过程控制系统第三版(陈夕松)科学出版社课后题答案讲解
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?
反应器温度控制系统
(1)该温度控制系统的方块图
反应器温度控制系统方块图
(2)被控对象:反应器;被控变量:反应器内的温度;控制变量:冷却水流量。
可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量,冷却水的压力、温度,环境温度的高低等。
1.5 锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高,会使蒸汽带液。降低了蒸汽的质量和产量,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的控制。图1-16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?其冷端温度补偿的方法有哪几种?
解:(1)热电偶的热电势只有当T0(或t0)恒定是才是被测温度T(或t)的单值函数。热电偶标准分度表是以T0=0℃为参考温度条件下测试制定的,只有保持T0=0℃,才能直接应用分度表或分度曲线。若T0≠0℃,则应进行冷端补偿和处理。
(2)冷端温度补偿的方法有: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的电流,然后利用利用10K电阻将电流信号转换为相应的电压变化值,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,得到测量的温度。
2.21 压力表的误差=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时的误差分别为: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的±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,以上满足此条件的只有精度等级为1.0量程为0-1.6Mpa和0-2.5Mpa的压力表,以及精度等级为1.5量程为0-1.6Mpa的压力表,鉴于0.5-1.4Mpa的测量范围在0-1.6Mpa的表盘上更容易读数,所以同等条件下选择0-1.6Mpa的压力表,同样量程的压力表精度为1.0的比精度1.5的贵,所以从成本考虑选择精度为1.5的压力表,所以
选择量程为0-1.6Mpa精度为1.5的压力表。
2.25 因为差压变送器的输出电流信号与输入差压值成正比,故有: 457bde99318ea351145fe27607c6d1b6.png
可得:Δp=88.4Pa此为对应13.6mA电流时的差压值。
因为流量与差压平方根成正比,故可得到:
536480b990703efaa3db592a7f185a04.png
可得q=297.6m3/h此为对应13.6mA电流时的被测流量。
4.8 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,C为容量系数,并设R1、R2、R3均为线性液阻,要求:
(1)列出过程的微分方程组;
(2)画出过程的方框图;
(3)求过程的传递函数W0(S)=H(S)/Q1(S);
word/media/image7.gif
解:(1)根据动态物料平衡关系,流入量=流出量:
word/media/image8.gif
过程的微分方程的增量形式:
word/media/image9.gif
中间变量:
word/media/image10.gif
消除中间变量:
word/media/image11.gif
同除 (R2+R3) 得到:
word/media/image12.gif
令:
word/media/image13.gif
上式可写为:
word/media/image14.gif(2)Laplace 变换得到:
word/media/image15.gif
传递函数:
(3) 过程的方框图:
4.11 该对象具有純滞后的一阶对象,放大系数K
fc164f68132fb18045730b451d877d4d.png
由一阶对象的输出响应99dddedf83c9fd817e551fc804ec4ab9.png
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的表达式。
4.12解:方法一:图解法
由图可以看出:过程应该用一阶加延时系统。
ff363cbee6627a2103356730b941144a.png
从图中得到:τ=40s, T=260-40=220s
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方法二:计算法
在图中取y(t1)=0.33 y(∞) y(t2)=0.39y(∞) y(t3)=0.632 y(∞) y(t4)=0.7 y(∞)
得t1=125s t2 =140s t3 = 225s t4 =260s
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可见数据很接近,于是:
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过程数学模型:
832d7e8cc47309768e6303ee567a477c.png
7.8 选择第二个,因为F2干扰不进入主控回路对系统有较大影响,串级特性是在副回路中消除干扰。
本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/5b1242b930b765ce0508763231126edb6f1a7692.html
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