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内蒙古科技大学过程控制作业综合文档
第二章
2.8解:
作图法:
a=[01020406080100140180250300400500600]b=[002820365488118144166184192196]
根据数据做阶跃响应曲线如图所示,由图形得稳态值
T=262-40=222;t40
传递函数为G(沪韵e/0s
计算法:
h'=000.010.040.10.180.270.440.590.720.830.920.960.98
K=y(g)/Xo=10
t1=;yt1=;
t2=;yt2=;
T=(t2-t1)/(log(1-yt1)-log(1-yt2))
t=(t2*log(1-yt1)-t們og(1-yt2))/(log(1-yt1)-log(1-yt2))
选取
选取
选取
选取
t=80,y=0.18;t=180,y=0.59代入公式2.71和2.72得:
T=144;t=100,y=0.27;t=250,y=0.72代入公式t=140,y=0.44;t=300,y=0.83代入公式t=180,y=0.59;t=400,y=0.92代入公式
2.71和2.72得:
2.71和2.72得:
2.71和2.72得:
T=156;
T=134;
T=134;
t51
t50
t62
t60
t(51+50+62+60)/4=56
取平均值T=(142+156+134+134)/4=141;
传递函数方程为:
G(S)帚产
作图对比
2.9解:
矩形脉冲响应曲线到阶跃响应曲线的转换
2.19b可知,在0~to范围内阶跃
由题知to=10,且根据实验数据知对象有自衡能力。
根据图
响应曲线和矩形脉冲响应曲线一致;当t>to时,阶跃响应满足公式2.90,即:
yi(t)=y(t)+yi(t-to)
计算过程如下:
t=15时,yi(15)=y(15)+yi(15-10)=y(15)+yi(5)=36+9=45;
t=16.5时,yi(16.5)=y(16.5)+yi(16.5-10)=y(16.5)+yi(6.5)=37.5+14=51.5;其中yi(6.5)由平均法
ti/min
1
3I4
5
8
1015
16.5
20
25
3040
50
60
70
80
T/C
0.46
1.7
3.7
9
19
26.4
45
51.5
59.9
63.5
80.9
91.3
96.4
99.2
100.3
100.8
T/y(s)
0.0046
0.017
0.037
0.089
0.19
0.26
0.45
0.51
0.59
0.63
0.80
0.90
0.95
0.98
0.99
0.998
由图形得稳态值y(s)=101,Xo=2,因此K=y(s)/xo=50.5;根据公式2.67,即:
-t/T
yi(t)=yi(s)(1-e)
1-e-t/T=1-e-10/T=y1(10)/y1(s)=0.26,求解得T=33
1-et/T=1-e30/T=y1(30)/y1(s)=0.8,求解得T=17
当t=T时,yi(T)=0.63yi(s),查上表得T=25当t=10时,
当t=30时,
取平均值T=(25+33+17)/3=25
传递函数为G(s)=F°5
、)25sH
作图对比
-I.
第三章
3.9解:
①影响物料出口温度的主要因素有:
蒸汽流量f1(t),冷物料的流量f2(t)。
2根据工艺要求,热物料出口温度需保持恒定,而且温度测量比较方便,因此选择热物料
温度为被控参数。
由于冷物料流量f2(t)是生产负荷,不能作用控制参数,因此可以选择蒸汽
流量f1(t)作为控制参数。
3
选择气开式阀门(静态放大系数Kv为"+”。
PI或PID调节器。
由于蒸汽增加,热物料温度增加,
Km为“+”,因此根据组成系统的开环传递函数各环节Kp为“+”)。
为了在故障时减小蒸汽动力的消耗,
4根据工艺特点和控制精度可以选择因此对象的K0为“+”测温仪表的
的静态放大系数极性相乘必须为正的原则,选择反作用调节器(静态放大系数
⑤
f1(t丄蒸汽流量
f2(t)<
冷物料V
换热器
3.10解:
原有量程0-500C,现在量程变为200~300C(对应的电流都是4-20mA),变送器的量程减小,因此变送器的放大系数Km增大,广义被控对象的放大倍数K0也随之增大,控制通道的灵敏度增大,克服干扰影响的能力增强,但会降低系统的稳定性。
为了使系统仍具有一定的稳定程度(即一定的衰减比),系统的开环放大倍数应满足KPK0=常数,因此可以通过适当减小调节器放大倍数KP来调整。
3.11解:
KW沪89仲S;
XK/T=0.64/2.3=0.278
由表3.8得PI调节器参数为:
6%W.1軌W.1X0.278X1.2=0.367
Tj=3.3T=3.3X1.2=3.96
3.12解:
由于精馏塔不允许排空,因此调节阀应该选择气开式(静态放大系数Kv为“+”);
当出口流量增加时,液位降低,因此对象为反作用方式(静态放大系数Ko为“-”);变送器
