第一章單迴路控制系統
1.1 何謂控制通道？何謂干擾通道？它們的特性對控制系統質量有什麼影響？
控制通道——是指操縱變數與被控變數之間的訊號聯絡；
干擾通道——是指干擾作用與被控變數之間的訊號聯絡。
（1） 控制通道特性對系統控制質量的影響：（從k、t、τ三方面）
控制通道靜態放大倍數越大，系統靈敏度越高，餘差越小。但隨著靜態放大倍數的增大，系統的穩定性變差。
控制通道時間常數越大，經過的容量數越多，系統的工作頻率越低，控制越不及時，過渡過程時間越長，系統的質量越低，但也不是越小越好，太小會使系統的穩定性下降，因此應該適當小一些。
控制通道純滯後的存在不僅使系統控制不及時，使動態偏差增大，而且還還會使系統的穩定性降低。
（2） 干擾通道特性對系統控制質量的影響：（從k、t、τ三方面）
干擾通道放大倍數越大，系統的餘差也越大，即控制質量越差。
干擾通道時間常數越大，階數越高，或者說干擾進入系統的位置越遠離被控變數測量點而靠近控制閥，干擾對被控變數的影響越小，系統的質量則越高。
干擾通道有無純滯後對質量無影響，不同的只是干擾對被控變數的影響向後推遲乙個純滯後時間τ0。
1.2 如何選擇操縱變數？
1）考慮工藝的合理性和可實現性；
2）控制通道靜態放大倍數大於干擾通道靜態放大倍數；
3）控制通道時間常數應適當小些為好，但不易過小，一般要求小於干擾通道時間常數。干擾動通道時間常數越大越好，階數越高越好。
4）控制通道純滯後越小越好。
1.3 控制器的比例度δ變化對控制系統的控制精度有何影響？對控制系統的動態質量有何影響？
比例度δ越小，系統靈敏度越高，餘差越小。隨著δ減小，系統的穩定性下降。
1.5圖1-42為一蒸汽加熱裝置，利用蒸汽將物料加熱到所需溫度後排出。試問：
影響物料出口溫度的主要因素有哪些？如果要設計一溫度控制系統，你認為被控變數與操縱變數應選誰？為什麼？
如果物料在溫度過低時會凝結，應如何選擇控制閥的開閉形式及控制器的正反作用？
答：影響物料出口溫度的因素主要有蒸汽的流量和溫度、攪拌器的攪拌速度、物料的流量和入口溫度。被控變數應選擇物料的出口溫度，操縱變數應選擇蒸汽流量。
物料的出口溫度是工藝要求的直接質量指標，測試技術成熟、成本低，應當選作被控變數。可選作操縱變數的因數有兩個：蒸汽流量、物料流量。
後者工藝不合理，因而只能選蒸汽流量作為操縱變數。控制閥應選擇氣關閥，控制器選擇正作用。
1.6 圖1-43為熱交換器出口溫度控制系統，要求確定在下面不同情況下控制閥的開閉形式及控制器的正反作用：
被加熱物料在溫度過高時會發生分解、自聚；
被加熱物料在溫度過低時會發生凝結；
如果操縱變數為冷卻水流量，該地區最低溫度
在0℃以下，如何防止熱交換器被凍壞。
答：控制閥選氣開閥，選反作用控制器。
控制閥選氣關閥，選正作用控制器。
控制閥選氣關閥，選反作用控制器。
1.7 單迴路系統方塊圖如圖1-44所示。試問當系統中某組成環節的引數發生變化時，系統質量會有何變化？為什麼？
（1）若t0增大； （2）若τ0增大； （3）若tf增大； （4）若τf增大。
答：（1）t0 增大，控制通道時間常數增大，會使系統的工作頻率降低，控制質量變差；
（2）τ0 增大，控制通道的純滯後時間增大，會使系統控制不及時，動態偏差增大，過渡過程時間加長。
（3）tf 增大，超調量縮小1/tf倍，有利於提高控制系統質量；
（4）τf 增大對系統質量無影響，當有純滯後時，干擾對被控變數的影響向後推遲了乙個純滯後時間τf 。
第二章串級控制系統
2．1 與單迴路系統相比，串級控制系統有些什麼特點？
(1) 串級系統由於副迴路的存在, 使等效副物件時間常數減小，改善了物件的特性,使系統工作頻率提高。
