【正文】 的安全操作，盡量減少開(kāi)，停車(chē)中的不穩(wěn)定工況。 20． 什么是前饋控制系統(tǒng)？應(yīng)用在什么場(chǎng)合？ 答 ：前饋控制又稱(chēng)擾動(dòng)補(bǔ)償，它是測(cè)量進(jìn)入過(guò)程的干擾（包括外界干擾和設(shè)定值變化），并按其信號(hào)產(chǎn)生合適的控制作用去改變操縱變量，使被控變量維持在設(shè)定值上。因此一個(gè)是粗調(diào)，一個(gè)是細(xì)調(diào)。串級(jí)控制系統(tǒng)主要就用于：對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大，干擾作用強(qiáng)面頻繁，負(fù)荷變化大，對(duì)控制質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合。它是由主、副兩個(gè)控制器串接工作的，主控制器的輸出作為副控制器的給定值，副控制器的輸出操縱控制閥，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主變量的定值控制。當(dāng) t/T 時(shí)，選用 P 或 PI；當(dāng) 時(shí)，選PD或 PID；當(dāng) 時(shí)，采用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)往往不能滿(mǎn)足控制要求，這時(shí)應(yīng)選用復(fù)雜控制系統(tǒng)。 ② 在一般的控制系統(tǒng)中，比例控制是必不可少的，當(dāng)廣義對(duì)控制通道時(shí)間常數(shù)較少，負(fù)荷變化較小，而工藝要求不高時(shí)， 可選擇單純的比例規(guī)律，如貯罐液位，不太重要的壓力等參數(shù)控制。通過(guò)改變這三個(gè)參數(shù)的大小，就可以改變整個(gè)系統(tǒng)的性能，獲得較好的過(guò)渡過(guò)程和控制質(zhì)量。②調(diào)節(jié)作用可通過(guò)調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膮?shù)，比例度，積分時(shí)間 TI和微分時(shí)間 TD面改變。如微分時(shí)間 TD越大，表示微分控制作用越強(qiáng)。減少比例度，系統(tǒng)的余差越小，最大偏差也越短，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度降低；其過(guò)渡過(guò)程逐漸以衰減振蕩走向臨界振蕩直至發(fā)散振蕩。 9． 為什么積分控制規(guī)律一般不單獨(dú)使用？ 答：積分控制其輸出變化總是滯后于偏差，不能 及時(shí)有效地克服擾動(dòng)的影響，加劇了被控變量的波動(dòng)，使系統(tǒng)難以穩(wěn)定下來(lái)，因此工業(yè)過(guò)程控制中，通常不單獨(dú)使用積分控制規(guī)律。 答：余差是指過(guò)渡 過(guò)程終了時(shí)，被控變量新的穩(wěn)態(tài)值與測(cè)定值之差。 微分時(shí)間。積分規(guī)律的特點(diǎn)是控制緩慢，但能消除余差。 位式控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，易于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用較普遍。 0t 0t 1qv Δqv1 Δqv1 1t T H H(? ) 常用的基本調(diào)節(jié)規(guī)律有：位式，比例，積分，微分等，以及它們的組合控制規(guī)律如 PI， PD， PID。 時(shí)間常數(shù) T 大，擾動(dòng)作用比較平緩，被控變量變化較平穩(wěn)，對(duì)象較易控制。時(shí)間常數(shù)太大或太小，在控制上都將存在一定困難，因此，需根據(jù)實(shí)際情況適中考慮。 ，對(duì)象的放大系數(shù)，時(shí)間常數(shù)，滯后時(shí)間對(duì)控制有什么影響？ 答：對(duì)于不同的通道，對(duì)象的特性參數(shù)（ K， T ， τ ）對(duì)控制作用的影響是不同的。滯后時(shí)間也是描述對(duì)象滯后現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)參數(shù)。容量滯后一般是因?yàn)槲锪匣蚰芰康膫鬟f需要通過(guò)一定的阻力而引起的。或當(dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的 %所需時(shí)間。 第二章 過(guò)程裝備控制基礎(chǔ) ？表征被控對(duì)象特性的參數(shù)有哪些？它們的物理意義是什么？ 答：所謂被控對(duì)象的特性，是指當(dāng)被控對(duì)象的輸入變量發(fā)生變化時(shí)，其輸出變量隨時(shí)間的變化規(guī)律（包括變化的大小，速度），描述被控對(duì)象特性的參數(shù)有放大系數(shù) K，時(shí)間常數(shù) T 和滯后時(shí)間 τ 。 ② 衰減比 n—— 過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)上同方向的相鄰兩個(gè)波峰之比。 ？在階躍干擾作用下有哪幾種基本形式？