过程控制-李文涛-课后习题标准答案

过控答案部分课后答案

过控答案部分课后答案1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成：参照图1-1。

1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？解答：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。

衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ；过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A ；超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；1100%()y y σ=?∞ 残余偏差C ：过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。

过程控制主要习题参考答案

第一章思考题与习题1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。

解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量。

当电石加入时，内部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。

系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器内温度控制参数：冷水流量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。

由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。

由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。

3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。

3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。

它是一个静态指标，对定值控制系统。

希望余差越小越好。

2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。

衡量系统稳定性也可以用衰减率φ4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。

过程控制-李文涛-课后习题答案

不知道谁弄的和我们要求的课后作业相似度很大,值得参考,另外答案准确度应该还行. T1.6〔1〕最大偏差A —被控变量偏离给定值的最大数值〔给定值为800〕 A=843-800=43C超调量B —第一个波峰值与新稳定值之差 B=843-808=35C衰减比B1：B2 — 相邻两个波峰值之比 < 843-808>/<815-808>=5 余差值被控变量的新稳定值与给定值之偏差C=808-800=8C振荡周期过渡过程同向两个波峰间间隔时间为周期T=20-5=15min工艺规定的操作温度为800±9〕C,表示给定值为800C,余差为9C,由〔1〕得出的最大偏差A=43C<50C ,余差C=8C<9C ,所以该系统满足要求.T2.8 〔1〕（2）由图可知：,22030250,30s T s =-==τ10%)10*196/()0196(/)]0()([=-=∆-∞=x y y k〔阶跃扰动为稳态值的10%,即k=10〕〔P36〕计算法：阶跃响应表达式)(/)()(0∞=y t y t y⎪⎩⎪⎨⎧=<≥---)(0)(10)2()(ττt t e t T t y 〔1.1〕选取t1=140s,t2=250s 对应)2(),1(00t t h h ,其中t2>t1>τ由式〔1.1〕可得eh Tt t )21(01)1(---=,eh Tt t )22(01)2(---=取自然对数并联立求解,得)]2(1ln[)]1(1ln[1200t t t t T h h ----=；〔1.2>)]2(1ln[)]1(1ln[)]2(1ln[1)]1(1ln[20000t t t t t t h h h h ----⋅--⋅=τ <1.3>为计算方便,选取632.0)2(,39.0)1(0==t t h h 代入式〔1.2〕和〔1.3〕则T=2〔t2-t1>=s 220)140250(2=-⨯;s t t 302501402212=-⨯=-=τ;10%)10*196/()0196(/)]0()([=-=∆-∞=x y y k .T3.9(1)影响物料出口温度的主要因素有：蒸汽压力、流量,冷物料温度、压力、流量.