《過程控制與自動化儀表(第3版)》思考題與習(xí)題

6章思考題與習(xí)題根本練習(xí)題答：改善。前饋掌握與反響掌握各有什么特點(diǎn)？為什么承受前饋-反響掌握系統(tǒng)能改善掌握品質(zhì)？答：前饋掌握的特點(diǎn)：開環(huán)掌握、比反響掌握準(zhǔn)時、可以作為專用調(diào)整器。穩(wěn)定在設(shè)定值上保證系統(tǒng)的較高掌握質(zhì)量。承受前饋－反響掌握系統(tǒng)能改善掌握品質(zhì)是由于該復(fù)合掌握系統(tǒng)一方面利用前饋掌握值上，從而保證系統(tǒng)有較高的掌握質(zhì)量。前饋掌握系統(tǒng)有哪些典型構(gòu)造形式？什么是靜態(tài)前饋和動態(tài)前饋？不考慮其動態(tài)偏差。的構(gòu)造簡單，只有當(dāng)工藝要求掌握質(zhì)量特別高時才需要承受動態(tài)前饋補(bǔ)償掌握方案。答：由于前饋掌握做不到對干擾的完全補(bǔ)償：2〕在實(shí)際生產(chǎn)過程中，影響被控參數(shù)變化的干擾因素是很多的，不行能3〕前饋補(bǔ)償器的數(shù)學(xué)模型是由過程的動特性F 0

F 0定的補(bǔ)償器在物理上有時也是很難實(shí)現(xiàn)的。答：前饋掌握系統(tǒng)的選用原則為：第6第6198以考慮引入前饋掌握。質(zhì)量較差時，可以考慮引入前饋掌握，以提高掌握質(zhì)量。系統(tǒng)抑制干擾的力量較差時，可以考慮引人前饋掌握以改善掌握性能。能夠到達(dá)工藝要求時，則盡可能承受靜態(tài)前饋補(bǔ)償而不承受動態(tài)前饋補(bǔ)償。前饋掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：〔于被控參數(shù)產(chǎn)生偏差之前。答：穩(wěn)定裕量不變，只能削減調(diào)整器的放大系數(shù)，同樣導(dǎo)致調(diào)整質(zhì)量的下降。Smith預(yù)估掌握方案能否改善或消退過程大純滯后對系統(tǒng)品質(zhì)的不利影響？為什么？答：Smith預(yù)估掌握的閉環(huán)特征方程式中已經(jīng)沒有e0s該系統(tǒng)與大滯后過程掌握系統(tǒng)相比已經(jīng)消退了純滯后對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。答：可以將串級掌握系統(tǒng)中的副回路視為放大系數(shù)為“正”的環(huán)節(jié)。整個副回路可視為一放大倍數(shù)為正的環(huán)節(jié)來看。符號而與其他環(huán)節(jié)無關(guān)？為什么？答:2〕主、副調(diào)整器的正反作用方式選擇的方法是：首先依據(jù)工藝要求打算調(diào)整閥的氣定主調(diào)整器的正反作用形式。副調(diào)整器的正、反作用選錯后又會如何？答：遠(yuǎn)離給定值。旦發(fā)生重大事故，應(yīng)馬上切斷燃料油的供給。要求：

6-1確定調(diào)整閥的氣開、氣關(guān)型式；答：6-2所示：6-2

〔〕干擾。S1S氣開式，保證無氣時調(diào)整閥關(guān)閉。PI〔PID〕P調(diào)整規(guī)律。都選擇反作用方式。旦發(fā)生事故應(yīng)馬上停頓蒸汽的供給。要求：畫出掌握系統(tǒng)的框圖；確定調(diào)整閥的氣開、氣關(guān)型式；確定主、副調(diào)整器的正、反作用方式。6-3溫度、流量串級掌握系統(tǒng)6-4所示：6-4調(diào)整閥：氣開形式；這是由于當(dāng)掌握系統(tǒng)一旦消滅故障，調(diào)整閥必需關(guān)閉，以使切斷整齊的供給，確保設(shè)備的安全。〔3〕主調(diào)整器：反作用方式；負(fù)調(diào)整器：反作用方式。在設(shè)計(jì)某一個串級掌握系統(tǒng)時，主調(diào)整器承受PID調(diào)整規(guī)律，副調(diào)整器承受P4:1衰減曲線法已經(jīng)測得：， 44% T，2s 2s

