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1、第二章思索题及习题 与单回路系统相比，串级限制系统有些什么特点答：串级限制方案具有单回路限制系统的全部功能，而且还具有很多单回路限制系统所没有的优点。因此，串级限制系统的限制质量一般都比单回路限制系统好。(1) 串级限制系统具有更高的工作频率；(2) 串级限制系统具有较强的抗干扰实力；(3) 串级限制系统具有肯定的自适应实力 为什么说串级限制系统主限制器的正, 反作用只取决于主对象放大倍数的符号，而与其他环节无关答：主限制器的正, 反作用要依据主环所包括的各个环节的状况来确定。主环内包括有主限制器, 副回路, 主对象和主变送器。限制器正, 反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正的环节
2、来对待。这样，只要依据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负的要求。即SignG01(s)SignG02(s)SignGm1(s)SignGc1(s)=-1就可以确定主限制器的正, 反作用。事实上主变送器放大倍数符号一般状况下都是“正的，再考虑副回路视为一放大倍数为“正的环节，因此主限制器的正, 反作用事实上只取决于主对象放大倍数的符号。当主对象放大倍数符号为“正时，主限制器应选“负作用；反之，当主对象放大倍数符号为“负时，主限制器应选正作用。 串级限制系统的一步整定法依据是什么答：一步整定法的依据是：在串级限制系统中一般来说，主变量是工艺的主要操作指标，干脆关系到产
3、品的质量，因此对它要求比拟严格。而副变量的设立主要是为了提高主变量的限制质量，对副变量本身没有很高的要求，允许它在肯定范围内变更，因此在整定时不必将过多的精力放在副环上，只要主变量到达规定的质量指标要求即可。此外对于一个详细的串级限制系统来说，在肯定范围内主, 副限制器的放大倍数是可以相互匹配的，只要主, 副限制器的放大倍数Kc1与Kc1的乘积等于Ks(Ks为主变量呈4：1衰减振荡时的限制器比例放大倍数)，系统就能产生4：1衰减过程(下面的分析中可以进一步证明)。虽然依据经验一次放上的副限制器参数不肯定相宜，但可通过调整主限制器放大倍数来进展补偿，结果仍旧可使主变量呈4：1衰减。 试证明串级限
4、制系统中，当干扰作用在副环时，只要主, 副限制器其中之一有积分作用就能保证主变量无余差。而当干扰作用于主环时，只有主限制器有积分作用时才能保证主变量无余差。答：从串级限制系统构造图中可以看出：1. 当干扰作用在副环时，副环在干扰下的输出可如下计算：令并假定f(t)为单位阶跃干扰，那么F(s)=1/s，运用终值定理可得：假如GC2(s)=Kc2(Tis+1)/ Tis，即含有积分环节，那么在上式分子上出现Tis项，y2()=0，即干扰作用下主环也无余差。假如GC2(s) =Kc2，那么副环余差为y2()=1/KVKm2Kc2，此余差进入主环，此时将副环等效成一个环节，G02(s) =1/Km2，
5、用与上述副环余差计算一样的方法计算主环余差，假如主环限制器具有积分作用，y1()=0，反之y1()0。当干扰作用在主环时，副环等效成一个环节，G02(s) =1/Km2，用与上述副环余差计算一样的方法计算主环余差，假如主环限制器具有积分作用，y1()=0，反之y1()0。2.5 试说明为什么整个副环可视为一放大倍数为正的环节来对待答：对于副环来说，假如是负反响系统，其等效环节等效传递函数为：当限制器放大倍数远远大于1时，那么有| Gc2 Gv G02 Gm|1，又因为通常各个环节都是无量纲化的，此时Gm =1。那么有式(2-1)近似等于+1。 试说明在串级限制系统中主, 副限制器之一的正, 反
