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
.13p 16104∆= 可得：Δp=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：
320
q 1044.88= 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
80
5.2-3
120
-
160
k=
=
dt
dh
)
Q
Q
(
Q
3
2
1
=
+
-
dt
h
d
C
)
Q
Q
(
Q
3
2
1
∆
∆
∆
∆=
+
-
2
2R
h
Q
∆
∆=
3
3R
h
Q
∆
∆=
h
)
R
R
(
dt
h
d
R
CR
Q
R
R
2
3
3
2
1
3
2
∆
∆
∆+
+
=
h
dt
h
d
R
R
R
CR
Q
R
R
R
R
3
2
3
2
1
3
2
3
2∆
∆
∆+
+
=
+
3
2
3
2
R
R
R
R
R
+
=
h
dt
h
d
CR
Q
R
1
∆
∆
∆+
=
)
S(
H
)
S(
CRSH
)
S(
RQ
1
+
=
1
RCS
R
)s(
Q
)s(
H
)s(
W
1
0+
=
=
由一阶对象的输出响应⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
-
∆
=
∆
∆
T
A
t
-
e
1
k
θ
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。

20
1
20
)0(
)
(
=
=
-
∞
=
x
y
y
K
从图中得到：τ＝40s，T＝260－40＝220s
S
S e
S
e
TS
K
s
W40
01
220
20
1
)
(-
-
+
=
+
=τ
方法二：计算法
在图中取y(t1)＝0.33 y(∞) y(t2)＝0.39y(∞) y(t3)＝0.632 y(∞) y(t4)＝0.7 y(∞) 得t1＝125s t2 ＝140s t3 ＝225s t4 ＝260s
s
150
)
t
t(2
T
2
3
1
=
-
≈s
55
t
t2
3
2
1
=
-
≈
τ
s
168
8.0
t
t
T1
4
2
=
-
≈s
57
2
t
t3
4
1
2
=
-
≈
τ
可见数据很接近，于是：
s 1592T T T 210=+= s 562
210=+=τττ 过程数学模型：
S S e S e TS K s W 56001
159201)(--+=+=τ 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。