过程控制工程 第二版 (王树青 著) 化工出版社 课后答案

    课后答案网，用心为你服务！  大学答案---中学答案---考研答案---考试答案 最全最多的课后习题参考答案，尽在课后答案网（）！Khdaw团队一直秉承用心为大家服务的宗旨，以关注学生的学习生活为出发点，旨在为广大学生朋友的自主学习提供一个分享和交流的平台。 爱校园（）课后答案网（）淘答案（） 过程控制工程课后习题答案第一章1-1自动控制系统由被控对象、测量变送器、执行器（控制阀）和控制器组成。被控对象是指被控制的生产设备或装置。测量变送器用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号作为输出。执行器常用的是控制阀，接受来自控制器的命令信号，用于自动改变控制阀的开度。控制器它将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号e(t)，并按一定规律给出控制信号u（t）1-21）直接数字控制它的特点：计算灵活，它不仅能实现典型的PID控制规律，还可以分时处理多个控制回路。2）集中型计算机控制系统它的特点：可以实现解耦控制、联锁控制等各种更复杂的控制功能；信息集中，便于实现操作管理与优化生产；灵活性大，控制回路的增减、控制方案的改变可由软件来方便实现；人机交互好，操作方便3）集散控制系统它的特点：同时适应管理与控制两方面的需要：一方面使用若干个控制器完成系统的控制任务，每个控制器实现一定的控制目标，可以独立完成数据采集、信号处理、算法实现与控制输出等功能；另一方面，强调管理的集中性。1-3P：被控变量储罐：被控对象U：控制变量进气流量：操纵变量P1，P2，出气流量：扰动变量被控变量：被控对象需要维持在其理想值的工艺变量，也是测量变松的输入。控制变量：控制器的输出电信号。操作变量：执行器的操作对象，对被控变量有影响。P2P1Kv2PspPmu51PT51PC扰动变量：影响被控变量的变量（除了操作变量）。1-4假设控制阀为气闭式、控制器为反作用，定义偏差为测量值与给定值之差。首先假设在干扰发生之前系统处于平衡状态，即流入量等于流出量，液位等于给定值。当有干扰发生，平衡状态将被破坏，液位开始变化，于是控制系统开始动作。1）假定在平衡状态下流入量Q1突然变大。此刻是的Q1Q2，于是液位L将上升随着L的上升，控制器将感受到正偏差，由于控制器是反作用的，因此其输出将减小。因为控制阀是气闭式的，随着控制器输出的减小，控制阀开度变大。流出量Q2将逐渐增大，液位L将慢慢下降并逐渐趋于给定值。当再度达到Q2=Q1时，系统将达到一个新的平衡状态。这是控制阀将处于一个新的开度上。2）如果在平衡状态下，流入量突然减小，将出现Q1Q2,液位L将下降，控制器受到负偏差，控制器输出将增大，控制阀开度变小，流出量减小，液位回升，逐渐回复给定值而达到新的平衡。3）在平衡状态下，Q2突然变大。这就使Q2Q1,L将下降。这是控制器输出将增大控制阀开度变小，于是Q2将随之减小，L又会慢慢上升而回到给定值。如果在平衡状态下，Q2突然减小了。此时，L将上升，控制器输出将减小，控制阀开度变大，重新使Q2增大而使其逐渐回复到给定值为止。++E(t)P)(tmPsp+_压力控制器进气控制阀控制对象压力测量变送器干扰通道流出量输出信号偏差给定值+测量液位控制器控制阀水槽液位变送器液位P）（t第二章2-11）321QQQdtAdH--=321QQQdtHAdΔ-Δ-Δ=Δ20220222RHHKQQQΔΗ=Δ=-=Δ30330332RHHKQQQΔΗ=Δ=-=Δ)()()(2313232SHRSHRSQRRASRR--=2)3)==)()()(10SQSHSW323232RRSRARRR++2-21)令A1的另一个出口为Q4,则对A1有：42111QQQdtdHA--=对A2有:3422QQdtdHA-=2122HHKQ-=21124HHKQ-=233HKQ=H(S))(1SQ323232