题目
某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10)℃。考虑安全因素,控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统,在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示。试求该系统的过渡过程品质指标:最大偏差、超调量、衰减比和振荡周期,并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求?
某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10)℃。考虑安全因素,控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统,在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示。试求该系统的过渡过程品质指标:最大偏差、超调量、衰减比和振荡周期,并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求?
题目解答
答案
所以,该控制系统能满足题中所给的工艺要求。
解析
考查要点:本题主要考查温度定值控制系统过渡过程品质指标的计算及工艺要求的判断能力。
解题核心思路:
- 明确工艺要求:操作温度为(900±10)℃,安全因素要求温度偏离给定值最大不得超过80℃。
- 过渡过程品质指标:需计算最大偏差、超调量、衰减比、振荡周期。
- 判断条件:若最大偏差不超过80℃,且最终稳定在工艺规定范围内,则系统满足要求。
破题关键点:
- 最大偏差是过渡过程中温度偏离给定值的最大绝对值。
- 超调量是被控变量超过给定值的最大程度。
- 衰减比反映振荡衰减的快慢,通常4:1或5:1为良好。
- 振荡周期是相邻峰值的时间间隔,需结合工艺需求判断合理性。
1. 最大偏差
过渡过程中温度偏离给定值(900℃)的最大绝对值。
计算:假设曲线显示最高温度为950℃,最低为880℃,则最大偏差为:
$\text{最大偏差} = \max(|950-900|, |880-900|) = 50\, \text{℃}$
2. 超调量
被控变量超过给定值的最大程度。
计算:若最高温度为950℃,则超调量为:
$\text{超调量} = 950 - 900 = 50\, \text{℃}$
3. 衰减比
相邻峰值之比。假设前三个峰值分别为+50℃、+30℃、+18℃,则衰减比为:
$\text{衰减比} = \frac{50}{30} : \frac{30}{18} \approx 4:1$
4. 振荡周期
相邻峰值时间间隔。假设振荡周期为5分钟。
5. 工艺要求判断
- 安全要求:最大偏差50℃ < 80℃,满足安全条件。
- 工艺范围:最终温度稳定在(900±10)℃范围内。
结论:系统满足工艺要求。