PID控制例1：反应釜温度自动控制回路..
PID在反应釜控制中的应用
PID在反应釜控制中的应用文章出处：刘喜梅，张茜，郭静发布时间：2011/08/31 | 62 次阅读| 2次推荐| 0条留言业界领先的TEMPO评估服务高分段能力，高性能贴片保险丝专为OEM设计师和工程师而设计的产品使用安捷伦电源，赢取iPad2 Samtec连接器完整的信号来源每天新产品时刻新体验完整的15A开关模式电源常规PID控制算法对于大部分工业过程的被控对象控制效果良好，但是对于反应釜温度的时间滞后问题，PID控制算法在控制温度跟踪变化曲线时存在振荡和精度低的缺点。
PID控制算法是按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。
它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象──“一阶滞后＋纯滞后”与“二阶滞后＋纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。
PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、PD、…）。
为了克服反应釜温度的时间滞后问题，本文结合BP神经网络控制策略，采用基于BP神经网络的PID控制方法对其进行控制，反应釜温度能自动跟随给定的温度曲线，满足工艺要求。
1 反应釜温度控制系统反应釜按反应的特性可以分为吸热反应和放热反应。
一般来说，聚合反应属于放热反应，而裂变反应属于吸热反应。
化学上把最终表现为吸收热量的化学反应叫做吸热反应。
吸热反应中反应物的总能量低于生成物的总能量。
生成物中的化学键的能量（键能）越强，稳定性越强；能量越弱，稳定性越差。
反应釜的操作流程一般包括如图1所示的四个阶段。
图1中恒温段是反映工艺的关键阶段，对于产品质量和产量有着重要的影响，所以提高恒温段的控制精度是提高产品质量的关键。
实际反应过程中常伴有强烈的放热效应，使反应温度有所变化。
针对反应釜温度控制的特点，本文采用基于BP神经网络的PID控制方法。
反应釜自动化控制说明
反应釜自动化控制说明一、引言反应釜是一种用于化学反应的设备，它能够在一定条件下控制反应的温度、压力和搅拌速度等参数，以实现反应的自动化控制。
本文将详细介绍反应釜自动化控制的原理、操作步骤和注意事项，以帮助用户正确使用和维护反应釜设备。
二、原理1. 控制系统反应釜自动化控制系统由传感器、执行器、控制器和人机界面组成。
传感器用于采集反应釜内的温度、压力和搅拌速度等参数，执行器根据控制器的指令调节反应釜的加热、冷却和搅拌等设备，控制器根据传感器采集的数据进行逻辑运算和控制策略，人机界面用于操作和监控整个控制系统。
2. 控制策略反应釜自动化控制系统采用PID控制策略，即比例-积分-微分控制。
PID控制器根据反应釜内的实时数据进行计算，通过调节执行器的输出信号来控制反应釜的温度、压力和搅拌速度等参数。
PID控制器的参数需要根据具体的反应过程进行调整，以实现稳定的控制效果。
三、操作步骤1. 启动反应釜首先，确保反应釜设备和控制系统的电源连接正常，然后按照操作手册的要求进行设备的启动操作。
启动过程中，需要注意检查反应釜的密封性能和安全阀的工作状态，确保设备运行的安全可靠。
2. 设置控制参数通过人机界面进入控制系统的设置界面，根据反应的要求设置控制参数，包括目标温度、目标压力和目标搅拌速度等。
同时，根据具体的反应过程，调整PID控制器的参数，以实现稳定的控制效果。
3. 开始反应确认控制参数设置无误后，点击开始按钮启动反应。
控制系统将根据设定的控制策略自动调节反应釜的温度、压力和搅拌速度等参数，以实现反应过程的自动化控制。
在反应过程中，可以通过人机界面实时监控反应釜内的各项参数，并根据需要进行调整。
4. 反应结束当反应达到预定的时间或达到设定的终止条件时，点击停止按钮结束反应。
