过程装备控制技术及应用复习题大全

险,试确定控制阀的气开、气关型式和控制器的正、反作用。 答.控制阀为气开型、控制器应为反作用式。

第八章

1.什么叫串级控制系统?画出一般串级控制系统的典型方块图。

答:串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。它是由主、副两个控制器串接工作的。主控制器的输出作为副控制器的给定值,副控制器的输出去操纵控制阀,以实现对主变量的定值控制。

串级控制系统的典型方块图如图8-1所示。

2.串级控制系统有哪些恃点?主要使用在哪些场合? 答:串级控制系统的主要特点为:

(1)在系统结构上,它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统; (2)系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量;

(3)由于副回路的存在,对进入副回路的干扰有超前控制的作用,因而减少了干扰对主变量的影响;

(4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。

串级控制系统主要应用于:对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合.

4.为什么说串级控制系统中的主回路是定值控制系统,而副回路是随动控制系统?

答:串级控制系统的目的是为了更好地稳定主变量,使之等于给定值。而主变量就是主回路的输出,所以说主回路是定值控制系统。副回路的输出是副变量,副回路的给定值是主控制器的输出,所以在串级控制系统中,副变量不是要求不变的,而是要求随主控制器的输出变化而变化,因此是一个随动控制系统。

6.如何选择串级控制系统中主、副控制器的正、反作用?

答:副控制器的作用方向与副对象特性、控制阀的气开、气关型式有关,其选择方法与简单控制系统中控制器正、反作用的选择方法相同,是按照使副回路成为一个负反馈系统的原则来确定的。

主控制器作用方向的选择可按下述方法进行:当主、副变量在增加(或减小时),如果要求控制阀的动作方向是一致的,则主控制器应选“反”作用的;反之,则应选“正”作用的。

从上述方法可以看出,串级控制系统中主控制器作用方向的选择完全由工艺情况确定,或者说,只取决于主对象的特性,而与执行器的气开、气关型式及副控制器的作用方向完全

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无关。这种情况可以这样来理解:如果将整个副回路看作是构成主回路的一个环节时,其方块图可以简化为图8-2所示。由图可见,这时副回路这个环节的输入就是主控制器的输出(即副回路的给定),而其输出就是副变量。由于副回路的作用总是使副变量跟随主控制器的输出变化而变化,不管副回路中副对象的特性及执行器的特性如何,当主控制器输出增加时,副变量总是增加的,所以在主回路中,副回路这个环节的特性总是“正”作用方向的。由图可见,在主回路中,由于副回路、主测量变送这两个环节的特性始终为“正”,所以为了使整个主回路构成负反馈,主控制器的作用方向仅取决于主对象的特性。主对象具有“正”作用特性(即副变量增加时,主变量亦增加)时,主控制器应选“反”作用方向;反之,当主对象具有“反”作用特性时,主控制器应选“正”作用方向。

8.均匀控制系统的目的和特点是什么?

答:均匀控制系统的目的是为了解决前后工序的供求矛盾,使两个变量之间能够互相兼顾和协调操作。

均匀控制系统的特点是其控制结果不像其他控制系统那样。不是为了使被控变量保持不变,而是使两个互相联系的变量都在允许的范围内缓慢地变化。

9.简述均匀控制系统的控制方案。

答:以液位与流量的均匀控制为例,其控制方案有简单均匀控制与串级均匀控制两种。 从结构上来讲,简单均匀控制与一般的液位控制系统一样,串级均匀控制与一般的液位-流量串级控制系统一样。其区别在于均匀控制与一般的控制系统目的不一样。之所以能够使两个变量间的关系得到协调,是通过控制器参数整定来实现的。均匀控制系统中的控制器一般都采用纯比例作用,且比例度很大,必要时才引入少量的积分作用。

10.什么叫比值控制系统?

答:实现两个或两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统,称为比值控制系统。通常为流量比值控制系统,用来保持两种物料的流量保持一定的比值关系。

15.什么是前馈控制系统?它有什么特点?

答:按扰动变化大小进行控制的系统称为前馈控制系统。 前馈控制系统的主要特点有:

(1)前馈控制是基于不变性原理工作的,比反馈控制及时、有效; (2)前馈控制是属于“开环”控制系统;

(3)前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器,又称前馈补偿装置; (4)一种前馈作用只能克服一种干扰。

16.前馈控制的主要形式有哪几种?

答:前馈控制的主要形式有单纯的前馈控制(又称简单前馈)和前馈-反馈控制两种。根据对干扰补偿形式的特点,又分静态前馈控制和动态前馈控制。

1.某聚合反应釜内进行放热反应,釜温过高会发生事故,为此采用夹套水冷却。由于釜温控制要求较高,且冷却水压力、温度

波动较大,故设置控制系统如图8-6所示。

(1)这是什么类型的控制系统?试画出其方块图,说明其主变量和副变量是什么? (2)选择控制阀的气开、气关型式。 (3)选择控制器的正、反作用。

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(4)如主要干扰是冷却水的温度波动.试简述其控制过程。 (5)如主要干扰是冷却水压力波动,试简述其控制过程,并说明这时可如何改进控制方案,以提高控制质量。

