过程控制-李文涛-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 43C 超调量 B 第一个波峰值与新稳定值之差 B 843 808 35C 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 8C 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 表示给定值为 800 余差为 9 由 1 得出的最大偏差 A 43 50 余C C C C C 差 C 8t1 2 1 00 tt hh 由式 1 1 可得 eh T t t 21 0 1 1 eh T t t 22 0 1 2 取自然对数并联立求解 得 1 2 2 1ln 1 1ln 12 00 tt tt T hh 1 3 2 1ln 1 1ln 2 1ln 1 1 1ln 2 00 00 tt tttt hh hh 为计算方便 选取代入式 1 2 和 1 3 则632 0 2 39 0 1 00 tt hh T 2 t2 t1 s220 140250 2 stt302501402212 10 10 196 0196 0 xyyk 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 0 0500 420 0 K 00 516 0 200300 420 KK 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 以 pp KK 5 1 保证开环放大倍数constKKKK pp 00 T3 11 由广义对象特性试验可知 min2 1min 3 2 64 0 420 56 0100 8589 TK 根据表 3 8 可得 367 0 2 1 3 2 64 0 1 11 11 1 T K p min96 3 2 13 33 3 i 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 主调节器TC流量调节器FC调节阀 蒸汽管 道 加热 器 温度变送器TT 流量变送器FT 给定值 蒸汽流量 副对象 冷物料 主对象 热物料 出口温度 xT xF 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 FC LT FT LC 污水排放 澄清池过滤池 清水池 系统框图 液位调节器流量调节器调节阀澄清池清水池 液位变送器 流量变送器 给定值 f1 污水 f1 排放 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 1 串级系统能够抑制主要干扰 控制参数应该为蒸汽流量 而不是冷水流量 TTTCFTFC 进料 出料 冷凝水 热水 冷水 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 TTTCPTPC 进料 出料 冷凝水 热水 冷水 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 F1C F2C k F1 F2 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 1 290 625 4 5 2 max2 max1 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 max2 max1 147 140 1 05 1 22 2 2 F F kk T6 8 1 前馈 串级控制系统 2 系统框图 Gff S GG G GG G G G S c1 c2 m1 m2 v PD O1 O2 S S S S S S S R s Y s F s 3 P130 系统的传递函数为 1 1 1 1 122 22 1 1 122 22 s ssss sss s s ssss sss ss sF sY G GGGG GGG G G GGGG GGG GG o mvoc voc c o mvoc voc ffPD 将不变性条件代入上式得 0 0 sYsF 216 372 s s Gff 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 加热炉 钢坯 PC TC TT PT LS 燃料 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