过程控制工程第一章答案(孙洪程著)
过程控制工程复习资料及习题
总复习第一章的概念1、典型的反馈控制系统基本组成框图：2、自动控制系统基本控制方式：(1)、反馈控制方式；(2)、开环控制方式；(3)、复合控制方式。
3、基本要求的提法：可以归结为稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）。
第二章要求:1、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法；2、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质；3、明确传递函数与微分方程之间的关系；4、能熟练地进行结构图等效变换；5、明确结构图与信号流图之间的关系；6、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数；例1 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数:)()(,)()(1211s R s C s R s C ，)()(,)()(2122S R S C s R s C 。
串连补偿元件放大元件执行元件被控对象反馈补偿元件测量元件输出量主反馈局部反馈输入量－－43213211243211111)()(,1)()()(G G G G G G G s R s C G G G G s G s R s C --=-=例2 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数：)()(,)()(,)()(,)()(s N S E s R s E s N s C s R s C 。
例3：将上图汇总得到：1()i t 2()i t 1()u t ()c t ()r t 1R 2R 1C 2C +_+_+_Ka11C s21C s21R 1R()R s ()C s 1()U s 1()U s 1()U s 1()I s 1()I s 2()I s 2()I s 2()I s ()C s (b)(t)i R(t)u r(t)111=-⎰-=(t)]dti (t)[i C 1(t)u 2111(t)i R c(t)(t)u 221=-⎰=(t)dt i C 1c(t)22+_+_+-11C s21R 21C s11R ()R s ()C s (s)H(s)(s)G G 1(s)(s)G G R(s)C(s)2121+=(s)H(s)(s)G G 1(s)G -N(s)C(s)212+=例4、一个控制系统动态结构图如下，试求系统的传递函数。
过程控制主要习题参考答案
第一章思考题与习题1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量。
当电石加入时，内部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。
系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器内温度控制参数：冷水流量1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?答：过程控制系统主要分为三类：1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。
它是最常用、最基本的过程控制系统。
2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。
由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。
由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。
它是一个静态指标，对定值控制系统。
希望余差越小越好。
2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。
衡量系统稳定性也可以用衰减率φ4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。
过程控制工程孙洪程答案
过程控制工程孙洪程答案【篇一：过程控制工程教学大纲】xt>过程控制工程（process control engineering）课程性质：专业主干课适用专业：机电一体化技术学时分配：课程总学时：60学时其中理论课学时：60学时；实验课学时：0学时；先行课程情况：先行课：高等数学、单片机原理与应用、自动控制原理、传感器技术等；教材：孙洪程，李大宇，翁维勤编著．《过程控制工程》．北京：高等教育出版社， 2013年12月重印参考书目：1、邵裕燊．过程控制工程．北京：机械工业出版社2、何衍庆，俞金寿，蒋慰孙．工业生产过程控制．北京：化学工业出版社一、课程的目的与任务过程控制工程是机电一体化技术专业开设的主干课之一，主要研究工业生产过程中应用比较成熟的控制系统。
随着现代工业的迅速发展，对工业过程的要求也越来越高，用于工业过程控制的自动化装置也迅速发展，因此对工业过程控制的要求也随之提高。
作为研究工业过程控制系统组成，基本控制规律，以及工业过程控制系统的设计，投运的课程-----过程控制工程也越来越受到重视，并使得该课程成为自动化相关专业的一门重要的专业课程。
本课程的任务是：使学生通过本课程的学习，获得工业过程控制系统的基本理论、基本知识和基本技能，掌握测量与变送器、执行器、智能控制仪表、以及工业生产过程中的一些具体设备等自动化装置的原理与使用方法，掌握基本过程控制系统设计的方法与控制器参数的整定方法，从而为从事与本课程有关的的技术工作打下一定的基础。
二、课程的基本要求本课程采用传统的课堂讲授模式，在课堂安排上，做到精讲教学内容和学生课外自学、阅读相结合，使学生了解重点、认识难点，突出重点、剖析难点，掌握重点、化解难点，提高学生解决问题能力；引导学生课前预习、课后复习，加深对其基础知识的巩固和对前沿领域的了解。
本课程的主要内容包括基本过程控制系统、先进控制系统、过程控制工程三大模块。
其中基本过程控制系统及过程控制工程为本课程的主要学习部分，要求学生可以运用所学知识对常见的过程控制系统加以论证或者进行必要的定性定量分析。
过程控制课后答案全
