过程控制工程章复习资料孙洪程著

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过程控制工程复习资料及习题

过程控制工程复习资料及习题

总复习第一章的概念1、典型的反馈控制系统基本组成框图:2、自动控制系统基本控制方式:(1)、反馈控制方式;(2)、开环控制方式;(3)、复合控制方式。

3、基本要求的提法:可以归结为稳定性(长期稳定性)、准确性(精度)和快速性(相对稳定性)。

第二章要求:1、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法;2、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质;3、明确传递函数与微分方程之间的关系;4、能熟练地进行结构图等效变换;5、明确结构图与信号流图之间的关系;6、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数;例1 某一个控制系统动态结构图如下,试分别求系统的传递函数:)()(,)()(1211s R s C s R s C ,)()(,)()(2122S R S C s R s C 。

串连补偿元件放大元件执行元件被控对象反馈补偿元件测量元件输出量主反馈局部反馈输入量--43213211243211111)()(,1)()()(G G G G G G G s R s C G G G G s G s R s C --=-=例2 某一个控制系统动态结构图如下,试分别求系统的传递函数:)()(,)()(,)()(,)()(s N S E s R s E s N s C s R s C 。

例3:将上图汇总得到:1()i t 2()i t 1()u t ()c t ()r t 1R 2R 1C 2C +_+_+_Ka11C s21C s21R 1R()R s ()C s 1()U s 1()U s 1()U s 1()I s 1()I s 2()I s 2()I s 2()I s ()C s (b)(t)i R(t)u r(t)111=-⎰-=(t)]dti (t)[i C 1(t)u 2111(t)i R c(t)(t)u 221=-⎰=(t)dt i C 1c(t)22+_+_+-11C s21R 21C s11R ()R s ()C s (s)H(s)(s)G G 1(s)(s)G G R(s)C(s)2121+=(s)H(s)(s)G G 1(s)G -N(s)C(s)212+=例4、一个控制系统动态结构图如下,试求系统的传递函数。

过程控制工程(孙洪程版)第七章 分程及阀位控制系统讲解

过程控制工程(孙洪程版)第七章 分程及阀位控制系统讲解

根据总符号为“-”的原则
GVB
GOB
R
Gc
GCV
GVA
GOA
Y
r
(4)参数整定
可视为两个彼此之间有联系的单回路系统来整定(与串级不同)
第一步:阀位控制器处于手动,按单回路系统整定方法整定 主控制器的参数。
第二步:主控制器处于自动状态,然后按单回路系统整定方法 整定阀位控制器的参数。
B A.O TC
VPC
A A.O
总结:干扰出现,由快速变量迅速使被控量回到给定,然后, 由经济变量调整,最终使快速变量回到原来值,而整个控制 任务都又经济量完成。
7.2.2 阀位控制系统的应用
例2: 蒸汽减压系统压力控制
工作原理:
P
PC输出
VB
( P)
VPC输出
B A.O
VPC
A A.O
PC
VA ( P )
1、3例子两个阀通道相同,若阀的特性也相同,按一个阀通道整定即可
控制器
A阀
B阀
换热
反应
变送器 2例子两个阀通道不相同,只能折中
7.1.4 分程阀流量特性问题
100%
0
0.02
0.06
0.1
图7—11 A、B分程阀特性
0.02
0.06
0.1
图7—12 A、B分程阀组合特性
两个流通能力不同的阀,组合后的流量特性就成为了非线性, 在分程点有一个转折,不平滑
7.1.2 分程控制的应用场合
(2)同时控制两种介质,满足工艺要求
工艺要求:投料后,需由蒸汽加温,以达到反应温度, 反应进行后,放出热量,需要将热量移走。
两个控制阀:冷水阀A(气关)、蒸汽阀B(气开)— —安全角度设置

过程控制工程复习资料

过程控制工程复习资料

第一章过程控制系统的概况1.2过程控制系统的基本概念a:自动控制是指在没有直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称为过程控制仪表或装置)使被控对象的工作状态或参数(压力,物位,流量,温度,ph值等)自动的按照预定的规律运行。

b:过程控制概念:采用模拟或数字控制方法对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。

1.开环控制与反馈控制的比较开环优点:结构简单,成本低廉,工作稳定,当输入信号和扰动能预先知道时,控制效果较好。

缺点:不能自动修正被控制量的偏离,系统的元件参数变化以及外来的未知扰动对控制精度影响较大。

闭环优点:具有自动修正被控制量出现偏离的能力,可以修正元件参数变化以及外界扰动引起的误差,控制精度高。

缺点:被控量可能出现振荡,甚至发散。

1.3过程控制系统的类别a:定值控制系统b:随动控制系统c:程序控制系统1.4过程控制系统的特点(1)被控对象的多样性(2)对象存在滞后(3)控制系统比较复杂(4)系统有众多过程检测仪表,控制仪表(5)控制方案丰富第二章单回路控制系统设计1.单回路控制系统定义:指由一个被控对象、一个测量变送器、一个调节器和一个执行器组成的单闭环负反馈控制系统。

