串级、前馈控制补充作业
过程控制技术课后作业答案详解
过程控制与自动化仪表课后作业详解第一章 P152-1. （1）简述图1-6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
LTLC1Q 2Q A图1-6 控制系统流程图答：1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液位控制器来控制调节阀，从而调节Q 1（流量）来实现液位控制的作用。
2）框图如图1-7所示：控控控LC控控控控控控控A控控控控LT_2()Q t ()1Q t ()r t ()e t ()u t h图1-7 控制系统框图3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e (t )、控制量u (t )；执行器输入输出分别为：控制量u (t )、操作变量Q 1 (t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量Q 1 (t ) 、扰动量Q 2 (t ) ，被控量h ；所用仪表为：控制器（例如PID 控制器）、调节阀、液位测量变送器。
2-3某化学反应过程规定操作温度为800℃，最大超调量小于或等于5％，要求设计的定值控制系统，在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图所示。
要求：1）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间； 2）说明该系统是否满足工艺要求。
答：1）稳态误差：e(∞)=810-800=10衰减比：n=B 1/B 2=(850-810)/(820-810)=4 最大超调量：σ=(850-810)/810=4.9%假设以系统输出稳定值的2%为标准，则810*2%=16.2，则 过渡过程时间：ts=17min2）由于规定操作温度为800︒C ，而系统稳态值为810︒C 所以不满足工艺要求。
第二章P711-3 某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ 所以仪表精度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：%22.0%10010010002±=⨯-±=δ仪表精度等级至少0.2以上。
孙洪程版过程控制课后答案
第一章思考题及习题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?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1.2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1.3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。
1.4 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。
第六章-前馈控制系统
➢ 只适用于克服可测而不可控的扰动，而对系统中的其他扰 动无抑制作用，因此，前馈控制具有指定性补偿的局限性。
➢ 前馈控制的控制规律，取决于被控对象的特性。因此，往往 控制规律比较复杂。
4、前馈与反馈控制的比较
过程控制
反馈控制
过程控制过程控制过程控制4前馈与反馈控制的比较反馈控制前馈控制设计原理反馈控制理论不变性原理被测变量被控变量扰动量控制器输入测量和设定之间的偏差被测扰动量控制规律的实现可以和经济有时只能近似控制系统组态闭环开环典型控制器ppipdpid及开关超前滞后环节控制作用在过程受扰动的影响以前在过程受扰动的影响以后过程控制过程控制过程控制5前馈控制系统的方框图框图中ds扰动s对象扰动通道传递函数gffs前馈调节器gps对象传递函数前馈调节器的传递函数可应用不变性原理定量地导出其前馈控制系统框图为
➢ 实际工业生产过程中的扰动不止一个
➢ 有些扰动不可测量或难以测量 ➢ 前馈控制对被控变量的控制效果没有检验依据
➢ 即使Gp(s)和Gd(s)可以精确获得，但Gff(s)不能物理实现，例 如出现纯超前环节。
二、前馈控制系统的结构
过程控制
1、静态前馈控制
K ff Gff (s) s0
Gd (s) Gp (s)
ff p d
在大多数情况下，只需考虑主要的惯性 环节，也就是实现部分补偿，因此，动 态前馈算式通常采用近似式：
G ff
(s)
K ff
Tps 1 Td s 1
过程控制
根据Tp和Td的大小关系，动态前馈控制器的阶跃响应如图。 当Tp>Td时，前馈控制器呈现超前特性； 当Tp<Td时，前馈控制器呈现滞后特性； 当Tp=Td时，前馈控制器呈现比例特性，即为静态前馈增益；
过程控制试卷
一、填空题：1、简单控制系统由（控制器）、（执行机构）、（被控对象）和（检测变送仪表）四个环节组成。
2、对象数学模型是指对象的（输入输出）特性，是对象在各输入量（控制量和检测变送量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。
3、获取对象数学模型的方法参方法有：（机理法）和（测试法）。
4、气动执行器由（调节）机构和（执行）机构两部分组成，常用的辅助装置有（阀门）定位器和手轮机构。
5、流通能力Ｃ的定义是：调节阀全开，阀前后压差为（0.1Mp），流体重度为（1g/m3），每（小时）所通过的流体（系）数。