过程控制课后答案全第一章思考题及习题1.1什么是控制通道？什么是干扰通道？它们的特性对控制系统的质量有什么影响？答：所谓“通道”，就是某个参数影响另外一个参数的通路，这里所说的控制通道就是控制作用(一般的理解应当是控制器输出)u(s)对被控参数y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量，然后控制变量通过被控对象再影响被控参数，即广义对象上的控制通道)。
同理，干扰通道就是干扰作用f(s)对被控参数y(s)的影响通路。
干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。
控制通道特性对控制系统质量的影响如下表所示1.2如何选择控制变量?答复:① 所选控制变量必须是可控的。
②所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数。
③所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小。
④ 所选控制变量的通道纯滞后时间应尽可能小。
⑤所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。
⑥ 在选择控制变量时，还应考虑过程的合理性。
一般来说，生产负荷与产品产量直接相关，不应频繁变动。
在不十分必要的情况下，不应选择生产负荷作为控制变量1.3控制器的比例度δ变化如何影响控制系统的控制精度？对控制系统的动态质量有什么影响？答：当g(s)=k时，即控制器为纯比例控制，则系统的余差与比例放大倍数成反比，也就是与比例度δ成正比，即比例度越大，余差也就越大。
CcK增大δ控制精度提高（残余误差减小），但系统稳定性降低。
c1.44:1使用衰减曲线法调整控制器参数的要点是什么？答：衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间t放在最大，微分时间t放在最小，比例度放于适当数值(一般为100%)，然后使δ由大往小逐渐改变，并在每改变一次δ值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。
如果衰减比大于4：1，δ应继续减小，当衰减比小于4：1时δ应增大，直至过渡过程呈现4：1衰减时为止。
过程控制工程课后作业答案
第一章 纸质作业答案一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量和阀杆行程之间的关系。
调节阀的流量特性有线性型，等百分比型，快开型，抛物线型调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑，利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性，从而使整个广义对象的特性近似为线性。
二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，也成为单回路控制系统。
简单控制系统的典型方块图为三．按照已定的控制方案，确定使控制质量最好的控制器参数值。
经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解：(1) 选择流出量o Q 为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， 贮槽液位控制系统的控制流程图为(2) 被控对象：液体贮槽控制器执行器被控对象测量元件及变送器+－控制信号操纵变量被控变量测量值偏差扰动变量给定值被控变量：贮槽液位操纵变量：贮槽出口流量主要扰动变量：贮槽进口流量五、解：Q为操纵变量，控制阀安装在流入管线上，(1) 选择流入量i贮槽液位控制系统的控制流程图为为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以应选用气开形式控制阀，为“+”作为方向。
Q增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“+”作用方向。
由于操纵变量即流入量i控制阀和被控对象都是“+”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。
Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上，(2) 选择流出量o贮槽液位控制系统的控制流程图为为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于全开状态，所以应选用气关形式控制阀，为“-”作为方向。
Q增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“-”作用方向。
由于操纵变量即流出量o控制阀和被控对象都是“-”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。
六、（1）加入积分作用后，系统的稳定性变差，最大动态偏差增大、余差减小加入适当的微分作用后，系统的稳定性编号，最大动态偏差减小，余差不变。
过程控制课后习题答案
过程控制课后习题答案第1章自动控制系统基本概念~~1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？求解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节共同组成。
~~1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器掌控流程图。
先行分别表明图中pi-307、trc-303、frc-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图求解pi-307则表示就地加装的压力命令仪表，工段号为3，仪表序号为07；trc-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；frc-305则表示分散仪表盘加装的，具备命令记录功能的流量掌控仪表；工段号为3，仪表序号为05。