2、单回路控制系统的设计前提:充分了解具体的生产工艺、生产过程和控制要求。

⏹正确选择被控变量;⏹正确选择控制变量;⏹正确选择测量变送装置;⏹正确选择调节阀的开闭型式及其流量特性;⏹正确选择控制器的类型及其正反作用,控制规律;3.被控变量的选择的一般原则-y(t)a.对控制目标具有决定性作用的工艺变量作为被控参数;b.要有足够大的灵敏度;c.能满足工艺要求;d.仪表能够实现4.被控变量的选择方法1、直接指标:对于以温度、压力、流量、液位为控制指标的生产过程,就选择温度、压力、流量、液位为被控变量。

2、间接指标:若存在仪表无法测量产品成分或物性参数(密度、粘度等)作为被控变量时,可选择一种间接的指标作为被控变量。

过程控制工程孙洪程答案

过程控制工程孙洪程答案

过程控制工程孙洪程答案【篇一:过程控制工程教学大纲】xt>过程控制工程(process control engineering)课程性质:专业主干课适用专业:机电一体化技术学时分配:课程总学时:60学时其中理论课学时:60学时;实验课学时:0学时;先行课程情况:先行课:高等数学、单片机原理与应用、自动控制原理、传感器技术等;教材:孙洪程,李大宇,翁维勤编著.《过程控制工程》.北京:高等教育出版社, 2013年12月重印参考书目:1、邵裕燊.过程控制工程.北京:机械工业出版社2、何衍庆,俞金寿,蒋慰孙.工业生产过程控制.北京:化学工业出版社一、课程的目的与任务过程控制工程是机电一体化技术专业开设的主干课之一,主要研究工业生产过程中应用比较成熟的控制系统。

随着现代工业的迅速发展,对工业过程的要求也越来越高,用于工业过程控制的自动化装置也迅速发展,因此对工业过程控制的要求也随之提高。

作为研究工业过程控制系统组成,基本控制规律,以及工业过程控制系统的设计,投运的课程-----过程控制工程也越来越受到重视,并使得该课程成为自动化相关专业的一门重要的专业课程。

本课程的任务是:使学生通过本课程的学习,获得工业过程控制系统的基本理论、基本知识和基本技能,掌握测量与变送器、执行器、智能控制仪表、以及工业生产过程中的一些具体设备等自动化装置的原理与使用方法,掌握基本过程控制系统设计的方法与控制器参数的整定方法,从而为从事与本课程有关的的技术工作打下一定的基础。

二、课程的基本要求本课程采用传统的课堂讲授模式,在课堂安排上,做到精讲教学内容和学生课外自学、阅读相结合,使学生了解重点、认识难点,突出重点、剖析难点,掌握重点、化解难点,提高学生解决问题能力;引导学生课前预习、课后复习,加深对其基础知识的巩固和对前沿领域的了解。

本课程的主要内容包括基本过程控制系统、先进控制系统、过程控制工程三大模块。

其中基本过程控制系统及过程控制工程为本课程的主要学习部分,要求学生可以运用所学知识对常见的过程控制系统加以论证或者进行必要的定性定量分析。

过程控制工程(孙洪程版)第六章 选择性控制系统

过程控制工程(孙洪程版)第六章 选择性控制系统

6.1 概述 选择性系统依据: 工艺操作的选择性逻辑关系 实现设备: 自动选择器(HS、LS)、切换开关
6.2 选择性控制系统的类型及应用
6.2.1 开关型选择性系统
A变量:工艺操作指标
变量 B变量:安全界限,操作在B内是安全的, 超出,生产就有危险 正常情况,B处于界限内,对A进行连续控制 控制 一旦B达到界限,为防止事故,切断A控制 器输出,使控制阀迅速打开或关闭,直到B 回到安全界限内,然后恢复A的连续控制
LS
pB
GV(s)
燃料压力对象 蒸汽压力对象
燃料压力变送器
Байду номын сангаас
图6—6 蒸汽压力与燃料压力选择性控制系统方块图
6.2.2 连续型选择性控制系统
例子2:
绿油塔液位: >30%恒定进料; <30%控制液位
绿 油 塔
正常
LC
FC FC被选中
脱 丙 烷 塔
进料F A.O
异常
LC LC被选中
FC
LS
FC
LC
图6-7 液位和流量系统
6.3 选择性控制系统的设计
•选择器类型——选择目的及控制器正反作用形式 •例子: 氨冷却器出口温度与液氨液位选择性系统
L C
A.O
T C
LS
分析:
(1)控制阀选为气开式(防止液氨带进压缩机)
6.3 选择性控制系统的设计
(2)出口温度是工艺控制主要指标,TC是正常工作的 控制器,TC选择PID规律,LC为非正常工作控制器, 为在液位上升到安全限时迅速投入工作,选窄比例规 律
裂解气(88℃)
气丙烯
液丙烯
TC
控制方案B:裂解汽温度与丙烯冷却器液位选择性系统

