第3章_过程控制仪表1 (2)

过程控制仪表及控制系统课后习题答案(林德杰)2(总18页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--lxc第一章思考题与习题1－2 图为温度控制系统，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。

爆炸性混合物种类
Ⅰ
i＞120
甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧 化碳
Ⅱ
70＜i＜120
乙烯、乙醚、丙烯晴等
Ⅲ
i≤70
氢、乙炔、二硫化碳、市用煤气、水煤气、焦炉煤 气等
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2、安全火花防爆系统
电动仪表存在电路打火的可能。如果从电路设计就开始考虑防爆， 把电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆 炸性气体的点火能量之下，则此仪表称为安全火花防爆仪表。
过程控制仪表第3章防爆安全 栅
自动化仪表防爆结构主要有两种： 隔爆型：标志为“d”； 本安型：标志为“i”。
隔爆型仪表结构特点： ①外壳耐压（800～1000）Kpa； ②表壳温升低于爆炸性气体的自燃温度； ③表壳结合面的缝隙宽度、深度按其容积和气体级别采取规 定的值。
本安型仪表是指正常状态和故障状态下，电路及设备产生 的火花能量和达到的温度都不会引起易爆性气体爆炸的防爆类 型。现代本安防爆概念是指整个自动化系统的防爆性能符合本 质安全防爆要求。
障状态所产生的火花能量不足以点燃爆炸性混合物；
2）危险场所和非危险场所的电路用防爆安全栅隔离； 3）现场仪表到控制室仪表的连线不得形成大的分布电容 和电感；
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5 . 本安型防爆仪表的标志
本安型防爆仪表的标志为“i”，按等级分为“ia”适用于0 区，“ib”适用于1区。
标志铭牌上的防爆标志分为四段：ExABC 其中Ex:防爆仪表；
两点不足：
一、固定的限流电阻其大小难以选择，选小了起不到很 好的限流作用，选大了又影响仪表的恒流特性，理想的限 流电阻应该是可变的，即电流在安全范围内其阻值要足够 小，而当电流超出安全范围时其电阻要足够大；

快开流量特 积分 性阀加工最为简单 但不能用于调节阀 多用于开关阀
快开流量特性研究
阀门的工作流量特性
工作流量特性 在实际使用时,调节阀安装在管道上, 或者与其他设备串联,或者与旁路管道并联,因而调节 阀前后的压差是变化的。此时,调节阀的相对流量与阀 芯相对开度之间的关系称为工作流量特性。
阀门的工作流量特性
阀门的工作流量特性
阀门的工作流量特性
并联管道的情况
克服调节阀的非线性
如果系统对调 节阀线性度的要求 比较高则可以采用 左图的处理方法,组 成流量调节子回路, 这时流量的大小是 由检测仪表来保证 的,在这种情况下调 节阀最好采用等百 分比阀.
调节阀的尺寸选择
2.调节阀尺寸的选择
令
C为调节阀的结构参数称为流通能力
机械效率较低，在小 流量时不宜使用
泵不容易超压 可以使用小口径高压 阀进行调节。
其他常用执行器介绍
c 调速控制法
效率高能耗小，适用 于流量大范围波动的场合 。
设备费用高。 被控制系统响应速度慢。
其他常用执行器介绍
d 离心风机的喘振
其他常用执行器介绍
管路特性
其他常用执行器介绍
2 液压系统
控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。
10%处： （6.58%-4.68%）/4.68%≈41% 50%处： （25.7%-18.2%）/18.2%≈41% 80%处： （71.2%-50.6%）/50.6%≈41%
Q/Q100
s=1 L/Lmax
快开流量特性研究
开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快 就达到最大，故称为快开特性。适用于迅速启闭的切断阀或 双位控制系统。
其他常用执行器介绍

3.1 图3-31 为某单位负反馈系统校正前、后的开环对数幅频特性曲线，比较系统校正先后的性能变化。

L( )/ dB20dB / dec20dB / dec40dB / dec校正后40dB / dec校正前图3-31 习题3.1 图加入串联P 校正装置，提高系统增益后：1)使系统的相对稳定性降低，超调量增加。

2)增益提高，系统的稳态精度改善。

3.2 什么是比例控制规律、积分控制规律和微分控制规律？它们各有什么特点？当控制器的输出变化量与输入变化量 (即设定值和测量值之间的偏差) 成比例时，这就是比例(P)控制。

比例控制能实现被控变量在过渡过程结束后，能稳定在某一个值上。

积分控制是控制器的输出变化量u 与输入偏差值e 随时间的变化成正比的控制规律，亦即控制器的输出变化速度与输入偏差值成正比。

在积分控制时，余差最终会等于零。

理想微分控制是指控制器的输出变化量u 与输入偏差e 的变化速度成正比的控制规律。

微分控制却是根据偏差的变化趋势进行动作的。

从而有可能避免产生较大的偏差，且可以缩短控制时间。

3.3 什么是比例度、积分时间和微分时间？它们对过渡过程有什么影响？比例度6 就是指控制器输入的相对变化量与相应的输出相对变化量之比的百分数。

比例度6 来衡量比例控制作用的强弱。

使用比例控制器控制系统时，控制器在闭环运行下比例度6 对系统过渡过程的影响。

1)比例控制是有余差的控制，余差的大小与比例度6 有关，与负荷的变化量有关。

在同样的负荷变化扰动下，比例度越小，比例增益越大，余差越小；在相同比例度下，负荷变化量越大，余差越大。

2)不管是在设定值变化还是负荷(扰动)变化的情况下，比例度6 越小，系统的振荡也越剧烈，稳定性越差。

当6 太小时，系统可能浮现等幅振荡，甚至发散振荡；反之，则系统越稳定。

积分时间Ti定义为：在阶跃偏差作用下，控制器的输出达到比例输出的两倍所经历的时间。

积分时间Ti 对系统过渡过程的影响。