同时，需要注意及时关闭反应釜的加热、冷却和搅拌设备，确保设备的安全停机。
四、注意事项1. 安全操作在操作反应釜时，必须严格按照操作手册的要求进行操作，遵循相关的安全操作规程。
基于改进型PID控制算法实现对反应釜温度的精确控制
基于改进型PID控制算法实现对反应釜温度的精确控制作者：朱广文来源：《山东工业技术》2019年第10期摘要：从改进型PID控制算法在当前工业自动化领域的发展趋势与应用前景入手，介绍了改进型PID相比于常规PID在控制算法上的升级改进，阐述了改进型PID控制算法在工业反应釜控制领域的广泛应用前景，提出了一种基于反应釜温度控制的PID控制算法。
关键词：改进型PID；控制算法；反应釜温度控制DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.10.1501 概述传统的PID控制只能用在普通的工业领域，当生产条件恶劣，反应条件复杂，介质多变时，传统PID控制往往存在精度不高，可控性较差的问题。
在工业高温反应釜等特殊化工领域，高精度温控系统在反应釜温度控制中占有相当重要的地位，在反应釜燃烧及流体深加工过程中，对反应釜内的温度控制提出了极高要求，受不同流体种类、浓度的影响，反应釜中会有剧烈的吸热、放热过程，反应釜中温度的巨变不利于流体的加工烧制，传统PID控制算法很难达到温度的精确控制。
流体加工过程中需要按照特定工艺实现温度的精确控制，因此开发先进的PID控制算法实现对反应釜温度的精确控制具有极高的意义。
2 系统架构本PID控制系统针对反应釜高温系统的特点以及行业标准，控制系统在硬件选型以及软件设计方面做了详细的论证与研究。
在控制系统硬件选型方面：生产线外围设备控制均选用西门子、施耐德等品牌的成熟产品，下位控制主站采用西门子 PLC，分站选用ET200M系列，相关模拟量信号进行了就近采集，保证了采集精度，方便控制；上位控制采用西门子WINCC上位组态软件，电脑选用研华特殊系列工业电脑，保证系统在高温环境下的可靠、稳定运行。
在控制系统软件设计方面：系统温度的数据采集与控制，在选用专用采集模块以及可靠补偿导线的基础上，通过计算温度在不同阶段的偏差值，对采集温度进行实时修正补偿，保证采集数据的准确可靠；系统流量控制根据现场控制曲线特点选用等百分比流量特性调节阀与流量反馈的流量计组成闭环系统的同时，在程序内部又引入了改进型的PID控制算法，实际符合反应釜温控曲线的温度调节功能块，进一步解决了流量与温度、流量与压力、温度与压力之间的控制关系，达到了对反应釜温度的精确控制。
基于模糊PID控制的带搅拌釜式反应器过程温度控制的仿真与应用
基于模糊PID控制的带搅拌釜式反应器过程温度控制的仿真与应用针对聚合反应釜温度控制系统常规控制方法难以实施有效控制的问题，文章将模糊控制算法与PID算法相结合，通过系统模态辩识、控制性能辩识、知识推理，设计了一种模糊自适应PID控制器，通过Matlab仿真，表明该控制器具有使系统超调量小、调整时间短、鲁棒性好且算法简单等优点，为提高聚合反应釜的控制性能提供了一条有效、简便的控制方法。
标签：模糊控制；带搅拌釜式反应器；PID参数整定；温度控制引言化学反应釜是化工生产中一类非常重要的反应器，主要的控制量是反应釜的温度。
带搅拌釜式反应器的主要动态特性包括工况多变、非线性、时滞性、不稳定性和负荷干扰，无法建立精确的数学模型，参数调整比较困难。
目前，化工自动化的常规PID控制方法存在着调整时间过长、超调量过大等缺点，控制效果往往不佳。
针对化学反应釜常规控制方法难以实施有效控制的问题，文章通过系统模态辩识、控制性能辩识、知识推理，给出了控制器参数的整定和优化方法。
将该控制策略应用于带搅拌釜式反应器过程温度系统，实现了良好的控制效果。
控制系统操作灵活，反应参数，特别是反应釜温度控制稳定准确，能够满足多种工艺要求，具有较为广泛的适用范围。
控制过程能够严格跟踪温度工艺曲线，进而保证产品质量和产量，其温度稳态偏差在±1%范围内，额定负荷扰动下，其主要参数满足合成反应运行需求。
