单回路控制系统详解

一、单回路控制系统

1. 画出图示系统的方框图：

加热剂 TC TT 气开 FC FT 原料 (题1图) 2. 一个简单控制系统总的开环增益（放大系数）应是正值还是负值？仪表行业定义的控制器增益与控制系统中定义的控制器的增益在符号上有什么关系？为什么？

3. 试确定习题1中控制器的正反作用。若加热变成冷却，且控制阀由气开变为气关，控制器的正反作用是否需要

4. 什么是对象的控制通道和扰动通道？若它们可用一阶加时滞环节来近似，试述KP、Kf、τp、τf对控制系统质量的影响。

?KPe?τPS5. 已知广义对象的传递函数为，若P的比值一定时，TP大小对控制质量有

TP(TPS?1)什么影响？为什么？

6. 一个简单控制系统的变送器量程变化后，对控制质量有什么影响？举例说明。 7. 试述控制阀流量特性的选择原则，并举例加以说明。 8. 对图示控制系统采用线性控制

加热剂 阀。当负荷G增加后，系统的响应趋于

TC 非周期函数，而G减少时，系统响应震

TC 荡加剧，试分析其原因，并设法解决之。 TT 9. 一个简单控制系统中，控制阀口

G 径变化后，对系统质量有何影响？

10. 已知蒸汽加热器如图所示，该系统热量平衡式为：G1C1(θ0-θi)=G2λ(λ

G2 为蒸汽的冷凝潜热)。

（1）主要扰动为θi时，选择控制阀（题8图） TC 的流量特性。

蒸汽 （2）主要扰动为G1时，选择控制阀的流TT G1 C1 θi 量特性。

（3）设定值变化时，选择控制阀的流量θO 特性。

11. 一个单比例简单控制系统，增加积分题10图 作用后，对系统质量有什么影响？为了保持同样的衰减比，比例度δ要增加，为什么？

12. 试写出正微分和反微分单元的传递函数和微分方程；画出它们的阶跃响应，并简述它们的应用场合。

13. 什么叫积分饱和？产生积分饱和的条件是什么？

14. 采用响应曲线法整定控制器参数，选用单比例控制时，δ=KPτP/TP×100%,即δ∝KP，δ∝τP/TP,为什么？而选择比例积分控制时，δ=1.44KPτP/TP×100%，即比例度增加，为什么？

15. 采用临界比例度法整定控制器参数，在单比例控制时，δ=2δK(临界比例度)，为什么？

16. 在一个简单控制系统中，若对象的传递函数为制器参数整定时，应注意什么？

KP，进行控

(TVS?1)(TPS?1)(TWS?1)KPe?τPS17. 已知广义对象的传递函数为，采用比例控制，当系统达到稳定边缘时，

(TPS?1)KC=KCK，临界周期为TK。问：

(1)TK/τP在什么数值范围内(即上、下界)，τP/TP增加时，这一比值是上升还是下降？ (2)KCK在什么数值范围内(即上、下界)，τP/TP增加时，KCK是上升还是下降？ 18. 一个过程控制系统的对象有较大的容量滞后，而另一系统由于测量点位置造成纯滞后。若对两个系统均采用微分控制，试问效果如何？

19. 某一温度控制系统，采用4:1衰减曲线法进行整定，测得系统的衰减比例度

δs=25%，衰减振荡周期Ts=10min，当控制器采用P和PI控制作用时，试求其整定参数值。

20. 有一个过程控制系统(采用DDZ-Ⅲ型仪表)，当广义对象的输入电流（即控制器的输出电流）为14mA时，其被控温度的测量值为70℃。当输入电流突然从14mA增至15mA，并待被控温度达到稳定时，其测量值为74℃。设测温仪表的量程为50-100℃。同时由实验测得广义对象的时间常数TP=3min，滞后时间τP=1.2min，试求衰减比为4:1时PI控制器的整定参数值。

21. 某一个过程控制系统，利用临界比例度法进行控制器的参数整定。当比例度为12%时，系统出现等幅振荡，其临界振荡周期为180s，试求采用PID控制器时的整定参数值。

22. 已知控制系统方块图如下：

求：(1)X作单位跃阶变化时，随动控制系统的余差。

(2)F作单位跃阶变化时，定值控制系统的余差。

F KF TPS?1R KC KV KP TPS?1Y KMTMS?1（题22图）

1一个简单控制系统由那几部分组成？各有什么作用？

2举例说明一个简单控制系统，指出在该控制系统中的被控制系统的被控变量、操纵变量和扰动变量。

3常见的过程动态特性的类型有哪几种？可用什么传递函数来近似描述他们的动态特性？ 9增大过程的增益对控制系统的控制品质指标有什么影响？过程的时间常数是否越小越好？为什么？

10某温度控制系统已经正常运行，由于原温度变送器（量程200`300℃）损坏，改用量程为0`500℃的同分度号的温度变送器，控制系统会出现什么现象？应如何解决？

13增大积分时间对控制系统的控制品质有什么影响？增大微分时间对控制系统的控制品质有什么影响？

14什么是积分饱和现象？举例说明如何防止积分饱和。

15纯比例控制时，比例度与临界比例度之间有什么近似关系？

6.1说明一下名词术语的含义：被动对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值、偏差。

答：被控对象——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。

被控变量——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。 操纵变量——受控制器操作的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料或

能量。

扰动量——除操作变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。 设定值——被控变量的预定值。

偏差——被控变量的设定值与实际值之差。

6.3下列控制系统中，哪些是开环控制，哪些是闭环控制？ A．定制控制 B．随动控制 C．前馈控制 D．程序控制 答：C——开环控制；

A、B、D——闭环控制。

（程序控制的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。）

6.6在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定数值上。图6-3是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要求控制在（15±1.5）℃。如果温度太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，杜塞管道。

图6-3

（１） 指出系统中被控对象、被控变量和操作变量各是什么？ （２） 试画出该控制系统的组成方块图。 答：（１）被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温度；操作变量为气态丙烯的流量。

（３） 该系统的方块图如图6-4所示。

图6-4

6.7图6-5所示是以反应温度控制系统示意图。Ａ、Ｂ两种物料进入反映，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度保持不变。图中ＴＴ表示温度变送器，ＴＣ便是温度控制器。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、操作变量及可能影响被控变量变化的扰动各是什么？