过控思考题及习题全

第一章考试问题和练习1.1什么是控制通道？什么是干扰通道？如何影响系统质量控制？答：“通道”是一个参数影响另一个参数的过程。这里说的控制通道是控制角色(通常应为控制器输出)U(s)对控制参数Y(s)的影响路径(通常，控制通过执行器影响控制变量，控制变量通过控制对象影响控制参数，即广义对象的控制通道)。同样，干涉通道是干涉作用F(s)对控制参数Y(s)的影响过程。干涉通道的特性对控制系统质量的影响如下表所示。控制通道的特性对控制系统质量的影响如下表所示1.2如何选择控制变量？答：选定的控制变量必须是可控的。选定的控制变量应具有较大的通道比例，大于扰动通道的比例。选定的控制变量越大，扰动通道时间常数越好，控制通道时间常数应适当小，但不能太小。所选控制变量的通道纯延迟时间越小越好。选定的控制变量应尽量远离控制变量，接近控制阀。选择控制变量时，还要考虑工序的合理性。一般来说，生产负荷与产品生产直接相关，不应频繁更改，除非非常必要，否则不建议选择生产负荷作为管理变量1.3控制器的比例波动对控制系统的控制精度有什么影响？如何影响控制系统的动态质量？A: Gc(s)=Kc时，也就是说，如果控制器是纯比例控件，则系统的余数与比例成反比。也就是说，与比例成正比。换句话说，比例越大，残差差异越大。Kc增加，减少，控制精度增加(余差减少)，但系统的稳定性下降。使用1.4: 1衰减曲线方法调整控制器参数的关键点是什么？答：衰退曲线方法在系统的闭环条件下，将控制器积分时间Ti放在最大值，将差分时间Td放在最小值，将倍率度放在适当的值(通常为100%)，然后逐渐将从大值更改为小值，每次更改值时，更改给定值，以使系统产生相位干扰，同时观察转换过程的变化。如果阻尼比大于4: 1，将继续减小，而小于4: 1，将增大，直到转换过程出现4: 1的衰减。在4: 1衰减振动中寻找比例s和振动周期Ts。可以使用另一种类型的控制器实验计算引起4: 1振动的控制器参数值。按顺序放置控制器参数。但是，在放入积分，微分之前，必须将比计算值稍大的值(约20%)放入更多的值，在放入积分，微分之后，必须将放入计算值。放置控制器参数后，可以再次添加碰撞，以确保切换过程为4: 1衰减振动。如果不满足要求，则相应地调整值，直到满意为止。1.5度1.41是利用蒸汽加热到所需温度后排出的蒸汽加热设备。问题：影响材料出口温度的主要因素是什么？答：影响项目出口温度的主要因素是蒸汽流，物料流是影响项目出口温度的主要因素。如果要设计温度控制系统，您认为在控制变量和控制变量中应该选择哪些参数？怎么了？答：控制变量是物料出口温度，控制变量是蒸汽流量。材料出口温度表征了系统的质量指标，因此蒸汽流量控制，没有纯滞后，接近控制阀，控制通道时间常数小。温度过低时材料凝结的情况下，如何选择调节阀的开关形式和控制器的正负效应？答：如果煤气来源的煤气供应中断，或控制器故障而没有输出，则必须选择煤气关闭以防止物料凝结。出口温度降低时，要求蒸汽流量增加。也就是说，控制阀输入减少，控制器输出减少。此时，控制器输入减少了测量值，控制器选择为正数。1.6图1.42是热交换器出口温度控制系统，在以下条件下，需要检查控制阀开口、闭合形式和控制器的正负：加热的材料在温度太高时分解，自我聚合。答：控制阀气体关闭，控制器反应。加热的材料在温度过低时凝结。答：控制阀空气开启，控制器的积极作用。如果控制变量是冷却剂流，该地区的最低温度在0 以下，防止换热器冻结的方法。答：控制阀气体关闭，控制器反应。图1.43中显示了1.7单回路系统箱图。如果系统中某个组件的参数发生变化，系统质量会如何？怎么了？答：增加KC、KV、K0会减少系统残差，但降低系统稳定性。T0的增加降低了系统的运行频率，降低了控制速度。这样就不能及时克服干扰的影响，从而导致系统的控制质量下降。0增加时，系统控制不正确，动态偏差增大，系统稳定性下降。当Kf增加时，系统的余量也增加。也就是说，控制静态质量恶化。Tf的增加提高了控制过程的质量。