6、被调介质流过阀门的（相对）流量与阀门（相对）行程之间的关系称为调节阀的流量特性；若阀前后压差保持不变时，上述关系称为（理想流量）特性，实际使用中，阀门前后的压差总是变化的，此时上述关系为（工作流量）特性。
7、动态前馈控制的设计思想是通过选择适当的（前馈）控制器，使干扰信号经过（前馈）控制器致被控量通道的动态特性完全复制对象（干扰）通道的动态特性，并使它们符号（相反）（正、反），从而实现对干扰信号进行完全补偿的目标。
8、自动调节系统常用参数整定方法（动态特性参数法），（稳定边界法），（衰减曲线法），（经验法）。
9、调节系统中调节器正、反作用的确定依据是：（保证控制系统成为负反馈）。
4、模糊控制器的设计（不依赖）被控对象的精确数学模型。
二、单项选择题：1、调节系统的稳定性是对调节系统最基本的要求，稳定调节过程的衰减率ζ应是（C.0<ζ<1）。
2、线性调节系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于（Ｃ．干扰作用的形式、强弱和系统本身的结构、参数。
）3、单纯的前馈调节是一种能对（C．干扰量的变化）进行补偿的调节系统。
4、均匀控制系统的任务是（A．使前后设备在物料供求上相互均匀、协调。
）5、定值调节系统是环调节，前馈系统是环调节。
（B．闭，开）6、在选择性调节系统中防积分饱和一般采用（B．外反馈法）方法。
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3、与单回路控制相比，串级控制系统具有哪些特点？答：1.减小了被控对象的时间常数，缩短了控制通道，使控制作用更加及时。
2.提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性提高了。
3.对于二次干扰有很强的客服能力，对克服一次干扰也有一定的提高。
4.对负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。
11． 如图所示的测温系统中，热电偶的分度号为K ，当被测实际温度是600℃时，仪表指示为多少？（10分）温度℃20 50 550 560 570 580 590 600 610 K(mV)0.798 2.022 22.772 23.198 23.624 24.050 24.476 24.902 25.327解：设电子电位差计读数为T ℃，则输入电子电位差计的电势为E 入=E(T,20)铜导线上不产生电势，因而输入显示仪表的电势E 入=E(600,50) (3分)于是有： E(T,20)= E(600,50) (3分) 即 E(T,0)= E(600,50)＋ E(20,0)=24.902-2.022＋0.798=23.678(mV) (2分)由所附分度表可知，在570℃～580℃之间，每1℃对应的mV 值为0.0426 所以有（23.678-23.624）÷0.0426=1.3℃即仪表示值为T=570+1.3=571.3℃3、简述“积分饱和现象”产生的内因和外因。
答：造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。
在偏差长期存在的条件下，控制器输出会不断增加或减小，直到极限值引起积分饱和。
25℃ 50℃ XWC K 20℃ 600℃ K 铜导线控制器增益Kc或比例度PB增益Kc 的增大（或比例度PB下降），使系统的调节作用增强，但稳定性下降；积分时间Ti积分作用的增强（即Ti 下降），使系统消除余差的能力加强，但控制系统的稳定性下降；微分时间Td微分作用增强（即Td 增大），可使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但对高频噪声起放大作用，主要适合于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。
最新过程控制作业答案
dH
(1)物料平衡方程为Q,-(Q2•Q3)=F-dt
增量关系式为-■=Q2-■Q3=F钊
dt
代入增量关系式，则有F土•（R2R3”h=.Q,
dt
（2）两边拉氏变换有：
FsH (s)
R2R3
故传函为：
R2R3
土R2R3K
G(S八Qi(s) _FR2R3s[_Ts1
如果进料流量波动较大试设计一个前馈串级复合控制系统已知系统中有关传递函数分别为sshktis1仃02si试画出此复合控制系统的传递函数框图并写出前馈调节器的传递函数2?气开型工艺要求一旦发生事故终止蒸汽供应3?主副控制器均为反作用厲21厲小1jr06031042104osj或者代公式得到11050604气从而得到相对第八章关联分析和解耦控制已知一耦合过程的传递函数矩阵为gilg120503g21g220406试计算该过程的相对增益矩阵说明其变量配对的合理性然后按照前馈补偿解耦方式进行解耦求取前馈补偿解耦装置的数学模型画出前馈解耦系统框图
R2+R3
第一章
概述
1.1过程ห้องสมุดไป่ตู้制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。
控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件
1.2按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统
1.3简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能?
