过程控制系统第三版科学出版社课后题答案讲解

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。

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。

P17-P18，精度等级为

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。

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。

压力表的误差=量程*精度可知量程规格为0~、0~、0~，

精度等级为时的误差分别为：*1%=精度等级为时误差分别为：*%=精度等级为时误差分别为：*%=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~，所以最小误差为*5%=，

以上满足此条件的只有精度等级为量程为和的压力表，以及精度等级为量程为的压力表，鉴于的测量范围在的表盘上更容易读数，所以同等条件下选择的压力表，同样量程的压力表精度为的比精度的贵，所以从成本考虑选择精度为的压力表，所以

选择量程为精度为的压力表。

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=

此为对应电流时的差压值。

因为流量与差压平方根成正比，故可得到：

320

q 1044.88= 可得q=h

此为对应电流时的被测流量。

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：

该对象具有純滞后的一阶对象，放大系数K

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+==

805

.2-3120-160k ==

由一阶对象的输出响应⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆=∆∆T A t -e 1k 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。

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。

201

20)0()(00==-∞=x y y K 从图中得到：τ＝40s ， T ＝260－40＝220s

S S e S e TS K s W 40001220201)(--+=+=

τ 方法二：计算法

在图中取y (t 1)＝ y (∞) y (t 2)＝(∞) y (t 3)＝ y(∞) y (t 4)＝ y (∞)

得t 1＝125s t 2 ＝140s t 3 ＝ 225s t 4 ＝260s

s 150)t t (2T 231=-≈ s 55t t 2321=-≈τ

s 1688.0t t T 142=-≈ s 572

t t 3412=-≈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 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。