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课后答案一、 绪论2-（4）解：控制系统框图：被控过程：加热室+汽包被控参数：汽包水位控制参数：上水流量干扰参数：蒸汽流量变化三、 过程控制仪表1-（2）解：由式=1Kc*100%可得：Kc=1比例积分下u可由下式计算得到：u=Kcet+1TIetdt=1+1204dt=3mAu = u +u(0) = 3mA + 6mA = 9mA所以经过4min 后调节器的输出9mA.1-（6）解：工程上，通常将调节器的输出随反馈输入的增大而增大时，称为正作用调节器；而将调节器的输出随反馈输入的增大而减小时，称为反作用调节器。2-（1）解：解:对于比例微分电路,设A1为理想运放,则有: 对于比例积分电路部分,设A2反响输入端电压VF,则有: 2-（5）气开。图略。四、 被控过程的数学模型2-（2）解：（1） 该液位过程的微分方程：（2） 系统框图：（3） 传递函数：对微分方程组消去中间变量q2、q23、q12 ，则，在上述方程中消去h1有：对上式进行拉式变换得：2-（5）解：（1）设脉冲响应为y(t)，阶跃响应为y1(t)，y1t=yt+y1t-t0 t0=t=20s作图略（2）由阶跃响应曲线知，此系统是无自衡过程，因此不能用带纯滞后的一阶惯性对象来近似。可再加积分环节。五、 简单控制系统的设计1-（10）解：由表5-3可得，=0.8s=0.8*5=0.4TI=0.3Ts=0.3*10=3sTD=0.1Ts=0.1*10=1s2-（4）解:(1) 注意：类似计算，由于选点不同，结果不唯一。(2)查表可得 3-（1）被控变量：热水出水温度；控制变量：蒸汽流量。阀：气开。控制器：反作用。控制规律：PID六、 常用高性能过程控制系统1-（11）解：（1） 控制系统框图加热炉炉膛调节阀T2CT1C-T2TT1T（2） 调节阀：气开形式；这是因为当控制系统一旦出现故障，调节阀必须关闭，以便切断蒸汽的供应，确保设备的安全。3）主调节器：反作用方式；副调节器：反作用方式。对于副回路，Kv气开为正，K02为正， Km2为正，所以有Kc2为正，即副调节器为反作用方式；对于主回路，副回路等效增益为正， K01 为正， Km1为正，所以有Kc1为正，即主调节器为反作用方式。1-（14）解：（1）系统框图Gm1(s)Gc2(s)Gv(s)Go(s)XI1Q1(s)-I0Gm2(s)因按4:1 衰减曲线法测得数据，由表5-3 得：副调节器采用P 调节规律，查表得： s=2s=42%主调节器采用PID调节规律，查表得： 1=0.81s=8%，TI=0.3TIs=36s，TD=0.1TIs=12s2-（4）解：（1）系统框图如下：（2）前馈调节器的传递函数：（3）讨论前馈实现的可能性：1）要求f0 ，2）分子阶次不高于分母阶次，这样才物理上可实现。3-（2）解：1、如果冷水流量波动是主要干扰，采用前馈反馈控制；被控变量为物料出料温度,控制变量蒸汽流量,前馈信号为冷水流量。2、如果蒸汽压力波动是主要干扰，采用串级控制；主被控变量为物料出料温度, 副被控变量为蒸汽流量或压力,控制变量蒸汽流量。3、如果冷水流量和蒸汽压力都经常波动，采用前馈串级控制；主被控变量为物料出料温度, 副被控变量为蒸汽流量或压力,控制变量蒸汽流量, 前馈信号为冷水流量。注：上述方案以蒸汽流量为控制变量。若以冷水流量为控制变量，则可得到另一组答案，同学可尝试下。七、实现特殊工艺要求的过程控制系统1-（14）解：（1）系统框图如下：（2）1-（15）解：（1）A、B 两阀均采用气开形式，A 阀工作在在0.02Mpa 到0.06Mpa 信号段，当信号超过0.06Mpa 时，A 阀全开；B 阀工作在0.06Mpa 到0.10Mpa 信号段。（2）由于A、B 两个阀都采用气开形式，所以当执行器信号增大时，A、B 两阀开度变大，所以执行器为正作用形式；而当进入加热炉燃料量增大时，原油温度升高，所以被控对象为正作用形式；所以调节器选择增益为正，反作用形式。（2） 控制框图如下：工作原理：当控制器根据温度设定与实际原油出口温度之差运算得到控制信号在A 阀工作信号段内时，仅A 阀开启；而当控制信号在B 阀工作信号段时，则A 阀全开，B 阀开启。1-（16）：正常：出水流量控制系统。调节阀为出水阀。气开。控制器：反作用。备用：液位控制系统。调节阀为出水阀。气开。因阀开度大，液位下降，对象增益0，所以控制器选正作用。液位控制在液位过高时启用。此时液位控制器输出增大，选择器应为高选，HS。3-（3）解：系统框图如下：为防止故障状况下，水溢出水槽，调节阀采用气开形式，因此调节阀为正作用形式。又由于当调节阀开度变大时，水流量变大，液位升高，因此被控对象均为正作用。所以液位控制器、流量控制器均为反作用形式。八、复杂过程控制系统1-（4）解：采用增益矩阵计算法获取相对增益矩阵：从相对增益矩阵可以看出，选用u1y1,u2y2, u3y3 的变量配对方案，但u1y1 和u3y3 间需解耦。