6、作用选错会造成怎样的危害答：串级限制系统属于反响限制系统，只有在负反响的状况下，系统才是稳定的，当系统受到干扰时，其过渡过程将会是衰减的；反之，假如系统是正反响，那么系统将是不稳定的，一旦遇到干扰作用，过渡过程将会发散。系统不稳定当然是不盼望发生的，因此，对于反响限制系统来说，要使系统能够稳定地工作，必需要构成负反响。 图2.21所示的反响釜内进展的是放热化学反响，而釜内温度过高会发生事故，因此采纳夹套通冷却水来进展冷却，以带走反响过程中所产生的热量。由于工艺对该反响过程温度限制精度要求很高，单回路限制满意不了要求，需用串级限制。 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构造图。选
7、择釜内温度为主对象，冷却水流量为副对象，组成串级限制，构造图如下 当冷却水入口温度波动是主要干扰时，应怎样组成串级画出系统构造图。选择釜内温度为主对象，冷却水入口温度为副对象，组成串级限制，构造图如下 对上述两种不同限制方案选择限制阀的开, 闭形式及主, 副限制器正, 反作用。答：从平安角度动身，上述两种方案均应选择气闭式限制阀。副限制器：第一种方案下，当冷却水流量超过给定值时，其输入为正值，此时要求阀的开度减小，即限制器输出增大，所以选正作用。第二种方案下，当入口温度超过给定值时，其输入为正值，此时要求阀的开度增加，即限制器输出减小，所以选负作用。主环限制器：两种方案下，当冷却水流量增加时，
8、釜内温度降低，因此K01为负，应选择正作用。 图2.22为一管式炉原油出口温度与炉膛温度串级限制系统。要求： 选择限制阀的开, 闭形式。答：依据平安要求，限制阀应选择气开式。 确定主, 副限制器的正, 反作用。副限制器：当炉膛温度超过给定值时，其输入为正值，此时要求阀的开度减小，即限制器输出减小，所以选负作用。主环限制器：当燃料气流量增加时，釜内温度上升，因此K01为正，应选择负作用。 在系统稳定的状况下，假如燃料气压力突然上升，结合限制阀开, 闭形式及限制器的正, 反作用，分析该串级限制系统的工作过程。答：在系统稳定的状况下，假如燃料气压力突然上升，此时限制阀的开度还没有变更，所以燃料气流量
9、增加，炉膛温度上升，测量变送的输出增加，副限制器的输入为正，副限制器为负作用，输出减小，限制阀为气开式，所以开度减小，使燃料气流量下降。燃料气流量增加，炉膛温度上升最终会使原油出口温度增加，测量变送的输出增加，主限制器的输入为正，主限制器为负作用，输出减小，副限制器的给定值减小，促使副环限制器对燃料气流量进一步调整。始终到原油出口温度回到给定值为止，限制阀处在一个新开度上。2.9 某枯燥器采纳夹套加热和真空抽吸并行的方式来枯燥物料。枯燥温度过高会使物料的物性发生变更，这是不允许的，因此要求对枯燥温度进展严格限制。夹套通入的是经列管式加热器加热后的热水，而加热器采纳的是饱和蒸汽，流程如下图。要求
10、： 假如冷水流量波动是主要干扰，应采纳何种限制方案为什么答：应采纳枯燥器枯燥温度与冷水流量串级限制系统，因为要将主要干扰冷水流量包围在副环内。 假如蒸汽压力波动是主要干扰，应采纳何种限制方案为什么答：应采纳枯燥器枯燥温度与蒸汽压力串级限制系统，因为要将主要干扰蒸汽压力包围在副环内。 假如冷水流量和蒸汽压力都常常波动，应采纳何种限制方案为什么答：应采纳枯燥器枯燥温度与加热器出口热水温度串级限制系统，副限制器的输出限制蒸汽, 冷水限制阀，副限制器为负作用，蒸汽限制阀为气开式，冷水限制阀为气闭式，主限制器为负作用。 某串级限制系统采纳两步法进展整定，测得4：1衰减过程的参数为：1s=8%，2s=42
11、%，T1s =120 s，T2s =8s。假设该串级限制系统中主限制器采纳PID规律，副限制器采纳P规律。试求主, 副限制器的参数值应是多少答：1, 副限制器参数：2 =2s =42%2, 主限制器参数：11s8%=0.64% T1 T1s120=36s Ti T1s120=12s第三章思索题及习题比值与比值系数的含义有什么不同它们之间有什么关系答：比值K是工艺要求的流量比，定义为从动流量F2与主动流量F1之比，即：K=从动流量/主动流量= F2/ F1比值系数K是仪表有效信号之比，定义为从动流量F2的有效信号与主动流量F1的有效信号之比。假如用I来表示仪表的测量信号，那么有：流量比K与比值系
