1、对于如图所示的压力控制系统，假设贮罐温度不变，主要干扰为P1、P2。试指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与被控对象，并画出该系统的方块图。,P16：T1-3,对于如图所示的加热炉温度控制系统，试 (1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与控制目标; (2)画出该系统的方块图； (3)选择控制阀的“气开-气关”形式; (4)指出该控制系统的“广义对象”及物理意义。,题1： (1) 列写过程微分方程组；(2) 画出方框图；(3) 求传递函数,对于题图5-1（ p. 68 ）所示的加热炉出口温度控制系统，假设变送器量程为200 300。试回答以下问题并说明理由： （1）燃料控制阀选用
2、“气开”阀还是“气关阀”？ （2）温度控制器该选“正作用”还是“反作用”？ （3）若在手动控制状态，燃料控制阀风压（或者说温度控制器输出电流）减少3%，炉出口温度的变化过程如题5-8下表格所示。请确定“广义对象”的特性参数K、T、。 （4）若温度控制器采用PID调节器，试确定PID参数，并给出SimuLink仿真曲线（假设设定值从270上升至280 ）。,对于一般的自衡过程，分析采用纯比例控制器存在稳态余差的原因； 引入积分作用可消除稳态余差的原因分析，以及为什么引入积分作用会降低闭环控制系统的稳定性？ 如何确定PID参数？ 相比反馈控制，串级控制更有效抑制干扰，因此在控制方案选择时应首选串级
3、控制？ 前馈控制的原理是什么？,P45的T2-3 P46的T2-6、T2-7 P64的T3-2 P122的T5-1,练习题 1,精馏塔提馏段温度控制系统如图所示，图中，Pv为调节阀阀前压力。 （1）为保证再沸器的安全，蒸汽调节阀应选用气关阀还是气开阀？为什么？ （2）确定调节器TC、PC的正反作用，并画出该系统完整的方框图（尽可能在图上表明相应的信号）。,题5-1 在一个串级控制系统中，原来选用口径为20mm的气开阀，后来改为口径为32mm的气关阀。 问： 主、副控制器的正反作用要否改变？为什么？ 副控制器的比例度和积分时间要否改变？是变大还是变小？为什么？ 主控制器的比例度和积分时间要否改变
4、？是变大还是变小？为什么？ 题 在一个串级控制系统中，主变量是温度，温度变送器量程原为0200，后改为80 120 。 问：副控制器比例度和积分时间要否改变？是变大还是变小？为什么？ 主控制器的比例度和积分时间要否改变？是变大还是变小？为什么？,控制器的正反作用选择,试分析串级控制为何能有效抑止二次扰动； 试分析串级系统为何能克服副对象和调节阀的非线性。,有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似。试问如何来区分它们？试分析判断下图所示的两个系统各属于什么系统？说明其理由。,2、下图所示的换热器采用蒸汽加热工艺介质，要求介质出口温度达到规定的控制指标。试分析下列情况下应选择哪
5、一种控制方案，并画出带控制点的流程图与方块图。 （1）工艺介质流量GF与蒸汽阀前压力PV均比较稳定； （2）介质流量GF比较稳定，但压力PV波动较大； （3）蒸汽压力PV比较稳定，但介质流量GF波动较大。,有一单闭环比值控制系统如图所示，其比值用DDZ-型乘法器来实现（图中的测量仪表是线性仪表）。已知Q1max7000kgh，Q2max4000kgh。要求： （1）若已知I018mA，求该比值控制系统的k？比值系数K=？ （2）待该比值系统稳定时，测得I110mA，试计算此时的I2=？,为什么说超驰控制是一种软保护措施？它与硬保护有什么差异？什么是超驰控制系统？何时需采用这种系统？超驰控制系统
6、为什么要特别注意防积分饱和？它与单回路控制时的防积分饱和方法有什么重要差异？,左图表示大型氨厂的锅炉燃烧控制系统。平时按蒸汽压力控制天然气量，但为了防止阀后天然气压力过高造成脱火，而增加了阀后压力超驰控制。试确定控制阀的气开气关形式，以及阀后压力控制器的正反作用，选择器采用“高选”还是“低选”？在图上画出选择控制系统。画出防积分饱和的信号联系。,图示为加热炉出口温度控制系统方案之一。工艺上规定要优先使用炼厂气A，只有在负荷增加后使用了炼厂气所能提供的最大限量还是不够时，才以燃料油B来加以补充。试分析：控制方案是如何满足上述工艺要求的？,正常工况：TC输出为M，而且M小于AH，经低选器LS后做炼
7、厂气A流量控制器的设定值，此时构成主参数为温度、副参数为炼厂气A的串级控制系统。由于Ar=M，因此FBC设定值（Br=M-AH）等于0。所以燃料B的阀门全关。 在工况变化时，如出现MAH，则低选器选择AH作为输出，AH=Ar。因此FAC成为定值流量控制系统，使得炼厂气A稳定在AH的数值上。这时由于（M-AH）0,则构成温度与燃料B的串级控制系统，即打开燃料B的阀门以补充燃料A的不足。从而使得炉出口温度稳定在设定值上。,如图所示的精馏塔提馏段灵敏板温度控制回路很可能引起液泛。假设液泛可以用塔底和塔顶压力之差来表征（压差太大表示可能存在液泛）。请在此基础上设计一个液泛约束控制系统，以保证正常操作时
