(1)熟悉和理解生产对控制系统的技术要求与性能指标 (2)建立被控过程的数学模型 (3)控制方案的确定 (4)控制设备选型 (5)实验(或仿真)验证

6-5 选择被控参数应遵循哪些基本原则?什么是直接参数?什么是间接参数?两者有何关系? 解答:

1)原则:必须根据工艺要求,深入分析、生产过程,找出对产品的产量和质量、生产安全、经济运行、环境保护、节能降耗等具有决定性作用,能较好反映生产工艺状态及变化的参数作为被控参数。

2)直接参数:能直接反映生产过程中产品产量和质量,又易于测量的参数

3)间接参数:与质量指标有单值对应关系、易于测量的变量,间接反映产品质量、生产过程的实际情况。 4)两者关系:间接参数是直接参数的单值函数。

6-6 选择控制变量时,为什么要分析被控过程的特性?为什么希望控制通道放大系数Ko要大、时间常数To小、纯滞后时间?o越小越好?而干扰通道的放大系数Kf尽可能小、时间常数Tf尽可能大?

解答:

1)控制变量和干扰变量对被控参数的影响都于过程的特性密切相关。

2)控制通道的静态放大系数K0越大,系统的静态偏差越小,表明控制作用越灵敏,克服扰动的能力越强,控制效果越好。

时间常数T0小,被控参数对控制变量的反应灵敏、控制及时,从而获得良好的控制品质。 纯滞后?0的存在会使系统的稳定性降低。?0值越大,对系统的影响越大。

3)扰动通道的静态放大系数Kf越小,表明外部扰动对被控参数的影响越小。时间常数Tf越大,外部干扰f(t)对被控参数y(t)的影响越小,系统的控制品质越好。

6-7 当被控过程存在多个时间常数时,为什么应尽量使时间常数错开? 解答:P182

由自控理论知识可知,开环传递函数中几个时间常数值错开,可提高系统的工作频率,减小过渡过程时间和最大偏差等,改善控制质量。

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6-8 选择检测变送装置时要注意哪些问题?怎样克服或减小纯滞后? 解答:

1)P184-1、2、3、4 2)合理选择检测点。

6-9 调节阀口径选择不当,过大或过小会带来什么问题?正常工况下,调节阀的开度在什么范围比较合适? 解答:

1)调节阀口径选得过大,阀门调节灵敏度低,工作特性差,甚至会产生振荡或调节失灵的情况。

调节阀口径选得过小,当系统受到较大的扰动时,调节阀工作在全开或全关的饱和状态,使系统暂时处于失控工况,这对扰动偏差的消除不利。

2)正常工况下要求调节阀的开度在15%-85%之间。

6-10 选择调节阀气开、气关方式的首要原则是什么? 解答:

保证人身安全、系统与设备安全是调节阀开、关作用方式选择的首要原则。

6-11 调节器正、反作用方式的选择依据是什么? 解答:

确定原则是整个单回路构成负反馈系统。

6-12 在蒸气锅炉运行过程中,必须满足汽-水平衡关系,汽包水位是一个十分主要的指标。当液位过低时,汽包中的水易被烧干引发生产事故,甚至会发生爆炸,为此设计如图6-28所示的液位控制系统。试确定调节阀的气开、气关方式和调节阀LC正、反作用;画出该控制系统的框图。

解答:见图2-28 1)调节阀:气关方式。 2)调节器:正作用。 3)框图:

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6-13 在如图6-29所示的化工过程中,化学反应为吸热反应。为使化学反应持续进行,必须用热水通过加热套加热反应物料,以保证化学反应在规定的温度下进行。如果温度太低,不但会导致反映停止,还会使物料产生聚合凝固导致设备堵塞,为生产过程再次运行造成麻烦甚至损坏设备。为此设计如图6-29所示的温度控制系统。试确定调节阀的气开、气关方式和调节阀的TC正、反作用;画出该控制系统的框图。

解答:

1)调节阀:气开式。 2)调节器:反作用。 3)框图:

6-14 简述比例、积分、微分控制规律各自的特点。 解答:P193

1)比例控制:是最简单的调节规律,它对控制作用和扰动作用的响应都很迅速。比例调节只有一个参数,整定简便。比例调节的主要缺点是系统存在静差。

2)积分控制:积分调节的特点是没有静差。但它的动态偏差最大、调节时间长,只能用于有自衡特性的简单对象、很少单独使用。

3)微分控制:超前调节。

6-21 试比较临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法及经验法的特点。 解答:P201 临界比例度法:

衰减曲线法:

响应曲线法: 经验法:

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6-22 如图6-30所示热交换器,将进入其中的冷却物料加热到设定温度。工艺要求热物料温度的?T??1?C,而且不能发生过热情况,以免造成生产事故。试设计一个简单控制系统,实现热物料的温度控制,并确定调节阀的气开、气关方式,调节器的正反作用方式,以及调节器的调节规律。

解答:

1)被控参数选择:

热交换器出口温度。

2)控制参数选择:

载热介质流量。

3)检测仪表选择:

温度传感器与温度变送器。 4)调节阀选择:

1 流量特性选择:对数流量特性。 ○

2 气开、气关方式选择:气开。 5)调节器选择:

1 调节规律选择:PI或PID。 ○

2 正反作用方式选择:反作用方式。 系统各环节正、负符号判别:被控过程:+;变送器:+;调节阀:+; 根据系统构成负反馈条件:各环节符号之积必为“-”,则调节器为“-”。 6)画出控制系统流程图:如图所示。 7)画出控制系统方框图:如图所示。 8)简述控制系统工作原理:

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第7章 思考题与习题

7-1 与单回路系统相比,串级控制系统有哪些主要特点? 解答:P212—7.1.2

7-2 分析串级系统的工作原理,说明为什么副回路的存在会使系统抑制扰动的能力增强。 解答:P208—7.1.1

7-5 在串级控制系统中当主回路为定值(设定值)控制时,副回路也是定值控制吗?为什么? 解答:P212

不是,副回路是随动控制。

7-8 在某生产过程中,通过加热炉对冷物料加热,根据工艺要求,需对热物料出口温度进行严格控制。对系统分析发现,主要扰动为燃料压力波动。故设计如图7-43所示的控制系统。要求: (1)画出控制系统框图;

(2)为保证设备安全,炉温不能过高。确定调节阀的气开、气关形式。 (3)确定两个调节器的正反作用。 解答:

(1)控制系统框图如图所示。 (2)气开式。

(3)副调节器:反作用; 主调节器:反作用。

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