a.衰减比和衰减率：稳定性指标；
b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标；
c.余差：稳态准确性指标；
d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。
电厂中的前馈——串级复合控制系统简析
电厂中的前馈——串级复合控制系统简析
刘克雅
【期刊名称】《核工业自动化》
【年(卷),期】2004(000)002
【摘要】电厂中的前馈--串级复合控制系统介绍及实现方法.
【总页数】6页(P28-33)
【作者】刘克雅
【作者单位】核工业第五研究设计院
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.串级控制在发电厂过热汽温控制系统中的应用 [J], 张燕红;赵德安;张建生
2.磨矿二段球磨浓度前馈串级复合控制系统的设计 [J], 陈夕松;顾新艳;李奇;王露露
3.串级控制系统在复合地源热泵系统中的应用 [J], 王三元
4.西南电网异步联网试验中向家坝电厂调速器运行情况简析 [J], 杨朝磊;李大领;罗泽文;陈华军
5.化学结晶造粒流化床和石灰软化法在电厂循环水处理系统中的应用前景简析 [J], 冯运超;李恺弘;胡瑞柱
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过程控制技术课后作业答案详解
过程控制与自动化仪表课后作业详解第一章P152-1. (1)简述图1・6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
答：1)图为液位控制系统，由储水箱(被控过程人液位检测器(测量变送器).液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液位控制器来控制调节阀，从而调节Q (流量)来实现液位控制的作用。
2)框图如图所示：图1-7控制系统框图3)控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e(t).控制量u(t)；执行器输入输出分别为：控制量屮)、操作变MQi(t);被控对象的输入输出为：操作变*Qi(t).扰动量Q2 (t ),被控量b :所用仪表为：控制器(例如PID控制器)、调节阀.液位测量变送器。
2・3某化学反应过程规定操作温度为800-C,最大超调量小于或等于5%,要求设计的定值控制系统，在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图所示。
要求：1)计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间；2)说明该系统是否满足工艺要求。
答：1)稳态误差：e( oo)=810-800=10衰减比:n=Bi/B2=(850-810)/(820-810)=4最大超调量：。
=(850-810)/810=4.9%假设以系统输出稳定值的2%为标准，则810*2%=16.2,则过渡过程时间：ts=17min2）由于规定操作温度为800 °C,而系统稳态值为810 P所以不满足工艺要求。
第二章P711-3某台测温仪表测量的上下限为500*C~1000r,它的最大绝对误差为±2'C,试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知最大绝对误差为±292则精度等级J = ±一xl 00% = ±0.4%500所以仪表梢度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100-C-1000-C,工艺要求该仪表指示值的误差不得超过土20应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：2由题可得：》=±----------- x 100% = ±0.22%1000-100仪表精度等级至少0.2以上。
过程控制分析题
1、（12分）串级过程控制系统的概念和框图，性能和优点。
串级控制系统是一种常用的复杂控制系统，由两个或两个以上的控制器串联连接组成，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值。
串级控制系统性能分析：能迅速克服进入副回路扰动的影响；改善主控制器的广义对象特性，提高工作频率；容许副回路内各环节特性在一定范围内变动而不影响整个系统的控制品质，也可以减少控制阀流量特性不合适带来的效应；能够更精确控制操纵变量的流量；可实现更灵活的操作方式。
2、（12分）下图是釜式间歇反应器的温度控制，反应初期需要加热升温，反应开始后由于反应放热，又需要冷却降温，设计相应的过程控制系统。
（1）请根据工艺流程确定相应的过程控制系统，画出系统框图。
