过程控制系统作业答案

y
x
1
x max x min
( y max y min )
0 .6 20 4

1 60
( 5 1) 0 . 25 V
I o
2
PI I分量 P分量 12s Ti t(s)
基型调节器

1 0



2-7 某PID控制器（正作用）输入、输出信号均为 4mA~20mA，控制器的初始值Ii=Io=4mA，δ=200%， TI=TD=2min，KD=10。在t=0时输入⊿Ii=2mA的阶跃 信号，分别求取t=12s时：①PI工况下的输出值；② PD工况下的输出值。 解：①PI工况下 P分量=Ti时：P分量=I分量；则Ti时，PI分量=2mA Ti=2×60=120s PI直线过（0，1）和（120，2）两点 则t=12s时的输出变化量为：t=12s时的输出为Io=初值 +=4+1.1=5.1mA
前馈控制系统

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 d ( s ) W f ( s )W c ( s )W 0 ( s ) 0
W f (s) W d (s) W c ( s )W 0 ( s )

m1 m2ຫໍສະໝຸດ c1 c2双输入双输出系统，输入输出关系如下：
c1 2 m 1 3 m 2 c2 4 m1 m 2

（1）求相对增益矩阵。 （2）求正确的变量配对。
多变量解耦控制系统

c1 2 m 1 3 m 2 c2 4 m1 m 2
I o (mA)
基型调节器

1 0 TD/KD=12

0.368
K D 1 I i KD P分量
t(s)
①PD工况下 1 K I I P分量= P分量= K I 1mA
P i
i
i

1 200 %
2 1 mA
解得
5
KD 1 KD
TD

2 60 10

变送器
Q1 (燃料)
1、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。
比值控制系统

解：① Q 3000 3 ② 变送器输出电压为：
T
Q ( s ) Q o 1 ( s ) Q o 2 ( s ) CsH ( s ) i H (s) Q o1 ( s ) R1 H (s) Qo2 (s) R2
K R1 R 2 R1 R 2 R1 R 2 R1 R 2
C
串级控制系统
串级控制系统



2、某一温度-压力串级控制系统采用两步法整 定控制器参数，测得4：1衰减过程的参数为： δ 8% 、 100 s 、δ 40% 、 T 10 s T 主控制器采用PI控制规律，副控制器采用P控 制，确定系统整定参数。
s1
s1
s2
s2
（1）4:1衰减法参数整定表
（2）临界比例度法参数整定表
K K
'
Q 1 max
2
1000

2
2 max
U1
Q1 Q 1 max
( 5 1) 1
100 1000
4 1 1 . 4V

比值器输出电压U2：
U 2 K (U 1 1) 1
'
U2 1 U 1 1
K
'
2 3
(1 . 4 1) 1 1 . 27 V
74
R Z —
E
Wc(s)
M
s Wo(s)e
C +
Smith预估补偿器

Ws(s)
S +




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)。 (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。
开度 1.0 B A
A
B 12 20 I(mA)
分程控制系统

0 4
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。
比值控制系统




2、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？
解：（1）由式 c 2 4 m 1 m 2 ，得 代入 c 2 m 3 m 式中，得
1 1 2
m 2 c2 4 m1
c1 2 m 1 3 ( c 2 4 m 1 ) 3 c 2 14 m 1
则相对增益：
11
c1 m1 c1 m1
700 100
过程建模

1、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)。
dh Q1 Q 2 C dt h Q2 R2
Q 1 ( s ) Q 2 ( s ) CsH ( s ) H (s) Q2 (s) R2
Smith预估补偿器

（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) W ( s )(1 e ) Ws(s) = （2）C、Z 、S点波形如下：
s
C
Z
S
0

t
0

t
0

t
多变量解耦控制系统
c 2 const m 2 const

2 14

1 7
1 1 7 7 1 6 7 7 6 7 1 7

相对增益矩阵为：

11 1 11
1 1 11 7 1 11 1 7
比值控制系统

解：（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。


1、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。
串级控制系统

（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。 答：气开阀。 （3）确定主副温度调节器的正反作用。 答：主控制器反作用；副控制器反作用。 （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。 答：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。
分程控制系统

答：非分程情况下： A、B的输入—输出特性如下：
开度（A） 1
开度（B） 1
0 4 20 I(mA)
0 4 20 I(mA)

I=7mA时，A阀的开度是：20 4 1 18 .75 % I=7mA时，B阀的开度是：20 7 1 81 .25 %
20 4
D
12 s
KD

则t=12s时的输出变化量为： t=12s时的输出为：Io=初值+ I o = 4 0 . 368 10 1 5 2 1 8 . 312 mA
10
I o 0 . 368
I i P分 量
变送器


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。 20 4 Kf= 700 100 0 . 0267 mA / C （2）350oC时变送器的输出电流为： I= 20 4 ( 350 100 ) 4 10 . 7 mA
串级控制系统

副控制器比例度为：δ 2 40% 主控制器的比例度：δ1 1 . 2 δ s1 1 . 2 8% 9 . 6 %


主控制器的积分时间：T I1
0 . 5T s 1 0 . 5 100 50 s
比值器 K'
—
调节器
调节阀
对象
Q2 (风)
变送器
比值控制系统
dh Q i Q o1 Q o 2 C dt h Q o1 R1 h Qo2 R2