20s ，1s，

44% T，1s，

10min答：依據(jù)題意，運(yùn)用第54:1衰減曲線法計(jì)算公式，計(jì)算出主、副調(diào)整器的整定參數(shù)為：主調(diào)整器的比例度為

1

1.550%60%

T0.3T1

3minT0.1TD 1s

1min副調(diào)整器〔流量調(diào)整器〕的比例度為 2 2s

44%某串級掌握系統(tǒng)在4:1衰減比的條件下測得過程的參數(shù)為 8%，1s 42%，T2s

2s

調(diào)整規(guī)律，副調(diào)整器答：4∶1衰減比的條件下測得的數(shù)據(jù)，由衰減曲線法參數(shù)計(jì)算公式表得：副調(diào)整器承受P調(diào)整規(guī)律，查表得： = =42%2 2S主調(diào)整器承受PID調(diào)整規(guī)律，查表得： =0.8 =64%，T=0.3T =3min，1 1S I 1ST =0.1T =1minD 1s綜合練習(xí)題某一前饋-反響掌握系統(tǒng)，其過程掌握通道的傳遞函數(shù)為G(s) K0 es

0 (T01

s1)(T02

s1)KG(s) f

efsf (Tf

02

答：有的：GsGfsb Gs 〔6-1〕0要求f

，分子階次不高于分母階次，這樣才能物理上實(shí)現(xiàn)。0預(yù)估掌握方案中存在的主要問題是什么？目前有哪些改進(jìn)方案？答：控過程的特性不能準(zhǔn)確得到則難以獲得預(yù)期的掌握效果。目前改進(jìn)方案有：增益自適應(yīng)預(yù)估掌握；動態(tài)參數(shù)自適應(yīng)預(yù)估掌握。Smith6-5所示，在干擾F(s)發(fā)生變化時，預(yù)估器能否消退大純滯后對系統(tǒng)的不利影響？為什么？6-5史密斯預(yù)估掌握實(shí)施框圖答：可以。由于史密斯預(yù)估掌握的閉環(huán)特征方程式中已沒有es項(xiàng)。換句話說，該系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比已消退了純滯后對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。6-3所示的溫度-流量串級掌握系統(tǒng)中，假設(shè)進(jìn)料流量F波動較大，試設(shè)計(jì)一個前饋-串級復(fù)合掌握系統(tǒng)，系統(tǒng)中有關(guān)傳遞函數(shù)為：G (s)

Ke01

G (s)K

KefsG(s) f01 (T01

02

02

Ts1f現(xiàn)的可能性。答：6-6所示：6-6復(fù)合掌握系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖前饋調(diào)整器的傳遞函數(shù)：G(s)B G

G

s

seK 02 01 eK

〔6-2〕sf

Ts1Ts1

KTs1Ts1 f

01

02

2

ef0se0KKse00102

f v

KK0102

Ts1Gsf va〕要求f>0b〕分子階次不高于分母階次，這樣才能物理上實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)被控過程的傳遞函數(shù)為Kes e10s02G(s)Ts15s)020可以求得史密斯預(yù)估掌握器的傳遞函數(shù)為1G(s)s

1)2

(1e10s)PID掌握系統(tǒng)和帶有史密斯預(yù)估器的掌握系統(tǒng)進(jìn)展仿真，畫出其仿真波形，并比較它們的掌握性能。答：clcclearG1=tf(1,conv[51],[51]);tau1=10;[np,dp]=pade(tau1,2);Gp=tf(np,dp);G=G1*Gp;[KTtau]=kttau(G);[Gc4KpTiTd]=cc01(4,[KTtau]);Gcc4=feedback(G*Gc4,1);set(GCC4,”Td”,tau1);holdon;[y1t]=step(Gcc4);sigma_1tp_1ts_1”);[sigma_1,tp_1,ts_1perf(1,y1,t);Gcc5=feedback(G1*Gc4,1);set(Gcc5,”Td”,tau1);step(Gcc5,”b”);legend(”PID”,”SMITHPID”);6-7所示：第6第6204