(2)被控参数选热物料的出口温度,因为它直接决定着产品的质量；调节参数选蒸汽流量,因为它可以控制.(3)从工艺安全和经济性的角度考虑,应该保证在系统发生故障时,调节阀处于闭合状态,避免因换热器温度过高而发生损坏和不必要的浪费.所以选择气开式.(4) 被控参数为热物料的出口温度,因此调节规律选择PID.温度变送器Km 为"+"；调节阀为气开,即Kv 为"+"；对于被控对象,当阀门开度增大时,热物料的出口温度升高,即K0为"+".由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+",所以调节器的Kp 为"+",即为反作用. <5> T3.10大修后变送器的量程由500℃变为300-200=100℃,变送器的放大倍数将发生变化,从而导致广义对象特性放大倍数发生变化：032.005004200=--=K ,00516.0200300420'K K ==--=系统的过渡过程将会发生变化,系统可能不稳定,此时,应该减小PID 调节器的比例放大系数,使p p K K 51'=,以保证开环放大倍数const K K K K p p ==00''T3.11由广义对象特性试验可知,min 2.1min,3.2,64.04205601008589===----=τT K根据表3.8可得367.02.13.264.01.11.11.1=⨯⨯===τετδT K p ,m in96.32.13.33.3=⨯==τi TT3.12由于工艺上不允许塔釜的液位被抽空,所以从安全角度考虑,调节阀应该选择气开式,这样当发生事故时调节阀处于闭合状态.液位变送器Km 为"+"；调节阀为气开式,即Kv 为"+"；被控对象：当阀门开度增大时,塔釜液位下降,所以Ko 为"-"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+",所以调节器的Kp 为"-",即调节器应采用正作用方式. T4.3(1)控制系统的框图(2)因工艺要求加热温度不能过高,所以选择调节阀为气开式,这样就避免了发生故障时还会有蒸汽进入,造成危险和浪费.(3)主调节器：温度PID；副调节器：流量P或PI副调节器：流量变送器Km为"+"；调节阀为气开式,即Kv为"+"；当阀门开度变大时,进入加热器的蒸汽增多,即副对象的系数Ko2为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+",所以副调节器的Kp为"+",即副调节器应采用反作用方式.主调节器：温度变送器Km为"+"；调节阀为气开式,即Kv为"+"；当蒸汽增多时,热物料的出口温度升高,即副对象的系数Ko1为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+",所以主调节器的Kp为"+",即主调节器应采用反作用方式. (4)当蒸汽流量突然增加时,加热器的蒸汽会增多,FC测量值增加,又因为FC为反作用,所以FC的输出减小,即阀门开度减小,从而通过改变蒸汽流量来稳定加热器的温度.当冷物料突然增加时,热物料的出口温度降低,此时温度调节器TC的测量值减小,又因为TC为反作用,所以TC的输出值增大,也就是流量调节器的测量值减小.因为流量调节器是反作用方式,即调节阀的开度增加,从而通过改变蒸汽流量使加热器的出口温度上升,直至稳定状态.T4.4〔1〕流程图系统框图〔2〕为了保证清水的处理质量,调节阀应选择气开形式,当清水处理的质量不合格时,调节阀处于全闭的状态,以免污染环境. 〔3〕主调节器：由于工艺要求清水池水位稳定在某一高度上,因此应该选择PI调节规律.副调节器：副被控参数为流量,调节规律可以选择P调节.〔4〕副环：流量变送器Km为"+"；调节阀为气开式,即Kv为"+"；副对象：当阀门开度变大时,污水流量增多,即副对象的系数Ko2为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+",所以副调节器的Kp为"+",即副调节器应采用反作用方式.主环：当副对象流量增多时,主对象的液位升高,所以主对象的放大系数为"+",主调节器的Kp为"+",即副调节器应采用反作用方式.T4.5〔1〕串级系统能够抑制主要干扰,控制参数应该为蒸汽流量,而不是冷水流量<2> 以蒸汽压力为副变量,物料的出口温度为主变量串级系统.