积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。

2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti来表示积分作用的强弱，在数值上，Ti=1／K i 。显然，Ti越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。

3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA，若将比例度设为100%、积分时间设为2min、稳态时输出调为5mA，某时刻，输入阶跃增加0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化为多少？

解答：由比例积分公式：y??1?1??e?edt??分析： P?T1??依题意：p?1?100%，即K p =1, TI= 2 min , e＝＋0.2； Kp稳态时：y0＝5mA，

y?y0?5min后：

?1?1??e?edt??P?T1??1?5?1?(?0.2??0.2?5)

2?(5?0.7)mA3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？ 解答：P74

1）控制器的比例度P越小，它的放大倍数

Kp就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也

越强，反之亦然，比例控制作用的强弱通过调整比例度P实现。

2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的，超出这个量程的比例输出是不可能的。

所以，偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程（16mA），避免控制器处于饱和状态。

3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么？为什么常用实际为分控制规律？ 解答： 1）y?TDde dt 8

2）由于理想微分运算的输出信号持续时间太短，往往不能有效推动阀门。实际应用中，一般加以惯性延迟，如图3-7所示，称为实际微分。

3-9 试写出比例、积分、微分（PID）三作用控制规律的数学表达式。 解答：

1?1de?? y??e??edt?TD?P?T1dt??3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？ 解答：

1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。 2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。

3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。 3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪几部分组成？各组成部分的作用如何？ 解答：P79

1）组成如图3-11所示。 2）作用参照P79。

3-12 DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别？各用在什么条件下？ 解答：

1）软手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成积分关系； 硬手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成比例关系。 2）软手动操作：系统投运 硬手动操作：系统故障

3-13 什么叫控制器的无扰动切换？在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换，在设计PID电路时采取了哪些措施？

解答：P84

1）调节器进行状态转换后，输出值不发生跳动，即状态转换无冲击。 2）CM、CI。P85中。

3-14 PID调节器中，比例度P、积分时间常数TI、微分时间常数TD分别具有什么含义？在调节器动作过程中分别产生什么影响？若将TI取∞、TD取0，分别代表调节器处于什么状态？

9

解答：比例度P含义：使控制器的输出变化满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应的输入测量值变化占仪表输入量程的百分比。比例作用的强弱取决于比例度的大小。

积分时间常数TI含义：TI越小，积分作用越强；越大积分作用越弱；若将TI取∞，则积分作用消失。

微分时间常数TD含义：TD越大，微分作用越强；TD取0，微分作用消失。

3-15 什么是调节器的正/反作用？在电路中是如何实现的？ 解答：

1）正作用：偏差=测量值-给定值； 反作用：偏差=给定值-测量值。 2）运放输入端的切换开关实现的。

3-16 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式？输出电路是怎样将输出电压转换成4～20mA电流的？

解答：1）采用差动输入方式，可以消除公共地线上的电压降带来的误差。 2）参照P83下的输出电路。

3-18 给出实用的PID数字表达式，数字仪表中常有哪些改进型PID算法？ 解答：1） P91式（3-18） 2）改进的算法：P91~93

第4章 思考题与习题

4-1 气动调节阀主要由哪两部分组成？各起什么作用？ 解答：1）执行机构和调节机构。

2）执行机构的作用：按调节器输出的控制信号，驱动调节机构动作；

调节机构的作用：由阀芯在阀体内的移动，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而改变被控介质的流量。

4-2 试问调节阀的结构有哪些主要类型？各使用在什么场合？ 解答：

1）类型：直通单座阀、直通双座阀。

2）直通单座阀使用场合：小口径、低压差的场合； 直通双座阀使用场合：大口径、大压差的场合。

4-4 什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性？常用的调节阀理想流量特性有哪些？

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解答：

1）理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性，

也叫理想流量特性。

工作流量特性：在实际的工艺装置上，调节阀由于和其他阀门、设备、管道等串连

使用，阀门两端的压差随流量变化而变化，这时的流量特性称为工作流量特性。

2）常用理想流量特性：直线流量特性、等百分比（对数）流量特性、

快开特性

4-5单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系：等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但对流量的控制力却是相同的。

4-6 什么叫调节阀的可调范围？在串联管道中可调范围为什么会变化？ 解答：

1）可调范围：反映调节阀可控制的流量范围，用R＝Qmax/Qmin之比表示。R越大，调节流量的范围越宽,性能指标就越好。

2）由于串联管道阻力的影响。

4-7 什么是串联管道中的阀阻比S？S值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变？ 解答：

1）阀阻比：用阀阻比S??pTmin/po表示存在管道阻力的情况下，阀门全开时，阀门

前后的最小压差?pTmin占总压力po的比值。

2）在S＜1时，由于串联管道阻力的影响，使阀门开大时流量达不到预期的值，也就是阀的可调范围变小。随着S值的减小，直线特性渐渐区于快开特性，等百分比特性渐渐趋近于直线特性。

4-8 什么叫气动调节阀的气开式与气关式？其选择原则是什么？ 解答：

1）气开式：无压力信号时阀门全闭，随着压力信号增大，阀门逐渐开大的气动调节阀

为气开式。

气关式：无压力信号时阀门全开，随着压力信号增大，阀门逐渐关小的气动调节阀

为气关式。

2）选择原则：从工艺生产安全考虑，一旦控制系统发生故障、信号中断时，调节阀的

开关状态应能保证工艺设备和操作人员的安全。

4-9 如图4-24所示的蒸气加热器对物料进行加热。为保证控制系统发生故障时，加热器的耐热材料不被烧坏，试确定蒸气管道上调节阀的气开、气关形式。

解答：气开式，保证控制信号中断时，切断蒸汽源。 4-11 试述电/气转换器的用途与工作原理。

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