单回路控制系统

一、单回路控制系统

1. 画出图示系统的方框图：

2. 控制器增益与控制系统中定义的控制器的增益在符号上有什么关系？为什么？

3. 试确定习题1中控制器的正反作用。若加热变成冷却，且控制阀由气开变为气关，控制器的正反作用是否需要

4. 什么是对象的控制通道和扰动通道？若它们可用一阶加时滞环节来近似，试述K P 、K f 、τp 、τf 对控制系统质量的影响。

5. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P S τP P +−，若P

P T τ的比值一定时，T P 大小对控制质量有什么影响？为什么？

6. 一个简单控制系统的变送器量程变化后，对控制质量有什么影响？举例说明。

7. 试述控制阀流量特性的选择原则，并举例加以说明。

8. 对图示控制系统采用线性控制阀。当负荷G 增加后，系统的响应趋于非

周期函数，而G 减少时，系统响应震荡加剧，试分析其原因，并设法解决之。

9. 一个简单控制系统中，控制阀口

径变化后，对系统质量有何影响？

10. 已知蒸汽加热器如图所示，该系

统热量平衡式为：G 1C 1(θ0-θi )=G 2λ(λ

为蒸汽的冷凝潜热)。

（1）主要扰动为θi 时，选择控制阀的流量特性。

（2）主要扰动为G 1量特性。

（3特性。

11.

作用后，对系统质量有什么影响？为了保持同样的衰减比，比例度δ要增加，为什么？

12. 试写出正微分和反微分单元的传递函数和微分方程；画出它们的阶跃响应，并简述它们的应用场合。

13. 什么叫积分饱和？产生积分饱和的条件是什么？

14. 采用响应曲线法整定控制器参数，选用单比例控制时，δ=K P τP /T P ×100%,即δ∝K P ，δ∝τP /T P ,为什么？而选择比例积分控制时，δ=1.44K P τP /T P ×100%，即比例度增加，为什么？

15. 采用临界比例度法整定控制器参数，在单比例控制时，δ=2δK (临界比例度)，为什么？

16. 在一个简单控制系统中，若对象的传递函数为

)

1T )(1S 1)(T S (T K W P V P +−+S ，进行控制器参数整定时，应注意什么？ 17. 已知广义对象的传递函数为1)

S (T e K P S

τP P +−，采用比例控制，当系统达到稳定边缘时，K C =K CK ，临界周期为T K 。问：

(1)T K /τP 在什么数值范围内(即上、下界)，τP /T P 增加时，这一比值是上升还是下降？

(2)K CK 在什么数值范围内(即上、下界)，τP /T P 增加时，K CK 是上升还是下降？

18. 一个过程控制系统的对象有较大的容量滞后，而另一系统由于测量点位置造成纯滞后。若对两个系统均采用微分控制，试问效果如何？

19. 某一温度控制系统，采用4:1衰减曲线法进行整定，测得系统的衰减比例度

δs=25%，衰减振荡周期Ts=10min ，当控制器采用P 和PI 控制作用时，试求其整定参数值。

20. 有一个过程控制系统(采用DDZ-Ⅲ型仪表)，当广义对象的输入电流（即控制器的输出电流）为14mA 时，其被控温度的测量值为70℃。当输入电流突然从14mA 增至15mA ，并待被控温度达到稳定时，其测量值为74℃。设测温仪表的量程为50-100℃。同时由实验

测得广义对象的时间常数T P =3min ，

滞后时间τP =1.2min ，试求衰减比为4:1时PI 控制器的整定参数值。

21. 某一个过程控制系统，利用临界比例度法进行控制器的参数整定。当比例度为12%时，系统出现等幅振荡，其临界振荡周期为180s ，试求采用PID 控制器时的整定参数值。

22. 已知控制系统方块图如下：

求：(1)X 作单位跃阶变化时，随动控制系统的余差。

(2)F作单位跃阶变化时，定值控制系统的余差。

（题22图）

1一个简单控制系统由那几部分组成？各有什么作用？

2举例说明一个简单控制系统，指出在该控制系统中的被控制系统的被控变量、操纵变量和扰动变量。

3常见的过程动态特性的类型有哪几种？可用什么传递函数来近似描述他们的动态特性？9增大过程的增益对控制系统的控制品质指标有什么影响？过程的时间常数是否越小越好？为什么？

10某温度控制系统已经正常运行，由于原温度变送器（量程200`300℃）损坏，改用量程为0`500℃的同分度号的温度变送器，控制系统会出现什么现象？应如何解决？

13增大积分时间对控制系统的控制品质有什么影响？增大微分时间对控制系统的控制品质有什么影响？

14什么是积分饱和现象？举例说明如何防止积分饱和。

15纯比例控制时，比例度与临界比例度之间有什么近似关系？

6.1说明一下名词术语的含义：被动对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值、偏差。

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——受控制器操作的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料或能量。

扰动量——除操作变量外，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。

6.3下列控制系统中，哪些是开环控制，哪些是闭环控制？

A．定制控制 B．随动控制

C．前馈控制 D．程序控制

答：C——开环控制；

A、B、D——闭环控制。

（程序控制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。）

6.6在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定数值上。图6-3是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要求控制在（15±1.5）℃。如果温度太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，杜塞管道。

图6-3

（１） 指出系统中被控对象、被控变量和操作变量各是什么？

（２） 试画出该控制系统的组成方块图。

答：（１）被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温度；操作变量为气态丙烯的流量。

（３） 该系统的方块图如图6-4所示。

图6-4

6.7图6-5所示是以反应温度控制系统示意图。Ａ、Ｂ两种物料进入反映，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度保持不变。图中ＴＴ表示温度变送器，ＴＣ便是温度控制器。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、操作变量及可能影响被控变量变化的扰动各是什么？