单回路控制

一、单回路控制系统

1一个简单控制系统由那几部分组成？各有什么作用？

2 什么是简单控制系统？试画出简单控制系统的典型方块图。

答：所谓简单控制系统，通常是指由一个被控对象、一个检测元件及传感器（或变送器）、一个调节器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，有时也称为单回路控制系统。 简单控制系统的典型方块图如下图所示。

题2 方块图

3在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定数值上。下图是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要求控制在（15±1.5）℃。如果温度太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，杜塞管道。

题3 图 丙烯冷却器

（１） 指出系统中被控对象、被控变量和操作变量各是什么？ （２） 试画出该控制系统的组成方块图。 答：（１）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；操作变量为气态丙烯的流量。

（３） 该系统的方块图：

题3 方块图

4 反应温度控制系统示意图。Ａ、Ｂ两种物料进入反映，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ＴＴ表示温度变送器，ＴＣ便是温度控制器。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、操作变量及可能影响被控变量变化的扰动各是什么？

题4图 反应器温度控制系统

答：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。 反应器的温度控制系统的方块图：

题4方块图

5 乙炔发生器是利用电石和水来产生乙炔气装置。为了降低电石消耗量，提高乙炔的收率，确保生产安全，设计了如图所示温度控制系统。工艺要求发生器温度控制在（８０±１）℃。试画出该温度控制系统的方块图，并指出图中的被控对被控变量、操作变量及可能存在的扰动。

题5图 乙炔发生器

答：乙炔发生器温度控制系统方块图如下图所示（图中T、TO分别为乙炔发生器温度及其设

定值）。

题5 方块图

被控对象：乙炔发生器；

被控变量：乙炔发生器内温度； 操纵变量：冷水流量；

扰动量：冷水温度、压力；电石进料量、成分等。

6 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。现分别设计了物料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。

题6图

（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。 答：（1）控制系统方块图如下图所示。

题6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。

7. 画出图示系统的方框图：

加热剂 TC TT 气开 FC FT 原料 (题7图) 8. 一个简单控制系统总的开环增益（放大系数）应是正值还是负值？

9. 什么是对象的控制通道和扰动通道？若它们可用一阶加时滞环节来近似，试述KP、Kf、τp、τf对控制系统质量的影响。

10增大过程的增益对控制系统的控制品质指标有什么影响？过程的时间常数是否越小越好？为什么？

?KPe?τPS11. 已知广义对象的传递函数为，若P的比值一定时，TP大小对控制质量有什么

TP(TPS?1)影响？为什么？

1. 一个简单控制系统的变送器量程变化后，对控制质量有什么影响？举例说明。

2. 某温度控制系统已经正常运行，由于原温度变送器（量程200~300℃）损坏，改用量程为0~500℃的同分度号的温度变送器，控制系统会出现什么现象？应如何解决？ 3. 一个简单控制系统中，控制阀口径变化后，对系统质量有何影响？ 4. 试述控制阀流量特性的选择原则，并举例加以说明。

5. 对图示控制系统采用线性控制阀。当负荷G1增加后，系统的响应趋于非周期函数，而G1减少时，系统响应震荡加剧，试分析其原因，并设法解决之。

6. 已知蒸汽加热器如图所示，该系统热量平衡式为：G1C1(θ0-θi)=G2λ(λ为蒸汽的冷凝潜热)。 （1）主要扰动为θi时，选择控制阀的流量特性。 （2）主要扰动为G1时，选择控制阀的流量特性。 （3）设定值变化时，选择控制阀的流量特性。

1. 试确定习题7中控制器的正反作用。若加热变成冷却，且控制阀由气开变为气关，控制器的正反作用是否需要 2 图中，控制系统的调节器应该选用正作用方式，还是反作用方式？

G2 TC TT 蒸汽 G1 C1 θi θO 题5，6图

(a) (b)

(c) (d)

题2图

答： (a)――正作用；(b) ――反作用；(c) ――正作用；(d) ――反作用；

3 图中的液面调节回路，工艺要求故障情况下送出的气体中也不许带有液体。试选取调节阀气开、气关型式和调节器的正、反作用，再简单说明这一调节回路的工作过程。

答：因工艺要求故障情况下送出的气体不许带液，故当气源压力为零时，阀门应打开，所以调节阀是气关式。当液位升高时，要求调节阀开度增大，由于所选取的是气关调节阀，故要求调节阀输出减少，调节器是反作用。

其工作过程如下：液位↑→液位变送器输出↑→调节器输出↓→调节阀开度↑→液体输出↑→液位↓。

题3图

4 图示为加热炉温度控制系统。根据工艺要求，出现故障时炉子应当熄火。试说明调节阀的气开、气关型式，调节器的正、反作用方式，并简述控制系统的动作过程。

题4图

答：故障情况下气源压力为零，应切断燃料，以确保炉子熄火。故要求调节阀为气开式，气源中断时关闭。

当炉温增高时，要求燃料量减少，即减小调节阀开度。由于是气开阀，所以要求调节器输出减小，应选用反作用调节器。 控制系统的动作过程为：

进料↓→温度↑→调节器输出↓→调节阀开度↓→燃料量↓→炉温↓。反之，由于各种原因引起炉温↓→调节器输出↑→调节阀开度↑→燃料量↑→炉温↑。

5请判定图示温度控制系统中，调节阀和调节器的作用型式。

题5图

（1）当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时； （2）当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时；

（3）当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为待加热的软化水时； （4）当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为待加热的软化水时。

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