【正文】 溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。題解716 圖精餾塔溫度控制系統(tǒng)方塊圖控制閥應(yīng)為氣開型式；被控對象是“正”作用，控制器應(yīng)為“反”作用。當外界擾動使精餾塔溫度升高時，控制器TC輸出減小，控制閥開度變小，蒸汽流量降低，精餾塔溫度下降。718 某控制系統(tǒng)采用DDZⅢ型控制器，用臨界比例度法整定參數(shù)。已測得dk＝30％、Tk＝3min。試確定PI作用和PID作用時控制器的參數(shù)。解 PI作用時控制器的比例度d=66%，積分時間TI=。PID作用時控制器的比例度d=51%，積分時間TI=，微分時間TD=。 719 某控制系統(tǒng)用4:1衰減曲線法整定控制器的參數(shù)。已測得ds＝50％、Ts＝5min。試確定PI作用和PID作用時控制器的參數(shù)。解 PI作用時控制器的比例度d=60%，積分時間TI=。PID作用時控制器的比例度d=40%，積分時間TI=，微分時間TD= min。第8章 復(fù)雜控制系統(tǒng) 85 題85圖所示為聚合釜溫度控制系統(tǒng)。試問： （1）這是一個什么類型的控制系統(tǒng)?試畫出它的方塊圖； （2）如果聚合釜的溫度不允許過高，否則易發(fā)生事故，試確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式； （3）確定主、副控制器的正、反作用； （4）簡述當冷卻水壓力變化時的控制過程； （5）如果冷卻水的溫度是經(jīng)常波動的，上述系統(tǒng)應(yīng)如何改進?（6）如果選擇夾套內(nèi)的水溫作為副變量構(gòu)成串級控制系統(tǒng)，試畫出它的方塊圖，并確定主、副控制器的正、反作用。題85圖 聚合釜溫度控制系統(tǒng)解 （1）這是一個溫度流量串級控制系統(tǒng)，其方塊圖如下：題解85圖1 溫度流量串級控制系統(tǒng)的方塊圖其中：主對象是聚合釜，主變量是聚合釜內(nèi)的溫度，主控制器是溫度控制器TC；副對象是冷卻水管道，副變量是冷卻水流量，副控制器是流量控制器FC；操縱變量是冷卻水流量。（2）如果聚合釜的溫度不允許過高，控制閥應(yīng)為氣關(guān)型式（“反”作用）。（3）由于副變量就是操縱變量（冷卻水流量）本身，所以副對象是“正”作用，因此副控制器FC為“正”作用。當主變量（聚合釜內(nèi)的溫度）增加時，要使主變量減小，要求控制閥關(guān)?。桓弊兞浚ɡ鋮s水流量）增加時，要使副變量減小，要求控制閥關(guān)大。因此主控制器TC應(yīng)為“正”作用。（4）當冷卻水壓力變化（如壓力增大）時，在控制閥開度不變時，其流量增大，聚合釜溫度會降低。首先，流量增大，副控制器FC輸出信號增大（“正”作用），使氣關(guān)閥門開度減小，減小冷卻水流量；其次，聚合釜溫度降低，主控制器TC輸出減?。ā罢弊饔茫?，F(xiàn)C給定值減小，F(xiàn)C輸出增大，進一步關(guān)小控制閥，減小冷卻水流量。這樣可以有效地控制因冷卻水壓力增大，導(dǎo)致其流量增大所造成的聚合釜內(nèi)溫度降低的影響。（5）如果冷卻水溫度經(jīng)常波動，則應(yīng)選擇冷卻水溫度作為副變量，構(gòu)成溫度溫度串級控制系統(tǒng)。題解85圖2 聚合釜溫度冷卻水溫度串級控制系統(tǒng)（6）如果選擇夾套內(nèi)的水溫作為副變量構(gòu)成串級控制系統(tǒng)，其原理圖如下圖所示。方塊圖如前所示，但其中的副對象是聚合釜夾套，副變量是夾套內(nèi)的水溫，副控制器是溫度控制器T2C。副控制器T2C為“反”作用，主控制器T1C也為“反”作用。 題解85圖3 聚合釜溫度夾套水溫度串級控制系統(tǒng) 題89圖 串級均勻控制系統(tǒng)89 題89圖是串級均勻控制系統(tǒng)示意圖，試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，并分析這個方案與普通串級控制系統(tǒng)的異同點。如果控制閥選擇為氣開式，試確定LC和FC控制器的正、反作用。解 控制系統(tǒng)的方塊圖（略）。該串級控制系統(tǒng)的副變量就是其操縱變量本身。當控制閥選擇為氣開式時，LC應(yīng)為“正”作用，F(xiàn)C應(yīng)為“反”作用。 