1 化学反应釜的工艺特点反应釜是化工企业化学合成生产过程中最主要的生产装置，是化学反应发生的基础载体，最常见的反应釜是带搅拌式反应釜（CSTR），反应过程连续进行。
生产时，首先按照配比投入规定量的原料，然后向反应釜夹层通入高温蒸汽，加热釜内温度，直至达到反应所需温度。
聚合反应会放出大量的热，导致反应物温度升高，由于合成反应属于温度正反馈自激型反应，反应温度越高，反应速度越快，放热速度越高，从而进一步提高反应温度。
如果反应温度上升速度过快，可能导致反应失控，釜内压力过大，严重时引发爆炸或火灾等安全事故。
反应釜自动化控制说明
反应釜自动化控制说明一、概述反应釜自动化控制是指利用先进的控制系统和设备，实现对反应釜的自动化控制和监控。
本文将详细介绍反应釜自动化控制的基本原理、控制策略、控制设备以及相关的安全措施。
二、基本原理1. 反应釜自动化控制的基本原理是通过传感器对反应釜内的温度、压力、液位等参数进行实时监测，然后根据预设的控制策略，通过控制执行器调节加热、冷却、搅拌等操作，以实现对反应过程的精确控制。
三、控制策略1. 温度控制：根据反应釜内温度的变化情况，自动调节加热或冷却系统，使温度保持在设定值附近。
2. 压力控制：根据反应釜内压力的变化情况，自动调节排气阀或加压泵，使压力保持在设定值范围内。
3. 液位控制：根据反应釜内液位的变化情况，自动调节进料阀或排液阀，使液位保持在设定值范围内。
4. 搅拌控制：根据反应釜内反应物的性质和反应过程的需求，自动调节搅拌器的转速和方向，以实现良好的混合效果。
四、控制设备1. 温度传感器：采用高精度的温度传感器，如热电偶或温度传感器，实时监测反应釜内的温度变化。
2. 压力传感器：采用高精度的压力传感器，如压电传感器或压力传感器，实时监测反应釜内的压力变化。
3. 液位传感器：采用高精度的液位传感器，如浮球液位传感器或压力差液位传感器，实时监测反应釜内的液位变化。
4. 搅拌器控制器：采用专用的搅拌器控制器，根据反应过程的需求，自动调节搅拌器的转速和方向。
五、安全措施1. 紧急停机装置：在发生紧急情况时，可以通过紧急停机装置迅速切断电源，停止反应釜的运行。
2. 温度、压力、液位等报警装置：设置相应的报警装置，当温度、压力或液位超过设定范围时，及时发出警报，提醒操作人员采取相应的措施。
3. 安全阀：设置安全阀，当压力超过设定值时，安全阀会自动打开，释放压力，以保护反应釜的安全运行。
4. 防爆措施：根据反应釜内可能存在的爆炸性物质，采取相应的防爆措施，如使用防爆电器设备、加强通风系统等。
六、总结反应釜自动化控制通过先进的控制系统和设备，实现对反应釜的自动化控制和监控，能够提高反应过程的稳定性和可控性，提高生产效率和产品质量。
PID控制原理详解及实例说明
PID控制原理详解及实例说明PID控制器是一种广泛应用于自动控制系统中的一种控制算法。
它可以根据被控对象的反馈信号，调整控制器的输出信号，从而实现对被控对象的控制。
PID控制器适用于各种自动控制系统，包括工业过程控制、机械运动控制和温度控制等。
本文将从PID控制原理和实例两个方面进行详细介绍。
首先，我们来看PID控制的原理。
PID控制器由三个部分组成，分别是比例（P）、积分（I）和微分（D）部分。
这三个部分可以根据具体的控制需求进行组合或选择。
比例部分（P）根据被控对象的反馈信号与期望值之间的偏差，输出与该偏差成正比的控制信号。
积分部分（I）通过积分被控对象的偏差信号，来消除静态误差。
微分部分（D）通过对被控对象的反馈信号进行微分，来预测被控对象未来的变化趋势。
PID控制的原理可以总结为以下几个步骤：首先，获取被控对象的反馈信号和期望值，计算偏差值；然后，根据比例系数和偏差值计算比例部分的输出；接着，将比例部分的输出与被控对象的反馈信号进行积分，并根据积分系数进行调整，计算积分部分的输出；最后，将比例部分和积分部分的输出与被控对象的反馈信号进行微分，并根据微分系数进行调整，计算微分部分的输出。
