过程控制课后题答案讲解

1、4 A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套得冷却水流量来控制反应器内得温度不变。试画出该温度控制系统得方块图，并指出该系统中得被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量得干扰就是什么？

反应器温度控制系统

（1）该温度控制系统得方块图

反应器温度控制系统方块图

（2）被控对象：反应器；被控变量：反应器内得温度；控制变量：冷却水流量。

可能影响被控变量得干扰因素主要有A、B两种物料得温度、进料量，冷却水得压力、温度，环境温度得高低等。

1、5 锅炉就是化工、炼油等企业中常见得主要设备。汽包水位就是影响蒸汽质量及锅炉安全得一个十分重要得参数。水位过高，会使蒸汽带液。降低了蒸汽得质量与产量，甚至会损坏后续设备。而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此，必须对汽包水位进行严格得控制。图1-16就是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：

(1)画出该控制系统方块图；

(2)指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各就是什么?

(3)当蒸汽负荷忽然增加，该系统如何实现自动控制？

(1)

(2)被控对象：锅炉汽包。被控变量：锅炉汽包水位。操纵变量：锅炉给水量。扰动量：冷水温度、压力、蒸汽压力、流量，燃烧状况等。

(3)当蒸汽负荷突然增加，会导致汽包水位下降，液位变送器检测到液位h下降信号并与设定水位h0进行比较，将偏差信号传给控制器，控制器使执行器动作，增大阀门开度，使冷却水流量增加，从而降低加热室燃烧程度，进一步使得汽包液位升高。

2、4 P17-P18，精度等级为0、2

2、11 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿得方法有哪几种?

解：（1）热电偶得热电势只有当T0（或t0）恒定就是才就是被测温度T（或t）得单值函数。热电偶标准分度表就是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定得，只有保持T0＝0℃，

才能直接应用分度表或分度曲线。若T0≠0℃，则应进行冷端补偿与处理。（2）冷端温度补偿得方法有：延长导线法，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿法等。

2、17 AD590就是一个电流型集成式温度测量元件，能够从端口输出与绝对温度成比例得电流，然后利用利用10K 电阻将电流信号转换为相应得电压变化值，由变送器送给单片机进行A/D 采样，最后由单片机显示输出，得到测量得温度。2、21 压力表得误差=量程*精度可知量程规格为0~1、6、0~2、5、0~4、0MPa ，

精度等级为1、0时得误差分别为：1、6*1%=0、016Mpa2、5*1%=0、025Mpa4、0*1%=0、04Mpa 精度等级为1、5时误差分别为：1、6*1、5%=0、024Mpa2、5*1、5%=0、0375Mpa4*1、5%=0、06Mpa 精度等级为2、5时误差分别为：1、6*2、5%=0、04Mpa2、5*2、5%=0、0625Mpa4*2、5%=0、1Mpa 由于要求测量误差不大于压力示值得±5%，被测压力变化范围为0、5~1、4MPa ，所以最小误差为0、5*5%=0、025Mpa ，以上满足此条件得只有精度等级为1、0量程为0-1、6Mpa 与0-2、5Mpa 得压力表，以及精度等级为1、5量程为0-1、6Mpa 得压力表，鉴于0、5-1、4Mpa 得测量范围在0-1、6Mpa 得表盘上更容易读数，所以同等条件下选择0-1、6Mpa 得压力表，同样量程得压力表精度为1、0得比精度1、5得贵，所以从成本考虑选择精度为1、5得压力表，所以选择量程为0-1、6Mpa 精度为1、5得压力表。

2、25 因为差压变送器得输出电流信号与输入差压值成正比，故有：

6

.13p

16104∆=

可得：Δp=88、4Pa

此为对应13、6mA 电流时得差压值。 因为流量与差压平方根成正比，故可得到：

320

q

1044.88=

可得q=297、6m3/h

此为对应13、6mA 电流时得被测流量。

4、8 如图所示液位过程得输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h 为被控参数，C 为容

量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求：（1）列出过程得微分方程组； （2）画出过程得方框图；

（3）求过程得传递函数W0（S ）＝H （S ）/Q1（S ）；

解：（1）根据动态物料平衡关系，流入量＝流出量：

过程得微分方程得增量形式：

中间变量：

消除中间变量：

同除 (R2+R3) 得到：

令：

上式可写为：

（2）Laplace 变换得到：

dt dh

)Q Q (Q 321=

+-dt

h d C

)Q Q (Q 321∆∆∆∆=+-2

2R h

Q ∆∆=

3

3R h

Q ∆∆=

h )R R (dt

h

d R CR Q R R 233

2132∆∆∆++=h

dt

h

d R R R CR Q R R R R 323213232∆∆∆++=+3

23

2R R R R R +=

h dt

h

d CR

Q R 1∆∆∆+=)S (H )S (CRSH )S (RQ 1+=1

RCS R

)s (Q )s (H )s (W 10+=

=

传递函数:

（3） 过程得方框图：

4、11 该对象具有純滞后得一阶对象，放大系数K 805

.2-3120

-160k ==

由一阶对象得而输出响应⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛

-=∆∆T A t -e 1k θ

带入数据可得T=2/ln2

已知純滞后时间为2，则可列出微分方程以及传递函数得表达式。 4、12解：方法一：图解法

由图可以瞧出：过程应该用一阶加延时系统。

201

20

)0()(00==-∞=

x y y K

从图中得到：τ＝40s ， T ＝260－40＝220s

S S e S e TS K s W 40001

220201)(--+=+=

τ