影响，试计算系统的阻力比（或分压比） 液体）。
s，并说明串联管道对可调范围的影响（假设被控流体为非阻塞的
解 由于阻力比 s 等于控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比，在不考虑阀的泄漏量的影响时，阀 全关时阀两端的压差就可视为系统总压差，故本系统总压差为 阻力比：
60 s
0.6
100
3，则最 由于该阀的 Cmax＝100，R＝30，在理想状况下，阀两端压差维持为 1g/cm
3
3
l00kPa，阀全开时两端压差为 60kPa，所以
。
l00kPa，流体密度为
大流量 Qmax＝l00m /h，最小流量 Qmin＝Qmax／R＝100/30＝3.33m /h。
对于非阻塞流的液体，
K max 10Qmax
串联管道时，由于压差由
/ p 。
3/h，而是 l00m
3
l00kPa 降为 60kPa，故这时通过阀的最大流量将不再是
100
Qmax
这时的可调范围
p / 10 60/ 1 77.46m / h 。
Q Rr
max
77.46
；（或 Rr
30 0.6 23.24 ）
31. Q
min
3. 33
s 值很低，
由上可见，串联管道时，会使控制阀的流量特性发生畸变，其可调范围会有所降低。如果 会使可调范围大大降低，以至影响控制阀的特性，使之不能发挥应有的控制作用。
当然，从节能的观点来看， 6-16 某台控制阀的流量系数
s 值大，说明耗在阀上的压降大，能量损失大，这是不利的一面。
3
Kmax＝200。当阀前后压差为 1.2MPa ，流体密度为 0.81g/cm
，流动状态
0.2MPa 时，所能通过的最大流量为多少？
为非阻塞流时，问所能通过的最大流量为多少？如果压差变为
解 由公式
K max 10Qmax
得
K
p
max
/ p ，
200 1200
3
Qmax
10 10
当压差变为 0.2MPa 时，所能通过的最大流量为：
769.8( m / h)
0.81
K
p
max
200 10
200
3
Qmax
314.3(m / h)
10
0.81
上述结果表明，提高控制阀两端的压差时，对于同一尺寸的控制阀，会使所能通过的最大流量增加。 换句话说，在工艺上要求的最大流量已经确定的情况下，增加阀两端的压差，可以减小所选择控制阀的尺 寸(口径 )，以节省投资。这在控制方案选择时，有时是需要加以考虑的。例如离心泵的流量控制，其控制 阀一般安装在出口管线上，而不安装在吸入管线上，这是因为离心泵的吸入高度 常工作。
6-18 什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？
解 气动执行器（控制阀）的气开式为，有压力控制信号时阀开，无压力控制信号时阀处于全关；气 关式为，有压力控制信号时阀关，无压力控制信号时阀处于全开。气动执行器的气开式与气关式的选择原 则是考虑工艺生产的安全，即控制信号中断时，应保证设备和工作人员的安全。
(压头 )是有限的，压差较
小，将会影响控制阀的正常工作。同时，由于离心泵的吸入压头损失在控制阀上，以致会影响离心泵的正
第 7 章 简单控制系统
7-2 题 7-2 图是一反应器温度控制系统示意图。试画出这一系统的方块图，并说明各方块的含义，指 出它们具体代表什么？假定该反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定温度，以利反应进行，但温度 不允许过高，否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式和控制器的正、反作用。
题 7-2 图 反应器温度控制系统
解 该反应器温度控制系统方块图如下图所示。
题解 7-2 图 反应器温度控制系统方块图
其中：被控对象是反应器；被控变量是反应器内温度；操纵变量是蒸汽流量；控制器是温度控制器
根据工艺要求，执行器应为气开型式；蒸汽流量增加时，反应器内温度升高，被控对象是“正”作用； 所以，控制器应为“反”作用。
7-13 试确定题 7-13 图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。
（1）题 7-13(a) 图为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，否则容易分解； （2）题 7-13(b) 图为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，否则容易结晶。
TC。
题 7-13 图 温度控制系统
解 （1）根据工艺要求，题 7-13(a) 图所示加热器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；加热 剂流量增加时，加热器内温度升高，被控对象是“正”作用，所以，控制器应为“反”作用。
（2）根据工艺要求，题 7-13(b) 图所示冷却器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；冷剂流量 增加时，冷却器内温度降低，被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“正”作用。
7-14 题 7-14 图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两种情况下， 分别确定执行器的气开、气关型式及控制器的正、
（1）选择流入量 Qi 为操纵变量； （2）选择流出量 Qo 为操纵变量。
解 （1）当选择流入量 Qi 为操纵变量时，为 体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气开阀； 是“正”作用，所以，控制器应为“反”作用。
（2）当选择流入量 Qo 为操纵变量时，为满足
图 液位控制
反作用。
满足贮槽内液 由于被控对象 贮
题 7-14
槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气关阀；此时被控对象是“反”作用，所以，控制器应为 “反”作用。
7-15 题 7-15 图所示为一锅炉汽包液位控制系统的示意图，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的方块 图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量 增加时，该控制系统是如何克服扰动的？
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 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）
。
LC 输出信号减小，气关阀开度
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 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 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 ＝50％、Ts＝5min 。试确定 PI 作用和s
k＝30％、Tk＝3min。试
TC 输出减小，控制阀开度变小，蒸汽流量降低，精馏塔温
PID 作用时控制器的参数。
解 PI 作用时控制器的比例度
PID 作用时控制器的比例度
=60%，积分时间 TI=2.5min 。
=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 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（ “正”作用。
TC；副对象是冷却水管道，副
“反”作用） 。
FC 为
（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 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 首先，流量增大，副控制器
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。
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
TC 输出减小（“正”作用） ，FC 给定值减小， FC 输出增大，进一步关小
次，聚合釜温度降低，主控制器 度降低的影响。
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
（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 题解 8-5 图 2 所示。
-温度串级控制系统。如
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