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第一章绪论2.1 解图为液位控制系统由储水箱被过程、检测器量变送 调节阀组成的反馈了达到对进行目经 来从而q流实现作用。 框如下 输入出分别设定值与之差()teu 执操 象扰动h 所仪表例PID 4 被控过程加热器+汽包参数水位 制上流量干蒸变化 第二章的检测送1. 答在中调节、电/气转换行安全栅等。选因为源问题容易解决作用距离长一般情况下不受限制精 度高还可以实现微机多是直接介质触常在温压深冷粘结晶闪蚀爆恶劣条件工执 就没有信号会产生火花这样保证和避免严重事故发输入出模拟统使02Ma 交四种各国都标准系4mAC 负载5VD 际 液 由式%10=CK 可得:K 比例积分作用下u计算出 ()mA dteTK I c324+ A A A96 经过in后调节器的输. 5 解 选气开型。当现故障导致控制信号中断时执行处于关闭状态停止加热 使设备不因温度高而发生事或危险 直线流量特性 7 0%18= 阀在小相对变化大灵敏作用强容易产振荡 低较弱由此可知工 它能差宜负荷程 2数 6.49 53 调节开度时其放系vK因而控制比平稳 K有效所以适于的过。 快 液位实际值定PD动 送 50%84.71= 9362 快开流量特性是指在小度时候就有较大的随着增很达到最 调节阀主要用于位式控制。 第四章被过程数学模型() 解:由题可以列写微分方组 dhqC t R R 框图 3传递函01/GSH Q= 2/H R R+ .首先程 hR q R dtC 消去、得 R / / R / R H dt hC R R23 = 可得R R q+1 则有R R 消去中间变量 R R R R R ()0 R SR R R R s Qs H s G 第五章简单控制系统的设计. 解:只讨论干扰响应时定值rT。 由54K,K8Kmin被对象传递函数 s s 动 79 2c kYs s s F s s s s s 当1F=K.6s s F s s s+ 351F s s F s s s F s s F F s F s s s s s s 经过反拉氏变换之后可得出 ()o0tF e a同理F K则s Gs F s s s F s F F s F s s s s s s 系统干扰响应 4inF T 只讨论设定值阶跃时输入F 5.4() 12cr kTYs Gs s s s = + 已知 a当K时 3296R s s s s s s s 反拉氏变换系统设定值阶跃响应 07ointR e b8K, R s s s s s s s R K对的影增大K可以减小稳态误差加速度。 K干扰K抑制作用强 解: 由图得到4=2319T ()0/.56 /K象益 应K 再查表PI控器参数结果 s 液位变送量程减小公式 minaxu y y y K 此时Yy不对象增 K放大倍相缩。的加 3.(1) 解: 、被控参数热水温度 2制蒸汽流量 测元件及其变送器选择取电阻并配上相应。 4调节阀的根据实际生产需要与安全角考虑气开PID 或PD类型由于为式无信号时关闭故vK正当过 程输入增加升高0K mK使整个系统中 各环静态放大乘积cK所以用反作 第6章常性能 画出框图 形这是因一旦现障必须便切断 供确保设备 3主器方副。对回路k2 正有即调节1 为式 1.() 解: 按4衰减曲线法测得数据由表5-P6页 采用规律查%s = ID80smins I T s D 2 管道再沸精馏塔 解 1前馈串级复合控制系统:取进料流量)(s F作为信号经器输出 用到调节阀。框图如下 2的传递函数 s vf f f s s f f B f f e s Gs TK K s s K s s K K s s K s s s s s G01 += 3讨论实现可能性 要求0f 分子阶次不高于母这样才物理上 .() 解 1、如果冷水流量波动是主干扰采用前馈反控制被变为料出温度, 蒸汽信号。 压力串级副 和都经常 副或 第七章特殊工艺过程系统 5 A两阀均气开形式作在Mpa到6段当超. 