12、数K是两个不同的概念，不能混淆。 比值系数K的大小与流量比K的值有关，也与变送器的量程有关，与负荷大小无关。 流量与测量信号之间有无非线性关系对计算式有干脆影响。线性关系时K=K(F1max/ F2max)；非线性关系(平方根关系)时K=K2(F1max/ F2max)2。用除法器进展比值运算时，对输入信号的支配有什么要求为什么答：对于采纳除法器实施的比值限制系统，由于除法器的构造，必需使输入的分母信号大于分子信号。通常把主流量作为分母项，此时K的范围是0K1时，能否仍用乘法器组成比值限制为什么能否变更一下系统构造，仍用乘法器构成比值限制答：比值系数K1时，不能用乘法器组成比值限制，因为对于4
13、20mA信号，依据比值限制要求，比值系数K为：同样，对于010mA信号仪表那么有：K =10/ I0当I0为最大值20mA, 10mA时，上面2式式的最大为1，即K1时I0将大于20mA或10mA，这是不行能的。可在副流量回路中串入一个比例系数为0.5的比值器。作为一个例子，现有一生产工艺要求A, B两物料比值维持在。FAmax=3200kg/h，FBmax=800kg/h，流量采纳孔板配差压变送器进展测量，并在变送器后加了开方器。试分析可否采纳乘法器组成比值限制方案假如肯定要用乘法器，在系统构造上应作何处理答：在变送器后加了开方器，流量与测量信号成线性关系所以不能采纳乘法器组成比值限制方案，
14、副流量回路中串入一个比例系数为0.5的比值器，这样K=0.81，可以采纳乘法器组成比值限制方案。一比值限制系统用DDZ-型乘法器来进展比值运算(乘法器输出I，其中I0与I1分别为乘法器的两个输入信号)，流量用孔板配差压变送器来测量，但没有加开方器，如图3.24所示。己知F1max=3600kg/h，F2max=2000kg/h，要求：(1) 画出该比值限制系统方块图。答：比值限制系统方块图如下(2 )假如要求F1：F2=2：1，应如何设置乘法器的设置值I0答：没有加开方器，流量与测量信号成非线性关系，所以K=K2(F1max/ F2max)223600/20002I0=16K+4=163.9某
15、化学反响过程要求参加反响的A, B两物料保持FA：FB的比例，两物料的最大流量FAmax=625m3/h，FBmax=290m3/h。通过视察发觉A, B两物料流量因管线压力波动而常常变更。依据上述情况，要求：设计一个比拟相宜的比值限制系统。答：采纳双闭环比值限制系统，使主副流量保持稳定，克制因管线压力波动而常常变更带来的干扰，并保持比值关系，如下列图所示。计算该比值系统的比值系数K。答：设流量与测量信号成线性关系K=K(F1max/ F2max)=(2.5/4)该比值系统中，比值系数应设置于何处设置值应当是多少(假定采纳DDZ-型仪表)选择该比值限制系统限制阀的开闭形式及限制器的正, 反作用
16、。答：选择两个限制阀为气开式，当流量增加时，测量值增加，限制器输入为正，此时要求阀的开度减小，即限制器输出下降，所以两个限制器为反作用。在硝酸生产过程中有一氧化工序，其任务是将氨氧化生成一氧化氮。为了提高氧化率，要求维持氨与氧的比例为2：1。该比值限制系统采纳如下图的构造形式。：F氨max=12000Nm3/h，F氧max=5000Nm3/h。试求比值系数K=假如上述比值限制用DDZ-型仪表来实现，比值系数的设置值p0应当是多少答：流量与测量信号成线性关系K=K(F1max/ F2max)=(1/2)用DDZ-型仪表来实现，信号为010mA， I0=10K =101.2=12 mA，所以，应在
17、副流量回路中串入一个比例系数为0.5的比值器。有一个比值限制系统如图3.26所示。图中K为一系数。假设K=2，FAmax=300kg/h，FBmax=1000kg/h，试求K=？K=。答：该系统为用比值器组成的方案， K为一系数且K=2，即在副流量上串入了一个放大倍数为2的比值器，副流量信号被放大了2倍，从图中可以看出此系统为流量比为2的比值限制系统，即K=2 K=K(F1max/ F2max)=2(3所以K=2, K一个双闭环比值限制系统如图3.27所示。其比值用DDZ-型乘法器来实现。F1max=7000kg/h，F2max=4000kg/h。要求：画出该系统方块图。假设I0=18mA求该