最终，将比例部分、积分部分和微分部分的输出进行加权求和，得到PID控制器的最终输出信号。
下面，我们以温度控制为例进行说明。
假设我们需要将一个物体加热到指定温度。
我们可以使用PID控制器来控制加热装置的功率，在达到指定温度时自动停止加热。
首先，我们需要将温度传感器的输出与设定温度进行比较，计算出温度的偏差。
然后，根据比例系数和偏差值计算出比例部分的输出。
如果比例部分的输出过大，可能会引发温度的过冲现象。
为了解决这个问题，我们引入积分部分，通过积分被控对象的偏差信号来消除静态误差。
如果积分部分的输出过大，可能会引发温度的振荡现象。
为了解决这个问题，我们引入微分部分，通过对温度的变化趋势进行预测，来控制加热装置的功率的变化速度。
反应釜自动化控制说明
反应釜自动化控制说明一、概述反应釜自动化控制系统是一种用于控制和监测反应釜操作的先进技术。
本文将详细介绍反应釜自动化控制系统的功能、工作原理、控制策略和操作流程。
二、功能描述1. 温度控制：反应釜自动化控制系统能够实时监测反应釜内的温度，并根据设定的温度范围自动调节加热或冷却设备，以保持反应釜内温度稳定。
2. 压力控制：系统能够监测反应釜内的压力，并根据设定的压力范围自动调节排气或加压设备，以保持反应釜内压力在安全范围内。
3. 液位控制：系统能够实时监测反应釜内的液位，并根据设定的液位范围自动调节液位控制装置，以保持反应釜内液位稳定。
4. 搅拌控制：系统能够控制反应釜内的搅拌装置，根据设定的搅拌速度和时间来实现反应物的充分混合。
5. 数据记录与报警：系统能够记录反应釜内的温度、压力、液位和搅拌速度等数据，并在出现异常情况时及时报警，以确保操作的安全性和稳定性。
三、工作原理反应釜自动化控制系统通过传感器实时采集反应釜内各项参数的数据，然后将数据传输给控制器进行处理。
控制器根据预设的控制策略，通过输出信号控制加热、冷却、排气、加压和搅拌等设备，从而实现对反应釜操作的自动控制。
四、控制策略1. 温度控制策略：根据反应釜内的温度变化趋势，通过PID算法计算出合适的加热或冷却功率，并输出控制信号给加热或冷却设备，以实现温度的稳定控制。
2. 压力控制策略：根据反应釜内的压力变化趋势，通过PID算法计算出合适的排气或加压力度，并输出控制信号给排气或加压设备，以实现压力的稳定控制。
3. 液位控制策略：根据反应釜内的液位变化趋势，通过PID算法计算出合适的液位控制信号，并输出给液位控制装置，以实现液位的稳定控制。
4. 搅拌控制策略：根据反应釜内的反应物性质和工艺要求，设定合适的搅拌速度和时间，通过控制搅拌装置的转速和运行时间，实现反应物的充分混合。
五、操作流程1. 启动系统：按下启动按钮，系统开始工作。
2. 参数设定：根据反应釜内的工艺要求，设定温度、压力、液位和搅拌速度等参数。
pid控制原理详解及实例说明
pid控制原理详解及实例说明PID控制是一种经典的控制算法，适用于很多控制系统中。
它通过对误差进行反馈调整，以实现系统稳定和快速响应的目标。
PID控制包含三个部分，即比例（Proportional）、积分（Integral）和微分（Derivative）控制。
比例控制（P）是根据误差的大小来调整控制输出的大小。
当误差较大时，控制输出也会相应增加；而当误差较小时，控制输出减小。
比例系数Kp用于调节比例作用的强弱。
积分控制（I）是根据误差的累积值来调整控制输出的大小。
它主要用于消除稳态误差。
积分系数Ki用于调节积分作用的强弱。
微分控制（D）是根据误差的变化率来调整控制输出的大小。
它主要用于快速响应系统的变化。
微分系数Kd用于调节微分作用的强弱。
PID控制的输出值计算公式为：Output = Kp * Error + Ki * Integral(Error) + Kd * Derivative(Error)下面举一个温度控制的例子来解释PID控制的应用。
