过程控制课后答案全

③ 负荷或工况变化时，模型特性也要变化，可由反馈控制加以补偿，因此具有一定的自适应能力。

5.11某前馈-串级控制系统如图5.28所示。已知：G(s)= G(s)=9；G(s)=3/(2s+1)；G(s)=2；G(s)=2/(2s+1)；G(s)= G(s)=1：G(s)=0.5/(2s+1)。要求：①绘出该系统方块图。

C1

C2

01

v

02

m1

m2

PD

②计算前馈控制器的数学模型。

③假定控制阀为气开式，试确定各控制器的正、反作用。 答：

①系统方块图如下：

②前馈控制器的数学模型为：

③假定控制阀为气开式

副回路中控制阀符号为正，当阀门开度增加时，蒸汽流量增加，所以副对象符号为正，测变环节为正，所以副控制器为负作用。主回路中当蒸汽流量增加时，出口温度上升，主对象为正，所以主控制器为负作用。

5.12有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似，试问如何区分它们?

试分析判断图52.9所示的两个系统各属于什么系统?说明其理由。

答：串级控制是由内、外两个反馈回路所组成，而前馈-反馈控制是由一个反馈回路和另一个开环的补偿回路叠加而成。串级控制中的副参数与前馈-反馈控制中的前馈输入量是两个截然不同的概念。前者是串级控制系统中反映主被控变量的中间变量，控制作用对它产生明显的调节效果；而后者是对主被控变量有显著影响的干扰量，是完全不受控制作用约束的独立变量。

(b)图为串级控制系统，因为它由内、外两个反馈回路所组成，其副参数是串级控制系统中反映主被控变量的中间变量，控制作用对它产生明显的调节效果。

(a)图为静态前馈-反馈控制系统，因为原油的流量是对主被控变量――温度有显著影响的干扰量，是完全不受控制作用约束的独立变量。

第六章思考题及习题

6.1在选择性控制系统中，选择器的类型是如何确定的?

答：选择器的类型可以根据生产处于非正常情况下控制器的输出信号高、低来确定。如果在这种情况下它的输出为高信号，则应选高选器；如果在这种情况下它的输出为低信号，则应选低选器。

6.2何谓积分饱和?它有什么危害性?

答：一个具有积分作用的控制器，当其处于开环工作状态时，如果偏差输入信号一直存在，那么，由于积分作用的结果，将使控制器的输出不断增加(当控制器为正作用且偏差为正时)或不断减小(当偏差为负时)，一直达到输出的极限值为止，这种现象称之为“积分饱和”。 由于积分饱和的影响，造成了控制阀的工作“死区”，使控制阀不能及时地发挥控制作用，因而导致控制品质的恶化，甚至还会导致发生事故。

6.5图6.15所示为一锅炉燃烧系统的产气量与燃料管线压力选择性控制系统。其中燃料压力控制是为了防止压力过高产生“脱火”事故而设置的，蒸汽流量控制则是根据用户所需蒸汽量而设置的。假设系统中所选控制阀为气闭阀，试分析确定各控制器的正、反作用及选择器的类型。并简要说明该系统的工作原理。

答：所选控制阀为气闭阀，蒸汽流量增加时，FC输入增加，此时要求控制阀开度加大，即FC输出减小，所以FC为正作用；当燃料压力超过设定值时，PC输入为正，要求PC通过选择器使控制阀开度减小，即PC的输出为高信号，所以PC选择正作用，选择器为高选器。

在正常情况下，燃料气压力低于产生脱火的压力(即低于给定值)，PC感受到的是负偏差，它的输出呈现为低信号(因为PC为正作用、窄比例控制器)，与此同时FC的输出信号

相对来说则呈现为高信号。这样，高选选器HS将选中PC的输出送往控制阀，构成蒸汽流量控制系统。

当燃料气压力上升到超过PC的给定值(脱火压力)时，PC感受到的是正偏差，由于它是正作用、窄比例，因此PC的输出一下升为高信号，于是高选器HS就改选PC的输出送往控制阀，构成燃料气压力控制系统，从而防止燃料气压力的上升，达到防止产生脱火的目的。 待燃料气压力下降到低于给定值时，PC输出又迅速降为低信号，而蒸汽压力控制器FC输出相对而言又成为高信号，被高选器重新选中送往控制阀，重新构成蒸汽压力控制系统。

第七章 思考题及习题

7.3在分程控制系统中，什么情况下需选用同向动作控制阀，什么情况下需选用反向动作的控制阀?