~~~~~1-7在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？求解测量变送装置的功能就是测量被控变量的大小并转变为一种特定的、统一的输入信号（例如气压信号或电压、电流信号等）送至控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即为控制阀，它能够自动地根据控制器送去的信号值发生改变阀门的打开度，从而发生改变压低变量的大小。
~~~1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？解：被控对象（对象）――自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量――被控对象内建议维持设定值的工艺参数。
控系统通常用该变量的名称去称谓，例如温度控制系统，压力制系统等。
给定值（或设定值或期望值）――人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。
它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。
压低变量（调节变量）――对被控变量具备较强的直接影响且易于调节（压低）的变量。
或同时实现掌控促进作用的变量。
操纵介质(操纵剂)――用来实现控制作用的物料。
~~~1-11题l-11图右图为一反应器温度控制系统示意图。
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过程控制工程孙洪程答案【篇一：过程控制工程教学大纲】xt> 过程控制工程（process control engineering ）课程性质：专业主干课适用专业：机电一体化技术学时分配：课程总学时：60 学时其中理论课学时：60 学时；实验课学时：0 学时；先行课程情况：先行课：高等数学、单片机原理与应用、自动控制原理、传感器技术等；教材：孙洪程，李大宇，翁维勤编著．《过程控制工程》．北京：高等教育出版社，2013 年12 月重印参考书目：1、邵裕燊．过程控制工程．北京：机械工业出版社2、何衍庆，俞金寿，蒋慰孙．工业生产过程控制．北京：化学工业出版社一、课程的目的与任务过程控制工程是机电一体化技术专业开设的主干课之一，主要研究工业生产过程中应用比较成熟的控制系统。
随着现代工业的迅速发展，对工业过程的要求也越来越高，用于工业过程控制的自动化装置也迅速发展，因此对工业过程控制的要求也随之提高。
作为研究工业过程控制系统组成，基本控制规律，以及工业过程控制系统的设计，投运的课程----- 过程控制工程也越来越受到重视，并使得该课程成为自动化相关专业的一门重要的专业课程。
本课程的任务是：使学生通过本课程的学习，获得工业过程控制系统的基本理论、基本知识和基本技能，掌握测量与变送器、执行器、智能控制仪表、以及工业生产过程中的一些具体设备等自动化装置的原理与使用方法，掌握基本过程控制系统设计的方法与控制器参数的整定方法，从而为从事与本课程有关的的技术工作打下一定的基础。
二、课程的基本要求本课程采用传统的课堂讲授模式，在课堂安排上，做到精讲教学内容和学生课外自学、阅读相结合，使学生了解重点、认识难点，突出重点、剖析难点，掌握重点、化解难点，提高学生解决问题能力；引导学生课前预习、课后复习，加深对其基础知识的巩固和对前沿领域的了解。
本课程的主要内容包括基本过程控制系统、先进控制系统、过程控制工程三大模块。
其中基本过程控制系统及过程控制工程为本课程的主要学习部分，要求学生可以运用所学知识对常见的过程控制系统加以论证或者进行必要的定性定量分析。
过程控制工程 孙洪程 著 高等教育出版社 课后答案
解：①系统设计如右图： ② ③ ，所以要将 调大。所以 取 ,比值系数K＇通过设置， ④选择A阀为气开阀，主对象为正环节，测量变送为正环节，则主调节器为反作用。选取B阀为气开阀 ，副对象 为正环节，测量变送为正环节，则副调节器为反作用。 3.10 在硝酸生产过程中有一氧化工序，其任务是将氨氧化成一氧化氮。为了提高氧化率，要求维持氨与氧的比 例为2：1。该比值控制系统采用如图所示的结构形式。已知 。试求比值系数=？如果上述比值控制用DDZ-II型 仪表来实现，比值系数的设置 应该是多少？
第一章 单回路控制系统 1.1 何谓控制通道？何谓干扰通道？它们的特性对控制系统质量有什么影响？ 控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系； 干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。 （1） 控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面） 控制通道静态放大倍数越大，系统灵敏度越高，余差越小。但随着静态放大倍数的增大，系统的稳定性变差。 控制通道时间常数越大，经过的容量数越多，系统的工作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统 的质量越低，但也不是越小越好，太小会使系统的稳定性下降，因此应该适当小一些。 控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还还会使系统的稳定性降低。 （2） 干扰通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面） 干扰通道放大倍数越大，系统的余差也越大，即控制质量越差。 干扰通道时间常数越大，阶数越高，或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀，干扰对 被控变量的影响越小，系统的质量则越高。 干扰通道有无纯滞后对质量无影响，不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个纯滞后时间τ0。 1.2 如何选择操纵变量？ 1）考虑工艺的合理性和可实现性； 2）控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数； 3）控制通道时间 常数应适当小些为好，但不易过小 ，一般要求小于干扰通道时间常数 。干扰动通道时间常数 越大越好，阶数越高越好。
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第一章思考题及习题
