过程控制作业答案

第一章概述1.1过程控制系统由哪些基本单元组成？ 画出基本框图。控制器、执行机构、被控制工艺、检测和传动装置、警报、保护、连锁等部件1.2根据设定值，自动控制系统有哪些3种？值控制系统、随机控制系统、程序控制系统1.3简要阐述了控制系统过渡过程的单一质量指标，分别表示了过程控制系统的性能吗？a .衰减比和衰减率：稳定性指标b .最大动态偏差和超调量：动态准确性指标c .馀差：稳定的准确性指标d .调节时间和振荡频率：反应控制的快速性指标。第二章过程控制系统的建模方法练习题2.10把某个水槽表示在图中。 在此，f是槽截面积，R1、R2和R3都是线性水阻，Q1是流入量，Q2和Q3是流出量。 要求：(1)写以水位h为输出量、Q1为输入量的对象的动态方程式(2)写出对象的传递函数G(s )，并显示增益k和时间常数t的数值。(1)物料平衡方程式须增量关系式是然后呢如果代入增量关系式(2)两侧的拉变换如下：因此，信件如下：K=，T=第三章过程控制系统设计1 .蒸汽加热设备利用蒸汽加热材料，用搅拌机不断搅拌材料，材料达到必要温度后排出。 问题：(一)影响物料出口温度的因素是什么？(2)设计温度控制系统时，被控变量和控制变量应该选择谁？ 为什么？(3)材料温度过低凝结时，应如何相应地选择控制阀的开关形式和控制器的正反作用？解： (1)材料供给量、搅拌机搅拌速度、蒸汽流量(2)管理变量：物料的出口温度。 由于直观易控，是加热系统的控制目标。操作变量：蒸汽流量。 由于通过控制阀的开闭容易进行调整，因此变化范围广，对被控制变量有很大影响。(3)由于温度低的材料凝结，为了维持控制阀的常开状态，控制阀选择气锁式。 控制器选择正常工作。2 .如下图所示，锅炉锅罐液位控制系统要求锅炉不燃烧。 画了该系统的框图，判断控制阀的通气、断气模式，确定了控制器的正、反作用，并简要阐述了加热室温度上升蒸汽蒸发量增加时该控制系统如何克服干扰解：系统框图如下所示控制器阀门供水流量检测元件液面水平设定值液面水平干扰信道-是干扰过控制对象锅炉不燃烧，选择气动式，增益选择负控制器的正作用。克服干扰的过程：加热室温度上升，蒸汽蒸发量增加，锅液位下降，有正作用，调节器输出信号减少，增大气闭型阀开度，增大供水流量，进而使锅液位上升，克服蒸汽流量干扰的影响。3 .下图为精馏塔温度控制系统，通过调节进入再沸器的蒸汽量来实现控制变量的稳定。 绘制了该控制系统的框图，确定了控制阀的气开、气闭式和控制器的正、反作用，简要叙述了由于外界的干扰精馏塔的温度上升时该系统的控制过程(这里假设不能提高精馏塔的温度)。解：系统框图如下所示控制器阀门蒸汽流量检测元件温度设定值温度干扰信道-是干扰过控制对象根据标题阀选择气开型，正控制器的增益为反作用力。克服干扰的过程：外界干扰使蒸馏塔的温度上升时，有反作用的调节器的输出信号减少，开阀型阀的开度减少，蒸汽流量减少，精馏塔的温度降低，克服干扰的影响。第四章PID调整原理练习题4.2总结了调节器p、PI、PD的工作规律对系统控制质量的影响。练习题4.7某电动比例调节器的测量范围为100200oC，其输出为010mA。 当温度从140oC变为160oC时，调节器的输出从3mA变为7mA。 试着求出这个调节器的比例带。解答：练习题4.9某水槽液位控制系统如图所示。 已知F=1000cm2、R=0.03s/cm2、调节阀为气相式，其静态增益|Kv|=28cm3/smA、Km=1mA/cm .(1)绘制系统的传递框图(2)调节器是比例调节器，其比例带为=40%，当试着求出干扰Qd=56cm3/s以及一定值干扰r=0.5mA时，求出被调节量h的残差(3)将变更为120%时，其他条件不变，h的残差为多少？ 比较(2)(3)的计算结果，总结值对系统残差的影响(4)将电平调整器变更为PI调整器后，h的残差是多少？解： (1)液位控制器控制阀液面水平的对象液位检测器设定值-是(2)系统的动态方程式增量关系式又所以呢将上式进行拉斯变换得到得到单容液位过程的具体传递函数从系统框图得到的液面水平输出的干扰输入和针对设定值输入的传递函数分别如下如果扰动为真，则馀数差(此部分使用最终值定理):外部干扰为时，馀差：如果有过程的增益为正，气相关阀的增益为负，检测器的增益为正，负反馈系统的所有链路(包括比较链路)的增益积为负，则可以判断控制器的增益为负。过程增益为正，气闭式阀门增益为负，检测器增益为正，负反馈系统各环节(包括比较环节)的增益积为负，控制器增益为负。 以下称为将其他条件代入上式(3)此时结论比例度增大，残差增大。(4)变更为pi调整时对于干扰，馀数：设定值紊乱时，馀数：第5章串行控制1 .如图所示的加热器系列控制系统要求：(1)画出该控制系统的框图，说明主控制变量、副控制变量分别是什么(2)试验确定控制阀的开气、闭阀模式(空气开放型)(3)确定主、副控制器的正、反作用(副控制器：反作用力。 