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1、第一章思考题及习题何谓控制通道?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)对被控参数平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如何选择控制变量?答：所选控制变量必须是可控的。 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
2、大倍数。 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。 所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。 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。 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控制器的比例度3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GC(s)=KC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3成正比，即比例度越大，余差也就越大。Kc增大、3减小，控制精度提高（余差减小）
3、，但是系统的稳定性下降。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放在最大，微分时间Td放在最小，比例度放于适当数值（一般为100%），然后使3由大往小逐渐改变，并在每改变一次3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4：1，3应继续减小，当衰减比小于4:1时3应增大，直至过渡过程呈现4:1衰减时为止。找到4:1衰减振荡时的比例度3s,及振荡周期Ts。再按经验公式，可以算出采用不同类型控制器使过渡过程出现4:1振荡的控制器参数值。依次将控制器参数放好。不过在放积分、微分之前应将多放在比计算值稍大（
4、约20%）的数值上,待积分、微分放好后再将3放到计算值上。放好控制器参数后可以再加一次干扰,验证一下过渡过程是否呈4:1衰减振荡。如果不符合要求,可适当调整一下3值,直到达到满意为止。图为一蒸汽加热设备,利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。试问: 影响物料出口温度的主要因素有哪些?答:影响物料出口温度的主要有:蒸汽流量、物料流量为影响物料出口温度的主要因素。 如果要设计一温度控制系统,你认为被控变量与控制变量应选哪些参数?为什么?答:被控变量为物料出口温度,控制变量为蒸汽流量。因为物料出口温度表征了系统的质量指标,蒸汽流量是可控的,无纯滞后,靠近控制阀,控制通道时间常数较小。 如果物料在温度过
5、低时会凝结,应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器的正、反作用?答:为防止在气源供气中断,或控制器出故障而无输出时出现物料凝结,应选气闭式。当出口温度降低时,要求蒸汽流量加大,即控制阀输入减小,控制器输出减小,此时控制器输入由于测量值减小而减小,控制器选正作用。图为热交换器出口温度控制系统,要求确定在下面不同情况下控制阀开、闭形式及控制器的正、反作用: 被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚。答:控制阀气闭式,控制器的反作用。 被加热物料在温度过低时会发生凝结。答:控制阀气开式,控制器的正作用。 如果控制变量为冷却水流量，该地区最低温度在0C以下，如何防止热交换器被冻坏。答:控制阀气闭式,控制器
6、的反作用。单回路系统方块图如图所示。试问当系统中某组成环节的参数发生变化时,系统质量会有何变化?为什么?T0增加时，系统的工作频率降低，答：当KC、KV、K0增加时，系统的余差减小，但系统稳定性下降。控制速度变慢。这样就不能及时地克服干扰的影响，因而，系统的控制质量会越差。T0增加时，使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还会使系统的稳定性降低。Kf增加时，系统的余差也变大，即控制静态质量变差。Tf增加时，控制过程的品质会提高。Tf增加时，质量没有影响。有一如图所示的加热器，其正常操作温度为200C，温度控制器得测量范围是150250C，当控制器输出变化1%寸，蒸汽量将改变3%而蒸汽量增加1%
7、槽内温度将上升0.2C。又在正常操作情况下，若液体流量增加1%槽内温度将会下降IC。假定所采用的是纯比例式控制器，其比例度为100%试求当设定值由200C提高到220C时，待系统稳定后，槽内温度是多少摄氏度？答：当设定值由200C提高到220C时，控制器输出变化20/200=10%，蒸汽量增加30%液体流量不变，槽内温度将上升X30C=6C,所以待系统稳定后，槽内温度是206Co在厶u=50阶跃干扰作用下，测得某温度对象控制通道得响应数据如下：根据上述数据用反应曲线法计算PI控制器参数。答：从响应数据得干扰起作用点为，227C,即t=，拐点为，280C，即To=min，设采用川型仪表,测量范围为100250C，所以，K)=Au=/P=50/50/=t/T0)X100%=xxxX100%=%Ti=T=X=min
