制药过程控制原理与仪表
果有否影响？
答：没有影响。
第五章 自动控制仪表
一. 问题解答 1. 从控制仪表的发展及结构原理来看，主要有哪几种类型？
答 主要有三种类型：基地式控制仪表、单元组合式仪表和以微处理器为基础的控制装置。 2. 控制器的控制规律是指什么？常用的控制规律有哪些？
答 所谓控制器的控制规律是指控制器的输出信号p与输人偏差信号e之间的关系，即
p?f(e)?f(z?x)
式中，z为测量值信号；x为给定值信号；f为某种函数关系。
常用的控制规律有位式控制、比例控制(P)、积分控制(I)、微分控制(D)以及它们的组合控制规律，例PI, PD, PID等。 3. 什么是比例控制规律？
答 比例控制规律(P)是指控制器的输出信号变化量p与输人偏差信号变化量e之间成比例关系，即
p?KPe
式中，Kp为比例放大系数。 4. 什么是积分控制规律？什么是比例积分控制规律？
答 积分控制规律是指控制器的输出变量p与输人偏差e的积分成正比，即
p?KI?edt 式中，KI为积分比例系数。
在比例控制的基础上，再加上积分控制作用，便构成比例积分控制规律，其输出p与输入e的关系为：
p?KP(e?KI?edt) 5.
什么是微分控制与比例微分控制？
答 微分控制规律是指控制器的输出变化量p与输人偏差e的变化速度成正比，即
p?TDde dt式中，TD为微分时间。
在比例控制的基础上，再加上微分控制作用，便构成比例微分控制规律，其输出p与输入e的关系为
第16页
制药过程控制原理与仪表
p?KP(e?TDde) dt14.试写出比例积分微分(PID)三作用控制规律的数学表达式。
答
p?KP(e?1deedt?T) D?TIdt二. 例题分析
1. 一台DDZ-III型温度比例控制器，测量的全量程为0~1000℃，当指示值变化100℃,控制器比例度为80%，求相应的控制器输出将变化多少？
解 根据比例度的定义
????x?xmin?max??e??I0??100% ?Imax?Imin?代人有关数据，得80%????I0?100??100%
?1000?020?4?可解得输出变化量△I0=2(mA) 2. 某比例控制器输入信号为4~20mA，输出信号为1~5V，当比例度为60％时，输入变化6mA，所引起的输出变化量是多少？
解 代人比例度的公式，有
????I?I?maxmin??I??U?U??6??100%????100%?60% ?Umax?Umin??20?45?1?可解得△U=2.5V。
3. 一台DDZ-III型温度比例控制器，测温范围为
200~1200℃。当温度给定值由800℃变动到850℃时，其输出由12mA变化到16mA。试求该控制器的比例度及放大系数。该控制器是高于正作用还是反作用控制器，为什么？
解 根据比例度的定义，并代人有关数据，可得比例度为
????x?xmin?max?850?800???1200?200?20%??e?p??100%?pmax?pmin?16?12???100 ?4?