时全 由个所以执行器增大 正而进入加热炉燃原油升对象正 调节选择益 框图下 设定口天然 温度变送 工作原理当控制器根据温度设定与实际油出口之差运算得到信号在A阀工作 号段内时仅开启而B则全。 21解 选择双闭环的比值系统因为能现主、副回路抗干扰性 使流量既保持一又总物料平稳 和压力呈非线关 1 .5:406qK= 不带开方器时 2max 89K K 3K K 当出现故障调节阀闭所以选择两都为气形式反作用。 解 均匀控制系统在参数整定比例积分能太强通常设置较大的 度较小的长间弱达到目 本题可根据PI规律性质 对于该系统有时出现周期很长、衰减慢的振荡过程。说明了调节参数比例 数大导致是由积分间曲线渡平缓等 待平衡 若加器度小并不能 例增反而提高此象因为使控制作用弱 在干扰下当强得动态响 应变快 2.4解 控制框图如 裂气冷却口温要求低15摄氏否则会引起管道阻塞阀 选择开形式 阀所以正釜液流量变大即 作用降 。 由于后出时调节的 输信号减中故值 3 系统下 为防止障状况水溢槽采因此又 当调节度位升高被控对象均 制器、反 第八章复杂过程 .4解 本题增益矩阵计算法获取相 流量设定 解 热交换 送 执行 入线 ()1TK H K K = 0.5836 7 4 从相对增益矩阵可以看出选用uy,2的变量配方案但和 间需解耦。 由K H K K得 两个之存在一定合因此-对同时 前馈补偿设计法进行器数学模型为 1 0 () .5B Gs s s = 67B s s s 控制框图略 3 2* q a d bc ,v 由增益矩阵可以看出变量间耦现象。需怎样解 第十章 所示锅炉燃烧系统选择性它根据用户蒸汽的要求自动调 节和助空气不仅能维持者比值而且使与整满足 下述逻辑关系当蒸汽用量增加时先空气后燃烧减少 少。根据上要求试确定图中控制阀的开、形式调节器正 反作及选择类型并画出统框 P C P T 2F 1F F F K 料 解 正 面应为高值H S 低L 略 3. 由题可知当q经常发生波动时以采取前馈反控制。的量做扰对其进 行而将塔底温度被蒸汽流结构框图如下 调节阀选择气开形式变大升即象亦作用 因此器 果压力也则串级系统 补偿传函 送 再沸馏 料 管线 第一章绪论 2-1简述下图所示系统的工作原理画出控制框并写明每输入/变 量名称和用仪表的。 LT C q hA 解本为液位由对象水箱、检测反馈回路组成了达到 目进行经过器来调节阀从而流量液 如 ()t + 控制被 变送 reu1 输入出分别设定值与之差 执q 的扰动2 -3某化学应程规操作温度80最大超小于等5要求计的 系统在阶跃干时渡曲线下图所示。要 计算该稳态误衰减比和间 说明是否满足工艺要 解 1由上图可得()80y=设定值r,54B 2B 稳态误差ey- 衰减比:B Bn 最大超调量%.93py tyy 过渡程时间s概在7mi左右 虽然该系统满足要求而规操作温度为后趋于稳的 却因此不工艺要。 第三章控制仪表 某例积分节器输入出范围均ADC若2T 其6一刻阶跃增加试经 解 由式10=K可得K 比例积分作用下u可由式计算得出 ()mAdteTK Ic32140=+ AAA96 经过in后调节器输为A。 -7数字控制有哪些主要特点简述其硬件的基本构成 答要、采了模拟仪表与机一体设方法使 外形结面板布置操等保留征与相 具更丰富运功能据通信便于系统扩展靠性高具自 诊断维护 电路程入道人/联部 部 执行几组它在中起什么常动气执 何 由和阀两分 接受出号并转换直线位移或角来改变 流积以被物料量从而实现对参 源取用传速度快远但果复杂价格贵 适防爆要求不缺乏场所单工作可宜维 火 25冷过加热器蒸汽。事故状态下为备安全 即耐材破坏管上有只试确定其开关式画 PID调节构成的控制框图 解:选型当信断时处于闭停止使设致因 温度过高而发生事故或危险。 + I DP控制器气动执行加热 T测量变送 ()treuy 第四章被程的数学模型 2-1如下图所示q为流入出h液位C容系 若以输设R、R线性阻求传递函 sQsHsG0= 3 R RR 解假器和中高度分别 根据动态平衡关可得方组 () 2 1 4 5 d t hq R R = 消去、将式代入 dt hC Rq12 =6 RR37 由式可得RR+ 则有RR8 将代入消去中间变量 RRR RR 对上求拉普斯换()0 RSR RR RsQsHsG -已知两个水箱串联工作其输为流出、分别 的位。