放大系数Km为“+”,因此根据组成系统的开环传递函数各环节的静态放大系数极性相乘必须为正的原则,选择正作用调节器(静态放大系数Kp为“-”。
第四章
fi(t)蒸汽流量厂、
■——©
TC
TT
热物料
冷物
料扰动
2根据工艺要求,为了在故障时加热器温度不过高,应该选择气开式调节阀(静态放大系数为“+”)。
3由于副被控参数是流量,因此副调节器采用PI控制律;为了保证主被控参数无误差,主
调节器也采用PI控制律。
对于副环,阀门开度增大,流量增加,因此副对象的放大系数为
“+”流量变送器的放大倍数为“+”根据副环放大倍数符号位“+”的原则,副调节器符号应为“+”故选择反作用。
对于主环,主调节器的正反作用只取决于主对象放大倍数的符号。
主对象的输入信号为蒸汽流量(即副参数),输出信号为温度(即主参数),当流量增
大时,热物料出口温度上升,因此,主对象的放大倍数为“+”因此主调节器应选择反作
用。
4当蒸汽流量Fi突然增加,此时为副回路的二次干扰,该干扰首先影响管道的蒸汽流量,
副调节器立刻动作,减小调节阀开度,改变蒸汽流量,克服蒸汽扰动对管道蒸汽流量的影响。
如果Fi不大,则副回路的及时控制不会对主参数产生影响,如果Fi较大,则经过副回路调
整后,对主回路也会产生一定的影响,此时,主回路控制器会进一步调整,进而完全克服上
述扰动,使温度重新回到给定值,此时调节阀处于新的开度上。
当冷物料流量F2突然增加,
此时为主回路一次干扰,使得换热器温度降低,主调节器动作,对副调节器产生校正作用,
由于副回路的存在,加快了校正作用,使得F2对换热器温度的影响比采用单回路控制系统
时要小。
4.4解:
①
排放
污水扰动
Fi
2根据工艺要求,为了使故障时污水处理质量得到保证,应该选择气开式调节阀(静态放大系数为“+”)。
3由于副被控参数是流量,因此副调节器采用PI控制律;为了保证主被控参数无误差,且
考虑主控制对象惯性和滞后较大,主调节器采用PID控制律。
4对于副环,阀门开度增大,流量增加,因此副对象的放大系数为“+”流量变送器的放
大倍数为“+”根据副环放大倍数符号位“+”的原则,副调节器符号应为“+”故选择反作用。
对于主环,主调节器的正反作用只取决于主对象放大倍数的符号。
主对象的输入信号
为进水流量(即副参数),输出信号为液位(即主参数),当流量增大时,清水池液位上升,因此,主对象的放大倍数为“+”因此主调节器应选择反作用。
4.5解:
1
该方
冷水流量波动是主要干扰,此时采用加热器出口温度与冷却水流量的串级控制方案,案将冷却水流量波动这一扰动包含在副回路中,能够有效抑制冷却水流量波动。
2方案2蒸汽压力波动是主要干扰,此时采用加热器出口温度与蒸汽压力的串级控制方案,该方案将蒸汽压力波动这一扰动包含在副回路中,能够有效抑制蒸汽压力波动。
第五章
5.6解:
1
由于主、畐y流量都会发生变化,因此采用双闭环比值控制方案。
2选择带开方器的差压式流量计。
根据生产工艺要求K=F2/F=2.5/4,折算成仪表的比值
系数为:
k=KF1max=245110^1.35
3根据工艺要求,为了在故障时保证产品质量,应该选择气开式调节阀(静态放大系数为
“+”)。
同时,对于主、副两个对象,增大调节阀开度,则流量增加,因此主、副对象的放大系数为“+”流量变送器的放大倍数为“+”根据主、副环放大倍数符号位“+”的原则,主、副调节器符号应为“+”故选择反作用。
5.7解:
由于使用的是未开方的差压式流量计,因此仪表的比值系数为:
厂1max{
1—
厂1max ^F2max丿 丁1丿 LF2max丿 K'=K2 干%2-€ V1丿1147丿 第六章 6.7解: 系统为流量前馈-反馈控制系统。 对于流量Fi的扰动,通过前馈调节器来消除;对于F2流量自身的扰动,通过该回路的反馈 控制来克服。 如果为了保证液位恒定,可以继续引入液位闭环控制。 6.8解: 1系统为前馈-串级控制系统。 2控制系统框图如下: 3 Gff(s)G2(s)G0i(s)'+GpD(s)=O,可得前馈调节器的传递函数Gff(s)为: GpD(s) 21-1 4由于调节阀为气开式,其静态放大系数为“+”。 对于副对象,增大调节阀开度,则蒸汽 流量增加,因此副对象的放大系数为“+”,流量变送器的放大倍数为“+”,根据副环放大 倍数符号位“+”的原则,副调节器符号应为“+”,故选择反作用;对于主对象,蒸汽流量 增加,则供热量增加,出口温度增大,因此主对象的放大系数为“+”,温度变送器的放大 倍数为“+”,根据主环放大倍数符号位“+”的原则,主调节器符号应为“+”,故选择反作用。 6.9解: 前馈反馈和串级控制在结构上的区别是, 串级控制的主回路和副回路都是闭环负反馈控制系统。 前馈反馈控制系统中的前馈控制 疋-开环控制,反馈控制是一闭环负反馈控制。 因此,从结构上看,串级控制的两个参数都是闭环控制,而前馈反馈中,只有一个参数闭环控制,另一个参数是开环控制方式。 由此,图6.9(a)中原油流量参数是开环控制,原油温度为闭环控制,因此为前馈反馈控制;图6.9(b) 中原油温度和燃料油流量两个参数均为闭环控制,因此为串级控制。
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