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过程装备控制技术及应用 控制系统基本概念 P11-12 思考题与习题 1．什么叫生产过程自动化?生产过程自动化主要包括了哪必内容? 答：生产过程自动化系统是利用自动化装置来管理生产过程的方法。生产过程自动化包括以下四部分：自动检测系统、信号连锁系统、自动操作系统、自动控制系统 2.自动控制系统主要是由哪几个环节组成的?自动控制系统中常用的术语是哪些? 答： 自动控制系统主要由被控对象、测量元件和变送器、调节器、执行器等环节组成。 自动控制系统中常用的术语包括：被控变量、给定值、测量值、操纵变量、干扰、偏差信号、控制信号。 3．什么是自动控制系统的方框图?它与工艺流程图有什么不同? 答：自动控制系统的方框图是系统中每个元件的功能和信号流向的图解表示，它用来表示控制系统的组成和作用，够清楚地表示出控制系统中各个部分之间的相互影响和信息联系。它的特点： 每一个组成部分称为“环节”； 信号流向单向性； 具有一个加法器。 它与工艺流程的区别在于工艺流程图表示系统物料流向的构成方式。 4．在自动控制系统中，什么是?什么是控制作用?两者有什么关系？ 答：干扰作用是指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用； 控制作用是通过对被控变量的测量得到测量值，使其与给定值比较，得出偏差信号。这个信号按一定规律计算出控制信号来改变操纵变量，克服干扰作用。 两者关系是控制作用的一部分职能就是减小或消除干扰对被控变量的影响 5．什么是闭环控制？ 什么是开环控制？ 定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统？ 答：闭环控制是将控制系统的输出信号返回到输入端，让其影响操纵变量，从而影响输出信号的控制方式。 开环控制是 控制系统的输出信号不会影响操纵变量的控制方去； 定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统。定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响，当输出信号变大时，反馈影响操纵变量使输出信号减小，反之则影响操纵变量使输出信号增大。可见，定值控制系统满足闭环负反馈系统的要求。 6 图1-13的换热器出口温度控制系统中， 工艺要求热物料出口温度保持为某一设定值。 ①试画出该控制系统的方框图； ②方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么?整个系统的输入信号和输出信号又是什么? ③系统在遇到干扰作用(例如冷物料流量突然增大)时，该系统是如何实现自动控制的? 6 解 ①由各个环节构成的方框图如附图所示。 ②整个系统的输入信号是热物料设定温度，输出信号是热物料实际温度。 ③系统遇到干扰作用后，被控变量热物料温度发生变化，温度测量变送器TT测得信号与设定信号比较后得到偏差信号，送入温度调节器Tc得到控制信号，控制阀门开度，调节蒸汽用量，作用于被控过程，调节热物料的温度，使其保持在给定位附近。 7．图1-14为储槽液位控制系统，工艺要求液位保持为某一数值 ①试画出系统的方框图； ②指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、干扰作用各是什么？ 解 ①方框图如图；②该液位控制系统中， 被控对象 储液槽； 被控变量 液位址 操纵变量 调节阀控制的液体流量 干扰作用 qv1的变化。 8．什么是自动控制系统的过渡过程，在阶跃干扰的作用下有哪儿种基本形式?其中些能满足自动控制的要求，哪些不能?为什么? 答 对于任何一个自动控制系统，从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离结定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内的过程叫系统的过渡过程。 过渡过程中被控变量的变化情况与干扰的形式有关。在阶跃扰动作用下，其过渡过程曲线有以下几种形式。 发散扼荡过程； 非振荡发散过程； 等幅振荡过程； 衰减振荡过程； 非振荡衰减过程 其中，非振荡衰减过程和衰减振荡过程是稳定过程，能基本满足控制要求。但由于衰减过程中被控变量达到新的稳态值的进程过于缓慢，致使被控变量长时间偏离给定位，所以一般不采用。只有当生产工艺不允许被控变量振荡时才考虑采用这种形式的过渡过程。 等幅振荡过程在控制质量要求不高的双位控制中可以采用、 非振荡发散过程和发散振荡过程受到阶跃于扰后不能稳定下来，不符合自动控制的要求。 9．试回出衰减比分别为n＜1、n＝1、n＞1、n→∞时的过渡过程曲线。 10．表示衰减振荡过程的控制指标有哪些? 答 衰减振荡过程的控制指标主要有：最大偏差A、衰减比n、回复时间c5、余差、振荡周期T。含义如下。 最大偏差：是指过渡过程中被控变量偏离没定值的最大数值。最大偏差描述了被控变量偏离设定值的程度，最大偏差愈大被控变量偏离设定值就越远，这对工艺条件要求较高的生产过程是十分不利的。 衰减比n：是指过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比。对于衰减振荡而言，n总是大于1的。若n接近1控制系统的过渡过程曲线接近于等幅振荡过程；若n小于1，