过程控制计算题教学文案

1、下图为一蒸汽加热器的温度控制系统。冷物料经换热器与蒸汽换热后流出，通过改变进入换热器的蒸汽量来保持热物料出口温度为某设定值。当冷物料流量突然增大Q 后，分析该系统如何实现自动控制？试画出该系统的方框图。

由蒸汽加热器、温度变送器TT 22、温度控制器TC 22、蒸汽流量控制阀组成。控制的目标是保持流体出口温度T 恒定。当进料流量RF 或者温度Ti 变化，会引起物料出口温度变化，通过温度变送器TT 22 测得温度的变化，并将信号Tm 送至温度控制器TC 22，与给定值Tsp 比较，温度控制器TC 22根据偏差将控制命令u 送至控制阀，改变蒸汽量RV 来维持温度的恒定。 凝液

2、下图所示为一液位控制系统，试指出该系统中的（1）被控变量、（2）操纵变量、（3）主要扰动、（4）输入信号、（5）输出信号各是什么，并画出该系统的方框图。

被控变量：液位h 操纵变量： Qo 主要扰动： Qi 输入变量：h sp 输出变量：h （t ）

3、某一被控过程为

若采用PI 控制器对该被控过程进行控制，试采用Zirgler-Nichols 方法确定控制器参数。假设继电器幅度为2d =± ，基于该继电器的反馈系统输入输出响应如下图所示，系统在微量外部扰动的作用下，进入等幅振荡状态

()()()

20.5

5121s

p G s e s s -=

++

解：由振荡曲线可知：2d =±，振幅0.3a =，周期11min u T =，因而对应的临界控制增益

4428.53.140.3

u d K a π⨯=

=≈⨯ PI 控制器参数为

4、某一热交换控制系统如下图所示，考虑到控制系统在断电断气情况下的安全性，蒸汽阀应为气开阀还是气关阀？试分析为使控制回路成为“负反馈”系统，TC22 应为反作用控制器还是正作用控制器？

答：蒸汽阀应为气开阀。假设控制器TC 22为正作用（当被控变量的测量值增大时，控制器的输出也增大）。

0.4 3.4c u K K =⨯=0.89min

i u T T =⨯=

如果 T↑, 则

为使控制回路成为“负反馈”系统，TC22 须为反作用控制器。

5图所示为连续搅拌反应釜温度控制的串级控制系统，试画出该控制系统的方框图，并分析主被控变量、副被控变量、主对象、副对象、主控制器、副控制器各是什么？

出料

答：

主被控变量为反应槽的温度，副被控变量为夹套温度。主对象为反应槽，副对象

为夹套。主控制器为TC

1，副控制器为TC

2

。

6、某水槽的阶跃响应实验数据如下，其中阶跃扰动量Δu=20%。

（1）画出水位的阶跃响应曲线

若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。答：习题2-9的答案