过程控制系统第三版(陈夕松)科学出版社课后题答案讲解

反应器温度控制系统

（1）该温度控制系统的方块图

反应器温度控制系统方块图

（2）被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；控制变量：冷却水流量。

可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。

锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高，会使蒸汽带液。降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此，必须对汽包水位进行严格的控制。图1-16是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求： (1)画出该控制系统方块图；

(2)指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么 (3)当蒸汽负荷忽然增加，该系统如何实现自动控制

(1)

(2)被控对象：锅炉汽包。被控变量：锅炉汽包水位。操纵变量：锅炉给水量。扰动量：冷水温度、压力、蒸汽压力、流量，燃烧状况等。

(3)当蒸汽负荷突然增加，会导致汽包水位下降，液位变送器检测到液位h下降信号并与设定水位h0进行比较，将偏差信号传给控制器，控制器使执行器动作，增大阀门开度，使冷却水流量增加，从而降低加热室燃烧程度，进一步使得汽包液位升高。 P17-P18，精度等级为

用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿其冷端温度补偿的方法有哪几种

解：（1）热电偶的热电势只有当T0（或t0）恒定是才是被测温度T（或t）的单值函数。热电偶标准分度表是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。若T0≠0℃，则应进行冷端补偿和处理。

（2）冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿法等。

AD590是一个电流型集成式温度测量元件，能够从端口输出与绝对温度成比例的电流，然后利用利用10K电阻将电流信号转换为相应的电压变化值，由变送器送给单片机进行A/D采样，最后由单片机显示输出，得到测量的温度。

压力表的误差=量程*精度可知量程规格为0~、0~、0~， 精度等级为时的误差分别为：*1%=精度等级为时误差分别为：*%=精度等级为时误差分别为：*%=由于要求测量误差不大于压力示值的±5%，被测压力变化范围为~，所以最小误差为*5%=，以上满足此条件的只有精度等级为量程为和的压力表，以及精度等级为量程为的压力表，鉴于的测量范围在的表盘上更容易读数，所以同等条件下选择的压力表，同样量程的压力表精度为的比精度的贵，所以从成本考虑选择精度为的压力表，所以 选择量程为精度为的压力表。

因为差压变送器的输出电流信号与输入差压值成正比，故有：

104p 1613.6可得：Δp=

此为对应电流时的差压值。

因为流量与差压平方根成正比，故可得到：

88.4q 104320可得q=h

此为对应电流时的被测流量。

如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求： （1）列出过程的微分方程组； （2）画出过程的方框图；

（3）求过程的传递函数W0（S）＝H（S）/Q1（S）；

dhQ解：（1）根据动态物料平衡关系，流入量＝流出量： 1 (Q2Q3)dt

dhQ1(Q2Q3)C过程的微分方程的增量形式：

dt

hhQ2Q3中间变量：

R2R3

dh消除中间变量： R2R3Q1CR2R3(R3R2)hdt

R2R3CR2R3dhQ1h同除 (R2+R3) 得到：

R2R3R2R3dt

RRR23令：

R2R3

dh上式可写为： RQ1CRhdt

（2）Laplace 变换得到： RQ1(S)CRSH(S)H(S)

H(s)R传递函数: W0(s)Q1(s)RCS1

（3） 过程的方框图：

该对象具有纯滞后的一阶对象，放大系数K k

t-T由一阶对象的输出响应kA1e 160-12080

3-2.5带入数据可得T=2/ln2

已知纯滞后时间为2，则可列出微分方程以及传递函数的表达式。 解：方法一：图解法

由图可以看出：过程应该用一阶加延时系统。

K0y()y(0)2020

x01从图中得到：τ＝40s， T＝260－40＝220s

W0(s)K0S20ee40S TS1220S1方法二：计算法

在图中取y(t1)＝ y(∞) y(t2)＝(∞) y(t3)＝ y(∞) y(t4)＝ y(∞) 得t1＝125s t2 ＝140s t3 ＝ 225s t4 ＝260s

T12(t3t2)150s 12t2t355s

T2t4t13tt168s 21457s 0.82可见数据很接近，于是：

T0T1T22159s 0156s 22过程数学模型：

W0(s)K0S20ee56S TS1159S1 选择第二个，因为F2干扰不进入主控回路对系统有较大影响，串级特性是在副回路中消

除干扰。