理由：将蒸汽压力波动这一主要干扰包含在副回路中, 利用副回路的快速有效克服干扰作用抑制蒸汽压力波动对干燥器出口的温度的影响. T5.6（2）由于A 、B 两种物料流量会随管道的压力而经常发生变化,所以可以选择双闭环比值控制系统. 〔2〕没有特别的说明,我们把流量与检测信号看成是线性关系.于是有：〔3〕从经济性的角度考虑,调节阀应该选择气开式.流量变送器Km 为"+"；调节阀为气开式,即Kv 为"+"；对象：当阀门开度变大时,流量增大,即对象的系数Ko 为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+",所以调节器的Kp 为"+",即调节器应采用反作用方式 T5.7由于在测量时采用的是差压式流量计,所以流量与检测信号成非线性关系.所以比值系数为： T6.8（1）前馈-----串级控制系统（2）系统框图 (3) P130系统的传递函数为：)()()()()(1)()()()(1)()()()()(1)()()()()()()(1122221112222s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s F s Y GG G G G G G G G G G G G G G G G G G o m vo c vo c c o m vo c vo c ff PD ++++=将不变性条件)0)(,0)((=≠s Y s F 代入上式得：〔4〕假定调节阀为气开式,即Kv 为"+"；流量变送器Km 为"+"；副对象：当阀门开度变大时,流量增大,即副对象的系数Ko 为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+",所以副调节器的Kp 为"+",即副调节器应采用反作用方式.当阀门开度变大时,流量增大,换热器的出口温度升高,所以主调节器的Kp 为"+",即主调节器应采用反作用方式. T6.9图〔a 〕为前馈----反馈控制系统,当原油发生变化时,前馈调节器与时发出控制指令,控制阀门开度的大小,补偿因原油量变化对加热器出口温度的影响.图〔b 〕为串级控制系统,燃料油流量为副参数,出口温度为主参数；图中有2个调节器,一个调节阀且温度调节器的输出作为流量调节器的给定值.当阀门开度变化时,首先会影响副参数,进而会影响主参数,因此此系统为串级控制系统. T7.7（1）从经济性和安全性的角度考虑,调节阀选择气开式.（2）对于温度控制器,当阀门开度增大时,加热炉的出口温度升高,所以温度对象的放大系数为"+"；调节阀为气开式,即Kv 为"+"；温度变送器Km 为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+",所以调节器的Kp 为"+",即温度调节器应采用反作用方式.对于压力控制器,当阀门开度增大时,压力增加,所以压力对象的放大系数为"+"；调节阀为气开式,即Kv 为"+"；压力变送器Km 为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+",所以调节器的Kp 为"+",即压力调节器应采用反作用方式. （3）温度控制器属于正常工况下的调节器,且温度对象的容量滞后较大,故温度调节器应选择PI 调节；而压力调节器属于非正常工况下的调节器,要求压力上升到安全限度时能迅速投入工作,故压力调节器应选择窄比例调节.（4）在本系统中,压力调节器属于备用调节器,在异常情况下,燃烧阀后压力超过上限值,又因为压力调节器为反作用工作方式,所以其输出为低电平.为了保证系统在此时能迅速选中压力调节器的输出信号,所以选择器必须选择低选〔LS 〕. T8.13〔1〕当系统发生故障时,为了保证安全和节约原料,两种燃料的阀门应当关闭.因此A 、B 调节阀都应该选择气开式.根据工艺要求,加热时应尽量适应天然气,只有当天然气不能满足加热要求时,才使用燃料油.因此A 阀的输入X 围为：0.02Mpa —0.06Mpa,B 阀的输入X 围为：0.06Mpa —0.10Mpa.〔2〕当阀门开度增大时,加热炉的出口温度升高,所以温度对象的放大系数为"+",调节阀为气开式,即Kv 为"+"；温度变送器Km 为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+",所以调节器的Kp 为"+",即温度调节器应采用反作用方式。

