发布时间 : 星期四 文章现代控制原理第二章课后答案更新完毕开始阅读
图1-8 丙烯冷却器温度控制系统图 图1-9温度控制系统方块图 注：θ为乙烯裂解气的出口温度，
θkp为乙烯裂解气出口温度的设定值。
解:(1)在丙烯冷却器温度控制系统中，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，操纵变量为气态丙烯的流量。
(2)该系统方块图如图1-9所示。
(3)在图1-8中，气态丙烯的流向是由丙烯冷却器流出。而在方块图中，气态丙烯作为操纵变量，其信号的流向是指向丙烯冷却器的。 13.图1-10所示是一反应器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反应器进行反应、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。图中了TT表示温度变送器，TC表示温度控制器。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、操纵变量及可能影响被控变量变化的扰动各是什么?
图1-10 反应器温度控制系统 图1-11温度控制系统方块图 注：T为反应器内温度， Tsp为反应器内温度的设定值。
解:反应器温度控制系统中被控对象为反应器；被控变量为反应器内温度；操作变量为冷却水流量；干扰为A、B物料的流量、温度、浓度、冷却水的温度、压力及搅拌器的转速等。
反应器的温度控制系统的方块图如图1-ll所示。
14.某发酵过程工艺规定操作温度为(40±2)℃。考虑到发酵效果，控制过程中温度偏离给定值最大不能超过6℃。现设计一定值控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图1-12所示。试确定该系统的最大偏差、衰减比、余差、过渡时间(按被控变量进入±2%新稳态值即达到
稳定来确定)和振荡周期等过渡过程指标，并回答该系统能否满足工艺要求?
图1-12 发酵罐及反应曲线示意图
解:由反应曲线可知： 最大偏差：A=45-40=5℃ 余 差：C=41-40=1℃
衰减比：第一个波峰值 B=45-41=4℃
第二个波峰值 B'=42-41=1℃ n=B/B'＝4:1
过渡时间：由题要求，被控变量进入新稳态值的± 2％就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围应是4l×± 2＝±0.82℃
由图可看出，过渡时间Ts＝23min 振荡周期：T＝18-5＝13min
习题
2.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?
图1-16 锅炉汽包水位控制 图l-17 控制系统方块图 解:(1)锅炉汽包水位控制系统方块图如图1-17所示。
(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。 注：h为锅炉汽包水位；h0为锅炉汽包水位设定值。 3.图1-18所示为离心泵出口流量控制系统，控制的目的是保持泵流量恒定。
(1)指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量及干扰各是什么? (2)画出流量控制系统方块图；
图1-18 流量控制系统示意图 图1-18 流量控制系统方块图 解:(1)被控对象：管道(从检测点到控制阀之间)。 被控变量：泵出口流量。 操纵变量：泵出口流量。
扰动量：管路压力波动、(泵的)原动机转速等。 (2)离心泵出口流量控制系统方块图如图l-18所示。
4.图1-19所示为一列管式换热器。工艺要求出口物料温度保持恒定。经分析如果保持物料入口流量和蒸汽流量基本恒定，则温度的波动将会减小到工艺允许的误差范围之内。现分别设计了物科入口流量和蒸汽流量两个控制系统，以保持出口物料温度恒定。
(1)试画出对出口物料温度的控制系统方块图；
(2)指出该系统是开环控制系统还是闭环控制系统，并说明理由。
图1-19列管式换热器控制系统示意图
解:(1)控制系统方块图如图1-20所示。
图1-20 温度控制系统方块图
(2)控制系统为开环控制系统。从方块图可以看出，对物料入口流量和蒸汽流量均为闭环控制系统；而对于出口物料温度，未经过测量变送环节反馈到系统输入端，没有形成闭环系统。 5.某炼油厂常减压装置加热炉如图1-21所示。工艺要求严格控制加热炉出口温度T，T可以通过改变燃油量来控制。据此设计一个定值温度控制系统，其中被控变量为加热炉出口物料温度，操纵变量为燃料油流量。要求：
(1)画出工艺管道及控制流程图；(2)试画出该控制系统的方块图。
图1-21 加热炉示意图 图1-22 图1-23
解:(1)工艺管道及控制流程图如图1-22所示。 (2) 控制系统的方块图如图1-23所示。
6.图1-24为一组在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线。
(1)指出每种过程曲线的名称；
(2)试指出哪些过程曲线能基本满足控制要求?哪些不能? (3)你认为哪个过渡过程最理想，试说明其理由。
图 1-24 过渡过程曲线
解:(1) (a)等幅振荡;(b)衰减振荡;(c)非振荡衰减;(d)发散振荡。 (2) (b)、(c)能基本满足控制要求，(a)、(d)不能。因为(b)、(c)对应的过渡过程是稳定的。