过程控制工程2-4章答案(孙洪程著)

过程控制工程2-4章答案(孙洪程著)

第二章思考题及习题2.1 与单回路系统相比,串级控制系统有些什么特点?答:串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能,而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。

因此,串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。

(1) 串级控制系统具有更高的工作频率;(2) 串级控制系统具有较强的抗干扰能力;(3) 串级控制系统具有一定的自适应能力2.2 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用只取决于主对象放大倍数的符号,而与其他环节无关?答:主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。

主环内包括有主控制器、副回路、主对象和主变送器。

控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来看待。

这样,只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求。

即Sign{G 01(s )}Sign{G 02’(s )}Sign{G m1(s )}Sign{G c1(s )}=-1就可以确定主控制器的正、反作用。

实际上主变送器放大倍数符号一般情况下都是“正”的,再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节,因此主控制器的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。

当主对象放大倍数符号为“正”时,主控制器应选“负”作用;反之,当主对象放大倍数符号为“负”时,主控制器应选正作用。

2.3 串级控制系统的一步整定法依据是什么?答:一步整定法的依据是:在串级控制系统中一般来说,主变量是工艺的主要操作指标,直接关系到产品的质量,因此对它要求比较严格。

而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量,对副变量本身没有很高的要求,允许它在一定范围内变化,因此在整定时不必将过多的精力放在副环上,只要主变量达到规定的质量指标要求即可。

此外对于一个具体的串级控制系统来说,在一定范围内主、副控制器的放大倍数是可以互相匹配的,只要主、副控制器的放大倍数K c1与K c1的乘积等于K s (K s 为主变量呈4:1衰减振荡时的控制器比例放大倍数),系统就能产生4:1衰减过程(下面的分析中可以进一步证明)。

过程控制考试复习资料(1)知识讲解

过程控制考试复习资料(1)知识讲解

过程控制工程复习资料一、填空题1.过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程或被控对象、测量变送器等环节组成。

2、调节阀按能源不同分为三类:气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀。

3、自动控制系统按工作原理可分为三类:反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统。

按给定值特点分类可分为三类:定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

4、过程控制系统方案设计的基本要求是:安全、稳定、经济。

5、过程数学模型的求取方法有三种,分别是:机理法建模、系统辨别法建模、混合法(机理分析+系统辨别)建模。

6、理想流量特性有四类,分别是直线、对数、抛物线、快开。

7、定比值控制系统包括:开环比值控制系统、单闭环比值控制系统和双闭环比值控制系统。

8、控制器参数整定法有:经验法、临界比例度法、衰减振荡法、响应曲线法。

9、根据实践经验的总结发现,除少数无自平衡的对象以外,大多数对象均可用一阶、二阶、一阶加纯滞后、二阶加纯滞后这四种典型的动态特性来加以近似描述。

为进一步简化,也可以将所有的对象的动态特性都简化为一阶加纯滞后的形式,用传递函数可以表示为:()。

其中K表示对象的静态放大系数,T表示对象的时间常数,表示纯滞后时间。

10、调节器的比例度δ越大,则放大倍数Kc越小,比例调节作用就越弱,过渡过程曲线就越平稳,但余差也越大。

积分时间T i越小,则积分速度越大,积分特性曲线的斜率越大,积分作用越强,消除余差越快,微分时间T d越大,微分作用越强。

11、定值控制系统是按测量与给定偏差大小进行调节的,而前馈调节是按扰动量大小进行调节的;前者是闭环调节,后者是开环调节。

采用前馈-反馈调节的优点是利用前馈调节的及时性和反馈调节的静态准确性。

12、防止几分饱和有哪三种方法:限幅法、外反馈法、积分切除法。

13、测量变送器的要求:准确、快速、可靠。

14、在串级控制系统中,调节器参数的整定方法有:逐次逼近法、两步整定法、一步整定法。

二、选择题1、下列控制系统中,哪些是开环控制(C),哪些是闭环控制(ABD)A、定值控制B、随动控制C、前馈控制D、程序控制2、对某PI控制系统,为了防止积分饱和,采取下列措施,问哪一条是不起作用的(D)C、采用高低阻幅器 B、采用调节器外部积分反馈法C、采用PI-P调节器D、采用PI-D调节器3、如果甲乙两个广义调节对象的动态特性完全相同(如均为二阶对象),甲采用PI作用调节器,乙采用P作用调节器。