f增加时，质量没有影响。1.8有正常运行温度为200 的加热器，温度调节器测量为150 250，控制器输出改变1%，蒸汽量变化3%，蒸汽量增加1%，槽温度增加0.2 。在正常运行状态下，液体流量增加1%，油箱的温度下降到l c。将设置值从200 提高到220 时，系统稳定时插槽的温度在摄氏温度左右吗？答：设定值从200 增加到220 会导致控制器输出变更20/200=10%，蒸汽量增加30%，液体流动恒定会导致槽内温度上升到0.230=6 ，因此系统稳定后，槽内温度为206 。1.9 u=50步干涉中的温度对象控制通道响应数据为：基于上述数据，用反应曲线方法计算PI控制器参数。答：在响应数据中，发生干涉的点为0.6分钟，227，即=0.6分钟，拐点为1.0分钟，280，即t0=2.0分钟-0.6分钟=1.4分钟，型仪表，测量范围为100 250=50/(341.0-200.1)=50/140.9=0.355=(1.1 k0/t0)100%=(1 . 10 . 3550 . 61 . 4)100%=32.8%Ti=3.3=3.30.6=1.98 min第二章考试问题和练习2.1与单回路系统相比，级联控制系统的特点是什么？答：串行控制方案具有单回路控制系统的全部功能，也有许多单回路控制系统所没有的优点。因此，串级控制系统的控制质量通常优于单回路控制系统。(1)串级控制系统具有较高的工作频率。(2)串级控制系统具有较强的抗干扰能力。(3)串级控制系统具有一定的适应性。为什么2.2串行控制系统主控制器的正负作用取决于主对象比例的符号？答：主控制器的正负效果取决于主环中包含的每个链接的情况。主环包括主控制器、辅助电路、主对象和主发射器。控制器正数，反应设置正确的辅助电路可以视为比例为正数的部分。这基于主对象和主变送器比例的符号以及整个主环开环比例的符号为“负”的要求。输入sign g01(s) g02 (s) sign GM1(s)=1将验证主控制器的正负作用。主发射器的放大符号通常为“正”，辅助电路被视为“正”的比例，因此主控制器的正和反作用实际上取决于主对象的比例。如果主对象放大倍数符号为“正”，则主控制器必须选择“负”角色。相反，如果主对象放大倍数符号为“负”，则主控制器必须选择正角色。2.3级联控制系统的一级设置方法是什么？答：一级设置方法在多级控制系统中，主变量通常是过程的主要操作指标，直接关系到产品的质量，因此对其要求相对严格。二次变量主要是为了提高主变量的控制质量而创建的，对二次变量本身没有多少要求，可以在一定范围内进行更改，因此，只要一次变量满足既定的质量指标要求，就不必在二次循环上投入过多的能量。此外，对于特定级联控制系统，如果主控制器和次控制器的比例Kc1和Kc1的乘积与Ks(Ks主变量为4: 1衰减振动时的控制器比例放大)相同，则可以创建4: 1衰减过程(下面的分析将进一步说明)。根据经验，放置一次的子控制器参数可能不一定合适，但是可以通过缩放主控制器进行补偿，从而导致主变量衰减为4: 1。在2.4串行控制系统中，当干扰作用于子回路时，只要主控制器和子控制器之一具有积分效应，就试图证明主变量的余数不存在。如果碰撞影响主循环，则仅当主控制器具有积分效果时，才能保证主变量的馀数。答：可以在级联控制系统图中看到。1.干涉作用于子环时，子环的输出可能计算如下：逮捕令假设F(t)是单位步长干涉，则F(s)=1/s可以使用最终值清理执行以下作业：GC2(s)=Kc2(Tis 1)/Tis，也就是说，如果有积分环，则向上分子中会出现Tis项，y2()=0，因此干涉作用下的主环也没有区别。如果GC2(s)=Kc2，则二次回路差为y2()=1/KVKm2Kc2。在这种情况下，二次回路是一个环，G02(s)=1/Km2计算主回路馀数，方法与上述二次回路差值计算方法相同。y1()=0，y1 () 0，反之y1 () 0。干涉作用于主环时，次环成为一个环，G02(s)=1/Km2计算主环残差的方法与计算上述次环残差的方法相同。