过程控制部分习题答案

第一章思考题与习题

1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?

答：过程控制系统主要分为三类：

1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。

2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。

3

)

5．过程过渡时间ts：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％（根据系统要求）范围内所需要的时间。它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，t s越小，过渡过程进行得越快。

6．峰值时间tp: 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。称为峰值时间tp。它反映了系统响应的灵敏程度。

静态指标是余差，动态时间为衰减比（衰减率）、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间。

第二章 思考题与习题

2－1 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） 求过程的传递函数W 0（S ）＝H （S ）/Q 1（S ）； （3） 画出过程的方框图。

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：

dt dh )Q Q (Q 321=+-dt h d C )Q Q (Q 321∆∆∆∆=+-22R h Q ∆∆=33R h Q ∆∆=h )R R (dt h d R CR Q R R 2332132∆∆∆++=h dt h d R R R CR Q R R R R 323213232∆∆∆++=+3232R R R R R +=h dt h d CR Q R 1∆∆∆+=)

S (H )S (CRSH )S (RQ 1+=1RCS R )s (Q )s (H )s (W 10+==

2－2．如图所示：Q 1为过程的流入量，Q 2为流出流量，h 为液位高度，C 为容量系数，若以Q 1为过程的输入量，h 为输出量（被控量），设R 1、R 2为线性液阻，求过程的传递函数 W 0(S)＝H(S)/Q 1(S)。

解：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：

传递函数：

如果考虑管道长度l ， 即出现纯时延，由于管道流量恒定，所以l

Q =τ

其传递函数为：

2－5 某过程在阶跃扰动量Δu ＝20％，其液位过程阶跃响应数据见下表：

t/s 0 10 20 40 60 80 10

140 180 260 300 400 500 h/cm 0 0 0．2 0．8 2．0 3．6 5．4 8．8 11．8 14．4 16．6 18．4 19．2

（1） 画出液位h 的阶跃响应曲线

dt h d C Q Q 21∆∆∆=-22R h Q ∆∆=h dt h d CR Q R 212∆∆∆+=)

S (H )S (SH CR )S (Q R 212+=1S CR R )s (Q )s (H )s (W 2210+==τ

S 2210e 1S CR R )s (Q )s (H )s (W -+==