主控制器：反作用力)(4)将温度变送器的范围从以往的0500变更为200300时，控制系统会发生什么样的现象？ 应该怎样解决？ (Km1变大，控制作用变弱，馀差变大时，应该增大Kc1)(5)将流量变送器的量程从原来的0250kg/h变为0400kg/h，控制系统会产生什么样的现象？ 应该怎样解决？ (Km2变小、副回路的等效时间常数变大、控制变慢、响应速度变慢时，请增大Kc2 )2 .在图像加热炉出口温度的简单控制系统中(1)在供给流量和燃料成分混乱下，设计合理的串行控制系统，绘制框图，确定控制器的正、反作用(2)在燃料油压力紊乱下，设计合理的系列控制系统。解： (1)供给流量紊乱TT2TC2TT1TC1加热炉原料控制阀：空气打开副控制器：反作用力副被控制量：加热炉内部温度主控制器：反作用力主控量：料号出口温度系统框图如下所示扰动干扰信道干扰信道动作温度控制器温度控制器温度检测温度监测阀门出口温度设定炉膛温度(出口温度对象)流量(炉膛温度对象)内(2)燃料油压力紊乱电脑TT公司TC加热炉原料PT主控制器：反作用力主控量：料号出口温度副控制器：反作用力福被控制量：燃料油管内压力控制阀：空气打开系统框图：扰动干扰信道干扰信道动作压力控制器温度控制器温度检测压力监视阀门出口温度设定压力(出口温度对象)燃料箱内压力对象第六章特殊控制方法1 .比率控制系统有哪些类型，各有哪些特点？开环比控制、单环比控制、双环比控制、变比控制。2 .要求在某一化学反应过程中参与反应的a、b两种材料的保持比率，两种材料的最大流量=625、=290 .通过观察，a、b两种材料的流量随管路压力的变动而变化较好。 根据上述情况，要求：一)设计比较合适的比率控制系统；2 )计算该比的系统的比系数3 )在这个比率系统中，比率系数应该设定在哪里？ 设定值应该是多少(假设采用DDZ-型仪表？4 )选择该比率控制系统控制阀的开闭形式和控制器的正反作用。解： (1)a.a乙组联赛(2)将a对象设为能动量，将b对象设为计量。如果采用开角器如果不采用开角器(3)该系统采用比率器方案实施的话，直接设定比率系数即可。(由乘法器实现时，将乘法器置于运动量侧并设定。 中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析(4)A、b阀均选择开阀型阀，控制器选择反作用力。3 .管式加热炉原油出口温度分程控制(1)调节阀开关式：巴士气体调节阀(a )打开燃料油调节阀(b )打开动作新号段： a低信号412mA 0.020.06MPab高信号1220mA 0.06-0.1MPa(2)调节器的正反作用：反作用(3)系统框图控制器天然气调节阀温度对象温度变送器出口温度-是燃料调节阀工作原理：原油出口温度低时，反力控制器的输出信号高，天然气阀全开后，燃料阀打开到一定的开度，随着燃料量的增加出口温度上升，控制器的输出逐渐减少，燃料油阀的开度变慢，变小。 (温度上升速度慢)。 温度上升到苯点时，反作用力控制器输出低信号，燃料阀完全关闭，天然气阀的开度随温度上升逐渐变小，温度下降，控制器的信号再次增大，天然气阀增大，出口温度再次恢复，这样循环。 直到温度达到苯设定值。4 .如图所示，高位容器向用户供水，为了保证供水流量的稳定，要求控制高位容器出口流量。 但是，为了防止上位容器过高引起溢水事故，必须采取液面水平的保护对策。 由此，要求连续型选择控制系统的设计。 画了该系统的框图，确定了调节阀的开气、闭气形式和调节器的正、反作用力形式和选择器的类型，并简要阐述了该系统的工作原理。LTLCLS公司FC系列FT流量控制器出口流量对象温度变送器出口温度-是阀门液面水平的对象低选择器设定值流量控制器出口温度设定值-是温度变送器出口流量调节阀选择气闭型，液位控制器选择反力，流量控制器选择正力，选择器选择低选择器。工作原理：正常动作时，流量控制器动作，出口流量因干扰增大时，具有正作用的流量控制器的输出流量增大，阀开度减小，出口流量减少，克服干扰的影响，液位超过限制值时，在低选择器中选择液位控制器参加工作，液位持续增加时，具有正作用的液位控制器的输出信号减少第七章补偿控制补充主题：前馈-串行复合控制图示精馏塔塔釜温度和蒸汽流量的级联控制系统。 生产技术要求发生事故后立即停止供应蒸汽。 要求：1 .绘制控制系统的框图2 .确定调节阀的气体开关形式3 .确定主、副控制器的正、反作用力方式4 .如果前馈流量波动较大，则试着设计前馈-串行复合控制系统，已知系统的传递函数分别为、绘制了该复合控制系统的传递函数框图，描述了前馈调节器的传递函数，以探讨其实现的可能性。1 .系统框图反动派t.t反动派2 .燃气开放型(技术要求发生时中止蒸汽供应)3 .所有主子控制器都是反作用力4.FT电脑供应TCTT公司FTFC系列t.t子目标相当于增益为Ko2的追随系统。如果可能的话就能实现。第八章