如果主环控制器具有积分效果，则y1()=0或y1()0。2.5解释为什么整个二次环可以被视为放大倍数为正的环。a:对于子环，负反馈系统的等效传递函数为：如果控制器比例大于1，则有| Gc2 Gv G02 Gm|1，并且通常每个链接都是无量纲单位，因此Gm=1。表达式(2-1)几乎等于1。请说明2.6串行控制系统中主控制器和辅助控制器之一的正负选择错误会带来什么危险。答：级联控制系统属于反馈控制系统，仅在系统为负反馈时稳定，如果系统受到干扰，其切换过程将衰减。相反，如果系统是正反馈，则系统不稳定，如果出现干扰效果，则切换过程分支。因为不希望系统不稳定，也不希望发生本身，所以对于反馈控制系统，必须配置负反馈才能使系统稳定运行。2.7度2.21所示的反应器中进行的放热化学反应，由于水壶的温度过高可能会发生事故，为了消除反应过程中产生的热量，通过夹式冷却冷却液。由于对该反应过程的高温度控制精度要求，单回路控制不能满足要求，需要级联控制。冷却剂压力波动是主要干扰时，如何配置级联设备？绘制系统结构图。配置级联控制的原理图，其中水壶内的温度是主要对象，冷却水流量是次要对象，如下所示冷却水入口温度波动是主要干扰时如何配置级联设备？绘制系统结构图。配置了级联调节的结构图，水壶内的温度是主要对象，冷却水入口温度是次要对象，如下所示控制阀的打开、关闭形式和两种不同的控制选项，选择主、次控制器正、反效果。答：在安全方面，上述两种方法都必须选择气体闭合控制阀。子控制器：在第一个方案中，当冷却液流超过指定值时，将输入为正值。这时阀门的开闭必须减少。这意味着控制器输出增加，因此选择了正效果。在第二种情况下，如果入口温度超过指定值，则输入正值。此时需要阀门的开增量。也就是说，控制器输出减少，因此选择了负效果。主环控制器：在两种情况下，K01为负，必须选择正角色，因为冷却液流量增加会降低茶壶内的温度。2.8度2.22是管内原油出口温度和炉温梯级控制系统。要求：选择调节阀的开关形式。答：根据安全要求，控制阀应选择空气开口。确定主、次控制器的正负效应。辅助控制器：如果炉温超过指定值，则输入正值。这时阀门的开闭程度必须减少。这意味着控制器输出减少，因此选择了负效果。主环控制器：K01为正，必须选择负作用，因为随着燃料气体流量的增加，茶壶温度会升高。在系统稳定的情况下，燃料压力突然上升的情况下，结合控制阀开、闭形式和控制器的正负效应，分析串级控制系统的运行过程。答：如果系统处于稳定状态，燃料气体压力突然上升，此时控制阀的开闭度还没有变化，因此燃料气体流量增加，炉温升高，测量传输的输出增加，辅助控制器的输入为正，辅助控制器的输入为负，输出减少，控制阀为气开，所以开放度减少，燃料气体流量减少。随着燃料气体流量的增加，炉温度的升高，最终原油出口温度的增加，测量传递输出的增加，主控制器的输入为正，主控制器的输出为负，输出的减少，辅助控制器的给定值的减少，使辅助环控制器进一步调整燃料气体流量。控制阀新开通，直到原油出口温度回到给定值。2.9毛烘干机将夹克加热和真空吸入并行干燥材料。干燥温度太高会改变材料的物性，因此不允许，需要严格控制干燥温度。夹具通过管加热器加热的热水连接，加热器使用饱和蒸汽，如图2.23所示。要求：冷水流量波动是主要干涉的话，应该采取什么控制方案呢？怎么了？答：烘干机干燥温度和冷水流串级控制系统主要是冷水流用二次环包裹，因此必须使用。如果蒸汽压力波动是主要干涉，应采取什么控制方案？怎么了？答：烘干机干燥温度和蒸汽压力串级控制系统必须用二次环包围主干扰蒸汽压力，因此必须使用。冷水流量和蒸汽压力都经常变动的话，应该采取什么样的控制方案呢？怎么了？答：烘干机干燥温度和加热器出口热水温度串级控制系统，辅助控制器的输出控制蒸汽，冷水控制阀，辅助控制器的负作用，蒸汽控制阀的气开，冷水控制阀的气闭，主控制器的负作用。2.10两阶段控制系统采用两阶段控制系统，测量方法为4: 1衰退过程参数1s=8%、2s=42