h被控参数1C容系假设R,R R R线性液阻要求 列该过程微方组 2画框图 3传递函H ss s= q 解 如下 12 3 dhqC t R R R = 该过程的框图如下 S R R R ()sQsH s()sH ss 传函 在1中消去间变量2q、有 = + 3dt hC RRR RRR 上述方 RR RRR R R R RR 对式进行拉氏换可得 0 RR RRR R R R RRssHsG -根据热力学原理给定质气体积V与压P之关系为P 其中和为待定参数。有试验获得一批据 3/Vcm54.6187290 /(/)P P a 用最小二乘次完成算法确要求 写出系统格式/P P 编MATLB程序并仿真 解 因P=所以+lnP LLL eHY 对照上述两可 1.0 29 PL 4 68 H L 则由公()LLLL HHH计获得的估进而,值。 一: 如下 c ar V537; foi= lg nd Y -oV sita=nv(HL*)Y; lph1, bex2 结果显示 -3.9450 8 7 6 21 sita= 9. lph40 be5+ 第五章简单控制系统的设计 -3某混合器出口温度如8所示框图b。其中 K,K dKmnT调节比例增益为cK 算当F、K分别和时干扰响应()F r定值阶跃R 3分析调节器比例增益cK对设定值阶跃响应和干扰的不同影。 TC D蒸汽 物料1q 2 + 5-8a 冷凝水 K dK 0()K Ks sr b F y 只讨论系统时= 由.4K,K Kmin已知 被控象传递函数s s 79 c kYs s s F s s s s s 当FK则式为6sGs F s s s+ 2 13 () 0 .2 51F s s F s s s F s F Ts F F s F s s s s s s 经过反拉氏变换之后可得出系统干扰响应 8otF e= b同理F4K时 2()7.9150YsGs F s s s=+ 3FTs F F s F s s s s s s 经过反拉氏变换之后可得出系统干扰响应 co46intF e 只讨论设定值阶跃时输入F r kss s s s 已知 a当K 2R s s s s s s s .()79R= 08K, 3251RTGs s s s s s s+ 系统响应 6co4intR e K对设定值的影增大K可以减小稳态误差加速度。 K干扰K抑制作用强 -某液位采气动P I调节器控变送量程为mh由 零到时出压M P M P输化 p M P a测得见表 数据 /s /h 试求 1调节器的参数整定和T。 2如液位变送量程改为05m保持衰减率不应哪个如 何增大还是小 解答 化据 /ts4683 /h.9 可以概画出下图 由上的信息得到50=21T ()3/6 ./K对象增益 应K 再查表PI控制器参数结果。 7 s 3液位变送器量程减小由公式 minax 0 u yyyK =此时Yy不对象 增益K放大1倍相应缩。查表得到的加 -如图529所示换热用蒸汽将进入其中冷水一定温度生产工艺要求 维持在范围T试设计个简单控制系统并指 出调节类型 q 凝 解 、被参数 流量管道上的阀门开 3测元件及变送器选择取电阻配相应。 4根据实际生产需要与安全角度考虑气PID 或类型调节由于为式无信号时关闭故vK正当控 过程输入蒸汽增加水温升高0K mK使整个系 统中各环静态放大乘积cK所以用反作 第六章常性能制 1-2图6示精馏塔釜串级工艺要求一旦发事 立即停止供要 1画出控制系统的框图。 2确定调节阀气开、关形式 3主副器正反作用方 蒸汽 TC F精镏塔 再沸 产品 进剂 F 6-0温度流量串级 解 管道熘F F 2调节阀气开形式这是因为当控制系统一旦出现故障必须关闭以便 切断的供应确保设备安全。 