812 試簡述題812圖所示單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，在Q1和Q2分別有波動時控制系統(tǒng)的控制過程。題812圖 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)解 當主流量Q1變化時，經(jīng)變送器送至主控制器F1C（或其他計算裝置）。FlC按預(yù)先設(shè)置好的比值使輸出成比例地變化，也就是成比例地改變副流量控制器F2C的給定值，此時副流量閉環(huán)系統(tǒng)為一個隨動控制系統(tǒng)，從而Q2跟隨Q1變化，使得在新的工況下，流量比值K保持不變。當主流量沒有變化而副流量由于自身干擾發(fā)生變化時，此副流量閉環(huán)系統(tǒng)相當于一個定值控制系統(tǒng)，通過控制克服干擾，使工藝要求的流量比值仍保持不變。816 在題816圖所示的控制系統(tǒng)中，被控變量為精餾塔塔底溫度，控制手段是改變進入塔底再沸器的熱劑流量，該系統(tǒng)采用2℃的氣態(tài)丙烯作為熱劑，在再沸器內(nèi)釋熱后呈液態(tài)進入冷凝液貯罐。試分析：（1）該系統(tǒng)是一個什么類型的控制系統(tǒng)?試畫出其方塊圖； （2）若貯罐中的液位不能過低，試確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)型式及控制器的正、反作用型式； （3）簡述系統(tǒng)的控制過程。題816圖 精餾塔控制系統(tǒng)解 該控制系統(tǒng)是溫度流量串級控制與液位簡單控制構(gòu)成的選擇性控制系統(tǒng)（串級選擇性控制系統(tǒng)）。系統(tǒng)方塊圖如下圖所示。題解816圖 串級選擇性控制系統(tǒng)方塊圖根據(jù)工藝要求，貯罐中的液位不能過低，則調(diào)節(jié)閥應(yīng)為氣開式。液位控制器LC應(yīng)為“正”作用；溫度控制器為“反”作用；流量控制器為“正”作用。正常工況下，為一溫度流量串級控制系統(tǒng)，氣態(tài)丙烯流量（壓力）的波動通過副回路及時得到克服。如塔釜溫度升高，則TC輸出減少，F(xiàn)C的輸出增加，控制閥關(guān)小，減少丙烯流量，使溫度下降，起到負分饋的作用。異常工況下，貯罐液位過低，LC輸出降低，被LC選中，這時實際上是一個液位的單回路控制系統(tǒng)。傳級控制系統(tǒng)的FC被切斷，處于開環(huán)狀態(tài)。第9章 典型設(shè)備控制方案 92 為了控制往復(fù)泵的出口流量，采用題92圖所示的方案行嗎?為什么?題92圖 往復(fù)泵的流量控制解 這種控制方案不行。往復(fù)泵的出口管道上不允許安裝控制閥，因為往復(fù)泵活塞每往返一次，總有一定體積的流體排出。當在出口管線上節(jié)流時，壓頭H會大幅度增加。在一定的轉(zhuǎn)速下，隨著流量的減少壓頭急劇增加。因此，企圖用改變出口管道阻力來改變出口流量，既達不到控制流量的目的，又極易導(dǎo)致泵體損壞。 93 試述題93圖所示的離心式壓縮機兩種方案的特點，它們在控制目的上有什么不同?題93圖 離心式壓縮機的控制方案解 第一種控制方案是控制旁路回流量的大小，其目的是控制出口流量恒定；第二種控制方案控制旁路流量控制進口流量的，其目的是控制入口流量恒定（足夠的吸入流量）以防“喘振”。96某換熱器，其載熱體是工藝中的主要介質(zhì)，其流量不允許控制。為了使被加熱的物料出口溫度恒定，采用了載熱體旁路的控制方案如圖1l—30(a)、(b)所示。試問該兩種方案是否合理?為什么?題96圖 換熱器控制方案 解 不合理。因為在圖11—30(a)中，控制閥與旁路并聯(lián)，在圖(b)中控制閥與換熱器并聯(lián)。這種并聯(lián)的連接方式使閥的特性變壞，可調(diào)范圍降低。且因換熱器內(nèi)流路簡單，旁路更是如此，因此阻力小，壓差小，必須選擇大口徑的控制閥，使投資增加。97 圖11—29(a)、(b)表示蒸汽加熱器．，(c)、(d)表示氨冷器，都是屬于一側(cè)有相變的換熱器。試從傳熱速率方程式來分析，上述各方案是通過什么方法來改變傳熱量，從而維持物料出口溫度恒定的?題97圖 出口物料溫度控制解 題97圖中(a)、(d)是通過改變冷熱兩流體的傳熱溫差，來達到控制物料出口溫度的目的。 