过程控制老师画的课后题目答案,除了7-4没有.pdf

1 第一章第一章思考题与习题思考题与习题 1 2 图 1 6 为温度控制系统 试画出系统的框图 简述其工作原理 指出被控过程 被控 参数和控制参数 解 乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体 并释放出热量 当电石加入时 内部温度上升 温度 检测器检测温度变化与给定值比较 偏差信号送到控 制器对偏差信号进行运算 将控制作用于调节阀 调 节冷水的流量 使乙炔发生器中的温度到达给定值 系统框图如下 被控过程 乙炔发生器 被控参数 乙炔发生器内温度 控制参数 冷水流量 2 2 2 2 1 1 1 1 如图所示液位过程的输入量为 Q1 流出量为 Q2 Q3 液位 h 为被控参数 C 为容量 系数 并设 R1 R2 R3 均为线性液阻 要求 1 列出过程的微分方程组 2 求过程的传递函数 W0 S H S Q1 S 3 画出过程的方框图 解 1 根据动态物料平衡关系 流入量 流出量 过程的微分方程的增量形式 dt dh QQ Q 321 dt hd C QQ Q 321 2 2 R h Q 3 3 R h Q 2 中间变量 消除中间变量 同除 R2 R3 得到 令 上式可写为 2 Laplace变换得到 传递函数 3 过程的方框图 2 2 2 2 2 2 2 2 如图所示 Q1为过程的流入量 Q2为流出流量 h为液位高度 C为容量系数 若 以Q1为过程的输入量 h为输出量 被控量 设R1 R2为线性液阻 求过程的传递函数 W0 S H S Q1 S 解 根据动态物料平衡关系 流入量 流出量 过程的微分方程的增量形式 中间变量 h RR dt hd RCRQRR 2332132 h dt hd RR RCR Q RR RR 32 32 1 32 32 32 32 RR RR R h dt hd CRQR 1 S H S CRSH S RQ1 1RCS R s Q s H s W 1 0 dt hd CQQ 21 2 2 R h Q h dt hd CRQR 212 S H S SHCR S QR 212 1SCR R s Q s H s W 2 2 1 0 3 传递函数 如果考虑管道长度l 即出现纯时延 由于管道流量恒定 所以 l Q 其传递函数为 其中 l Q 2 5 某过程在阶跃扰动量 u 20 其液位过程阶跃响应数据见下表 t s0102040608010 0 14 0 180260300400500 h cm000 20 82 03 65 48 811 814 416 618 419 2 1 画出液位h的阶跃响应曲线 2 求液位过程的数学模型 解 方法一 图解法 由图可以看出 过程应该用一阶加延时系统 100 2 0 20 x 0 y y K 0 0 从图中得到 40s T 260 40 220s S 2 2 1 0 e 1SCR R s Q s H s W 4 S40 S 0 0 e 1S220 100 e 1TS K s W 方法二 计算法 在图中取y t1 0 33y y t2 0 39y y t3 0 632 y y t4 0 7y 得t1 125st2 140st3 225st4 260s s150 tt 2T 231 s55t t 2 321 s168 8 0 tt T 14 2 s57 2 tt 3 41 2 可见数据很接近 于是 s159 2 TT T 21 0 s56 2 21 0 过程数学模型 S56 S 0 0 e 1S159 100 e 1TS K s W 6 6 6 6 7 7 7 7 在某生产过程中 冷物料通过加热炉对其进行加热 热物料温度必须满足生产工艺要 求 故设计图所示温度控制系统流程图 画出控制框图 指出被控过程 被控参数和控制参 数 确定调节阀的流量特性 气开 气关形式和调节器控制规律及其正 反作用方式 解 系统方框图 5 被控过程为加热炉 被控参数是热物料的温度 控制参数为燃料的流量 加热炉的过程特性一般为二阶带时延特性 即过程为非线性特性 因此 调节阀流量 特性选择对数特性调节阀 根据生产安全原则 当系统出现故障时应该停止输送燃料 调节阀应选用气开式 即 无气时调节阀关闭 控制器的正反作用的选择应该在根据工艺要求 原则是 使整个回路构成负反馈系统 控制器的正 反作用判断关系为 控制器 控制阀 对象 调节阀 气开式为 气关式为 控制器 正作用为 反作用为 被控对象 按工艺要求分析 通过控制阀的物量或能量增加时 被控制量也随之增 加为 反之随之降低的为 变送器一般视为正作用 根据安全要求 调节阀选气开式Kv为正 温度变送器Km一般为正 当调节器增加时 温度值增加 故过程 对象 为正 为了保证闭环为负 所以调节器应为负作用 6 6 6 6 8 8 8 8 下图为液位控制系统原理图 生产工艺要求汽包水位一定必须稳定 画出控制系 统框图 指出被控过程 被控参数和控制参数 确定调节阀的流量特性 气开 气关形式和 调节器的控制规律及其正反作用方式 解 控制系统框图如下图所示 被控过程为汽包 被控参数是汽包的液 位 控制参数为给水的流量 汽包的过程特性为一阶带时延特性 即 过程为非线性特性 因此 调节阀流量特性选 择对数特性调节阀 6 根据生产安全原则 当系统出现故障时应该停止输送燃料 调节阀应选用气关式 即 无气时调节阀打开 保证在控制出现故障时 汽包不会干烧 调节阀 选择气关式调节阀 故KV为 被控对象 按工艺要求分析 通过给水增加时 被控制参数的液位也会增加 所以 K0为 变送器一般视为正作用 控制器的正 反作用判断关系为 3 控制器 控制阀 对象 根据判断关系 式 调节器应为正作用 7 3 图为加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统 工艺要求一旦发生重大事故 立即切 断原料的供应 1 画出控制系统的组成框图 2 确定调节阀的流量特性气开 气关形式 3 确定主副调节器的控制规律及其正反作用方式 解 1 串级系统方框图如下 副回路选择加热炉炉膛温度控制 消除 F1 S 干扰 7 2 由于发生重大事故时立即切断燃料油的供应 从工艺的安全性考虑 调节阀选择气开 式 保证无气时调节阀关闭 3 主调节器选择 PI 或 PID 控制规律 副调节器选择 P 调节规律 由于燃料增加加热炉温度必然增加 所以过程为正 调节阀气开式为正 根据表 7 4 可知 主副调节器都选择正作用方式 7 7 7 7 5 5 5 5 某温度 温度串级控制系统 主调节器采用 PID 控制规律 副调节器采用 P 控制规律 采用两步整定法整定主 副调节器的参数 按 4 1 衰减比测得 1S 0 12 1S 0 5 T1S 140s T2S 12s 求主 副调节器参数的整定值 解 按照 4 1 两步整定法经验公式 主调节器 温度调节器 比例度 1 0 8 1S 0 8 0 12 9 6 积分时间常数TI 0 3 T1S 42 s 微分时间常数 TD 0 1 T1S 14 s 副调节器 比例度 2 2S 50 7 7 7 7 8 8 8 8 用蒸汽加热的贮槽加热器 进料量 Q1稳定 而 Q1的初始温度 T1有较大波动 生产工 艺要求槽内