题7-15图 锅炉气包液位控制系统

解 该控制系统的方块图如下图所示。

题解7-15图 锅炉气包液位控制系统方块图

其中：被控对象是锅炉汽包；被控变量是锅炉汽包内液位；操纵变量是冷水流量；控制器是温度控制器LC。

控制阀应为气关型式；被控对象是“正”作用，控制器应为“正”作用。

当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，汽包内液位下降，控制器LC输出信号减小，气关阀开度增大（关小），冷水流量增大。克服汽包内液位降低。

7-16 题7-16图所示为精馏塔温度控制系统的示意图，它通过控制进入再沸器的蒸汽量实现被控变量的稳定。试画出该控制系统的方块图，确定控制阀的气开气、关型式和控制器的正、反作用，并简述由于外界扰动使精馏塔温度升高时该系统的控制过程（此处假定精馏塔的温度不能太高）。

题7-16图 精馏塔温度控制系统

解 精馏塔温度控制系统的方块图如下图所示。

题解7-16 图精馏塔温度控制系统方块图

控制阀应为气开型式；被控对象是“正”作用，控制器应为“反”作用。

当外界扰动使精馏塔温度升高时，控制器TC输出减小，控制阀开度变小，蒸汽流量降低，精馏塔温度下降。

7-18 某控制系统采用DDZ-Ⅲ型控制器，用临界比例度法整定参数。已测得?k＝30％、Tk＝3min。试确定PI作用和PID作用时控制器的参数。

解 PI作用时控制器的比例度?=66%，积分时间TI=2.55min。

PID作用时控制器的比例度?=51%，积分时间TI=1.5min，微分时间TD=0.375min。

7-19 某控制系统用4:1衰减曲线法整定控制器的参数。已测得?s＝50％、Ts＝5min。试确定PI作用和

PID作用时控制器的参数。

解 PI作用时控制器的比例度?=60%，积分时间TI=2.5min。

PID作用时控制器的比例度?=40%，积分时间TI=1.5min，微分时间TD=0.5 min。

第8章 复杂控制系统

8-7 题8-7图所示为聚合釜温度控制系统。试问：

（1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图；

（2）如果聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关型式； （3）确定主、副控制器的正、反作用； （4）简述当冷却水压力变化时的控制过程；

（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？

（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反作用。

题8-5图 聚合釜温度控制系统

解 （1）这是一个温度-流量串级控制系统，其方块图如下：

题解8-5图1 温度-流量串级控制系统的方块图

其中：主对象是聚合釜，主变量是聚合釜内的温度，主控制器是温度控制器TC；副对象是冷却水管道，副变量是冷却水流量，副控制器是流量控制器FC；操纵变量是冷却水流量。

（2）如果聚合釜的温度不允许过高，控制阀应为气关型式（“反”作用）。

（3）由于副变量就是操纵变量（冷却水流量）本身，所以副对象是“正”作用，因此副控制器FC为“正”作用。

当主变量（聚合釜内的温度）增加时，要使主变量减小，要求控制阀关小；副变量（冷却水流量）增加时，要使副变量减小，要求控制阀关大。因此主控制器TC应为“正”作用。

（4）当冷却水压力变化（如压力增大）时，在控制阀开度不变时，其流量增大，聚合釜温度会降低。首先，流量增大，副控制器FC输出信号增大（“正”作用），使气关阀门开度减小，减小冷却水流量；其次，聚合釜温度降低，主控制器TC输出减小（“正”作用），FC给定值减小，FC输出增大，进一步关小控制阀，减小冷却水流量。这样可以有效地控制因冷却水压力增大，导致其流量增大所造成的聚合釜内温度降低的影响。

（5）如果冷却水温度经常波动，则应选择冷却水温度作为副变量，构成温度-温度串级控制系统。如题解8-5图2所示。

题解8-5图2 聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统

（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，其原理图如题解8-5图3所示。方块图如前所示，但其中的副对象是聚合釜夹套，副变量是夹套内的水温，副控制器是温度控制器T2C。副控制器T2C为“反”作用，主控制器T1C也为“反”作用。

题解8-5图3 聚合釜温度-夹套水温度串级控制系统 题8-9图 串级均匀控制系统

8-9 题8-9图是串级均匀控制系统示意图，试画出该系统的方块图，并分析这个方案与普通串级控制系统的异同点。如果控制阀选择为气开式，试确定LC和FC控制器的正、反作用。

解 控制系统的方块图（略）。该串级控制系统的副变量就是其操纵变量本身。 当控制阀选择为气开式时，LC应为“正”作用，FC应为“反”作用。

8-12 试简述题8-12图所示单闭环比值控制系统，在Q1和Q2分别有波动时控制系统的控制过程。

题8-12图 单闭环比值控制系统

解 当主流量Q1变化时，经变送器送至主控制器F1C（或其他计算装置）。FlC按预先设置好的比值使输出成比例地变化，也就是成比例地改变副流量控制器F2C的给定值，此时副流量闭环系统为一个随动控制系统，从而Q2跟随Q1变化，使得在新的工况下，流量比值K保持不变。当主流量没有变化而副流量由于自身干扰发生变化时，此副流量闭环系统相当于一个定值控制系统，通过控制克服干扰，使工艺要求的流量比值仍保持不变。

8-16 在题8-16图所示的控制系统中，被控变量为精馏塔塔底温度，控制手段是改变进入塔底再沸器的热剂流量，该系统采用2℃的气态丙烯作为热剂，在再沸器内释热后呈液态进入冷凝液贮罐。试分析：

（1）该系统是一个什么类型的控制系统？试画出其方块图；

（2）若贮罐中的液位不能过低，试确定调节阀的气开、气关型式及控制器的正、反作用型式； （3）简述系统的控制过程。

题8-16图 精馏塔控制系统

解 该控制系统是温度-流量串级控制与液位简单控制构成的选择性控制系统（串级选择性控制系统）。系统方块图如下图所示。

题解8-16图 串级选择性控制系统方块图

根据工艺要求，贮罐中的液位不能过低，则调节阀应为气开式。

液位控制器LC应为“正”作用；温度控制器为“反”作用；流量控制器为“反”作用。

正常工况下，为一温度-流量串级控制系统，气态丙烯流量（压力）的波动通过副回路及时得到克服。如塔釜温度升高，则TC输出减少，FC的输出减少，控制阀关小，减少丙烯流量，使温度下降，起到负反馈的作用。

异常工况下，贮罐液位过低，LC输出降低，被LS选中，这时实际上是一个液位的单回路控制系统。串级控制系统的FC被切断，处于开环状态。

第9章 典型设备控制方案

9-2 为了控制往复泵的出口流量，采用题9-2图所示的方案行吗？为什么？

题9-2图 往复泵的流量控制

解 这种控制方案不行。

往复泵的出口管道上不允许安装控制阀，因为往复泵活塞每往返一次，总有一定体积的流体排出。当在出口管线上节流时，压头H会大幅度增加。在一定的转速下，随着流量的减少压头急剧增加。因此，企图用改变出口管道阻力来改变出口流量，既达不到控制流量的目的，又极易导致泵体损坏。