第十六章_传热设备的控制

第十六章_传热设备的控制
出口温度控制 控制方案 一级过热器、二级过热器、减温器
减温器 减温器
d/dt T2C 减温水 T1C
பைடு நூலகம்
TC
图16-33 串级
图16-34 双冲量控制
16.4.4 锅炉燃烧过程的控制
与燃料种类(油、气、煤)、燃烧设备、锅炉形式有关
基本要求: (1) 出口蒸汽压力稳定,根据蒸汽负荷调节燃烧程度 (2) 燃烧良好 (3) 安全
对物料进行加热或冷却的设备称为传热设备 16.1.1传热设备的类型 传热方式: 传导、对流、辐射 物流接触关系: 直接接触式,间壁式、蓄热式 热量交换形式: 无相变的热量交换、有相变的热量交换 结构形式:列管式、蛇管式、夹套式、套管式 一般传热设备(以上) 特殊传热设备:加热炉、锅炉、蒸发器等
16.2 一般传热设备的控制
C2
Dmax
KV ( zmax zmin )
I0偏置值,调整I的输出,正常负荷下,I0与C2、IF相互抵消
16.4.2 锅炉汽包水位的控制
② 阀、控制器、运算器符号
阀的开闭形式: 安全角度,保护锅炉,气闭,防止烧干 保护蒸汽用户,气开 控制器正反作用: 对象:正,
若气闭阀,LC=正,若气开阀 LC=负 运算器正负号: C2: 取决于控制阀开闭形式 蒸汽量↑ 给水量应该↑: 气闭:I应该↓C2取“-” 气开:I应该↑C2取“+”
16.4.4 锅炉燃烧过程的控制
(1)蒸汽压力与燃烧控制 一般,用燃料量控制蒸汽压力,单回路/串级 燃烧控制要求燃料与空气的一定比例,比值控制 加入逻辑关系,
燃料量 p 空 燃料量 p
锅炉的汽包水位控制一般比较严格
16.4.2 锅炉汽包水位的控制
汽包水位的动态特性 影响因素多 主要讨论水流量、蒸汽流量—L 特性 ① 给水流量W—L 阶跃响应H曲线 ,相当于积分加纯滞后环节 给水温度越低,纯滞后时间越大

孙洪程李大宇过程控制第三章

孙洪程李大宇过程控制第三章

混 氧 合
控制 ( 比 值
值控制 ) 控制
3.2.4 其他类型的比值控制系统 (1)变比值控制系统 ) 定比值控制方案只能克服流量干扰对比值的影响, 定比值控制方案只能克服流量干扰对比值的影响, 当其它参数存在对比值系数的扰动时, 当其它参数存在对比值系数的扰动时,必须时时修正 比值系数, 比值系数,变比值控制
3
教学进程
3.2 比值控制系统的类型
•按结构分类: 开环和闭环比值控制系统 •按实施方案分类: 相乘和相除方案 •按比值分类: 定比值和变比值控制方案 •按控制原理: 属于前馈控制系统
3.2 比值控制系统的类型
3.2.1 开环比值控制系统 (a)原理图 (a)原理图
F1 FC
F2
3.2.1 开环比值控制系统 (b)方块图 (b)方块图
主对象
X
测量变送 除法器 测量变送 测量变送
F2 F1
3.2.4 其他类型的比值控制系统
例子: 例子:
氧化炉
FfC
TC
氧 化 炉
预 热
混 合 氧化炉的炉 / 比值的 控制
3.2.4 其他类型的比值控制系统 (2)串级和比值控制组合的系统 ) 动态比值控制
F1
F1 F1C F1C K F2C LC K F2C F2 LC
F2
(a)
(b)
第 章 比值控制系统
3.1 概述 3.2 比值控制系统的类型 3.3 比值系数的计算 3.4 比值控制方案的实施 3.5 比值控制系统的投运与整定 3.6 比值控制系统的其他问题 实验:比值控制系统实验 实验:
教学进程
3
3.3 比值系数的计算
3.3.1 流量与测量信号成线性关系时的计算 工艺上,比值K是指两个物料的流量之比, 工艺上,比值K是指两个物料的流量之比,而比值 控制系统的K’一般是仪表的信号之间的比值 一般是仪表的信号之间的比值, 控制系统的K’一般是仪表的信号之间的比值,电动 仪表4~20mA/0 ~10mA,气动仪表是 气动仪表是20~100KPa,信号转换问题。 仪表4~20mA/0 ~10mA,气动仪表是20~100KPa,信号转换问题。