何谓控制通道何谓干扰通道它们的特性对控制系统质量有什么影响
答：所谓“通道”，就是某个参数影响另外一个参数的通路，这里所说的控制通道就是控制作用(一般的理解应当是控制器输出)U(s)对被控参数Y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量，然后控制变量通过被控对象再影响被控参数，即广义对象上的控制通道)。
同理，干扰通道就是干扰作用F(s)对被控参数Y(s)的影响通路。
干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。
控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示
如何选择控制变量
答：①所选控制变量必须是可控的。
②所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数。
③所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小。
④所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。
⑤所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。
⑥在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。
一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制变量
控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响对控制系统的动态质量有何影响
答：当G c(s)=K c时，即控制器为纯比例控制，则系统的余差与比例放大倍数成反比，也就是与比例度δ成正比，即比例度越大，余差也就越大。
K c增大、δ减小，控制精度提高(余差减小)，但是系统的稳定性下降。
4：1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么
答：衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间T i放在最大，微分时间T d放在最小，比例度放于适当数值(一般为100%)，然后使δ由大往小逐渐改变，并在每改变一次δ值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。
如果衰减比大于4：1，δ应继续减小，当衰减比小于4：1时δ应增大，直至过渡过程呈现4：1衰减时为止。
找到4：1衰减振荡时的比例度δs，及振荡周期T s。
再按经验公式，可以算出采用不同类型控制器使过渡过程出现4：1振荡的控制器参数值。
依次将控制器参数放好。
不过在放积分、微分之前应将多放在比计算值稍大(约20%)的数值上，待积分、微分放好后再将δ放到计算值上。
放好控制器参数后可以再加一次干扰，验证一下过渡过程是否呈4：1衰减振荡。
如果不符合要求，可适当调整一下δ值，直到达到满意为止。
图为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。
试问：
①影响物料出口温度的主要因素有哪些
答：影响物料出口温度的主要有：蒸汽流量、物料流量为影响物料出口温度的主要因素。
②如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与控制变量应选哪些参数为什么
答：被控变量为物料出口温度，控制变量为蒸汽流量。
因为物料出口温度表征了系统的质量指标，蒸汽流量是可控的，无纯滞后，靠近控制阀，控制通道时间常数较小。
③如果物料在温度过低时会凝结，应如何选择控制阀的开、
闭形式及控制器的正、反作用
答：为防止在气源供气中断，或控制器出故障而无输出时出
现物料凝结，应选气闭式。
当出口温度降低时，要求蒸汽流量加
大，即控制阀输入减小，控制器输出减小，此时控制器输入由于
测量值减小而减小，控制器选正作用。
图为热交换器出口温度控制系统，要求确定在下面不同情况
下控制阀开、闭形式及控制器的正、反作用：
①被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚。
答：控制阀气闭式，控制器的反作用。
②被加热物料在温度过低时会发生凝结。
答：控制阀气开式，控制器的正作用。
③如果控制变量为冷却水流量，该地区最低温度在0℃以下，如何防止热交换器被冻坏。
答：控制阀气闭式，控制器的反作用。
单回路系统方块图如图所示。
试问当系统中某组成环节的参数发生变化时，系统质量会有何变化为什么
答：当K C、K V、K0增加时，系统的余差减小，但系统稳定性下降。
T0增加时，系统的工作频率降低，控制速度变慢。
这样就不能及时地克服干
扰的影响，因而，系统的控制质量会越差。
τ0增加时，使系统控制不及时，使动态偏
差增大，而且还会使系统的稳定性降低。
K f增加时，系统的余差也变大，即控制静
态质量变差。
T f增加时，控制过程的品质
会提高。
τf增加时，质量没有影响。
有一如图所示的加热器，其正常操作
温度为200℃，温度控制器得测量范围是
150~250℃，当控制器输出变化1%时，蒸
汽量将改变3%，而蒸汽量增加1%，槽内温
度将上升0.2℃。
又在正常操作情况下，
若液体流量增加1%，槽内温度将会下降
l℃。
假定所采用的是纯比例式控制器，其
比例度为100%，试求当设定值由200℃提
高到220℃时，待系统稳定后，槽内温度
是多少摄氏度
答：当设定值由200℃提高到220℃时，控制器输出变化 20/200=10%，蒸汽量增加30%，液体流量不变，槽内温度将上升×30℃=6℃，所以待系统稳定后，槽内温度是206℃。
在Δu=50阶跃干扰作用下，测得某温度对象控制通道得响应数据如下：
根据上述数据用反应曲线法计算PI控制器参数。
答：从响应数据得干扰起作用点为，227℃，即τ=，拐点为，280℃，即T0= min，设采用Ⅲ型仪表，测量范围为100～250℃，所以，K0=Δu=/ΔP
=50/ 50/=
∵δ=τ/ T0)×100%=××××100%=% T i=τ=×= min。