过程控制习题课.

T
为多少？系统的余差为多少？
过程动态特性及建模
R1 Q1
Qi
R2
h
H A
Q3
Qo
题1：如图所示液位过程的输入量为 Q1，流出量为Q2、Q3，液位h为被控 参数，A为截面积，并设R1、R2、R3 均为线性液阻。要求： ①列写过程的微分方程组； ②画出过程的方框图； ③求过程的传递函数 W0 s H s
Q1 s
Rf 燃料
答案：被控对象：加热炉。被控变量：原料 出口温度。操纵变量：燃料流量。扰动变量： 进料流量、温度，燃料温度、压力、成分， 等。
控制系统组成及性能指标（续）
A B
题3：如图所示为一反应器温度控制系统 示意图。A、B两种物料进入反应器进行反 应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控 制反应器内的温度不变。试画出该温度控 制系统的方块图，并指出该系统中的被控 对象、被控变量、操纵变量及可能影响被 控变量的干扰是什么？如果由于进料温度 升高使反应器内的温度超过给定值，试说 明此时该控制系统的工作情况，此时系统 是如何通过控制作用来克服干扰作用对被 控变量影响的？
扰动 D 干扰通道 GD (s) 偏差 e 控制器 Gc (s) 控制变量 u 执行器 Gv (s) 操纵变量 q 控制通道 Gp (s)
设定值 ysp
+
+
被控变量 y
+
_ 测量值 ym
测量变送 Gm (s)
控制系统组成及性能指标（续）
Tsp Tm 进料 T
出料 TC
u
题2：对于如图所示的加 热炉温度控制系统，试 (1)指出该系统中的被控变 量、操纵变量、扰动变量; (2)画出该系统的方块图
被控对象：反映器。被控变量：反应器内的温度（反应温度）。操纵变量：冷 却水流量。干扰：冷却水压力、温度变化，A、B物料的流量、温度变化，等。 若进料温度升高，反应器内的温度超过温度给定值时，即偏差小于0，TC要发挥控 制作用使反应温度下降，即控制器输出使冷却水调节阀开度大些，使更多的冷却水 进入夹套，从而移走多余热量使反应器内温度降下来。
h1 h2 Q12 R12
Q2
R2
将流量方程代入物料平衡方程, 即得到过程状态方程
过程动态特性及建模（续）
dh1 C1 Q1 Q2 Q12 , dt dh2 C2 Q12 Q3 dt h h Q2 1 , Q3 2 , R2 R3
h1 h2 Q12 R12
由以上传递函数方程,可画出相 应的方框图.
过程动态特性及建模（续）
H1 ( s ) H 2 ( s) 1 Q1 (s) Q2 (s) Q12 (s), C1s 1 Q12 (s) Q3 (s) C2 s
H2 Q1(s)
+ _ + _
Q2 ( s) Q12 ( s)
5 如图所示为蒸汽加热器控制系统，若被控对象控制通道的传递函数为 Go s 7s 4 调节阀的传递函数为 GV s 1 控制器TC的传递函数为 GC s 1
测量变送环节的传递函数为
Gm s 1
因生产需要，出口物料的设定温度从80℃提高到85 ℃时，物料出口温度的稳态变化量
R2 R3 H 2 s Wo s Q1 s R12 R2 R3C1C 2 S 2 R2 R3C1 R2 R3C 2 R12 R2C1 R12 R3C 2 S R12 R2 R3
过程动态特性及建模（续）
题3：有一水槽，其截面积F为0.5m2。流出侧阀门阻 力实验结果为：当水位H变化20cm时，流出量变化 为1000cm3/s。试求流出侧阀门阻力R，并计算该水 槽的时间常数T。
H1 ( s ) H ( s) , Q3 ( s) 2 , R2 R3 H1 ( s ) H 2 ( s ) R12
1 C2 s
1 R3
Q12
1 C1s Q2 1 R2
H1
_ +
1 R12
+ _
H2(s)
过程动态特性及建模（续）


利用方框图等效变换; 直接用传递函数计算公式; 通过求解传递函数方程组.
H s R K 答案： Qi s RFs 1 Ts 1
K R H 20cm 1 2 s / cm Qo s 1000 cm 3 / s 50
1 s / cm 2 0.5 104 cm 2 100s 50
T RF
过程动态特性及建模（续）
Q12 C1 R12 C2 h2 R3 Q3
h1
(2) 画出方框图;
(3) 求传递函数
H 2 ( s) G p ( s) Q1 ( s)
Q2
R2
过程动态特性及建模（续）
物料平衡方程:
R1 Q1
h1
Q12 C1 R12 C2
h2 R3 Q3
dh1 C1 Q1 Q2 Q12 , dt dh2 C2 Q12 Q3 dt h1 h2 Q2 , Q3 , R2 R3
H1 ( s ) 1 Q1 (s) Q2 (s) Q12 (s), C1s
1 Q12 (s) Q3 (s) H 2 ( s) C2 s
H1 ( s ) H 2 ( s) Q2 ( s) , Q3 ( s) , R2 R3 H1 ( s ) H 2 ( s ) Q12 ( s) R12
控制系统组成及性能指标
Psp
PC
Pm u P
F2 Kv2
P2
题1：如图所示是一压力自动控制 系统。试指出该系统中的被控对象、 被控变量、操纵变量和扰动变量， 画出该系统的方框图。
答案：被控对象：压力罐。被 控变量：储罐内的压力。操纵 变量：进料流量。扰动变量： 进料压力，出料流量，等。
被控对象
P1 Kv1 F1
Q2
R3
dh Q1 Q2 Q3来自A dt R2 R3 h H s Wo ( s ) Q2 R2 Q1 s AR2 R3 s R2 R3 h Q3 R3
过程动态特性及建模（续）
R1 Q1
题2： (1) 列写过程微分方 程组;