（2）选择控制阀类型。
（3）确定被控对象特性。
（4）选择控制器正反作用。
（5）分析控制过程。
1-系统框图：2-控制阀类型选择：从安全角度考虑，V1选气开型，V2选气关型。
即KV1>0，KV2<0。
3-被控对象特性确定：开大冷却水阀V2，釜温下降，KP2<0；开大蒸汽阀V1，釜温升高，KP1>0.4-控制器正反作用选择，根据稳定运行准则，KC>0，即选择反作用控制器。
FCTC 换热器FY 冷流体 + F 2 F 1 T 1i T 10 T x 5-控制过程分析：反应初期，釜内温度较低，釜温工作点位于图中A 点，反作用控制器输出增加，应开大蒸汽控制阀V1，直到反应开始放热。
反应进行过程中应移走反应热，假设釜温工作点位于图中B 点，则反作用控制器输出减少，逐渐开大冷却水控制阀V2，使反应釜温度恒定。
因此，该控制系统应选用气关-气开导向分程控制。
3、（16分）下图是锅炉燃烧过程基本控制中的逻辑提量与逻辑减量控制系统。
（1）请说明该控制方案的特点和控制目标。
（2） 假设燃烧稳定时燃料与空气的比值是1：3，蒸汽检测仪表输出为12mA （标准信号为4-20mA ），请叙述蒸汽仪表输出信号为14 mA 与10 mA 时此控制方案的工作过程。
《过程控制系统》习题解答课件
《过程控制系统》习题解答课件《过程控制系统》习题解答1-2 与其它⾃动控制相⽐，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？过程控制的特点是与其它⾃动控制系统相⽐较⽽⾔的。
⼀、连续⽣产过程的⾃动控制连续控制指连续⽣产过程的⾃动控制，其被控量需定量控制，⽽且应是连续可调的。
若控制动作在时间上是离散的（如采⽤控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归⼊过程控制。
⼆、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电⼦计算机等⾃动化技术⼯具，对整个⽣产过程进⾏⾃动检测、⾃动监督和⾃动控制。
⼀个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。
三、被控过程是多种多样的、⾮电量的现代⼯业⽣产过程中，⼯业过程⽇趋复杂，⼯艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有⼤惯性、⼤滞后、⾮线性特性。
有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难⽤⽬前过程辨识⽅法建⽴过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并⾮易事。
四、过程控制的控制过程多属慢过程，⽽且多半为参量控制因为⼤惯性、⼤滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在⼀些特殊⼯业⽣产过程中，采⽤⼀些物理量和化学量来表征其⽣产过程状况，故需要对过程参数进⾏⾃动检测和⾃动控制，所以过程控制多半为参量控制。
五、过程控制⽅案⼗分丰富过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
过程特性：多变量、分布参数、⼤惯性、⼤滞后和⾮线性等。
单变量控制系统、多变量控制系统；仪表过程控制系统、计算机集散控制系统；复杂控制系统，满⾜特定要求的控制系统。
六、定值控制是过程控制的⼀种常⽤⽅式过程控制的⽬的：消除或减⼩外界⼲扰对被控量的影响，使被控量能稳定控制在给定值上，使⼯业⽣产能实现优质、⾼产和低耗能的⽬标。
1-3 什么是过程控制系统，其基本分类⽅法有哪些？过程控制系统：⼯业⽣产过程中⾃动控制系统的被控量是温度、压⼒、流量、液位、成分、粘度、湿度和pH等这样⼀些过程变量的系统。
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1．在生产过程中，为什么大多数副回路都是流量控制回路？
2．如果系统中主、副回路的工作周期十分接近，例如分别为三分钟和两分钟，也就是说正
好运行在共振区内，应采取什么措施来避免系统的共振，这种措施对控制系统的性能有什么
影响？
3．图1为管式加热炉，试设计壁温-油温串级控制系统。
（1）画出控制系统设备连接图和方框图；
（3）选择主、副控制器的控制规律；
（2）试确定调节阀的作用形式和主、副调节器的正反作用。
图1 管式加热炉示意图
4、试为下述过程设计一个前馈控制系统。已知过程的传递函数为：
要求该前馈系统既能克服干扰D对系统的影响，又能跟踪被调量设定值的变化。
5．为第3题中的过程设计一个前馈-反馈复合系统，假设反馈调节器是采用比例积分动作，
写出此系统的稳定条件，并分析这个复合系统应怎样进行整定？