温度自动控制系统 中国工控|看题学自动控制系统

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自动控制系统的基本概念

自动控制系统主要由哪些环节组成？

解决方案:自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象四个环节组成。

图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

解决方案:PI-307指就地安装的压力指示仪表，截面号3，仪表序列号07；

TRC-303代表安装在集中仪表盘内，具有指示和记录功能的温控仪表；截面号为3，仪器序列号为03；

FRC-305是指安装在集中仪表盘内，具有指示和记录功能的流量控制仪表；章节号为3，仪器序列号为05。

在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？

解决方案:测量和传输装置的作用是测量被控变量的大小，并将其转换成特定的、统一的输出信号(如气压信号或电压电流信号等)。)并发送给控制器；控制器接收测量变送器发出的信号，将其与过程中需要保持的被控变量的设定值进行比较，并根据一定的运算规则计算结果，然后将结果以特定的信号(气压或电流)发送给执行器即控制阀，执行器可以根据控制器发出的信号值自动改变阀门的开度，从而改变操纵变量的大小。

试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？

解决方案:受控对象(object)——其工艺参数需要在自动控制系统中进行控制的生产过程、生产设备或机器。

受控变量——受控对象中需要保持设定值的过程参数。控制系统通常被称为这个变量的名字，如温度控制系统、压力控制系统等。

给定值(或设定值或期望值)-人们希望控制系统达到的目标，即被控变量的期望值。可以是常量，也可以根据程序改变。

操纵变量(调节变量)-对受控变量有强烈直接影响且便于调节(操纵)的变量。或者实现控制的变量。

操纵介质(操纵剂)-用于实现控制功能的材料。

如图所示为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不变。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？并说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。

解决方案:温度控制系统的框图

其中，受控对象:反应器；受控变量:反应器中的温度；操纵变量:冷却水流量。

可能影响被控变量的干扰因素主要包括A、B物料的温度和进料速度、冷却水的压力和温度、环境温度。

如果反应器中的受控温度在干扰下升高，则将测量值与给定值进行比较，并获得偏差信号。经温度控制器处理后，输出控制信号，驱动控制阀增加其开度和冷却水流量，从而降低反应器内的温度。因此，温度控制系统是一个具有负反馈的闭环控制系统。

如上题图所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控变量影响的？

解决方案:当反应器内温度超过给定值(即上升)时，将测温元件测得的温度与给定值进行比较，温度控制器TC输出控制信号，增加冷却水阀门的开度，从而增加冷却水流量，降低反应器内温度，从而克服干扰对被控变量的影响。

按给定值形式不同，自动控制系统可分哪几类？

解决方案:根据给定值的不同形式，自动控制系统可分为以下三类:

定值控制系统——给定值控制系统。

随动控制系统(自动跟踪系统)——给定值随机变化的系统。

程序控制系统——一种系统，其中给定的值根据特定的时间程序而变化。

某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10)℃。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间（被控温度进入新稳态值的±1%（即900´（±1%）=±9℃）的时间），并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？

求解:最大偏差a = 950-900 = 50(℃)；

超调b = 950-908 = 42(℃)；

因为b = 918-908 = 10 (℃)，衰减比n = b:b = 42:10 = 4.2；

残差c = 908-900 = 8℃；

振荡周期t = 45-9 = 36(min)；

转换时间ts = 47分钟。

因为a = 50℃

图a是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么？现因生产需要，要求出口物料温度从80℃提高到81℃，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如 图b所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81℃）。

解决方案:蒸汽加热器温度控制系统的框图如下图所示。

其中受控对象是蒸汽加热器；受控变量是出口材料温度；操纵变量是蒸汽流量。

可能的干扰主要包括:进口物料流量和温度的变化；加热蒸汽压力和温度的变化；环境温度的变化等。

系统的过渡过程质量指标:

最大偏差a = 81.5-81 = 0.5(℃)；

当B=81.5-80.7=0.8(℃)，b = 80.9-80.7 = 0.2 (℃)时，衰减比n = B:B = 0.8:0.2 = 4；

残差C=80.7-81=-0.3(℃)。

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