过程控制课后题答案讲解

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0.22.11 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。

（完整版）过程控制习题与答案

（完整版）过程控制习题与答案第1章绪论思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制⽅案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的⼀种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪⼏部分组成？解答：过程控制系统：⼀般是指⼯业⽣产过程中⾃动控制系统的变量是温度、压⼒、流量、液位、成份等这样⼀些变量的系统。

组成：控制器，被控对象，执⾏机构，检测变送装置。

1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（⼲扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？解答：被控对象⾃动控制系统中，⼯艺参数需要控制的⽣产过程、设备或机器等。

被控变量被控对象内要求保持设定数值的⼯艺参数。

操纵变量受控制器操纵的，⽤以克服扰动的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。

扰动量除操纵变量外，作⽤于被控对象并引起被控变量变化的因素。

设定值被控变量的预定值。

偏差被控变量的设定值与实际值之差。

1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪⼏类？解答：按照设定值的不同形式⼜可分为:1．定值控制系统定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统.定值控制系统的作⽤是克服扰动对被控变量的影响,使被控变量最终回到设定值或其附近.以后⽆特殊说明控制系统均指定值控制系统⽽⾔.2.随动控制系统随动控制系统的设定值是不断变化的.随动控制系统的作⽤是使被控变量能够尽快地,准确⽆误地跟踪设定值的变化⽽变化3.程序控制系统程序控制系统的设定值也是变化的，但它是⼀个已知的时间函数，即设定值按⼀定的时间程序变化。

1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？为什么说研究控制系统的动态⽐其静态更有意义？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

过程控制课后习题答案及解析

第1章自动控制系统基本概念~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器与被控对象等四个环节组成。

~~ 1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表,工段号为3,仪表序号为07;TRC-303表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的温度控制仪表;工段号为3,仪表序号为03;FRC-305表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的流量控制仪表;工段号为3,仪表序号为05。

~~~~~ 1-7 在自动控制系统中,测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？解测量变送装置的功能就是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号(如气压信号或电压、电流信号等)送往控制器;控制器接受测量变送器送来的信号,与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后将此结果用特定信号(气压或电流)发送出去执行器即控制阀,它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度,从而改变操纵变量的大小。

~~~1-8.试分别说明什么就是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？解:被控对象(对象)——自动控制系统中,工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。

被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。

控系统通常用该变量的名称来称呼,如温度控制系统,压力制系统等。

给定值(或设定值或期望值)——人们希望控制系统实现的目标,即被控变量的期望值。

它可以就是恒定的,也可以就是能按程序变化的。

操纵变量(调节变量)——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节(操纵)的变量。

或实现控制作用的变量。

操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。

~~~1-11 题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。

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。

《过程控制》课后习题答案

第一章思考题与习题1.1 下列系统中哪些属于开环控制，哪些属于闭环控制？①家用电冰箱②家用空调器③家用洗衣机④抽水马桶⑤普通车床⑥电饭煲⑦多速电风扇⑧高楼水箱⑨调光台灯开环控制：③家用洗衣机⑤普通车床⑦多速电风扇⑨调光台灯闭环控制：①家用电冰箱②家用空调器④抽水马桶⑥电饭煲⑧高楼水箱1.2 图1-14所示为一压力自动控制系统，试分析该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和扰动变量是什么？画出该系统的框图。

图1-14 压力自动控制系统图1-15 加热炉温度自动控制系统被控对象：容器P被控变量：罐内压力操纵变量：物料输入流量扰动变量：出口流量系统框图如下：1.3 图1-15所示是一加热炉温度自动控制系统，试分析该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和扰动变量是什么？画出该系统的框图。

被控对象：加热炉被控变量：炉内温度操纵变量：燃料流量扰动变量：进料量系统框图如下：1.4 按设定值的不同情况，过程控制系统分为哪几类？过程控制系统分为三类：定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。

1.5 什么是过程控制系统的过渡过程？有哪几种基本形式？过程控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为过程控制系统的过渡过程。

控制系统过渡过程有五种基本形式：发散振荡、单调发散、等幅振荡、衰减振荡和单调衰减。

1.6 某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-16所示。

试分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和调整时间（设定值为200℃）。

图1-16 题1.6图最大偏差：30℃余差：5℃衰减比：5：1振荡周期：15min调整时间：22min第二章思考题与习题2.1 求取图2-55所示电路的传递函数，图中物理量角标i代表输入，o代表输出。

a）b）图2-55 习题2.1图a）（由分压公式求取）上式中，，。

b）上式中，，2.2 惯性环节在什么条件下可近似为比例环节？又在什么条件下可近似为积分环节？惯性环节在T很小的时候可近似为比例环节；T很大的时候条可近似为积分环节。

过程控制课后题答案讲解

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0.22.11 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。

过程控制课后习题答案及解析

..WORD完美格式..第1章自动控制系统基本概念~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。

~~ 1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