过程控制工程孙洪程答案.doc

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过程控制工程孙洪程答案【篇一:过程控制工程教学大纲】xt> 过程控制工程(process control engineering )课程性质:专业主干课适用专业:机电一体化技术学时分配:课程总学时:60 学时其中理论课学时:60 学时;实验课学时:0 学时;先行课程情况:先行课:高等数学、单片机原理与应用、自动控制原理、传感器技术等;教材:孙洪程,李大宇,翁维勤编著.《过程控制工程》.北京:高等教育出版社,2013 年12 月重印参考书目:1、邵裕燊.过程控制工程.北京:机械工业出版社2、何衍庆,俞金寿,蒋慰孙.工业生产过程控制.北京:化学工业出版社一、课程的目的与任务过程控制工程是机电一体化技术专业开设的主干课之一,主要研究工业生产过程中应用比较成熟的控制系统。

随着现代工业的迅速发展,对工业过程的要求也越来越高,用于工业过程控制的自动化装置也迅速发展,因此对工业过程控制的要求也随之提高。

作为研究工业过程控制系统组成,基本控制规律,以及工业过程控制系统的设计,投运的课程----- 过程控制工程也越来越受到重视,并使得该课程成为自动化相关专业的一门重要的专业课程。

本课程的任务是:使学生通过本课程的学习,获得工业过程控制系统的基本理论、基本知识和基本技能,掌握测量与变送器、执行器、智能控制仪表、以及工业生产过程中的一些具体设备等自动化装置的原理与使用方法,掌握基本过程控制系统设计的方法与控制器参数的整定方法,从而为从事与本课程有关的的技术工作打下一定的基础。

二、课程的基本要求本课程采用传统的课堂讲授模式,在课堂安排上,做到精讲教学内容和学生课外自学、阅读相结合,使学生了解重点、认识难点,突出重点、剖析难点,掌握重点、化解难点,提高学生解决问题能力;引导学生课前预习、课后复习,加深对其基础知识的巩固和对前沿领域的了解。

本课程的主要内容包括基本过程控制系统、先进控制系统、过程控制工程三大模块。

其中基本过程控制系统及过程控制工程为本课程的主要学习部分,要求学生可以运用所学知识对常见的过程控制系统加以论证或者进行必要的定性定量分析。

过程控制工程(孙洪程版)第六章 选择性控制系统

过程控制工程(孙洪程版)第六章 选择性控制系统
过程控制系统及工程
第6章 选择性控制系统 信息学院自动化系:孙洪程 Email:Sunhc@
第 章
选择性控制系统
6.1 6.2 概述 选择性控制系统的类型及应用
6
6.3
6.4
选择性控制系统的设计
积分饱和及其预防措施
6.1 概述 选择性控制,取代控制,超驰控制
控制系统要求:
一个非正常情况下工作
→一个选择器(HS、LS)→ 控制阀
6.2.2 连续型选择性控制系统
例子1:
蒸汽
PC1 PB PC2 LS
PA
供水
PY A.O
图6—5 蒸汽压力与燃料气压力选择性控制系统
正常 异常 PB PB PA PA PY = PA
PY = PB
6.2.2 连续型选择性控制系统
蒸汽压力变送器 控制器PC1 控制器PC2 pA pY
6.3 选择性控制系统的设计
•选择器类型——选择目的及控制器正反作用形式 •例子: 氨冷却器出口温度与液氨液位选择性系统
L C
A.O
T C
LS
分析:
(1)控制阀选为气开式(防止液氨带进压缩机)
6.3 选择性控制系统的设计
(2)出口温度是工艺控制主要指标,TC是正常工作的 控制器,TC选择PID规律,LC为非正常工作控制器, 为在液位上升到安全限时迅速投入工作,选窄比例规 律
6.1 概述 选择性系统依据: 工艺操作的选择性逻辑关系 实现设备: 自动选择器(HS、LS)、切换开关
6.2 选择性控制系统的类型及应用
6.2.1 开关型选择性系统
A变量:工艺操作指标
变量 B变量:安全界限,操作在B内是安全的, 超出,生产就有危险 正常情况,B处于界限内,对A进行连续控制 控制 一旦B达到界限,为防止事故,切断A控制 器输出,使控制阀迅速打开或关闭,直到B 回到安全界限内,然后恢复A的连续控制

过程控制工程第一章答案(孙洪程著)教学内容

过程控制工程第一章答案(孙洪程著)教学内容

第一章思考题及习题1.1何谓控制通道?何谓干扰通道?它们的特性对控制系统质量有什么影响?答:所谓“通道”,就是某个参数影响另外一个参数的通路,这里所说的控制通道就是控制作用(一般的理解应当是控制器输出)U(s)对被控参数Y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量,然后控制变量通过被控对象再影响被控参数,即广义对象上的控制通道)。

