出口溫度-閥門液位對(duì)象低選器設(shè)定值流量控制器出口溫度

14、設(shè)定值-溫度變送器出口流量調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)型，液位控制器反作用，流量控制器正作用，選擇器選低選器。工作原理：正常工作時(shí)，流量控制器工作，出口流量受干擾增大時(shí)，具有正作用的流量控制器輸出流量增大，使閥門開度變小，出口流量減小，從而克服干擾的影響，當(dāng)液位超過(guò)限值時(shí)，由低選器選擇液位控制器參加工作，當(dāng)液位繼續(xù)增加時(shí)，具有正作用的液位控制器輸出信號(hào)減小，使閥門開度變大，出口流量增加使液位回降。第七章 補(bǔ)償控制補(bǔ)充題目：前饋-串級(jí)復(fù)合控制 如圖所示精餾塔塔釜溫度與蒸汽流量的串級(jí)控制系統(tǒng)。生產(chǎn)工藝要求一旦發(fā)生事故應(yīng)立即停止蒸汽的供應(yīng)。要求：1. 畫出控制系統(tǒng)框圖；2. 確定調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)形式；3. 確定主、副控制器的正、反作用方式；4. 如果進(jìn)料流量波動(dòng)較大，試設(shè)計(jì)一個(gè)前饋-串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)，已知系統(tǒng)中有關(guān)傳遞函數(shù)分別為，試畫出此復(fù)合控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖，并寫出前饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，討論其實(shí)現(xiàn)的可能性。1.系統(tǒng)框圖反作用反作用T反作用2.氣開型（工藝要求一旦發(fā)生事故終止蒸汽供應(yīng)）3.主副控制器均為反作用4. FTPC進(jìn)料TCTTFTFC FTPC進(jìn)料TCTTFTFCT副對(duì)象相當(dāng)于增益為Ko2的隨動(dòng)系統(tǒng)若 QUOTE ，可實(shí)現(xiàn)。第八章 關(guān)聯(lián)分析和解耦控制