RRSRARRR++Q1(S)221021220222)(RHHHHHKQQQ-=-=-=Δ12214RHQ-Η=Δ323RHQΔ=Δ)]()()([1)(42111SQSQSQSASH--=)]()([1)(3422SQSQSASH-=12214)()()(RSHSHSQ-=2212)()()(RSHSHSQ-=323)()(RSHSQ=2)3)SRRARRARASRRAARRSW)()(32231222123221320+++=)(1SH)(2SHQ4(S)Q3(S)Q2(S)+++SA11121RSA2131R21R2-51)RHHKQΔΗ=Δ=Δ00202.00=ΔΔΗ=QR2)iRQHdtdHRA=+iQHdtdH02.001.0=+itQtueH)(2100-=故其时间常数为100.第三章3-15.0%201000/)099()0)()(≈-=Δ-∞=uhhK相应好h（t）在t=T时达到其终值的63.2%，即56.62%2.63*)]0()([)0()(=-∞+=hhhTh由表实验数据可得出T=1003-21))0()()0()()(*yyytyty-∞-=取4.0)(*1=ty8.0)(1=ty查表得231≈t8.0)(*2=ty6.1)(2=ty查表得432≈t46.053.021=tt则说明该阶跃响应需更高阶的传递函数才能拟合得更好，查表3.3-1得出n=310*16.221≈+=nttT2)0()(=Δ-∞=uyyK31102)(）（+=SSG3-31)(+=TSKSG210*8.1)0()(-=Δ-∞=PyyK在达到最终值的63.2%，所对应的时间为180*63.2%=113故ST5≈15108.1)(2+×=-SSG第四章4-1PID式子中00])()(1)([)(udttdeTdtteTiteKtutdc+++=∫0u为常数，而常数的拉氏变换为0，故将时域变换为频域时没有这一项。0u为控制器的稳态输出，取值根据系统稳定时需要保持的控制阀阀门开度确定。4-21）上图中，蓝色的积分时间为3，紫色的为20，黄色的为40，由此我们可知在相同的外界干扰作阶跃变化情况下，随着积分时间减小，最大偏差会增大，震荡不会加剧。2）由上图可知，为了获得与以前相同的系统稳定性，可适当将Kc调小，静态环路增益会改变。4-3积分饱和：对于一个有积分功能的偏差，控制器的积分作用就会对偏差进行累积来改变控制器的输出。如果这时阀门已达到饱和（已全开或全关），而无法继续进行调节，那么偏差将无法消除。然而由于积分作用，控制器的输出仍在增加直到它达到某个极限值并停留在那里，这种情况成为积分饱和。由定义可知，发生积分饱和的前提是控制器具有积分功能，控制器的饱和输出极限值要比执行机构的信号范围大。后果：可能使产品质量不好，对操作人员的安全构成威胁。4-4max15.0KKc=1max26.04.0ccKKK==1max32.16.0cCKKK==4-503.010015][][])([0max0max0=-Δ--∞=uuuyyyyK=5)0()()0()()(*yyytyty-∞-=取283.0)(*1=ty查表得51=t632.0)(*2=ty查表得6.102=tT=1.5(t2-t1)=8.4t=t2-t0-T=2.2G(S)=seS2.214.85-+Kp=1.4出现等幅震荡，而控制器为PI,故将Kp调为0.6，Ti=20。Kp=0.6Ti=20余差和超调均较小，比较满意。通过用Matlab仿真Kc=0.6Ti=20第五章5-1用前馈-反馈控制方案1)32(5)()()(++-=-=SSSGSGSGpcpdff5-2spcpdffeSSSGSGSG2)141(94.0)155(05.1)()()(++-=-=5-31)2)由图可得11111)()(omcoffpdGGAGAGGGSFSY++=其中A=222221mopccopccGGGGGGG+F(S)Y(S)R(S))(SGc)(SGpc)(SGpd)(SGff__+++Y(S)F(S))(SGpd)(2SGc)(SGpc)(2SGo)(1SGo)(1SGm)(1SGc)(SGff)(2SGm由不变性原理F(S)≠0,Y(S)=0即01=+AGGGoffpd123125.01++-=-=SASAGGGopdff192181122911229+=×+×++×=SSSA545.9+-=SGff3）先判断副控制器：在副回路中，副对象、副测量变送器为正作用。