答：当分程控制系统用于扩大控制阀的可调范围，改善系统品质时，需选用同向动作控制阀。当分程控制系统用于满足某些工艺操作的特殊需要时，需选用同反动作控制阀。 7.7图7.23为某管式加热炉原油出口温度分程控制系统。两分程阀分别设置在瓦斯气和燃料油管线上。工艺要求优先使用瓦斯气供热，只有当瓦斯气量不足以提供所需热量时，才打开燃料油控制阀作为补充。

根据上述要求试确定：

①A、B两控制阀的开闭形式及每个阀的工作信号段(假定分程点为0.06MPa)。 答：根据安全要求，A、B两个阀门应选择气开式；(20-4)/(0.1-0.02)=200；0.06×200=12，所以A阀工作信号段为4～12mA，B阀工作信号段为12～20mA。

②确定控制器的正、反作用。

A阀为气开式，其符号为“+”，A阀开度加大即瓦斯气流量增大，温度升高，对象符号为“+”；所以控制器为反作用。

③画出该系统的方块图，并简述该系统的工作原理。 答：系统的方块图如下。

工作原理：当瓦斯气量足以提供所需热量时，温度由于某种原因低于设定值，则TC的输入下降，由于TC为反作用，所以输出增加，但不会超过12mA，A阀开度加大，增加瓦斯气供应量，使温度回升。当瓦斯气供应不足以维持出口温度时，TC的输入为负，输出增加超过12mA，此时A阀全开，B阀由全闭开始打开，提供燃料油，使温度回升到设定值。

7.7图7.8某生产工艺有一个脱水工序，用95%浓度的酒精按卡拉胶与酒精之比为1：6的比例加入到卡拉胶中，以脱除卡拉胶中所含的一部分水分，工艺流程如图7.24所示。酒精来源有两个：一为酒精回收工序所得；一为新鲜酒精。工艺要求尽量使用回收酒精，只有在回收酒精量不足时，才允许添加新鲜酒精给予补充。根据上述情况应采用何种控制方式为好?画出系统的结构图与方块图。选择系统中控制阀的开、闭形式，控制阀的工作信号及控制器的正、反作用。

答：酒精与卡拉胶之间的流量采用比值控制系统，酒精流量采用分程控制系统，用A控制阀控制回收酒精流量，B控制阀控制新鲜酒精流量。

系统的结构图与方块图如下所示：

A、B两阀均选择气开式，A阀工作信号段为4～12mA，B阀工作信号段为12～20mA。A阀为气开式，其符号为“+”，A阀开度加大即回收酒精流量增大，总流量增加，对象符号为“+”；所以控制器为反作用。

7.9图7.25所示为甲烷化反应器(DC-301)入口温度分程控制系统。它利用反应生成物经换热器EA-302对进反应器的物料进行预热，如入口温度仍达不到要求，则进一步通过蒸汽换热器EA-301进一步预热。两分程阀分别设置在换热器EA-302的旁路和蒸汽管线上，如图7.25所示。试确定各控制阀的开闭形式、工作信号段(设分程点为0.06MPa)及控制器的正、反作用。

答：B阀选择气闭式，A阀选择气开式。(20-4)/(0.1-0.02)=200；0.06×200=12，所以A阀工作信号段为12～20mA，B阀工作信号段为4～12mA。B阀为气闭式，其符号为“-”，