其中哪些能滿(mǎn)足自動(dòng)控制的要求，哪些不能，為什么？ LT LC qv1 qv2 hs h 液位控制器 執(zhí)行器 貯槽 液位測(cè)量變送裝置 f 答：對(duì)于任何一個(gè)控制系統(tǒng)，擾動(dòng)作用是不可避免的，系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，其平衡狀態(tài)被破壞，被控變量就要發(fā)生波動(dòng)，在自動(dòng)控制作用下經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，使被控變量回復(fù)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，即系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)進(jìn)入另一個(gè)平衡狀態(tài)之間的過(guò)程稱(chēng)為系統(tǒng)的過(guò)度過(guò)程。 ① 試畫(huà)出該控制系統(tǒng)的方框圖； ② 方框圖中各環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)是什么？整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)又是什么？ ③ 系統(tǒng)在遇到干擾作用（如冷 物料流量突然增大 ）時(shí)，該系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的？ 答：如圖所示為該控制系統(tǒng)的方框圖。即操縱變量通過(guò)被控對(duì)象去影響被控變量，但被控變量并不通過(guò)自動(dòng)控制裝置去影響操縱變量，從信號(hào)傳遞關(guān) 系上看，未構(gòu)成閉合回路。而工藝流程圖則是以形象的圖形、符號(hào)、代號(hào)，表示出工藝過(guò)程選用的化工設(shè)備、管路、附件和儀表自控等的排列及連接，借以表達(dá)在一個(gè)化工生產(chǎn)中物料和能量的變化過(guò)程，即原料 → 成品全過(guò)程中物料和能量發(fā)生的變化及其流向。 自動(dòng)控制系統(tǒng)常用的術(shù)語(yǔ)有： 被控變量 y—— 被控對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)，即需要控制的工藝參數(shù)，如鍋爐汽包的水位，反應(yīng)溫度； 給定值（或設(shè)定值） ys—— 對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)過(guò)程中被控變量的期望值； 測(cè)量值 ym—— 由檢測(cè)原件得到的被控變量的實(shí)際值； 操縱變量（或控制變量） m—— 受控于調(diào)節(jié)閥，用以克服干擾影響，具體實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱(chēng)為操縱變量，是調(diào)節(jié)閥的輸出信號(hào)； 干擾 f—— 引起被控變量偏離給定值的，除操縱變量以外的各種因素； 偏差信號(hào)（ e） —— 被控變量的實(shí)際值與給定值之差，即 e=ym ys 控制信號(hào) u—— 控制器將偏差按一定規(guī)律計(jì)算得到的量。 過(guò)程裝備控制技術(shù) 習(xí)題及參考答案 第一章 控制系統(tǒng)的基本概念 ？生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化主要包含了哪些內(nèi)容？ 答：利用自動(dòng)化裝置來(lái)管理生產(chǎn)過(guò)程的方法稱(chēng)為生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。 ？它與工藝流程圖有什么不同？ 答：自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖上是由傳遞方塊、信號(hào)線(xiàn)（帶有箭頭的線(xiàn)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。 ，什么是干擾作用？什么是控制作用？?jī)烧哂惺裁搓P(guān)系？ 答：干擾作用是由干擾因素施加于被控對(duì)象并引起被控變量偏離給定值的作用；控制作用是由控制器或執(zhí)行器作用于被控對(duì)象，通過(guò)改變操縱變量克服干擾作用，使被控變量保持在給定值，兩者的相同之處在于都是施加于被控對(duì)象的作用，不同之處在于干 擾作用是使被控變量偏離給定值，而控制作用是使被控變量接近給定值。定值控制系統(tǒng)要求給定值恒定不變，控制系統(tǒng)的輸出即被控變量應(yīng)穩(wěn)定在與給定值相對(duì)應(yīng)的工藝指標(biāo)上，或在工藝指標(biāo)的上下一定范圍內(nèi)變化，因此需要閉環(huán)控制。 Ts T 干擾作用作用 溫度控制器 執(zhí)行器 換熱器 溫度測(cè)量變送裝置 TC TT 冷物料 蒸汽 熱物料 該控制系統(tǒng)及各環(huán)節(jié)的輸入、輸出信號(hào)如圖所示。在階躍干擾作用下，其過(guò)度過(guò)程曲線(xiàn)有： ① 發(fā)散振蕩過(guò)程 ② 等幅振蕩過(guò)程 ③ 衰減振蕩過(guò)程 ④ 非振蕩的單調(diào)過(guò)程。 ③ 回復(fù)時(shí)間（過(guò)渡時(shí)間） ts—— 指被控變量從過(guò)渡狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)的時(shí)間間隔，即整個(gè) 過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間。 K—— 被控對(duì)象重新達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的輸 出變化量與輸入變化量之比。時(shí)間常數(shù)T 是反映被控變量變化快慢的參數(shù)，因此是對(duì)象的動(dòng)態(tài)參數(shù)。滯后時(shí)間 τ 也是反映對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的重要參數(shù)。 ？什么是干擾通道？ 答：對(duì)一個(gè)被控對(duì)象來(lái)說(shuō)，輸入量是擾動(dòng)量和操縱變量，而輸出是被控變量。對(duì)于控制通道： 放大系數(shù) K 大，操縱變量的變化對(duì)被控變量的影響就大，即控制作用對(duì)擾動(dòng)的補(bǔ)償能力強(qiáng)，余差也?。环糯笙禂?shù) K 小，控制作用的影響不顯著，被 控變量的變化緩慢。 滯后時(shí)間 τ 的存在，使得控制作用總是落后于被控變量的變化，造成被控變量的最大偏差增大，控制質(zhì)量下降。 純滯后的存在，相當(dāng)于將擾動(dòng)推遲 τ 0時(shí)間才進(jìn)入系統(tǒng)，并不影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)；而容量滯后的存在，則將使階躍擾動(dòng)的影響趨于緩和，被控變量的變化相應(yīng)也緩和些，因此，對(duì)系統(tǒng)是有利的。 ，比例控制，積分控制，微分控制，它們各有什么特點(diǎn)？ 答： ① 位式控制器的輸出只有幾個(gè)特定的數(shù)值，或它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有幾個(gè)特定的位置。但它的控制作 用不是連續(xù)變化的，由它所構(gòu)成的位式控制系統(tǒng)其被控變量的變化將是一個(gè)等幅振蕩過(guò)程，不能使被控變量穩(wěn)定在某一數(shù)值上。由于輸出變化量總要滯后于偏差的變化，因此不能及時(shí)有效地克服擾動(dòng)的影響，加劇了被控變量的波動(dòng)，使系統(tǒng)難以穩(wěn)定下來(lái)，故不單獨(dú)使用積分控制規(guī)律。 微分控制規(guī)律的特點(diǎn)是有一定的超前控制作用，能抑制系統(tǒng)振蕩，增加穩(wěn)定性；由于其輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而與偏差的存在無(wú)關(guān)，因此，不能克服確定不變的偏差。 比例調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差具有一一對(duì)應(yīng)的比例差系，要使調(diào)節(jié)器有輸出，就必須要有偏差存在，因此，比例調(diào)節(jié)控制不能消除余差。 10． 比例、積分、微分、控制分別用什么量表示其控制作用的強(qiáng)弱？并分別說(shuō)明它們對(duì)控制質(zhì)量的影響。 ②積分控制 —— 積分時(shí)間 TI表示積分控制作用強(qiáng)弱的參數(shù)，積分時(shí)間越小，表示積分控制作用越 強(qiáng)。增加微分時(shí)間 TD，能克服對(duì)象的滯后，改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但微分作用不能太大，否則有可能引起系統(tǒng)的高頻振蕩。 13． 在比例積分微分調(diào)節(jié)器中可以調(diào)整的參數(shù)有哪幾個(gè) ?試說(shuō)明調(diào)下整其中一個(gè)參數(shù)時(shí) ,對(duì)調(diào)節(jié)器的控制作用有什么影響 ? e(t) A KpA KpA A A Δu(t) KpA KpA e(t) e(t) KpA t t t t t IT t 答 :在 PID 調(diào)節(jié)器中 ,比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間三個(gè)參數(shù)可以調(diào)整，從而可獲得較高的控制質(zhì)量。調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的目的就是按照己 定的控制系統(tǒng)求取控制系質(zhì)量最好的調(diào)節(jié)器參數(shù)，工程上常用的整定方法有： ① 經(jīng)驗(yàn)試湊法 —— 根據(jù)被控變量的性質(zhì)在己知合適的參數(shù)（經(jīng)驗(yàn)參數(shù)）范圍內(nèi)選擇一組適當(dāng)?shù)闹底鰹檎{(diào)節(jié)器的參數(shù)值，然后直接在運(yùn)行的系統(tǒng)中，人為地加上階躍干擾，通過(guò)觀(guān)察記錄儀表上的過(guò)渡曲線(xiàn)，并以比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間對(duì)過(guò)渡曲線(xiàn)的影響為指導(dǎo)，按照某種順序反復(fù)試湊比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間的大小，直到獲得滿(mǎn)意的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)為止。 ③ 當(dāng)廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較，負(fù)荷變化較小，而工藝要求無(wú)余差時(shí)，可選用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律，如管道壓力，流量等參數(shù)的控制。 16． 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，必須確定和考慮哪些方面的問(wèn)題？ 答：設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，首先應(yīng)對(duì)被控對(duì)象做全面的了解。 它的特點(diǎn)有：①能迅速克服進(jìn)入副回路的干擾。 18． 串級(jí)控制系統(tǒng)中心副回路和主回路各起什么作用？為什么？ 答：在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)是由兩個(gè)串 聯(lián)工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。 19． 圖 259 是聚合釜溫度與流量的串級(jí)控制系統(tǒng)。前饋控制主要用于下列場(chǎng)合： ①干擾幅值大面頻繁，對(duì)被控變量影響劇烈，單純反饋達(dá)不到要求時(shí)； ② 主要干擾是可測(cè)不可控的變量； ③ 對(duì)象的控制通道滯后大，反饋控制不即時(shí)，控制質(zhì)量差時(shí)，可采用前饋 — 反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。 ？ 答：均勻控制系統(tǒng)的目的是為了解決前后工序的供求矛盾，使兩個(gè)變量之間能夠互相兼顧和協(xié)調(diào)操作。測(cè)量過(guò)程三要素為：測(cè)量單位，測(cè)量方法，測(cè)量?jī)x器與設(shè)備。不同之處在于直接測(cè)量測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單方便，應(yīng)用廣泛；間接測(cè)量過(guò)程較復(fù)雜，只有在誤差較大或缺乏直接測(cè)量?jī)x表時(shí)才采用。 答：系統(tǒng)誤差是由于測(cè)量工具本身的不準(zhǔn)確或安裝調(diào)整得不正確，測(cè)試人員的分辨能力或固有的讀數(shù)習(xí)慣，測(cè)量方法的理論根據(jù)有缺陷或采用了近似公式等原因產(chǎn)生的測(cè)量值與真值的偏差。如氣溫的變化。 ② 隨即誤差 ：由于摩擦，間隙，噪聲等都會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)誤差，因此首先從結(jié)構(gòu)，原理上盡量避免采用存在摩擦的可動(dòng)部分；采用減小噪聲的裝置，并采用抗干擾能力強(qiáng)的測(cè)量?jī)x器。 相對(duì)誤差 — 測(cè)量的絕對(duì)誤差與被測(cè)變量的約定真 值（實(shí)際值）之比，即用 1 0 0 % 6 %x? ?? ? ? ? ? ，可表示儀表的基本誤差限與絕對(duì)誤差相比較，相對(duì)誤差更能說(shuō)明測(cè)量結(jié)果的精確程度，如溫度升測(cè)量顯示值為 57℃ ，時(shí)間溫度為 60℃ ，則： ? =5760=3, 3 100% %60? ? ? ? ? ?， 若實(shí)際為 30℃ ，測(cè)量顯示值為 27℃ ，則 ： ? =3℃， 3 1 0 0 % 1 0 .0 %30? ? ? ? ? ?， 顯然此時(shí)的相對(duì)誤差比前者大。 解： 絕對(duì)誤差： 0x x A? ? ? ；相對(duì)誤差：0xA? ?? ， 示值相對(duì)誤差： 39。 解： n=20，平均值 x = 201111 iiiixxn ?????? ， 剩余誤差： iiV x x?? ，即： 0 0 標(biāo)準(zhǔn)差 ? = 211 0 .0 6 41 n ii Vn ? ?? ? ，標(biāo)限誤差 max ?? （ 1） 3? 準(zhǔn)則： 3? =， max 3V ??? 因此該組數(shù)中無(wú)壞值。 B表： q=2%== maxS? m a x 0 . 0 2 [ 5 5 0 ( 5 0 ) ] 1 2? ? ? ? ? ? ?℃ m a x 12 0. 02 4 2. 4% 2. 5%500?? ? ? ? ? 故 B表合適。 主要特點(diǎn)：玻璃液體：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量精度高，價(jià)格低廉；測(cè)量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能遠(yuǎn)傳。選用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)要求其在一定溫度 范圍內(nèi)與所連接