而控制阀为正作用，故副控制器为负作用。然后判断前馈控制器，它是消除扰动对被控变量的影响，故为负作用。再判断主控制器，在主回路中，主对象、主测量变送器、副回路为正作用，故主控制器为正作用。5-42125max11max22==qqqqK若采用相除形式的方案时，K应在0.5~0.8之间，而K1，故采用相乘形式。5-5由题知k=0.4A作主流量，B作副流量K=kmaxmaxBAQQ=1.6若采用相除形式的方案时，K应在0.5~0.8之间，而K1，故采用相乘形式。Q2Q1R1——+主控制器控制阀主对象主测量变送器比值计算器副控制器控制阀副对象主测量变送器5-62)I0=18则87420418=--=KK=kmax2max1QQ×=k40007000×所以k=0.53)874412=--=IIKI2=9.25Ma1)Q2Q1R1——+)(1SGc)(1SGv)(1SGO)(1SGm比值计算器)(2SGc)(2SGv)(2SGO)(2SGm第六章6-11）副控制器正反作用改变，主控制器正反作用不变。阀门是副回路中的执行器，在主回路中，副回路作为一个整体为正作用，故执行器的改变对主回路无影响，主控制器正反作用不变。在副回路中，执行器由气开阀变为气关阀，正反作用改变。而正反作用的选择是使系统成为负反馈系统，而副回路中除副控制器外其余正反作用不变。故副控制器正反作用改变。2）要改变，副控制器的输出是去改变阀门，比例度要增加，而积分时间要减小。口径变大相当于控制通道放大倍数增加，此时若比例度和积分时间不变则控制系统的开环放大倍数增大，系统的余差会减小，但是系统会变得不稳定。对于一个不稳定的系统谈余差是没有意义的。所以首先要保持系统的稳定性，那么要减小控制器放大倍数，即增大比例度。此时余差肯定会变大，因此要加强积分作用，即减小积分时间，消除余差。3）主控制器的比例度和积分时间不改变。由于串级系统对副对象和控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性，即副对象和控制阀特性的变化不会影响主控制器。6-21）最合适的副变量选择2q，它离第四个储罐较远，可以防止副变量与主变量发生共振。而且它包含更多的干扰。2）3）副控制器的选择与主回路无关，而测量变送器，副对象均为正作用，调节阀为正作用，故副控制器为负作用，主控制器与主对象正反作用相反。而主对象为正作用，故主控制器为负作用。6-3应该把下面那个采用串级控制系统，首先是因为干扰通道时间常数为0.2，对被控变量的影响相当大。其次副回路中包含的纯滞后时间很小，有利于提高副回路的快速性。上面那个途中的副回路包含大惯性环节，且控制通道没有延时，干扰量影响到副变量的时候，很快影响到主控变量，而由于大惯性环节，副回路还来不及处理干扰。q++(1SGc设定值)(2SGc)(1SGv)(1SGO)(2SGO)(1SGm)(2SGm图同上图6-46-5结构上：串级控制：内外两个反馈回路组成前馈-反馈控制：一个反馈和一个开环的补偿回路叠加而成变量上：（串级控制的副参数与前馈-反馈控制的前馈输入量是两个截然不同的变量）前者是串级控制系统中反映主被控变量的中间变量，控制作用对他产生明显的调节效果；后者是对主被控变量有显著影响的干扰量，是完全不受控制作用约束的独立变量，引入前馈的目的是为了补偿原料油流量对炉出口温度的影响。功能上：前馈控制器与串级控制的副控制器担负不同的功能。6-66-7由题知，控制阀为气开阀，故为正作用。蒸汽流量增加，温度升高，塔底压力增加，故压力差减小。因此，