同理,干扰通道就是干扰作用F(s)对被控参数Y(s)的影响通路。

干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。

控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示1.2如何选择控制变量?答:①所选控制变量必须是可控的。

②所选控制变量应是通道放大倍数比较大者,最好大于扰动通道的放大倍数。

③所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好,而控制通道时间常数应适当小一些为好,但不易过小。

④所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。

⑤所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。

⑥在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。

一般来说,生产负荷直接关系到产品的产量,不宜经常变动,在不是十分必要的情况下,不宜选择生产负荷作为控制变量1.3控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响?对控制系统的动态质量有何影响?答:当G c(s)=K c时,即控制器为纯比例控制,则系统的余差与比例放大倍数成反比,也就是与比例度δ成正比,即比例度越大,余差也就越大。

K c增大、δ减小,控制精度提高(余差减小),但是系统的稳定性下降。

1.4 4:1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么?答:衰减曲线法是在系统闭环情况下,将控制器积分时间T i放在最大,微分时间T d放在最小,比例度放于适当数值(一般为100%),然后使δ由大往小逐渐改变,并在每改变一次δ值时,通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰,同时观察过渡过程变化情况。

如果衰减比大于4:1,δ应继续减小,当衰减比小于4:1时δ应增大,直至过渡过程呈现4:1衰减时为止。

孙洪程李大宇过程控制第十七章

孙洪程李大宇过程控制第十七章

17.1.2 精馏塔的控制要求
在保证产品合格情况下,总收益最大或总成本最小。 (1)产品质量控制
塔顶或塔底产品之一应达到规定的纯度。另一产品组成也应在要 求范围之内。多元精馏的关键组份含量来描述质量指标。
(2)物料平衡控制
维持塔平稳操作,液位稳定 (3)能量平衡控制 操作压力稳定 (4)约束条件控制
L
LC
D
FC
FC
F LC
V
FC
Q
B
17.4 精馏塔的整体控制方案
质量指标控制
通过温度控制成分 控制手段:
L
塔顶、
塔底回流、 塔釜加热量
F D
V
Q
B
共同特点:恒定控制塔顶或塔底回流量,有利于平稳操作
17.4 精馏塔的整体控制方案
(1)方案1、2 在保证塔釜温度和液位基本稳定,控制精馏段温度 1、D控制温度 温度升高→ D 减小 →L 增大 →温度 →液位 升高
下降
优点:物料与能量平衡之间的关联最小
缺点:温度控制滞后大 2、L控制温度
17.4 精馏塔的整体控制方案 (2)方案3、4
通过控制提馏段温度,控制精馏塔的温度分布 塔顶回流和馏出的定值控制 3、Q控制温度
温度升高→Q减小→温度下降
缺点:温度控制与物料平衡控制有关联 4、B控制温度 温度升高→B减小→温度下降
D
17.4.3 塔的压力控制
(1)正压塔
液相含有少量不凝聚物:界于以上两种情况之间,采用两个 操纵变量控制,冷凝剂量和放空量。
PC
L
D
分程调节 图17-25
17.4.3 塔的压力控制
(2)负压塔
塔顶设置抽真空系统 图17-26 (A)直接节流抽气管 (B)控制旁路
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(i 第二章思考题及习题2.1与单回路系统相比,串级控制系统有些什么特点 ?答:串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能,而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。

因此,串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。

(1)串级控制系统具有更高的工作频率;(2)串级控制系统具有较强的抗干扰能力;(3)串级控制系统具有一定的自适应能力2.2为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用只取决于主对象放大倍数的符号,而与其他环节无关?答:主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。

主环内包括有主控制器、副 回路、主对象和主变送器。

控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来 看待。

这样,只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求。

即Sign{ G oi (s )}Sign{ G o2(s )}Sign{ G mi (s )}Sign{ G ci (s )}=-1就可以确定主控制器的正、 反作用。

实际上主变送 器放大倍数符号一般情况下都是“正”的,再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节,因此主控制器 的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。

当主对象放大倍数符号为“正”时,主控制器应选 “负”作用;反之,当主对象放大倍数符号为“负”时,主控制器应选正作用。

2.3串级控制系统的一步整定法依据是什么?答:一步整定法的依据是:在串级控制系统中一般来说,主变量是工艺的主要操作指标,直接关系到 产品的质量,因此对它要求比较严格。

而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量,对副变量本身 没有很高的要求,允许它在一定范围内变化,因此在整定时不必将过多的精力放在副环上,只要主变量达 到规定的质量指标要求即可。