(2) 串級控制系統有較強的抗干擾能力，特別是干擾作用於副環的情況下,系統的抗干擾能力會更強。
(3) 串級系統具有一定的自適應能力。
2．2 為什麼說串級控制系統主控制器的正、反作用方式只取決於主物件放大倍數的符號，而與其他環節無關？
主環內包括有主控制器,副迴路,主物件和主變送器.而副迴路可視為一放大倍數為「1」的環節,主變送器放大倍數一般為正,所以主控制器的正反作用只取決於主物件放大倍數的符號。如果主物件放大倍數的符號為正,則主控制器為反作用,反之, 則主控制器為正作用。
2．5 試說明為什麼整個副環可視為一放大倍數為正的環節來看？
副迴路所起的作用是使副變數根據主調節器輸出進行控制，是一隨動系統。因此整個副迴路可視為一放大倍數為正的環節來看。
2．6 試說明在整個串級控制系統中主、副控制器之一的正、反作用方式選錯會造成怎樣的危害？
當主、副控制器有乙個正反作用方式選錯時,就會造成系統的主迴路或副迴路按正反饋控制,當被控變數出現偏差時,系統不僅不向著消除偏差的方向校正,反而使被控變數遠離給定值。
2．7 圖2-20所示的反應釜內進行的是化學放熱反應，，而釜內溫度過高會發生事故，因此採用夾套通冷卻水來進行冷卻，以帶走反應過程中所產生的熱量。由於工藝對該反應溫度控制精度要求很高，單迴路滿足不了要求，需用串級控制。
⑴ 當冷卻水壓力波動是主要干擾時，應怎樣組成串級？畫出系統結構圖。
⑵當冷卻水入口溫度波動是主要干擾時，應怎樣組成串級？畫出系統結構圖。
⑶ 對以上兩種不同控制方案選擇控制閥的氣開、氣關形式及主、副控制器的正、反作用方式。
(1)選冷水流量為副變數,釜內溫度為主變數組成串級系統. (2)夾套溫度為副變數,釜內溫度為主變數組成串級系統.
2．8 (右圖)圖2-21為一管式爐**出口溫度與爐膛溫度串級控制系統。要求：
⑴ 選擇閥的開閉形式？⑵ 確定主、副控制器的正、反作用方式？
⑶ 在系統穩定的情況下，如果燃料壓力突然公升高，結合控制閥的開閉形式及控制器的正、反作用方式，分析串級系統的工作過程。
答：(1) 氣開閥
(2)主控制器反作用,副控制器反作用。
(3)如果燃料氣的p1突然公升高，
副迴路首先有乙個「粗調」：
p1↑→f1↑→t2↑→u2↓→ f1↓
沒有完全被副迴路克服的部分干擾，通過主迴路「細調」：
t2↑→t1↑→u1↓→ f1↓→t2↓→t1↓
2．9 某乾燥器採用夾套加熱和真空吸收並行的方式來乾燥物料。乾燥溫度過高會使物料物性發生變化，這是不允許的，因此要求對乾燥溫度進行嚴格控制。夾套通入的是經列管式加熱器加熱的熱水，而加熱器採用的是飽和蒸汽，流程如圖2-22（右圖）所示。
要求：⑴ 如果冷卻水流量波動是主要干擾，應採用何種控制方案？為什麼？
⑵ 如果蒸汽壓力波動是主要干擾，應採用何種控制方案？為什麼？
⑶ 如果冷卻水流量和蒸汽壓力都經常波動，應採用何種控制方案？為什麼？
(1)以熱水溫度為副變數,乾燥器出口溫度為主變數，蒸汽流量為操縱變數構成溫度溫度串級系統，冷水流量單獨設計流量單迴路系統
理由：當被控變數為乾燥器出口溫度時，不宜選冷水流量做操縱變數，故單獨設計流量單迴路系統抑制冷水流量波動。
以乾燥器出口溫度為被控量、蒸汽流量為操縱變數的控制系統中，控制通道太長，存在較大的時間常數和純滯後，故選擇換熱器出口溫度為副變數，構成串級系統，利用副迴路減小等效時間常數。
(2) 以熱水溫度為為副變數,乾燥器的溫度為主變數串級系統。
理由：將蒸汽壓力波動這一主要干擾包含在副迴路中, 利用副迴路的快速有效克服干擾作用抑制蒸汽壓力波動對乾燥器出口的溫度的影響.