8、按提馏段温度调节加热蒸汽流量，而当塔即将出现液泛时则要求调节加热蒸汽流量确保不发生液泛。要求： （1）画出带控制点的流程图与对应的方块图； （2）选择调节器的正反作用。,假设已知稳态增益：,计算11 ， 33 ，12 ，31 ?,课堂提问4,1、如果加热蒸汽压力波动导致单回路控制效果不理想，怎么办？ 2、如果工艺介质流量波动导致控制效果不理想，怎么办？,已知过程的开环稳态增益矩阵,试推导其相对增益矩阵，并选择最好的控制回路。分析此过程是否需要解耦。,采用纯比例控制，Kc增加时系统的稳定性会怎样？稳定的情况下余差会怎样？ 采用PI控制，Ti调小时为保持系统稳定性，比例度应该怎样变化？ 一个系统的
9、对象有容量滞后，另一个系统由于测量点位置造成纯滞后，如果分别采用微分作用克服滞后，效果如何？,下图表示了NaOH溶液的稀释过程，输入溶液浓度为20%，要求进一步用清水稀释成浓度为5%的溶液。流量F1、F2的测量仪表均为线性变送器，仪表量程分别为030T/hr和0120T/hr，并采用DDZ-型，K为比值计算单元。（1）求K值与工艺比值的关系式；（2）根据所描述的工艺情况，确定K值；（3）若F1的变化范围为1020T/hr，试求取稳态条件下I2与I3的变化范围（用mA表示）,引入微分作用可提高控制系统的稳定性，但为什么实际工业过程中应用并不多？ 串级能够有效抑制副回路中的干扰，因此应选择能包含最
10、多干扰的那个变量作为副变量？ 是否可用普通的PID控制器作为前馈控制器，为什么？ 为什么一般不单独使用前馈控制？,如图所示的反应釜内进行的是放热化学反应，而釜内温度过高会发生事故，因此采用夹套通冷水来进行冷却，以带走反应过程中所产生的热量。由于工艺对该反应过程温度控制精度要求很高，单回路控制满足不了要求，需用串级控制。当冷却水压力波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。,工程上一般要求定值控制系统的过渡过程是哪种形式的？随动系统一般要求为哪种过渡过程形式？,下图为精溜塔的塔釜串级控制系统，请问是否有错？错在什么地方？应做如何改正？为什么？,图中所示的加热炉，出口温度需控制在规定值。所
11、用燃料要求尽量使用燃料气，使用不足时才用燃油，如何设计控制系统？ 试： 执行器的气开、气关形式； 控制器的正、反作用； 在下图上画出工艺控制流程图； 画出控制系统方块图。,练习,题1 下图为化学反应器的过程控制系统：1）说明图中的控制策略属于哪类控制系统？2）最主要的被控变量是什么？最主要的操纵变量是什么？3）图中哪个控制器要整定的最慢，哪个控制器要整定的最快？为什么？4）阀门V1是气开还是气关？为什么？V2是气开还是气关？为什么？5）指出各图中控制器的正反作用，并给出选取的理由；6）给出图中控制规律的选取。,练习（续）,答： 是串级分程控制系统。 最主要的被控变量是反应器内温度，最主要的操纵
12、变量是冷剂流量。 图中T1C要整定的最慢，FC最快。 阀门V1是气关，保证反应温度不致过高，从而生成其它产物。阀门V2是气关。 图中：T1C反作用，T2C正作用，FC正作用。(6) T1C：PID；T2C：P（PI，I弱）；FC：P。,例2：贮罐气封分程控制系统,在炼油厂或石油化工厂中，有许多存放着各种油品或石油化工产品的储罐，为使这些油品或产品不与空气中的氧气接触而被氧化变质，常采用罐顶充氮气的做法，使储存物与外界空气隔绝。,氮封的技术要求,实行氮封的技术要求是：要始终保持储罐内的氮气压微量正压。储罐内储存物料量增减时，将引起罐顶压力的升降，应及时进行控制，否则将使储罐变形，更有甚者，会将储
13、罐吸扁。因此，当储罐内液面上升时，应停止继续补充氮气，并将压缩的氮气适量排出。反之，当液面下降时应停止放出氮气。只有这样才能达到既隔绝空气，又保证容器不变形的目的。,问题： （1）协调两调节阀的动作； （2）如何避免两调节阀的频繁开闭以减少N2用量?,图中所用的仪表均为气动仪表，A阀选择气开阀，B阀选择气关阀，控制器具有反作用，采用PI控制规律 。,贮罐气封分程控制系统 分程动作过程,避免两调节阀频繁开闭的方法： （1）控制阀引入不灵敏区。 （2）同时，控制器引入调节死区（为什么？）,B阀接受控制器的输出信号为0.02-0.058MPa，而A阀接受的信号为0.062-0.10MPa。因此，在两个控制阀之间存在一个不灵敏区（间隙区）。针对一般储罐顶部空隙较大，压力对象时间常数大，而氮的压力控制精度要求不高的实际情况，存在一个不灵敏区是允许的。,练习1,假设已知稳态增益：,计算11 ， 33 ，12 ，31 ?,机理建模分析,线性化,练习题,假设已知稳态增益：,计算11 ， 33 ，12 ，31 ?,练习题（续）,巳知过程的开环稳态增益矩阵,试推导其相对增益矩阵，并选择最好的控制回路。分析此过程是否需要解耦。,
