检测仪表与传感器习题解答

题7-2图 反应器温度控制系统

解 该反应器温度控制系统方块图如下图所示。

题解7-2图 反应器温度控制系统方块图

其中:被控对象是反应器;被控变量是反应器内温度;操纵变量是蒸汽流量;控制器是温度控制器TC。

根据工艺要求,执行器应为气开型式;蒸汽流量增加时,反应器内温度升高,被控对象是“正”作用;所以,控制器应为“反”作用。

7-13 试确定题7-13图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。 (1)题7-13(a) 图为一加热器出口物料温度控制系统,要求物料温度不能过高,否则容易分解;

(2)题7-13(b) 图为一冷却器出口物料温度控制系统,要求物料温度不能太低,否则容易结晶。

题7-13图 温度控制系统

解 (1)根据工艺要求,题7-13(a) 图所示加热器出口物料温度控制系统,执行器应为气开阀;加热剂流量增加时,加热器内温度升高,被控对象是“正”作用,所以,控制器应为“反”作用。

(2)根据工艺要求,题7-13(b) 图所示冷却器出口物料温度控制系统,执行器应为气开阀;冷剂流量增加时,冷却器内温度降低,被控对象是“反”作用,所以,控制器应为“正”作用。

7-14 题7-14图为贮槽液位控制系统,为安全起见,贮槽内液体严格禁止溢出,试在下述两种情况下,分别确定执行器的气开、气关型式及控制器的正、反作用。 (1)选择流入量Qi为操纵变量;

(2)选择流出量Qo为操纵变量。

题7-14图 液位控制

解 (1)当选择流入量Qi为操纵变量时,为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求,执行器应为气开阀;由于被控对象是“正”作用,所以,控制器应为“反”作用。

(2)当选择流入量Qo为操纵变量时,为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求,执行器应为气关阀;此时被控对象是“反”作用,所以,控制器应为“反”作用。

7-15 题7-15图所示为一锅炉汽包液位控制系统的示意图,要求锅炉不能烧干。试画出该系统的方块图,判断控制阀的气开、气关型式,确定控制器的正、反作用,并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时,该控制系统是如何克服扰动的?

题7-15图 锅炉气包液位控制系统

解 该控制系统的方块图如下图所示。

题解7-15图 锅炉气包液位控制系统方块图

其中:被控对象是锅炉汽包;被控变量是锅炉汽包内液位;操纵变量是冷水流量;控制器是温度控制器LC。

控制阀应为气关型式;被控对象是“正”作用,控制器应为“正”作用。 当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时,汽包内液位下降,控制器LC输出信号减小,气关阀开度增大(关小),冷水流量增大。克服汽包内液位降低。

7-16 题7-16图所示为精馏塔温度控制系统的示意图,它通过控制进入再沸器的蒸汽量实现被控变量的稳定。试画出该控制系统的方块图,确定控制阀的气开气、关型式和控制器的正、反作用,并简述由于外界扰动使精馏塔温度升高时该系统的控制过程(此处假定精馏塔的温度不能太高)。

题7-16图 精馏塔温度控制系统

解 精馏塔温度控制系统的方块图如下图所示。

题解7-16 图精馏塔温度控制系统方块图

控制阀应为气开型式;被控对象是“正”作用,控制器应为“反”作用。

当外界扰动使精馏塔温度升高时,控制器TC输出减小,控制阀开度变小,蒸汽流量降低,精馏塔温度下降。

7-18 某控制系统采用DDZ-Ⅲ型控制器,用临界比例度法整定参数。已测得?k=30%、Tk=3min。试确定PI作用和PID作用时控制器的参数。

解 PI作用时控制器的比例度?=66%,积分时间TI=2.55min。

PID作用时控制器的比例度?=51%,积分时间TI=1.5min,微分时间TD=0.375min。 7-19 某控制系统用4:1衰减曲线法整定控制器的参数。已测得?s=50%、Ts=5min。试确定PI作用和PID作用时控制器的参数。

解 PI作用时控制器的比例度?=60%,积分时间TI=2.5min。

PID作用时控制器的比例度?=40%,积分时间TI=1.5min,微分时间TD=0.5 min。

第8章 复杂控制系统

8-5 题8-5图所示为聚合釜温度控制系统。试问:

(1)这是一个什么类型的控制系统?试画出它的方块图;

(2)如果聚合釜的温度不允许过高,否则易发生事故,试确定控制阀的气开、气关型式;

(3)确定主、副控制器的正、反作用; (4)简述当冷却水压力变化时的控制过程;

(5)如果冷却水的温度是经常波动的,上述系统应如何改进?

(6)如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统,试画出它的方块图,并确定主、副控制器的正、反作用。

题8-5图 聚合釜温度控制系统

解 (1)这是一个温度-流量串级控制系统,其方块图如下:

题解8-5图1 温度-流量串级控制系统的方块图

其中:主对象是聚合釜,主变量是聚合釜内的温度,主控制器是温度控制器TC;副对象是冷却水管道,副变量是冷却水流量,副控制器是流量控制器FC;操纵变量是冷却水流量。

(2)如果聚合釜的温度不允许过高,控制阀应为气关型式(“反”作用)。

(3)由于副变量就是操纵变量(冷却水流量)本身,所以副对象是“正”作用,因此副控制器FC为“正”作用。

当主变量(聚合釜内的温度)增加时,要使主变量减小,要求控制阀关小;副变量(冷却水流量)增加时,要使副变量减小,要求控制阀关大。因此主控制器TC应为“正”作用。

(4)当冷却水压力变化(如压力增大)时,在控制阀开度不变时,其流量增大,聚合釜温度会降低。首先,流量增大,副控制器FC输出信号增大(“正”作用),使气关阀门开度减小,减小冷却水流量;其次,聚合釜温度降低,主控制器TC输出减小(“正”作用),FC给定值减小,FC输出增大,进一步关小控制阀,减小冷却水流量。这样可以有效地控制因冷却水压力增大,导致其流量增大所造成的聚合釜内温度降低的影响。

(5)如果冷却水温度经常波动,则应选择冷却水温度作为副变量,构成温度-温度串级控制系统。

题解8-5图2 聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统

(6)如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统,其原理图如下图所示。方块图如前所示,但其中的副对象是聚合釜夹套,副变量是夹套内的水温,副控制器是温度控制器T2C。副控制器T2C为“反”作用,主控制器T1C也为“反”作用。

题解8-5图3 聚合釜温度-夹套水温度串级控制系统 题8-9图 串级均匀控制系统

8-9 题8-9图是串级均匀控制系统示意图,试画出该系统的方块图,并分析这个方案与普通串级控制系统的异同点。如果控制阀选择为气开式,试确定LC和FC控制器的正、反作用。

解 控制系统的方块图(略)。该串级控制系统的副变量就是其操纵变量本身。

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