第7章 简单控制系统7-2 题7-2图是一反应器温度控制系统示意图。试画出这一系统的方块图,并说明各方块的含义,指出它们具体代表什么?假定该反应器温度控制系统中,反应器内需维持一定温度,以利反应进行,但温度不允许过高,否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式和控制器的正、反作用。原料-|||-TC-|||-蒸汽题7-2图 反应器温度控制系统

解 该反应器温度控制系统方块图如下图所示。

题解7-2图 反应器温度控制系统方块图

其中:被控对象是反应器;被控变量是反应器内温度;操纵变量是蒸汽流量;控制器是温度控制器TC。

根据工艺要求,执行器应为气开型式;蒸汽流量增加时,反应器内温度升高,被控对象是“正”作用;所以,控制器应为“反”作用。

7-13 试确定题7-13图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。

(1)题7-13(a) 图为一加热器出口物料温度控制系统,要求物料温度不能过高,否则容易分解;

(2)题7-13(b) 图为一冷却器出口物料温度控制系统,要求物料温度不能太低,否则容易结晶。

题7-13图 温度控制系统

解 (1)根据工艺要求,题7-13(a) 图所示加热器出口物料温度控制系统,执行器应为气开阀;加热剂流量增加时,加热器内温度升高,被控对象是“正”作用,所以,控制器应为“反”作用。

(2)根据工艺要求,题7-13(b) 图所示冷却器出口物料温度控制系统,执行器应为气开阀;冷剂流量增加时,冷却器内温度降低,被控对象是“反”作用,所以,控制器应为“正”作用。

7-14 题7-14图为贮槽液位控制系统,为安全起见,贮槽内液体严格禁止溢出,试在下述两种情况下,分别确定执行器的气开、气关型式及控制器的正、反作用。

(1)选择流入量Qi为操纵变量;

(2)选择流出量Qo为操纵变量。

解 (1)当选择流入量Qi为操纵变量时,为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求,执行器应为气开阀;由于被控对象是“正”作用,所以,控制器应为“反”作用。

(2)当选择流入量Qo为操纵变量时,为满足贮 题7-14图 液位控制

槽内液体严格禁止溢出的工艺要求,执行器应为气关阀;此时被控对象是“反”作用,所以,控制器应为“反”作用。

7-15 题7-15图所示为一锅炉汽包液位控制系统的示意图,要求锅炉不能烧干。试画出该系统的方块图,判断控制阀的气开、气关型式,确定控制器的正、反作用,并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时,该控制系统是如何克服扰动的?

题7-15图 锅炉气包液位控制系统

解 该控制系统的方块图如下图所示。

题解7-15图 锅炉气包液位控制系统方块图

其中:被控对象是锅炉汽包;被控变量是锅炉汽包内液位;操纵变量是冷水流量;控制器是温度控制器LC。

控制阀应为气关型式;被控对象是“正”作用,控制器应为“正”作用。

当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时,汽包内液位下降,控制器LC输出信号减小,气关阀开度增大(关小),冷水流量增大。克服汽包内液位降低。

7-16 题7-16图所示为精馏塔温度控制系统的示意图,它通过控制进入再沸器的蒸汽量实现被控变量的稳定。试画出该控制系统的方块图,确定控制阀的气开气、关型式和控制器的正、反作用,并简述由于外界扰动使精馏塔温度升高时该系统的控制过程(此处假定精馏塔的温度不能太高)。

题7-16图 精馏塔温度控制系统

解 精馏塔温度控制系统的方块图如下图所示。

题解7-16 图精馏塔温度控制系统方块图

控制阀应为气开型式;被控对象是“正”作用,控制器应为“反”作用。

当外界扰动使精馏塔温度升高时,控制器TC输出减小,控制阀开度变小,蒸汽流量降低,精馏塔温度下降。

7-18 某控制系统采用DDZ-Ⅲ型控制器,用临界比例度法整定参数。已测得k=30%、Tk=3min。试确定PI作用和PID作用时控制器的参数。

解 PI作用时控制器的比例度=66%,积分时间TI=2.55min。

PID作用时控制器的比例度=51%,积分时间TI=1.5min,微分时间TD=0.375min。

7-19 某控制系统用4:1衰减曲线法整定控制器的参数。已测得s=50%、Ts=5min。试确定PI作用和PID作用时控制器的参数。

解 PI作用时控制器的比例度=60%,积分时间TI=2.5min。

PID作用时控制器的比例度=40%,积分时间TI=1.5min,微分时间TD=0.5 min。