解(1)这是串级控制系统.主变量是釜内温度?1, ,副变量是夹套内温度?2。其方块图如图8-7所示

(2)为了在气源中断时保证冷却水继续供应。以防止釜温过高,故控制阀应采用气关型,为“一”方向。

(3)主控制器T1C的作用方向可以这样来确定:由于主、副变量(?1、?2。)增加时,都要求冷却水的控制阀开大,因此主控制器应为“反”作用。

副控制器T2C的作用方向可按简单(单回路)控制系统的原则来确定。由于冷却水流量增加时,夹套温度?2是下降的,即副对象为“一”方向。已知控制阀为气关型,“一”方向,故副控制器T2C应为“反”作用。

(4)如主要干扰是冷却水的温度波动,整个串级控制系统的工作过程是这样的:设冷却水的温度升高,则夹套内的温度?2升高,由于T2C为反作用,故其输出降低,因而气关型的阀门开大,冷却水流量增加以及时克服冷却水温度变化对夹套温度?2的影响,因而减少以致消除冷却水温度波动对釜内温度?1的影响,提高了控制质量

如这时釜内温度?1由于某些次要干扰(例进料流量、温度的波动)的影响而波动,该系统也能加以克服。设?1升高,则反作用的T1C输出降低,因而使T2C的给定值降低,其输出也降低,于是控制阀开大,冷却水流量增加以使釜内温度?1降低,起到负反馈的控制作用。 (5)如主要干扰是冷却水压力波动,整个串级控制系统的工作过程是这样的:设冷却水压力增加,则流量增加,使夹套温度?2下降,T2C的输出增加,控制阀关小,减少冷却水流量以克服冷却水压力增加对?2的影响。这时为了及时克服冷却水压力波动对其流量的影响,不要等到?2变化才开始控制,可改进原方案,采用釜内温度?1与冷却水流量F的串级控制系统,以进一步提高控制质量.

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4.图8-10所示为一脱乙烷塔塔顶的气液分离器。由脱乙烷塔塔顶出来的气体经冷凝器进入分离器,由分离器出来的气体去加氢反应器。分离器内的压力需要比较稳定,因为它直接影响精馏塔的塔顶压力。为此通过控制出来的气相流量来稳定分离器内的压力,但出来的物料是去加氢反应器的,也需要平稳。所以设计如图8-10所示的压力一流量串级均匀控制系统。试画出该系统的方块图,说明它与一般串级控制系统的异同点。

解:方块图如图8-11所示。

由系统的方块图可以看出,该系统与一般的串级控制系统在结构上是相同的,都是由两个控制器串接工作的,都有两个变量(主变量与副变量),构成两个闭环系统.

该系统与一般的串级控制系统的差别主要在于控制目的是不相同的。一般串级控制系统的目的是为了稳定主变量,而对副变量没有什么要求,但串级均匀控制系统的目的是为了使主变量和副变量都比较平稳,但不是不变的,只是在允许的范围内缓慢地变化。为了实现这一目的,串级均匀控制系统在控制器的参数整定上不能按4:1(或10: 1)衰减整定.而是:强调一个“慢”字,一般比例度的数值很大,如需要加积分作用时,一般积分时间也很大。

5.上题图8-10所示的串级均匀控制系统中,如已经确定控制阀为气关阀,试确定控制器的正、反作用并简述系统的工作过程。

解:由于主变量压力升高时需要开大控制阀,副变量流量增加时需要关小控制阀,所以主控制器PC应选“正”作用。由于控制阀为气关阀,特性为“一”,副对象特性为“十”(阀开大时流量增加),所以副控制器FC应选“正”作用。

系统的工作过程是这样的:如果由于某种原因气相流出量增加,则FC的输出也增加(因为FC为正作用),所以使气关阀开大,流量降低,起着快速稳定副变量的目的。如果由于某种原因使分离器内压力增加,则PC的输出也增加(因为PC是正作用的)。由于PC 的输出就是FC的给定,FC给定增加时,其输出是降低的(因为FC为正作用),这样一来,控制阀就关小,气相流出量增加,使分离器内的压力下降,起着稳定压力的作用。由于在串级均匀控制系统

中,控制器的参数值整定得很大,控制作用很弱,所以当分离器内的压力波动时,不可能使输出流量有很大的变化来使压力很快回到给定值,而只能使流量缓慢地变化,因此压力也是缓慢变化的,这样就实现均匀控制的目的。

2.图8-32所示为聚合釜温度控制系统。冷却水通入夹套内,以移走聚合反应所产生的热量。试问:

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(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)如果选择夹套内的温度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。

答:(1)是以聚合温度为主变量,冷却水流量为副变量的串级控制系统,方块图见图8-44

(2)气关型.

(3)TC为正作用,FC为正作用。 (4)略。

(5)应采用以聚合温度为主变量,夹套温度为副变量的串级控制系统。 (6)主控制器和副控制器均为“反”作用(方块图略)。

3.图8-33为一精馏塔的塔釜液位与流出流量的串级均匀控制系统。试画出它的方块图,并说明它与一般的串级控制系统的异同点。如果塔釜液体不允许被抽空,试确定控制阀的气开、气关型式及控制器的正、反作用。

答:方块图及异同点略。

控制阀应选气开型;FC为反作用;LC为\正”作用。

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