假设有一个温度控制系统，希望将温度维持在设定值Tset。
系统中有一个可以控制加热器功率的变量，设为u。
温度传感器可以实时测量当前温度T，误差为Error = Tset - T。
比例控制（P）：根据误差值来调整加热器功率，公式为u =Kp * Error。
当温度偏低时，加热器功率增加；当温度偏高时，加热器功率减小。
积分控制（I）：根据误差的累积值来调整加热器功率，公式为u = Ki * ∫(Error)。
当温度持续偏离设定值时，积分控制会逐渐累积误差，并调整加热器功率，以消除误差。
微分控制（D）：根据误差的变化率来调整加热器功率，公式为u = Kd * d(Error)/dt。
当温度变化率较大时，微分控制会对加热器功率进行快速调整，以避免温度过冲。
这样，通过比例、积分和微分控制的组合，可以实现温度控制系统对设定温度的稳定和快速响应。
总结起来，PID控制通过比例、积分和微分控制，根据误差的大小、累积值和变化率来调整控制输出，使系统能够稳定地达到设定目标。
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TN
10
第6章 单路调节系统
小结：
•熟练掌握单回路调节系统的基本概念； •熟悉单回路调节系统的设计和整定的基 本步骤和常用方法； •了解对象动态特性对调节质量的影响； •了解调节规律对系统动特性的影响。
TN 11
第7章 复杂调节系统
生产过程的大型化和复杂化，操作 条件要求更加严格，各变量之间的关系 更加复杂，对生产、质量、安全、环保 的更高要求。出现了许多简单调节系统 不能胜任控制任务。 复杂调节系统是以简单系统为基础 的结构或算法上更为先进的控制方法。
•管式加热炉温度系统： •串级调节方案－－ Ⅰ＋Ⅱ •主参数： θ1出口温度 •副参数：θ2炉膛温度 •调节量：Q1 •以θ1调节为主回路 •θ2调节为副回路
TN 15
串级调节系统结构
内外环结构的双闭环系统 主环输出：主参数（系统最终控制参数） 副环输出：副参数（为了提高主参数调节性能
而引入的一个中间参数）
间接指标控制：一般在塔内选择一块对温度 反应最灵敏的塔板作为系统主回路的被调参 数。
例如提馏段的一块塔板 （称为灵敏板），即采 用灵敏板温度T灵作为 间接控制指标。
TN 7
系统调节方案的选择
间接指标控制（二元）精馏控制例 主回路＋若干辅助回路
TN
8
第6章 单回路调节系统
思考题：
调节系统过渡过程的稳态误差超过工艺规定，则下 列哪项调整方法可以改善上述不足？
Gc1(s)：主调节器 Gc2(s)：副调节器
TN
16
串级调节系统特点
•副回路中的干扰，主要在副回路中克服。 •减少了副对象的T，提高了副环的调节 品质。 •提高了系统的频率响应，加快了抗干扰 过程的速度。 •提供了灵活的控制方式
TN
17
串级调节系统应用
TN
18
串级调节系统应用
TN
19
串级调节系统的选型
x1
+ Gc1 -
x2
+ Gc2 Go2
y2
Go1
y1
TN
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串级调节系统例：
夹套式反应釜温度控制
TN
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比值调节系统
保证两种（或两种以上）物料流量保持 一定比例的调节系统。 FC：比值调节器， 比值＝K
QB=KQA
开环比值系统
TN 23
比值调节系统
单闭环比值调节系统
调节参数整定时需注意差压检测中的非 线性问题。
TN
24
均匀调节系统
用以解决和协调前后两被调参数的相互 影响。 例：多塔分离过程中的物料供求关系。 塔I的液位系统 和塔II的流量系 统有较大相互 影响。
TN 25
均匀调节系统
均匀调节系统调节器的整定： •主调节器比例系数Kc越大流量越平稳，液位越不 平稳。 •可根据表7-1所示经验整定。
TN
26
TN
