【正文】 、被控變量、操縱變量、擾動 (干擾 )量、設(shè)定 (給定 )值和偏差的含義 ? 答 :自動控制系統(tǒng)中常用的幾個術(shù)語其含義是 : 被控對象：自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設(shè)備或機(jī)器等。 被控變量：被控對象內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)。 操縱變量：受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。 擾動量：除操縱變量外，作用于被控對象并引起被控變量變化的因素。 設(shè)定值：被控變量的預(yù)定值。 偏差：被控變量的設(shè)定值與實(shí)際值之差。 ?各部分的作用是什么 ? 答：自動控制系統(tǒng)主要由兩大部分組成。一部分是起控制作用的全套自動化裝置，對于常規(guī)儀表來說，它包括檢測元件及變送器、控制器、執(zhí)行器等 。另一部分是受自動化裝置控制的被控對象。 在自動控制系統(tǒng)中，檢測元件及變送器用來感受被控變量的變化并將它轉(zhuǎn)換成一種特定的信號（如氣壓信號或電壓、電流信號等 )?？刂破鲗z測元件及變送器送來的測量信號與工藝上需要保持的設(shè)定值信號進(jìn)行比較得出偏差，根據(jù)偏差的大小及變化趨勢，按預(yù)先設(shè)計(jì)好的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算后，將運(yùn)算結(jié)果用特定的信號 (如氣壓信號或電流信號 )發(fā)送給執(zhí)行器。執(zhí)行器能自動地根據(jù)控制器送來的信號值相應(yīng)地改變流入 (或流出 )被控變量的物料量或能量，克服擾動的影響，最終實(shí)現(xiàn)控制要求。 4。什么是自動控制系統(tǒng)的過渡過程 ?在階躍擾動作用下，其過渡過程 有哪些基本形式 ?哪些過渡過程能基本滿足控制要求 ? 答 :把系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)進(jìn)入另一個平衡狀態(tài)之間的過程稱為系統(tǒng)的過渡過程。 過渡過程中被控變量的變化情況與干擾的形式有關(guān)。在階躍擾動作用下，其過渡過程曲線有以下幾種形式。 ① 發(fā)散振蕩過程如圖 13 (a)所示。它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后。被控變量上下波動，且波動幅度逐漸增大，即被控變量偏離設(shè)定值越來越遠(yuǎn)，以至超越工藝允許范圍。 ② 非振蕩發(fā)散過程如圖 13 (b)所示。它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量在設(shè)定值的某一倆作非振蕩變化，且偏離設(shè)定值越來越遠(yuǎn) ，以至超越工藝允許范圍。 ③ 等幅振蕩過程如圖 13(c)所示。它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量作上下振幅恒定的振蕩，即被控變量在設(shè)定值的某一范圍內(nèi)來回波動，而不能穩(wěn)定下來。 ④ 衰減振蕩過程如圖 13(d)所示。它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量上下波動，且波動幅度逐漸減小，經(jīng)過一段時間最終能穩(wěn)定下來。 ⑥ 非振蕩衰減過程如圖 13(e)所示。它表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量在給定值的某一側(cè)作緩慢變化，沒有上下波動，經(jīng)過一段時間最終能穩(wěn)定下來。 在上述五種過渡過程形式中，非振蕩衰減過程和 衰減振蕩過程是穩(wěn)定過程。能墓本滿足控制 要求。但由于非振蕩衰減過程中被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的進(jìn)程過于緩慢，致使被控變量長 1 時間偏離給定值，所以一般不采用。只有當(dāng)生產(chǎn)工藝不允許被控變量振蕩時才考慮采用這種形式的過渡過程。 \ 衰減振蕩過程的品質(zhì)指標(biāo)有哪些 ?各自的含義是什么 ? 答：衰減振蕩過程的品質(zhì)指標(biāo)主要有 :最大偏差、衰減比、余差、過渡時間、振蕩周期 (或頻率 )等。其各自的含義是 : 最大偏差：是指過渡過程中被控變量偏離設(shè)定值的最大數(shù)值。 衰減比：是指過渡過程曲線上 同方向第一個波的峰值與第二個波的峰值之比。 余差：是指過渡過程終了時，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的差值。 過渡時間：是指控制系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量從原穩(wěn)定狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的最短時間。 振蕩周期 (或頻率 )：是指過渡過程同向兩波峰 (或波谷 )之間的間隔時間，其倒數(shù)為振蕩頻率。 6，什么是自動控制系統(tǒng)的方塊圖 ?它與工藝管道及控制流程圖有什么區(qū)別 ? 答 :自動控制系統(tǒng)的方塊圖是由傳遞方塊、信號線 (帶有箭頭的線段 )、綜合點(diǎn)、分支點(diǎn)構(gòu)成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。其中每一個 方塊代表系統(tǒng)中的一個組成部分，方塊內(nèi)填入表示其自身特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式 。方塊間用帶有箭頭的線段表示相互間的關(guān)系及信號的流向。采用方塊圖可直觀地顯示出系統(tǒng)中各組成部分以及它們之間的相互影響和信號的聯(lián)系，以便對系統(tǒng)特性進(jìn)行分析和研究。而工藝管道及控制流程圖則是在控制方案確定以后，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)給出的流程圖，按其流程順序標(biāo)注有相應(yīng)的測量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動信號、連鎖保護(hù)系統(tǒng)的圖。