习题答案习题(第一章)Ex1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上,配备上一些自动化装置,代替操作人员的部分直接劳动,使生产在不同程度上自动地进行,这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法,称为化工自动化。? 实现化工生产过程自动化的意义:(1)加快生产速度,降低生产成本,提高产品产量和质量。(2)减轻劳动强度,改善劳动条件。(3)能够保证生产安全,防止事故发生或扩大,达到延长设备使用寿命,提高设备利用能力的目的。(4)能改变劳动方式,提高工人文化技术水平,为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。Ex2.化工生产过程自动化,一般包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。Ex3.闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。从信号传递关系上看,构成了一个闭合回路。开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制。从信号传递关系上看,未构成闭合回路。Ex7.方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形,由于各个环节在图中都用一个方块表示,故称之为方块图。Ex15. 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。习题(第二章)Ex1.对象特性指对象输入量与输出量之间的关系。? 各种对象千差万别,有的操作很稳定,操作很容易;有的稍不小心可能就会超越正常工艺条件,甚至造成事故。有经验的操作人员需要很熟悉这些对象,才能使生产操作得心应手;设计自动化装置时,也必须深入了解对象的特性,了解它的内在规律,才能根据工艺对控制质量的要求,设计合理的控制系统,选择合适的被控变量和操纵变量,选用合适的测量元件及控制器。在控制系统投入运行时,也要根据对象特性选择合适的控制器参数,使系统正常地运行。Ex4.机理建模法、实验建模法。Ex10.纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间而引起的,而测量点选择不当,测量元件安装不合适等原因也会造成纯滞后。容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的。控制通道若存在纯滞后,会使控制作用不及时,造成被控变量的最大偏差增加,控制质量下降,稳定性降低;干扰通道若存在纯滞后,相当于将干扰推迟一段时间才进入系统,并不影响控制系统的控制品质。? 容量滞后增加,会使对象的时间常数T增加。在控制通道,T增大,会使控制作用对被控变量的影响来得慢,系统稳定性降低;T减小,会使控制作用对被控变量的影响来得快,系统控制质量提高。但T不能太大或太小,且各环节时间常数要适当匹配,否则都会影响控制质量。在干扰通道,如果容量滞后增加,干扰作用对被控变量的影响比较平稳,一般有利于控制。习题(第三章)Ex5.某一标尺为0~1000oC的温度计出厂前经校验,其刻度标尺上的各点测量结果分别为:(1)求出该温度计的最大绝对误差值;(2) 确定该温度计的精度等级;(3) 如果工艺上允许的最大绝对误差为± 8℃,问该温度计是否符合要求?被校表读数/℃ 0 201 402 604 706 805 903 1001标准表读数/℃ 0 200 400 600 700 800 900 1000

解:(3)工艺要求: Δ max = ±8°C

100% 0.8%

1000 0

max 100% 8 × = ±

−

± °

× =

± Δ

= C

满量程允δ

应选择精度等级0.5;所以此温度计不符合要求。

习题(第四章)

Ex1.~指控制器的输出信号p与输入信号e之间的关系,即p=f(e)。基本控制规律有位式控制、比例控制、积分控制和微分控制。

Ex2.双位控制的输出只有两个特定的数值,对应的执行机构只有两个特定的位置(关或开)。优点:结构简单、价格便宜、易于实现,应用较普遍;缺点:控制作用不是连续变化的,双位控制系统中被控变量的变化将是一个等幅振荡过程,不能稳定在某一个数值上。

Ex3.比例控制是按偏差大小进行控制的,控制器的输出信号p与其输入信号e成正比。当比例控制系统的控制过程结束之后,其被控变量新的稳定值与给定值之间仍存在一定的偏差,即比例控制的余差。余差的产生是由比例控制本身的特

性所决定的。因为比例控制作用是与偏差成比例的,只有偏差存在,才能产生控制作用。当系统受到一定的扰动后,为了克服扰动,必定要有一定的控制作用,才能使系统达到新的平衡,所以必定存在与该控制作用相对应的偏差,即余差。

习题(第四章)

Ex4.比例度是控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。

习题(第五章)

Ex11.

? 气开式:输入气压越高时开度越大,气源断开时则全关;

? 气关式:输入气压越高时开度越小,气源断开时则全开。

? 原则:无信号压力时,阀的状态不会损坏设备和人身的安全。

Ex18.类型:角行程式、直行程式、多转式。

? 角行程电动执行机构:以电动机为动力元件,将输入的直流电流信号转换为相应的角位移(0°~90°),适用于操纵蝶阀、挡板之类的旋转式控制阀;

? 直行程电动执行机构:接收输入的直流电流信号后,使电动机转动,然后经减速并转换为直线位移输出,适于操纵单座、双座、三通等各种控制阀和其他直线式控制机构;

? 多转式电动执行机构:主要用来开启和关闭闸阀、截止阀等多转式阀门,一般用作就地操作和遥控。

习题(第六章)

Ex9.

? P控制器:特点是克服干扰能力强、控制及时;但在系统负荷变化后,控制结果有余差。适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、允许有余差的系统。

? PI控制器:特点是积分作用消余差,但会使稳定性降低;可通过加大比例度改善稳定性,但超调量和振荡周期都相应增大,过渡过程的时间也加长。适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。

? PID控制器:特点是微分作用使控制器的输出与输入偏差的变化速度成比例,它对克服对象的容量滞后有显著的效果。在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性,再加上积分作用可以消除余差。所以,适当调整 δ、TI、TD三个参数,可以使控制系统获得较高的控制质量。适用于对象容量滞后较大、负荷变化大但不太频繁、控制质量要求较高的系统。

习题(第七章)

Ex2.串级控制系统的特点:在系统结构上,它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统;系统的目的在于通过设置副变量来提高主变量的控制质量;由于副回路的引入,对进入副回路的干扰有超前控制的作用,因而减少了对主变量的影响;系统对负荷改变时有一定的自适应能力。

? 适用于对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。

Ex3.主变量的选择原则同单回路控制系统中被控变量选择原则。

? 副变量的选择原则:主、副变量间应有一定的内在联系,副变量的变化应在很大程度上能影响主变量的变化;要使副回路包含系统的主要干扰;在可能的情况下,应使副回路包含更多的次要干扰,但副变量又不能离主变量太近;副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配,以防“共振”的发生;副回路应尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后。

Ex4.串级控制系统的目的是为了更好地稳定主变量,使之等于给定值,而主变量就是主回路的输出,所以说主回路是定值控制系统。

? 副回路的输出是副变量,副回路的给定值是主控制器的输出,所以在串级控制系统中,副变量不是要求不变的,而是要求随主控制器的输出变化而变化,因此是一个随动控制系统。

Ex10.串级均匀控制系统中控制器正、反作用的确定原则与普通串级控制系统是相同的。

? 主变量液位增大时,需要开大控制阀;副变量流量增大时,需要关小控制阀;所以主控制器FC应为正作用式的。

? 在副回路中,控制阀是气开式,为“正”的;又当阀开大时流量增大,所以副对象为“正”的;为使副回路组成负反馈闭环系统,副控制器LC应选反作用式的。

Ex11.实现两个或两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统,称为比值控制系统,通常又称为流量比值控制系统,用来保持两种物料的流量为一定的比值关系。