题目
图1-22(a)是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图,并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么?现因生产需要,要求出口物料温度从80℃提高到81℃,当仪表给定值阶跃变化后,被控变量的变化曲线如图1-22(b)所示。试求该系统的过渡过程品质指标:最大偏差、衰减比和余差(提示:该系统为随动控制系统,新的给定值为81℃)。蒸汽-|||-TC 81.5----|||-物料 ----|||-T。 T ___ ,-|||-80.0 时间/min-|||-(a) (b)
图1-22(a)是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图,并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么?现因生产需要,要求出口物料温度从80℃提高到81℃,当仪表给定值阶跃变化后,被控变量的变化曲线如图1-22(b)所示。试求该系统的过渡过程品质指标:最大偏差、衰减比和余差(提示:该系统为随动控制系统,新的给定值为81℃)。

题目解答
答案
这是一个温度控制系统,方块图如图1-23所示。

该系统的被控对象为蒸汽加热器,被控变量为物料出口温度,操纵变量为加热蒸汽流量,可能存在的干扰有进料流量、进料温度、加热蒸汽压力等。
由图1-22(b)可知,该系统的最大偏差A=81.5-81=0.5℃;第一个波峰值为81.5-80.7=0.8℃,第二个波峰值为80.9-80.7=0.2℃,因此衰减比n=0.8:0.2=4:1;余差为80.7-81.0=-0.3℃。
解析
步骤 1:绘制方块图
根据题目描述,蒸汽加热器的温度控制原理图可以转换为方块图。方块图中,被控对象是蒸汽加热器,被控变量是物料出口温度,操纵变量是加热蒸汽流量,可能存在的干扰包括进料流量、进料温度、加热蒸汽压力等。方块图如下所示:
```
扰动 F
设定值 偏差
执行器 对象 被控变量(温度T)
控制器 p (控制阀) q (加热器) z y
测量值 温度检测、变送器
```
步骤 2:确定过渡过程品质指标
根据图1-22(b)所示的被控变量变化曲线,可以确定过渡过程品质指标。新的给定值为81℃,曲线显示了被控变量的变化情况。
步骤 3:计算最大偏差
最大偏差是指被控变量偏离给定值的最大值。从图中可以看出,最大偏差为81.5℃ - 81℃ = 0.5℃。
步骤 4:计算衰减比
衰减比是指第一个波峰值与第二个波峰值的比值。从图中可以看出,第一个波峰值为81.5℃ - 80.7℃ = 0.8℃,第二个波峰值为80.9℃ - 80.7℃ = 0.2℃。因此,衰减比为0.8:0.2 = 4:1。
步骤 5:计算余差
余差是指被控变量稳定后的值与给定值的差值。从图中可以看出,余差为80.7℃ - 81℃ = -0.3℃。
根据题目描述,蒸汽加热器的温度控制原理图可以转换为方块图。方块图中,被控对象是蒸汽加热器,被控变量是物料出口温度,操纵变量是加热蒸汽流量,可能存在的干扰包括进料流量、进料温度、加热蒸汽压力等。方块图如下所示:
```
扰动 F
设定值 偏差
执行器 对象 被控变量(温度T)
控制器 p (控制阀) q (加热器) z y
测量值 温度检测、变送器
```
步骤 2:确定过渡过程品质指标
根据图1-22(b)所示的被控变量变化曲线,可以确定过渡过程品质指标。新的给定值为81℃,曲线显示了被控变量的变化情况。
步骤 3:计算最大偏差
最大偏差是指被控变量偏离给定值的最大值。从图中可以看出,最大偏差为81.5℃ - 81℃ = 0.5℃。
步骤 4:计算衰减比
衰减比是指第一个波峰值与第二个波峰值的比值。从图中可以看出,第一个波峰值为81.5℃ - 80.7℃ = 0.8℃,第二个波峰值为80.9℃ - 80.7℃ = 0.2℃。因此,衰减比为0.8:0.2 = 4:1。
步骤 5:计算余差
余差是指被控变量稳定后的值与给定值的差值。从图中可以看出,余差为80.7℃ - 81℃ = -0.3℃。