过程控制工程 - 第二版 - （王树青 - 著） - 化工出版社 - 课后答案

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过程控制工程 课后习题答案

第一章

自动控制系统由被控对象、测量变送器、执行器（控制阀）和控制器组成。 被控对象 是指被控制的生产设备或装置。

测量变送器 用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号作为输出。 执行器 常用的是控制阀，接受来自控制器的命令信号，用于自动改变控制阀的开度。 控制器 它将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号 e(t)，并按一定规律 给出控制信号 u（t） 1-2

分时处理多个控制回路。

1）直接数字控制 它的特点：计算灵活，它不仅能实现典型的 PID 控制规律，还可以 2）集中型计算机控制系统 它的特点：可以实现解耦控制、联锁控制等各种更复杂的控 制功能；信息集中，便于实现操作管理与优化生产；灵活性大，控制回路的增减、控制方案 的改变可由软件来方便实现；人机交互好，操作方便

3）集散控制系统 它的特点：同时适应管理与控制两方面的需要：一方面使用若干个控 制器完成系统的控制任务，每个控制器实现一定的控制目标，可以独立完成数据采集、信号 处理、算法实现与控制输出等功能；另一方面，强调管理的集中性。

1-3

P sp P m PC 51 P1 u PT 51

K v2 P2 储罐：被控对象

U：控制变量

进气流量：操纵变量

P：被控变量

P1，P2，出气流量：扰动变量

被控变量：被控对象需要维持在其理想值的工艺变量，也是测量变松的输入。 控制变量：控制器的输出电信号。

操作变量：执行器的操作对象，对被控变量有影响。

扰动变量：影响被控变量的变量（除了操作变量）。

干扰 通 P sp +

制器 压力 控 制阀 进 气 控 道 E(t) _ 控制对 象 + + P（t）

1-4

P m(t) 压力 测量 变送器

流出量

给定值 + 测量 偏差 输出信号 液位控制器 控制阀 水槽 液位

液位变送器 假设控制阀为气闭式、控制器为反作用，定义偏差为测量值与给定值之差。首先假设在 干扰发生之前系统处于平衡状态，即流入量等于流出量，液位等于给定值。当有干扰发生， 平衡状态将被破坏，液位开始变化，于是控制系统开始动作。

1）假定在平衡状态下流入量 Q1 突然变大。此刻是的 Q1>Q2，于是液位 L 将上升随着

L 的上升，控制器将感受到正偏差，由于控制器是反作用的，因此其输出将减小。因为控制

阀是气闭式的，随着控制器输出的减小，控制阀开度变大。流出量 Q2 将逐渐增大，液位 L

将慢慢下降并逐渐趋于给定值。当再度达到 Q2=Q1 时，系统将达到一个新的平衡状态。这

是控制阀将处于一个新的开度上。

2）如果在平衡状态下，流入量突然减小，将出现 Q1

负偏差，控制器输出将增大，控制阀开度变小，流出量减小，液位回升，逐渐回复给定值而 达到新的平衡。

3）在平衡状态下，Q2 突然变大。这就使 Q2>Q1,L 将下降。这是控制器输出将增大控 制阀开度变小，于是 Q2 将随之减小，L 又会慢慢上升而回到给定值。如果在平衡状态下， Q2 突然减小了。此时，L 将上升，控制器输出将减小，控制阀开度变大，重新使 Q2 增大 而使其逐渐回复到给定值为止。

第二章

2-1 1） AdH ? Q1 ?? Q2 ??? Q 3

dt Ad??H ????Q1??????Q2??????Q3 dt ??Q2?? Q2??? Q20???K 2???H

Q2?? K 2 H 1??? H 2

2)

??

????

??Q3?? Q3??? Q30???2 H 0 R2

K 3??H 2 H 0

????R3

H(S)

R2 R3 AS?? R2 R3Q1 (S )??? R3 H (S )??? R2 H (S )

Q1 (S )

3)

R2 R3 AR2 R3 S?? R2?? R3

W0 (S )???H (S ) R2 R3

??Q1 (S ) AR2 R3 S?? R2?? R3

2-2 1)

令 A1 的另一个出口为 Q4,

对 A2 有: A1dH1 则对 A1 有： ? Q1??? Q2??? Q4

dt

A2 dH 2 ? Q4??? Q3

dt

Q4?? K12 H1??? H 2

Q3?? K 3 H 2

??Q2?? Q2??? Q20???? 1??? H 2

R12 ??H 2 R3

K 2 (H 1??? H 2 ) 2 H 0

H 1??? H 2

R2

??Q4???

??Q3???

1 H1 (S )???[Q1 (S )??? Q2 (S )??? Q4 (S )]

A1 S 1 H 2 (S )???[Q4 (S )??? Q3 (S )]

A2 S

H 1 (S )??? H 2 (S ) R12

Q4 (S )???

H 1 (S )??? H 2 (S ) Q2 (S )??? R2

Q3 (S )???2)

H 2 (S ) R3

Q 2 (S)

1

1

R2

+

A1S

+

1

+ Q 4 (S)

H1 (S ) R12 1

H 2 (S )

A2 S 1 R3

Q 1 (S)

3)

W0 (S )???

R2 R3

Q 3 (S)

A1 A2 R2 R3S?? ( A1R2?? A2 R12 R3?? A2 R2 R3 )S 2

器选择可知，控制器为反作用。

Tsp

Gc (S ) A 阀 B 阀 深井水

自来水 反应釜 T(S)

由题意可知 A 阀、B 阀均为气开阀，即为正作用，自来水和深井水两个对象的特性均 为反作用（通入自来水或深井水，被控变量温度会降低），再由单回路控制系统的控制

教材：《过程控制工程》（第二版），王树青，戴连奎，于玲，化学工业出版社，2008

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