6-7系統(tǒng)仿真結(jié)果圖掌握系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線掌握效果明顯比單純掌握有明顯的改善，超調(diào)越小，調(diào)整過程加速。設(shè)計(jì)題es的帕德一階近似式和帕德二階近似式分別為es和

1s21s2 2es

1 s s22 221s2s22 2答：有得：0

22

〔6-3〕ss第6第6205

1s2(1es)s 0 1s2

〔6-4〕6-8所示。6-8史密斯預(yù)估掌握系統(tǒng)的實(shí)施框圖有得：

21 s s22 2

0 21 s 2 2

〔6-5〕由此可得預(yù)估器s

2

1 s s22 2 (1es)s 0 21 s s22 2

〔6-6〕史密斯預(yù)估掌握系統(tǒng)的實(shí)施框圖同帕德一階史密斯預(yù)估掌握框圖。某加熱器承受夾套式加熱的方式來加熱物料。物料溫度要求嚴(yán)格加以掌握。夾6-9所示。要求：假設(shè)冷水流量波動是主要干擾，應(yīng)承受何種掌握方案？為什么？假設(shè)蒸汽壓力波動是主要干擾，應(yīng)承受何種掌握方案？為什么？假設(shè)冷水流量和蒸汽壓力都常常波動，應(yīng)承受何種掌握方案；為什么？圖6-9加熱物料工藝流程圖 圖6-10加熱器串級掌握系統(tǒng)答：假設(shè)冷水流量波動是主要干擾，承受前饋-反響掌握；被控變量為物料出料溫度，掌握變量蒸汽流量，前饋信號為冷水流量。被控變量為蒸汽流量或壓力，掌握變量蒸汽流量。-串級掌握；主被控變量為物料出料溫度，副被控變量為蒸汽流量或壓力，掌握變量蒸汽流量，前饋信號為冷水流量。所示加熱器串級掌握系統(tǒng)，要求：畫出掌握系統(tǒng)的方框圖；假設(shè)工藝要求加熱器的溫度不能過高，試確定調(diào)整閥的氣開、氣關(guān)型式；確定主、副調(diào)整器的正、反作用方式；答：TCFC調(diào)整閥蒸汽管道TCFC調(diào)整閥蒸汽管道加熱容器熱物料FTTT6-11掌握系統(tǒng)的方框圖依據(jù)工藝要求：調(diào)整閥選用氣開。由工藝可知，當(dāng)調(diào)整閥開度增大，則容器溫度上升，故為K 正；為保證副回路02為負(fù)反響，則K 應(yīng)為正，即為反作用調(diào)整器；當(dāng)容器溫度上升，容器出口熱物料溫度也c2隨之上升，故K01

也為正；為保證主回路為負(fù)反響，則Kc1

應(yīng)為正，即為反作用調(diào)整器。當(dāng)蒸汽壓力突然增加時：副回路掌握器準(zhǔn)時作用，調(diào)整副回路調(diào)整閥，使得閥開度減小，從而保證容器出料口溫度保持不變。做出反響，使得副回路調(diào)整閥開度增大，使得容器出口物料溫度得以恒定。其中污水流量常常波動，是諸多干擾中最主要干擾。試設(shè)計(jì)一個掌握系統(tǒng)，要求：畫出掌握系統(tǒng)流程圖與方框圖；為了保證清水的處理質(zhì)量，試確定調(diào)整閥的氣開、氣關(guān)型式；確定各調(diào)整器的正、反作用。6-12污水處理過程示意圖答：6-13所示：FCFTLT LC污水 污水澄清池 過濾池 清水池6-13掌握系統(tǒng)流程圖6-14所示：LCLCFC調(diào)整閥污水管道清水池FTLT6-14掌握系統(tǒng)方框圖為了保證清水的處理質(zhì)量，調(diào)整閥選用氣關(guān)類型。3〕由工藝可知，當(dāng)調(diào)整閥開度增大，則清水池水位上升，故為K 正；為保證副回302路為負(fù)反響，則K

下降，故K01

也為負(fù)；為保