題97圖中(b)、(c)是通過改變傳熱面積的方法，來達到控制物料出口溫度的目的。 98某蒸汽加熱器，工藝要求出口物料溫度穩(wěn)定在(90177。1)℃。已知主要干擾為進口物料流量的波動。題96圖 蒸汽加熱器 (1) 確定被控變量，并選擇相應(yīng)的測量元件； (2) 制定合理的控制方案，以獲得較好的控制質(zhì)量； (3) 若物料溫度不允許過低，否則易結(jié)晶，試確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式；(4) 畫出控制系統(tǒng)的原理圖與方塊圖；(5) 確定溫度控制器的正、反作用。解 (1) 被控變量是出口物料的溫度。測量元件應(yīng)為熱電阻體，可選Ptl00、Cu50或Cul00。(2) 應(yīng)設(shè)計前饋—反饋控制系統(tǒng)。(3) 控制閥應(yīng)為氣關(guān)型。(4) 控制系統(tǒng)原理圖如下圖所示，題解96圖1 前饋反饋控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)方塊圖如下圖所示。題解96圖2 前饋反饋控制系統(tǒng)方塊圖圖中TC為反饋控制器，F(xiàn)C為前饋控制器(或前饋補償裝置)。(5) TC應(yīng)為正作用。99 題99圖所示的列管式換熱器，工藝要求出口物料溫度穩(wěn)定，無余差，超調(diào)量小。已知主要干擾為載熱體（蒸汽）壓力不穩(wěn)定。試確定控制方案，畫出該自動控制系統(tǒng)原理圖與方塊圖，并確定所選控制器的控制規(guī)律及正、反作用。如果主要干擾是入口介質(zhì)流量不穩(wěn)定，又如何設(shè)計控制方案？題99圖 列管式換熱器解 根據(jù)工藝要求，可以設(shè)計如下圖所示的前饋反饋控制系統(tǒng)，題解99圖1 列管式換熱器的前饋反饋控制系統(tǒng)其方塊圖如下圖所示，題解99圖2 列管式換熱器的前饋反饋控制系統(tǒng)方塊圖其中，被控對象是列管式換熱器；被控變量是出口物料溫度；操縱變量是蒸汽流量；主要干擾是蒸汽壓力不穩(wěn)定；前饋控制器是壓力控制器PC；反饋控制器是溫度控制器TC。如果工藝要求換熱器內(nèi)溫度不宜過高，則控制閥應(yīng)確定為氣開型，控制器TC應(yīng)為“反”作用，PC應(yīng)為“反”作用；如果工藝要求換熱器內(nèi)溫度不宜過底，則控制閥應(yīng)確定為氣關(guān)型，控制器TC應(yīng)為“正”作用，PC應(yīng)為“正”作用。溫度控制器TC一般為比例積分控制規(guī)律；壓力控制器PC一般為比例控制規(guī)律。還可以設(shè)計溫度壓力串級控制系統(tǒng)。如果主要干擾是入口介質(zhì)流量不穩(wěn)定，可以設(shè)計如下圖所示的溫度與流量的前饋反饋控制系統(tǒng)題解99圖3 列管式換熱器的溫度與流量的前饋反饋控制系統(tǒng) 也可以設(shè)計成溫度流量串級控制系統(tǒng)。 920某加熱爐系統(tǒng)如題920圖所示，工藝要求介質(zhì)出口物料的溫度穩(wěn)定，無余差，已知燃料入口的壓力波動頻繁，是該控制系統(tǒng)的主要干擾。試根據(jù)上述要求設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，畫出控制系統(tǒng)原理圖和方塊圖，確定調(diào)節(jié)閥的作用形式，選擇合適的控制規(guī)律和控制器的正、反作用。題920圖 加熱爐的溫度控制解 根據(jù)工藝要求，可以設(shè)計如下圖所示的溫度壓力串級控制系統(tǒng)，題解920圖1 加熱爐溫度壓力串級控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示，題解920圖2 加熱爐溫度流量串級控制系統(tǒng)方塊圖其中，主對象是加熱爐，主變量是出料溫度，主控制器是溫度控制器TC；副對象是加熱燃料管道，副變量燃料壓力，副控制器是壓力控制器PC。如果工藝要求加熱器內(nèi)溫度不宜過高，則控制閥應(yīng)確定為氣開型，主控制器TC應(yīng)為“反”作用，副控制器PC應(yīng)為“反”作用。主控制器TC一般為比例積分控制規(guī)律，副控制器PC一般為比例控制規(guī)律。