过控资料

下图为造纸系统某一工艺段的温度串级控制系统，以保持网前箱出口温度稳定。

（1）画出该控制系统的方框图。

（2）如工艺要求在故障情况下切断蒸汽的供应，试选择蒸汽阀的气开和气关方式。

（3）确定主副温度调节器的正反作用。

（4）结合图，试说明为什么串级控制方案比网前箱出口温度单回路控制方案控制效果好。

（2）气开阀。

（3）主控制器反作用；副控制器反作用。

（4）该方案在滞后时间较小的混合箱出口设置了副温度传感器，组成混合箱出口副温度控制器，把主要干扰纳入了副回路，副回路通道短，滞后时间小，控制作用及时，能够有效提高控制质量。

如图所示一氧化氮生产串级比值控制系统，要保证产品质量，需要稳定氧化炉出口温度。

回答以下问题。

（1）图中除法器的输出代表什么？
（2）系统中开方器有什么作用？
（3）图中Q1是主流量还是副流量？
（4）系统主副流量无变化，当扰动作用使氧化炉出口温度偏离设定值时，系统如何调节？答：
（1）图中除法器的输出代表氨气和空气的流量比。

（2）系统中开方器使得输出的电信号与被测流量成比例关系。

（3）图中Q1是副流量。

（4）系统主副流量无变化，当扰动作用使氧化炉出口温度偏离设定值时，修改氨气和空气的流量比设定值，通过调整实际氨气的流量使得实际比值跟随修正后的设定比值，从而保证氧化炉出口温度达到设定值。

如图所示单容水箱，负载阀的流阻为R2。

现以Q1为输入，Q2为输出，求Q2(s)/Q1(s)。

⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧
∆=∆∆=∆-∆2221R h
Q dt h d C Q Q ⎪⎩⎪⎨⎧==-2221)()()
()()(R s H s Q s CsH s Q s Q
)()()(2221s Q CsR s Q s Q =- 11
11)()(212+=
+=Ts s CR s Q s Q C R T 2=
如图所示，已知一单容水箱其底面积为C ，输入为Qi ，输出为h 。

Qo1和Qo2对应的流阻分别为R1和R2，求H(s)/Qi(s)。

⎪⎪⎪
⎩
⎪
⎪
⎪⎨⎧∆=∆∆=∆∆=∆-∆-∆221
1
21R h Q R h Q dt h d C
Q Q Q o o o o i ⎪⎪⎪
⎩
⎪
⎪⎪
⎨⎧
===--221
1
21)()()()()
()()()(R s H s Q R s H s Q s CsH s Q s Q s Q o o o o
i
11
111)()(21212
12
121+=+++=++=Ts K R R Cs R R R R R R R R Cs s Q s H i 2121R R R R K +=C R R R R T 2121+=
画出该前馈-反馈系统方框图，并推导前馈调节器 Wf(s)的表达式。

（1）前馈——反馈系统方框图
（2）前馈调节器Wf(s)：
)()()(W )(0f =+s W s W s s W c d
)()()()(W 0f s W s W s W s c d -
=
测量某一温度变量，其变化范围是100-700oC，采用DDZⅢ型变送器，仪表进行零点和量程调整。

（1）求此温度变送器的最大转换系数。

Kf=
C
mA︒
=
-
-
/
0267
.0
100
700
4
20
（2）350oC时变送器的输出电流为：I=
mA
7.
10
4
)
100
350
(
100
700
4
20
=
+
-
-
-
燃料量Q1与热风Q2按比例配制Q2/Q1=2。

热风流量量程为0~3000m3/h。

燃料流量量程为0~1000m3/h。

线性测量。

①求比值器设定系数K’。

②用DDZ-Ⅲ仪表。

当燃料Q1=100m3/h，求比值器输出电压。

比值器调节器调节阀对象
变送器变送器
Q2
Q1
(风) (燃料)
—K'
①
3
2
3000
1000
2
m a x
2
m a x
1
'=
⨯
=
=
Q
Q
K
K
②变送器输出电压为：
V Q
Q
U4.1
1
4
1000
100
1
)1
5(
max
1
1
1
=
+
⨯
=
+
-
⨯
=
比值器输出电压U2：
'
1
2
1
1
K
U
U
=
-
-V
U
K
U27
.1
1
)1
4.1(
3
2
1
)1
(
1
'
2
=
+
-
=
+
-
=
m1
m2
c1
c2双输入双输出系统，输入输出关系如下：（1）求相对增益矩阵。

（2）求正确的变量配对。

⎩
⎨
⎧
+
=
+
-
=
2
1
2
2
1
1
4
3
2
m
m
c
m
m
c
（1）由式2
1
2
4m
m
c+
=，得
1
2
2
4m
c
m-
=代入
2
1
1
3
2m
m
c+
-
=式中，得
1
2
1
2
1
1
14
3
)
4
(3
2m
c
m
c
m
c-
=
-
+
-
=
则相对增益：
7
1
14
2
2
2
1
1
1
1
11
=
-
-
=
∂
∂
∂
∂
=
=
=
const
c
const
m
m
c
m
c
λ
相对增益矩阵为：
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
-
-
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
-
-
=
7
1
7
6
7
6
7
1
7
1
7
1
1
7
1
1
7
1
1
1
11
11
11
11
λ
λ
λ
λ
λ
（2）正确的变量配对为：m1→c2 m2→c1
下图是由2个DDZ-Ⅲ调节阀组成的分程控制系统原理图。

试分析： （1）A 、B 两阀的气开/气关形式。

答：A 为气开阀；B 为气关阀。

（2）I=7mA 时，A 和B 两阀的开度分别是多少？ 答：A
阀的开度为%
5.3714124
7=⨯--
B 阀的开度为100%。

（3）如果在非分程情况下，I=7mA 时，A 和B 两阀的开度又是多少？ （4）画出非分程情况下A 和B 两阀的输入-输出特性。

非分程情况下：
A 、
B 的输入—输出特性如下：
01
4
20
开度（A ）
I(mA)
1
420
开度（B ）I(mA)
I=7mA 时，A 阀的开度是：%75.1814204
7=⨯-- I=7mA 时，B 阀的开度是：%
25.8114207
20=⨯--
下图为大滞后对象控制框图，其中Wo(s)为一阶惯性。

根据此图。

(1)推导Smith 补偿器Ws(s)。

Wc(s)
Ws(s)
s
e
τ-Wo(s)R Z —
M
C S +
+
E
(2)设M 点为阶跃信号，试定性画出C 、S 、Z 点波形。

(3)Smith 补偿器的滞后补偿是针对系统输出C 还是对反馈Z ？ 滞后补偿是针对反馈Z 。

（1） Smith 补偿器Ws(s)
U(s)Wo(s)+U(s)Ws(s)= U(s) Wo(s) Wo(s)+ Ws(s)= Wo(s)
Ws(s) =
)1)((s
e s W τ--
（2）C 、Z 、S 点波形如下：
t
τ
C
t
τ
Z
t
τ
S。