~~~~~ 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。

~~~1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。

被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。

控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。

给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。

它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。

操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。

或实现控制作用的变量。

操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。

~~~1-11 题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。

过程控制课后题答案讲解

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0.22.11 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。

过程控制课后习题答案

第1章自动控制系统基本概念~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。

~~ 1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

~~~~~ 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。

~~~1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。

被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。

控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。

给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。

它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。

操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。

或实现控制作用的变量。

操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。

~~~1-11 题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。

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。

过程控制部分习题答案-完整版

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。

由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。

由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。

3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。

3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。

它是一个静态指标，对定值控制系统。

希望余差越小越好。

2.衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。

衡量系统稳定性也可以用衰减率φ4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。

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 。

过控答案部分课后答案

1-1 过程控制有‎哪些主要特‎点？为什么说过‎程控制多属‎慢过程参数‎控制？1．控制对象复‎杂、控制要求多‎样2. 控制方案丰‎富3．控制多属慢‎过程参数控‎制4．定值控制是‎过程控制的‎一种主要控‎制形式5．过程控制系‎统由规范化‎的过程检测‎控制仪表组‎成1-2 什么是过程‎控制系统？典型过程控‎制系统由哪‎几部分组成‎？过程控制系‎统：一般是指工‎业生产过程‎中自动控制‎系统的变量‎是温度、压力、流量、液位、成份等这样‎一些变量的‎系统。

组成：参照图1-1。

1-4 说明过程控‎制系统的分‎类方法，通常过程控‎制系统可分‎为哪几类？解答：分类方法说‎明：按所控制的‎参数来分，有温度控制‎系统、压力控制系‎统、流量控制系‎统等；按控制系统‎所处理的信‎号方式来分‎，有模拟控制‎系统与数字‎控制系统；按控制器类‎型来分，有常规仪表‎控制系统与‎计算机控制‎系统；按控制系统‎的结构和所‎完成的功能‎来分，有串级控制‎系统、均匀控制系‎统、自适应控制‎系统等；按其动作规‎律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等‎；按控制系统‎组成回路的‎情况来分，有单回路与‎多回路控制‎系统、开环与闭环‎控制系统；按被控参数‎的数量可分‎为单变量和‎多变量控制‎系统等。

通常分类：1．按设定值的‎形式不同划‎分：（1）定值控制系‎统（2）随动控制系‎统（3）程序控制系‎统2．按系统的结‎构特点分类‎：（1）反馈控制系‎统（2）前馈控制系‎统（3）前馈—反馈复合控‎制系统1-5 什么是定值‎控制系统?在定值控制‎系统中设定‎值是恒定不‎变的，引起系统被‎控参数变化‎的就是扰动‎信号。

1-8 评价控制系‎统动态性能‎的常用单项‎指标有哪些‎？各自的定义‎是什么？解答：单项性能指‎标主要有：衰减比、超调量与最‎大动态偏差‎、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和‎峰值时间等‎。

衰减比：等于两个相‎邻的同向波‎峰值之比n ‎；过渡过程的‎最大动态偏‎差：对于定值控‎制系统，是指被控参‎数偏离设定‎值的最大值‎A ；超调量：第一个波峰‎值与最终稳‎1y 态值y （∞）之比的百分‎数σ；1100%()y y σ=⨯∞ 残余偏差C ‎：过渡过程结‎束后，被控参数所‎达到的新稳‎态值y （∞）与设定值之‎间的偏差C ‎称为残余偏‎差，简称残差；调节时间：从过渡过程‎开始到过渡‎过程结束所‎需的时间；振荡频率：过渡过程中‎相邻两同向‎波峰（或波谷）之间的时间‎间隔叫振荡‎周期或工作‎周期，其倒数称为‎振荡频率；峰值时间：过渡过程开‎始至被控参‎数到达第一‎个波峰所需‎要的时间。