由于是单元组合式仪表，输人到温度控制器的信号是由温度变送器来的4~20mA DC信号，与输出信号一样，都是统一的标准信号，所以温度控制器的放大系数与其比例度成倒数关系，故有
KP?1??1?5 20%该控制器当给定信号增加时，其输出信号也是增加的。由于给定信号与测量信号在进行比较时，是相减的运算，控制器的输人信号(偏差)等于测量信号减去给定信号，所以当给定信号增加时，控制器的偏差信号是减小的，而这时
第17页
制药过程控制原理与仪表
输出信号反而增加，故该控制器属于反作用式控制器。
第六章 执行器
一. 问题解答 1. 气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？
答 气动执行器由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号（由控制器来）压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。 2. 气动执行机构主要有哪几种结构形式？各有什么特点？
答 气动执行机构主要有薄膜式和活塞式两种结构形式。
薄膜式执行机构的结构简单、价格便宜、维修方便、应用最为广泛。它可以用作一般控制阀的推动装置，组成气动薄膜式执行器，习惯上称为气动薄膜控制阀。
气动活塞式执行机构的特点是推力大，主要适用于大口径、高压降的控制阀或蝶阀的推动装置。
除薄膜式和活塞式执行机构外，还有长行程执行机构，它的行程长、转矩大，适用于输出转角（00~900）和力矩的场合，如用于蝶阀或风门的推动装置。 3. 何谓正作用执行器？何谓反作用执行器？
答 当输人信号增大时，执行器的流通截面积增大，即流过执行器的流量增大，称为正作用；当输入信号增大时，流过执行器的流量减小，称为反作用。 4. 控制阀的结构形式主要有哪些？各有什么特点？主要使用在什么场合？
答 简单列表说明如下： 类 型 特 点 主 要 使 用 场 合 三通控制阀 有三个出入口与工艺管道联接，配比控制或旁路控制 可组成分流与合流两种型式 隔膜控制阀 结构简单、流阻小、流通能力大、强酸、强碱、强腐蚀性、高黏耐腐蚀性强 度、含悬浮颗粒状的介质 蝶阀 结构简单、重量轻、价格便宜、大口径、大流量、低压差，含流阻极小、泄漏量大 少量纤维或悬浮颗粒状介质 笼式阀 可调范围大、振动小、不平衡力压差大，要求噪声小的场合。小、结构简单、套筒互换性好、对高温、高黏度及含固体颗粒汽蚀小、噪声小 的介质不适用
第18页
制药过程控制原理与仪表
5.
控制阀的流量特性是指什么？
答 控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（或相对位移）之间的关系，即
Ql?f() QmaxL式中相对流量
lLQ是控制阀某一开度时的流量Q与全开时的流量Qmax之比。Qmax相对开度是控制阀某一开度时的阀杆行程l与阀杆全行程L之比。 10．为什么说等百分特性又叫对数特性？与线性特性比较起来有什么优点？
答 等百分比流量特性是指单位相对开度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，即控制阀的放大系数随相对流量的增加而增加，即
d(Q)QmaxQ?K lQmaxd()LQl?K?C QmaxL将上式积分得
ln由上式可以看出，等百分流量特性的相对流量的对数值与相位行程成正比，
故又称对数特性。
由于等百分比流量特性的控制阀，其放大系数随相对流量的增加而增加，在同样的行程变化值下，流量小时，流量变化小，控制平稳缓和；流量大时，流量变化大，控制灵敏有效，这是它比起线性特性的控制阀来说所具有的优点。 12．什么是串联管道中的阻力比s？s值的减少为什么会使理想流量特性发生畸变？
答 s值表示控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比。当s=1时，说明系统总压差全部降在控制阀上，所以控制阀在工作过程中，随着阀开度的变化，阀两端的压差是不变的，故工作流量特性与理想流量特性是一致的。当s值小于1时，系统的总压差一部分降在控制阀，另一部分降在与控制阀串联的管道上。随着阀的开度增大，流量增加，降在串联管道上的压差增加，从而使降在控制阀上的压差减少，因而流过控制阀的流量也减少。所以随着s值减小，会使理想流量特性发生畸变，阀的开度越大，使实际流量值离开理想值越大。具体来说，会使理想的直线流量特性畸变为快开特性，使理想的等百分比流量特性畸变为直线特性。 13．什么是并联管道中的分流比x?试说明x值的变化对控制阀流量特性的影响。
答 x值表示并联管道时，控制阀全开时流过控制阀的流量与总管的总流量之比，当x=1时，说明流过控制阀的流量等于总管的流量，即旁路流量为零，如果这时阀的流量为理想流量特性，那么，随着x值的减少，说明流过旁路的流量增加。这时，控制阀即使关死，也有一部分流体从旁路通过，所以控制阀所
第19页