18、比值系统的比值K=比值系数K=待该比值系统稳定时，测I1=l0mA，试计算此时I2？答：方框图如下I0=16K+4 18=16K+4KK=K(F1max/ F2max)= KK=比值系统稳定时，测I1=l0mA，由公式得：K=( I2-4)/(10-4)，I2=l.25mA图3.28所示为一个用电动仪表来实现的比值限制系统。乘法器的输入/输出信号为直流15V，其运算公式为：G1max=3600 kg/h，G2max=2000 kg/h。当系统稳定时，测得v1=4V，v2=3V，试计算该比值限制系统的比值系数K=，K= v0=答：K=v2-1/v1设流量与测量信号成线性关系K=K(F1max/
19、F2max)= K (3600/ 2000) =(2/3)K= 依据比值限制要求，乘法器的v1与v1之间应具有下面的关系：v1-1=K(v0-1)再依据可得：K=(v0-1)/4v0=4 K+1=4 V第四章 思索题及习题匀称限制系统设置的目的是什么答：匀称限制系统的名称来自系统所能完成的特别限制任务，它使前后设备在物料供求上相互匀称, 协调，统筹兼顾。匀称限制系统有些什么特点答：(1) 构造上无特别性匀称限制是指限制目的而言，而不是由限制系统的构造来确定的。匀称限制系统在构造上元任何特别性，它可以是一个单回路限制系统，也可以是一个串级限制系统的构造形式，或者是一个双冲量限制系统的构造形式。(
20、2) 参数应变更，而且应是缓慢地变更因为匀称限制是前后设备物料供求之间的匀称，所以表征这两个物料的参数都不应为某一固定的数值,两个参数都变更，且变更比拟缓慢。那种试图把两个参数都稳定不变的想法是不能实现的。 (3) 参数应限定在允许范围内变更4.3为什么匀称限制系统的核心问题是限制器参数的整定问题答：从下列图液位限制系统限制作用不同时液位与流量的响应可看出，同样一个单回路液位限制系统，由于限制作用强弱不一，它可以是一个单回路液位定值限制系统，如(a)；也可以是一个简洁匀称限制系统，如(b)。因此，匀称限制是指限制目的而言，而不是由限制系统的构造来确定的。匀称限制系统在构造上元任何特别性，它可以
21、是一个单回路限制系统，也可以是一个串级限制系统的构造形式，或者是一个双冲量限制系统的构造形式。所以，一个一般构造形式的限制系统，能否实现匀称限制的目的，主要在于系统限制器的参数整定如何。可以说，匀称限制是通过降低限制回路灵敏度来获得的，而不是靠构造变更得到的。4.4可以采纳解耦方法解决匀称问题吗道理如何答：匀称限制系统中的对象(限制通道)可视为单输入, 双输出的对象。所谓单输入即限制作用量只有一个(即一个限制阀)，双输出指被控变量有两个，一个是液位，另一个是流量。该系统为本质关联对象，无法实现解耦限制，只能靠反响构成一般关联限制系统。匀称限制系统能运用4：1衰减曲线法整定限制器参数吗为什么答：
22、不能。串级匀称限制中的流量副限制器参数整定与一般流量限制器整定差不多，而匀称限制系统的其他几种形式的限制器都需按匀称限制的要求来进展参数整定。整定的主要原那么是一个“慢字，即过渡过程不允许出现明显的振荡，可以采纳凭经验整定，看曲线调参数的方法来进展。简洁匀称限制系统与单回路反响限制系统有些什么一样点与不同点答：简洁匀称限制系统采纳单回路限制系统的构造形式。从系统构造形式上看，它与单回路液位定值限制系统是一样的，但由于它们的限制目的不同，因此在限制器的参数整定上有所不同。通常匀称限制系统的限制器整定在较大的比例度和积分时间上，一般比例度要大于100%，以较弱的限制作用到达匀称限制的目的。图为一水槽，其液位为L ，进水流量为F，试设计一入口流量与液位双冲量匀称限制系统。画出该系统的构造图，确定该系统中限制阀的开闭形式，限制器的正, 反作用以及引入加法器时各信号所取的符号。答：入口流量与液位双冲量匀称限制系统的构造图如下进入加法器的信号所取的符号为：IS为负值，IL, IF为正值。选择限制阀为气开式，当流量或液位, 流量和液位增加时，限制阀的开度要减小，此时I0增加，限制器的输入增大，其输出应减小，所以限制器选择反作用。