在工藝管道及控制流程圖上設(shè)備間的連線是工藝管線，表示物料流動的方向，與方塊圖中線段的含義截然不同。 1．圖 16所示為一自力式貯 槽水位控制系統(tǒng)。 (1)指出系統(tǒng)中被控對象、被控變量、操縱變量是什么 ? (2)試畫出該系統(tǒng)的方塊圖。 (3)試分析當(dāng)出水量突然增大時，該系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)水位控制的 ? 解 :(1)該系統(tǒng)中貯槽為被控對象 。貯槽中水的液位為被控變量 。進(jìn)水流量為操縱變量。 (2)貯槽水位控制系統(tǒng)方塊圖如圖 17所示。 (3)當(dāng)貯槽的出水量突然增大，出水量大于入水量。使水位下降，浮球隨之下移，通過杠桿裝置帶動針形閥下移，增大了進(jìn)水量，使出水量與入水量之差隨之減小水位下降變緩，直至進(jìn)水量與出水量又相等， 水位停止下降，重新穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了水位控制。 ，常常利用液態(tài)丙烯汽化吸收裂解氣體的熱量，使裂解氣體的溫度下降到規(guī)定的數(shù)值上。圖 18是一個簡化的丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)。被冷卻的物料是乙烯裂解氣，其溫度要求控制在（ ） ℃ ，如果溫度太高，冷卻后的氣體會包含過多的水分，對生產(chǎn)造成有害影響 。如果溫度太低，乙烯裂解氣會產(chǎn)生結(jié)晶析出，堵塞管道。 2 (1)指出系統(tǒng)中被控對象、被控變量和操縱變量各是什么 ? (2)試畫出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。 (3)試比較圖 18及 它的方塊圖，說明操縱變量的信號流向與物料的實(shí)際流動方向不同。 解： (1)在丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)中，被控對象為丙烯冷卻器 。被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度 。操縱變量為氣態(tài)丙烯的流量。 (2)該系統(tǒng)方塊圖如圖 19所示。 (3)在圖 18中，氣態(tài)丙烯的流向是由丙烯冷卻器流出。而在方塊圖中，氣態(tài)丙烯作為操縱變量，其信號的流向是指向丙烯冷卻器的。 110所示是一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。 A, B兩種物料進(jìn)人反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，通過改變進(jìn)入夾套的冷卻水流量來控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度保持不變。圖中TT表示溫度 變送器， TC 表示溫度控制器。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該控制系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量變化的擾動各是什么 ? 解：反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)中被控對象為反應(yīng)器 。被控變量為反應(yīng)器內(nèi)溫度 。操作變量為冷卻水流量 。干擾為 A, B物料的流量、溫度、濃度、冷卻水的溫度、壓力及攪拌器的轉(zhuǎn)速等。反應(yīng)器的溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如圖 111 所示。 3 某發(fā)酵過程工藝規(guī)定操作溫度為 (40士 2) C。考慮到發(fā)酵效果， 控制過程中溫度偏離給定值最大不能超過 6 ℃ ?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一定值控制系統(tǒng)，在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如圖 112所示 .試確定該系統(tǒng)的最大偏差、衰減比、余差、過渡時間 (按被控變量進(jìn)入 新穩(wěn)態(tài)值即達(dá)到穩(wěn)定來確定 )和振蕩周期等過渡過程指標(biāo)，并回答該系統(tǒng)能否滿足工藝要求 ? 解：由反應(yīng)曲線可知 : 最大偏差 A=45一 40=5 ?C 余差 C=41一 40=1℃ 衰減比 第一個波峰值 B =45一 41=4℃ 第二個波峰值 B? = 42一 41=1℃ ，煉油等企業(yè)中常見 的主要設(shè)備。汽包水位是影響蒸汽質(zhì)量及鍋爐安全的一個十分重要的參數(shù)。水位過高，會使蒸汽帶液。降低了蒸汽的質(zhì)量和產(chǎn)量，甚至?xí)p壞后續(xù)設(shè)備。而水位過低，輕則影響汽液平衡，重則燒干鍋爐甚至引起爆炸。因此，必須對汽包水位進(jìn)行嚴(yán)格的控制。圖 115 是一類簡單鍋爐汽包水位控制示意圖，要求 : （ 1）畫出該控制系統(tǒng)方塊圖 。 (2)指出該系統(tǒng)中被控對象、被控變量、操縱變量、擾動變量各是什么 ? (3)當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)自動控制的。 答： (1)鍋?zhàn)o(hù)汽包水 位控制系統(tǒng)方塊圖如圖 123所示。 (2)被控對象 :鍋爐汽包。 被控變量 :鍋爐汽包水位。 操縱變量 :鍋爐給水量。 擾動量 :冷水溫度、壓力，蒸汽壓力、流量。燃燒狀況等。 116所示為離心泵出口流量控制系統(tǒng)?？刂频哪康氖潜３直昧髁亢愣ā? (1)指出系統(tǒng)中被控對象、被控變量、操縱變量及干擾各是什么 ? (2)畫出流量控制系統(tǒng)方塊圖 。 （ 3）結(jié)合本題，試說明該流量控制系統(tǒng)是一個具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng) 4 答： (1)被控對象 :管道