过程控制系统第三版(陈夕松)科学出版社课后题答案讲解

1 4 A B 两种物料进入反应器进行反应 通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器 内的温度不变 试画出该温度控制系统的方块图 并指出该系统中的被控对象 被控变量 操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么 反应器温度控制系统 1 该温度控制系统的方块图 反应器温度控制系统方块图 2 被控对象 反应器 被控变量 反应器内的温度 控制变量 冷却水流量 可能影响被控变量的干扰因素主要有 A B 两种物料的温度 进料量 冷却水的压力 温度 环境温度的高低等 1 5 锅炉是化工 炼油等企业中常见的主要设备 汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的 一个十分重要的参数 水位过高 会使蒸汽带液 降低了蒸汽的质量和产量 甚至会损坏 后续设备 而水位过低 轻则影响汽液平衡 重则烧干锅炉甚至引起爆炸 因此 必须对 汽包水位进行严格的控制 图 1 16 是一类简单锅炉汽包水位控制示意图 要求 1 画出该控制系统方块图 2 指出该系统中被控对象 被控变量 操纵变量 扰动变量各是什么 3 当蒸汽负荷忽然增加 该系统如何实现自动控制 1 2 被控对象 锅炉汽包 被控变量 锅炉汽包水位 操纵变量 锅炉给水量 扰动量 冷 水温度 压力 蒸汽压力 流量 燃烧状况等 3 当蒸汽负荷突然增加 会导致汽包水位下降 液位变送器检测到液位 h 下降信号并与设 定水位 h0 进行比较 将偏差信号传给控制器 控制器使执行器动作 增大阀门开度 使冷 却水流量增加 从而降低加热室燃烧程度 进一步使得汽包液位升高 2 4 P17 P18 精度等级为 0 2 2 11 用热电偶测温时 为什么要进行冷端温度补偿 其冷端温度补偿的方法有哪几种 解 1 热电偶的热电势只有当 T0 或 t0 恒定是才是被测温度 T 或 t 的单值函数 热电偶标准分度表是以 T0 0 为参考温度条件下测试制定的 只有保持 T0 0 才能 直接应用分度表或分度曲线 若 T0 0 则应进行冷端补偿和处理 2 冷端温度补偿的方法有 延长导线法 0 恒温法 冷端温度修正法 冷端温度自动 补偿法等 2 17 AD590 是一个电流型集成式温度测量元件 能够从端口输出与绝对温度成比例的电流 然后利用利用 10K 电阻将电流信号转换为相应的电压变化值 由变送器送给单片机进行 A D 采样 最后由单片机显示输出 得到测量的温度 2 21 压力表的误差 量程 精度可知量程规格为 0 1 6 0 2 5 0 4 0MPa 精度等级为 1 0 时的误差分别为 1 6 1 0 016Mpa2 5 1 0 025Mpa4 0 1 0 04Mpa 精度等级为 1 5 时误差分别为 1 6 1 5 0 024Mpa2 5 1 5 0 0375Mpa4 1 5 0 06Mpa 精度等级为 2 5 时误差分别为 1 6 2 5 0 04Mpa2 5 2 5 0 0625Mpa4 2 5 0 1Mpa 由于要求测量误差不大于压力示值的 5 被测压力变化范围为 0 5 1 4MPa 所以最小误 差为 0 5 5 0 025Mpa 以上满足此条件的只有精度等级为 1 0 量程为 0 1 6Mpa 和 0 2 5Mpa 的压力表 以及精度等级为 1 5 量程为 0 1 6Mpa 的压力表 鉴于 0 5 1 4Mpa 的测 量范围在 0 1 6Mpa 的表盘上更容易读数 所以同等条件下选择 0 1 6Mpa 的压力表 同样 量程的压力表精度为 1 0 的比精度 1 5 的贵 所以从成本考虑选择精度为 1 5 的压力表 所 以 选择量程为 0 1 6Mpa 精度为 1 5 的压力表 2 25 因为差压变送器的输出电流信号与输入差压值成正比 故有 6 13p04 可得 p 88 4Pa 此为对应 13 6mA 电流时的差压值 因为流量与差压平方根成正比 故可得到 320q14 8 可得 q 297 6m3 h 此为对应 13 6mA 电流时的被测流量 4 8 如图所示液位过程的输入量为 Q1 流出量为 Q2 Q3 液位 h 为被控参数 C 为容量 系数 并设 R1 R2 R3 均为线性液阻 要求 1 列出过程的微分方程组 2 画出过程的方框图 3 求过程的传递函数 W0 S H S Q1 S 解 1 根据动态物料平衡关系 流入量 流出量 过程的微分方程的增量形式 中间变量 消除中间变量 同除 R2 R3 得到 令 上式可写为 2 Laplace 变换得到 传递函数 3 过程的方框图 4 11 该对象具有純滞后的一阶对象 放大系数 K 805 2 316k dth Q 321 C1 2RhQ 3Rh dtC2313 ht312 32R hdtCQ1 S H S 1RsW 10 由一阶对象的输出响应 TA t e1k 带入数据可得 T 2 ln2 已知純滞后时间为 2 则可列出微分方程以及传递函数的表达式 4 12 解 方法一 图解法 由图可以看出 过程应该用一阶加延时系统 201 00 xyK 从图中得到 40s T 260 40 220sSSeeTsW400021 方法二 计算法 在图中取y t 1 0 33 y y t2 0 39y y t3 0 632 y y t4 0 7 y 得t 1 125s t2 140s t3 225s t4 260s s150 T231 s5321 68 t42 7t42 可见数据很接近 于是 s1592T10 s56210 过程数学模型 SSeeTKsW5600 191 7 8 选择第二个 因为 F2 干扰不进入主控回路对系统有较大影响 串级特性是在副回路 中消除干扰