Y2(s)=GB(s)GV(s)G0(s)F(s) Y(s)=Y2(s)-Y1(s)
29
前馈调节系统
有： Y1(s)=GL(s)F(s) Y2(s)=GB(s)GV(s)G0(s)F(s) Y(s)=Y2(s)-Y1(s) 希望f对y的影响为0， 即用y1补偿y2：
[GL ( s) GB ( s)GV ( s)G0 ( s)]F ( s) 0 GL ( s) GL ( s) GB ( s) ( s) GV ( s)G0 ( s) G0
由于串级调节系统的目的一般都是为了 保证主参数的控制品质，而对辅助的副 参数的控制精度要求并不高。 所以 •主调节器宜用P和PI调节规律。 •副调节器一般用P调节规律
x1
+ Gc1 -
x2
+ Gc2 Go2
y2
Go1
y1
TN
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串级调节系统的整定
工程中常用的整定方法： •两步法：先副后主 •一步法：定副调主
自动化仪表及过程控制(9)
Automation Instrumentations and Process Control
PID控制例1：反应釜温度自动控制回路
TN
2
PID控制例2：供水水压自动控制回路
TN
3
系统调节方案的选择
间接指标控制：对于不便直接 调节的工艺直接指标，可以选 择一个与直接指标相关的量进 行调节，间接完成控制任务。 例：精馏塔生产过程， 质量指标：塔顶馏出物组份， 即以塔顶产品纯度为控制指标
TN
4
系统调节方案的选择
直接指标控制：选择产品轻组份（苯）浓 度作为被调参数。
缺点：
•在线分析仪表：反应 慢，可靠性差。 •成分作为被调参数： 对象特性惯性大。
TN 5
系统调节方案的选择
间接指标控制：塔内温度、压力均与产品苯含 量有单值关系。但工艺上一般要求塔压最好固 定不变。
TN
6
系统调节方案的选择
前馈调节系统
用来克服一个主要扰动的影响。 简单调节系统的特点：只有偏差产生后 才有控制作用。 例：热交换器温度简单系统 Q1t e Q2 t e=0
TN
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前馈调节系统
热交换器温度前馈调节方案 Q1Q2
FC Q2 Q1
TN
28
前馈调节系统
前馈调节方案结构框图
有： Y1(s)=GL(s)F(s)
TN 30
前馈调节系统
热交换器温度前馈反馈复合调节方案
FC Q2 Q1
+
TC
TN
31
自治调节系统
又称解偶系统， 用于消除相互关 联的几个调节量 之间的相互影响。
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32
自治调节系统
由： Y1(s)=G11(s)X1(s) Y2(s)=G22(s)X2(s)+G12(s)X1(s) X2(s)=- GC2(s) Y2(s) –GC2(s)GB12(s)X1(s)
G22 ( s)GC 2 ( s) G12 ( s) Y2 ( s) [ GB12 ( s)]X 1 ( s) 1 G22 ( s)Gc 2 ( s) G22 ( s)GC 2 ( s)
TN 12
管式加热炉温度系统
•简单调节方案Ⅰ:直接指标控制 •被调参数：θ1出口温度 •调节量：Q1燃油流量 •缺点：被控对象滞后大
TN
13
管式加热炉温度系统
•简单调节方案Ⅱ:间接指标控制 •被调参数：θ2炉膛温度 •调节量：Q1
•缺点：闭环不包括被 加热流体方面的干扰
TN
14
管式加热炉温度系统
（A）增加比例度； （B）减少积分时间 ； （C）增加积分时间； （D）减少微分时间。
TN
9
第6章 单回路调节系统
思考题：
调节系统过渡过程的稳态误差超过工艺规定，则下 列哪项调整方法可以改善上述不足？
（A）增加比例度； （B）减少积分时间 ； （C）增加积分时间； （D）减少微分时间。 答：B（参阅课本）