3主器反作用方副对于回路vk正2 正m所有c即1 1 在计某个时采PID规律调节 按4:衰减曲线法已经测得%s =sTs8sins请 两步整定求、参数 据由表5 查得s 6.0s sI sD 2-4在图630所示温度蒸汽流量串级控制系统中如果进料F波动较大试设 计一个前馈复合已知有关传递函数为 1()sK eGs Ts s =+s K f sff f Ks s 试画出此的框并写调节器讨论其实现 可能性。 解 :取sF作信号经输 用到阀系统图如下 )(1sGc2s sv0s s sm s sfsB sF sX sY +SE E 前馈调节器的传递函数 s f f fs sff B f f e ssTKK ssK ssKK ssK sss ss = 3讨论实现可能性 P CF精镏塔 再沸 产品 剂 1要求0f 2分子阶次不高于母这样才物理上可实现。 -5已知系统被控程的传递函数为()s sK eGs Ts s=+ 以得史密斯预估计制器ss s s 试用MALB语言编写序别对PID和带有进 行仿真画出其波形并比较它们性能 解该m时候事先定义下面 .单位跃给响应指标pr 测象tau即例间常延迟值k 3Cohn整公式算、校正参c1 主 cl ,v; 10d2 * %广 4Ki采e G=fb() Tg 显示控系统的阶超调量_峰节 ys 制 带有史密斯预估计PID 5 p mt 结果如下 仿真图 StepRson Tim(c) A lud 05123-. 4 6 8 PID h 讨论控制性能 由仿真图可知,带有史密斯预估计系统的阶跃响应曲线效果明显比单纯 改善超调减小节过程加速。 附下面定义函数 perf其中ky用来选择时间或误差当表示 sga量t峰值 no= % x; h */ u + wl i1 ().05 n=1; ed lsifky2 ().0* t cgh j+ w - t .定义用Coh-整公式计算系统P、ID校正器的参数函c0, functioG,KpTd=01(PIDvars) %用Che-整定公式计算系统、校正器的参数函 它调格是 ;23一阶惯性传递 节 /+. l 9*8 46 7 5 nd switchPID ae1,G=Kp; 2f(T0) 3 .%测/+*x-u的即比例系数时间常和延 迟值 ok 迟值 g mWr 6 ifnte(Kc) x0=au;T whlk 1Wg*2 Fos-+ J,. v rm8 d 3某加热器采用夹套式的方来物料。温度要求严格以控制通入 由后水而是饱和蒸汽工艺流程如图6所示要 果冷量波动主要干扰应何种案为什么 压力要 都经常 进出 凝 -1 解 、要前馈反被变, 信号 2要串级副 或控制。 3、如果冷水流量和蒸汽压力都经常波动采用前馈串级控制主被变为物料出温 度,副或信号。 第七章实现特殊工艺要求的过程系统要要要 2-1某化学反应要参与AB两保持:4.5q=比例 最大max6h90通观察发因管道 而根据上述情况要 设计一个较合适值 算该数K假定DZ型仪表 选择调节阀气开关形式器正作方 解 双闭环能回路抗干扰 性使既又总平稳 ()Qs 2s X s cGs s s K 1s0s ms sf sf sF sF sV s 因为流量和压力呈非线关系 .5:46qK= 不带开方器时ax89K K 带开方器时35.1max2=qKK 当出现故障调节阀关闭所以选择两都为气形式反作用。 -图7示一简单均匀控制系统中A水槽的横截面假定是恒值h 液位i和0分别进入排流量、增表示规律PI 可看益vK比例环测变送:令er设 也用。对于该有会周期很长衰减慢振荡过程若加大 度并不能小之而提高试从理论上析 这象 AL CL T 32 解 均匀控制系统在调节器参数整定时作积太强通常置较的 和分间以弱达到目 本题可根据PI规律性质 对于该有出现周期很长、衰减慢振荡过程。说明了比例 大导致是由曲线渡平缓等 待平衡的 若加度小并不能 例增反而提高此象因为使用 干扰下当得动态响 应变快 第八章复杂过程控制系统 1-4已知3的静态增益矩阵K为 0.586 7K = 试求相对选择最好回路并分析该是否要解耦。 本题采用计算法获取很方便 ()TK H K K 从可以看出uy,2变量配案但1和3 间需
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