此外对于一个具体的串级控制系统来说,在一定范围内主、副控制器的放大 倍数是可以互相匹配的,只要主、副控制器的放大倍数K ci 与K ci 的乘积等于K s(K s 为主变量呈4: 1衰减振荡时的控制器比例放大倍数),系统就能产生 4: i 衰减过程(下面的分析中可以进一步证明 )。

虽然按照经验一次放上的副控制器参数不一定合适,但可通过调整主控制器放大倍数来进行补偿,结果仍然可使主 变量呈4: i 衰减。

2.4试证明串级控制系统中,当干扰作用在副环时,只要主、副控制器其中之一有积分作用就能保证 主变量无余差。

而当干扰作用于主环时,只有主控制器有积分作用时才能保证主变量无余差。

答:从串级控制系统结构图中可以看出:i. 当干扰作用在副环时,副环在干扰下的输出可如下计算:并假定f (t )为单位阶跃干扰,则 F (s )=i/s ,运用终值定理可得:G V (S)K V ;G O 2(S)K 02 T 02 s);G m2 (S) K m2y()叽 SF (S ) S S “ G ;忙K v K m 2 叽 1 3;[恥)C2(1 T 02S )如果G c2(s )=K c2(T i s+1)/T i s ,即含有积分环节,则在上式分子上出现 T i s 项,y 2(^)=0,即干扰作用下主环也无余差。

如果 G c2(s ) =K C 2,则副环余差为 y 2(g )=1/K v K m2K c2,此余差进入主环,此时将副环等效成一 个环节,G‘02(S )=1/K m2,用与上述副环余差计算一样的方法计算主环余差,如果主环控制器具有积分作用,y i (g )=0,反之 y 1( g )丰 0。

当干扰作用在主环时,副环等效成一个环节, G ’02(s ) =1/K m2,用与上述副环余差计算一样的方法计算主环余差,如果主环控制器具有积分作用,y 1( g )=0,反之y 1(g )工0。

2.5试说明为什么整个副环可视为一放大倍数为正的环节来看待?答:对于副环来说,如果是负反馈系统,其等效环节等效传递函数为:当控制器放大倍数远远大于 1时,则有| G c2 G v G 02 G m |>>1,又因为通常各个环节都是无量纲化的,此时G m =1。

则有式(2-1)近似等于+1。

2.6试说明在串级控制系统中主、副控制器之一的正、反作用选错会造成怎样的危害?答:串级控制系统属于反馈控制系统,只有在负反馈的情况下,系统才是稳定的,当系统受到干扰时,其过渡过程将会是衰减的;反之,如果系统是正反馈,那么系统将是不稳定的,一旦遇到干扰作用,过渡 过程将会发散。

系统不稳定当然是不希望发生的,因此,对于反馈控制系统来说,要使系统能够稳定地工 作,必须要构成负反馈。

2.7图2.21所示的反应釜内进行的是放热化学反应,而釜内温度过高会发生事故,因此采用夹套通冷 却水来进行冷却,以带走反应过程中所产生的热量。

由于工艺对该反应过程温度控制精度要求很高,单回 路控制满足不了要求,需用串级控制。

① 当冷却水压力波动是主要干扰时,应怎样组成串级?画出系统结构图。

选择釜内温度为主对象,冷却水流量为副对象,组成串级控制,结构图如下② 当冷却水入口温度波动是主要干扰时,应怎样组成串级?画出系统结构图。

选择釜内温度为主对象,冷却水入口温度为副对象,组成串级控制,结构图如下G 02G c2G v G °21G c2G v G 02G m(2—1)③对上述两种不同控制方案选择控制阀的开、闭形式及主、副控制器正、反作用。

答:从安全角度出发,上述两种方案均应选择气闭式控制阀。

畐U控制器:第一种方案下,当冷却水流量超过给定值时,其输入为正值,此时要求阀的开度减小,即控制器输出增大,所以选正作用。

第二种方案下,当入口温度超过给定值时,其输入为正值,此时要求阀的开度增加,即控制器输出减小,所以选负作用。

主环控制器:两种方案下,当冷却水流量增加时,釜内温度降低,因此K oi为负,应选择正作用。

2.8图2.22为一管式炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统。

要求:①选择控制阀的开、闭形式。

答:根据安全要求,控制阀应选择气开式。

②确定主、副控制器的正、反作用。

副控制器:当炉膛温度超过给定值时,其输入为正值,此时要求阀的开度减小,即控制器输出减小,所以选负作用。

主环控制器:当燃料气流量增加时,釜内温度升高,因此K oi为正,应选择负作用。

③在系统稳定的情况下,如果燃料气压力突然升高,结合控制阀开、闭形式及控制器的正、反作用,分析该串级控制系统的工作过程。

答:在系统稳定的情况下,如果燃料气压力突然升高,此时控制阀的开度还没有变化,所以燃料气流量增加,炉膛温度升高,测量变送的输出增加,副控制器的输入为正,副控制器为负作用,输出减小,控制阀为气开式,所以开度减小,使燃料气流量下降。