（3）採用與（1）相同方案。理由同（1）。
第三章比值控制系統
3.1 比值與比值係數的含義有什麼不同?它們之間有什麼關係？
答：比值指工藝流量之比，即：；比值係數指主、副流量變送器輸出電流訊號之比，即：；二者之間的關係由下式決定：（變送器輸出與流量成線性關係時）（變送器輸出與流量成開平方關係時）
3.2 用除法器進行比值運算時，對輸入訊號的安排有什麼要求？為什麼？
答：應使除法器輸出小於1。除法器輸出值即儀表比值係數，需要通過副流量調節器的內給定設定，大於1無法設定、等於1無法現場整定。
3.3 什麼是比值控制系統？它有哪幾種型別?畫出它們的結構原理圖。
答：比值控制系統就是實現副流量與主流量成一定比值關係，滿足關係式： 的控制系統。
比值控制系統的型別：開環比值控制系統、單閉環比值控制系統、雙閉環比值控制系統、變比值控制系統。（結構原理圖見下頁）
3.4 用除法器組成比值系統與用乘法器組成比值系統有何不同之處？
答：① 系統結構不同，實現比值控制的裝置不同。② 比值係數的設定方法不同，乘法方案通過在乘法器的乙個輸入端，輸入乙個外加電流訊號i0設定；除法方案通過副流量調節器的內給定設定。
3.5 在用除法器構成的比值控制系統中，除法器的非線性對比值控制有什麼影響？
答：除法器環節的靜態放大倍數與負荷成反比。
3.6 為什麼4：1整定方法不適用於比值控制系統的整定？
答：單閉環比值控制系統、雙閉環的副流量迴路、變比值迴路均為隨動控制系統，希望副流量跟隨主流量變化，始終保持固定的配比關係。出現4：1振盪時，固定配比關係不能保證。
3.7 當比值控制系統通過計算求得比值係數時，能否仍用乘法器組成比值控制？為什麼？能否改變一下系統結構，仍用乘法器構成比值控制？
答：①當比值控制系統通過計算求得比值係數大於1時，不能用乘法器組成比值控制。因為當時，計算所得的乘法器的乙個外加輸入電流訊號i0大於20ma,超出乘法器的輸入範圍。
②不用改變系統結構，只要調整f2max 保證即可。
3.8 一比值控制系統用ddz-iii型乘法器來進行比值運算（乘法器輸出 ，其中i1與i0分別為乘法器的兩個輸入訊號），流量用孔板配差壓變送器來測量，但沒有加開方器，如圖所示。已知 ，要求：
① 畫出該比值控制系統方塊圖。② 如果要求，應如何設定乘法器的設定值 ？
過程控制習題答案
答 影響物料出口溫度的因素主要有蒸汽的流量和溫度 攪拌器的攪拌速度 物料的流量和入口溫度。被控變數應選擇物料的出口溫度，操縱變數應選擇蒸汽流量。物料的出口溫度是工藝要求的直接質量指標，測試技術成熟 成本低，應當選作被控變數。可選作操縱變數的因數有兩個 蒸汽流量 物料流量。後者工藝不合理，因而只能選蒸...
特殊過程控制
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