燃料气流量增加,炉膛温度升高最终会使原油出口温度增加,测量变送的输出增加,主控制器的输入为正,主控制器为负作用,输出减小,副控制器的给定值减小,促使副环控制器对燃料气流量进一步调整。

一直到原油出口温度回到给定值为止,控制阀处在一个新开度上。

2.9某干燥器采用夹套加热和真空抽吸并行的方式来干燥物料。

干燥温度过高会使物料的物性发生变化,这是不允许的,因此要求对干燥温度进行严格控制。

夹套通入的是经列管式加热器加热后的热水,而加热器采用的是饱和蒸汽,流程如图2.23所示。

要求:①如果冷水流量波动是主要干扰,应采用何种控制方案?为什么?答:应采用干燥器干燥温度与冷水流量串级控制系统,因为要将主要干扰冷水流量包围在副环内。

②如果蒸汽压力波动是主要干扰,应采用何种控制方案?为什么?答:应采用干燥器干燥温度与蒸汽压力串级控制系统,因为要将主要干扰蒸汽压力包围在副环内。

③如果冷水流量和蒸汽压力都经常波动,应采用何种控制方案?为什么?答:应采用干燥器干燥温度与加热器出口热水温度串级控制系统,副控制器的输出控制蒸汽、冷水控制阀,副控制器为负作用,蒸汽控制阀为气开式,冷水控制阀为气闭式,主控制器为负作用。

2.22习通2点图2.10某串级控制系统采用两步法进行整定,测得4: 1衰减过程的参数为:S is=8% , S 2S=42% ,T is =120s, T2S =8s。

若该串级控制系统中主控制器采用PID规律,副控制器采用P规律。

试求主、副控制器的参数值应是多少?答:1、 副控制器参数:S 2 = S 2s =42%2、 主控制器参数:S 1=0.8 S 1s =0.8X 8%=0.64%T 1=0.3 T 1s =0.3 X 120=36S T i =0.3 T 1S =0.1 X 120=12S第三章思考题及习题3.1比值与比值系数的含义有什么不同?它们之间有什么关系?答:比值K 是工艺要求的流量比,定义为从动流量F 2与主动流量F 1之比,即:«=从动流量/主动流量=F 2/ F 1比值系数K'是仪表有效信号之比,定义为从动流量 果用I 来表示仪表的测量信号,则有:220_从动流量的测量信号_也© 主动流量的测量信号—I 1 I 101 1 max 110流量比K 与比值系数K'是两个不同的概念,不能混淆。

比值系数K'的大小与流量比K 的值有关,也与变送器的量程有关,与负荷大小无关。

流量与测量信号之间有无非线性关系对计算式有直接影响。

线性关系时K'=K(F 1max / F 2max );非线性关系(平方根关系)时K' = K 2(F 1max / F 2max )2。

3.2用除法器进行比值运算时,对输入信号的安排有什么要求?为什么?答:对于采用除法器实施的比值控制系统, 由于除法器的结构,必须使输入的分母信号大于分子信号。

通常把主流量作为分母项,此时K'的范围是0<K'<1 ,因此在选择流量测量仪表量程时,也需满足F 2max > Kmax F 1max 。

同时,用除法器作比值计算时,应注意比值系数 K'不能在1附近。

若比值系数等于 1,则比值 给定已达最大信号I 出=20mA ,除法器输出I 0必将等于20mA 。

在这种情况下,如果出现某种使F l 下降或F 2增加的变化,因除法器输出已饱和,虽然比值K= F 2/FFI 增加了,但由于I 0不变化,相当于系统的反馈信号不变,失去控制作用,故只好任其比值增加。

F 2的有效信号与主动流量 F 1的有效信号之比。

如(3-2)3.3什么是比值控制系统?它有哪几种?画出它们的结构原理图。

答:实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统,称为比值控制系统。

比值控制系统类型:(1) 开环比值控制系统斤 —t it*' h 一 丹 uI 阪垂卜 <丹(3) 双闭环比值控制系统-Q T?晶內■単甲硏T 丄 也'"厂"■1丽^丨■T ZZ JZ Z —T楼屯.|-4_控屯**_円 卫pt 鼻卜丁"耳--------- 应站 ----------(4 )变比值控制系统(2) 单闭环比值控制系统阿BM(b) ■改林圏3.*申駅惶■月比厦撓語曲圾合摹筈3.4用除法器组成比值系统与用乘法器组成比值系统有什么不同之处?答:如果乘法器组成比值系统使用常规仪表实现,可采用比值器、配比器、乘法器、分流器等。

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