1、例 題 和 解 答【例l】選擇題（選擇正確的答案，將相應(yīng)的字母添入題內(nèi)的括號(hào)中。） 1串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是兩個(gè)（）控制一個(gè)控制閥。其中（）的輸出作為()的外給定（ A ） （A）控制器主控制器 副控制器（B）控制器副變送器副控制器 （C）控制器主變送器 副變送器（D）變送器主控制器副控制器 2一分程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的分程特性如圖12-28，試確定兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)關(guān)形式（ D ） （A）A閥氣開(kāi)式 B閥氣關(guān)式（B）A閥氣開(kāi)式 B閥氣開(kāi)式 （C）A閥氣關(guān)式 B閥氣關(guān)式（D）A閥氣關(guān)式 B閥氣開(kāi)式3氨冷器中要求保證冷卻器出口溫度恒定，防止冷卻器中液氨液位過(guò)高，使氣氨中不夾帶液氨進(jìn)入冷凍機(jī)，確保冷凍機(jī)安全

2、。設(shè)計(jì)了如圖12-29選擇性控制系統(tǒng)，若選低選器、氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥，試確定兩個(gè)調(diào)節(jié)器的正、反作用。（ A ）（A）TC調(diào)節(jié)器正作用、LC調(diào)節(jié)器反作用 （B）TC調(diào)節(jié)器正作用、LC調(diào)節(jié)器正作用（C）TC調(diào)節(jié)器反作用、LC調(diào)節(jié)器反作用 （D）TC調(diào)節(jié)器反作用、LC調(diào)節(jié)器正作用4對(duì)于選擇性控制系統(tǒng)，下列說(shuō)法哪一個(gè)不正確（ B ）（A）選擇性控制系統(tǒng)是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行安全軟限控制。（B）在生產(chǎn)過(guò)程程要發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)選擇性控制系統(tǒng)可以采取聯(lián)鎖動(dòng)作，使生產(chǎn)硬性停車。（C）選擇性控制系統(tǒng)可以有兩個(gè)控制回路，其中一個(gè)控制回路工作，另一個(gè)控制回路處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)。（D）選擇性控制系統(tǒng)用選擇器進(jìn)行控制?！纠?】什么是分程控制系

3、統(tǒng)?主要應(yīng)用在什么場(chǎng)合? 答：分程控制系統(tǒng)就是一個(gè)控制器的輸出信號(hào)被送往兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制閥，每個(gè)控制閥都只在控制器的某段信號(hào)范圍內(nèi)工作。分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合主要有：(1)用于擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，改善控制品質(zhì)；(2)用于控制兩種不同的介質(zhì)流量，以滿足工藝生產(chǎn)的要求，(3)用作生產(chǎn)安全的防護(hù)措施?！纠?】串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器參數(shù)的工程整定主要有哪兩種方法?答：有兩步整定法和一步整定法兩種。按照串級(jí)控制系統(tǒng)主、副回路的情況，先整定副控制器，后整定主控制器的方法叫做兩步整定法。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接確定副控制器的參數(shù)，只需按簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)參數(shù)整定的方法來(lái)整定主控制器參數(shù)的方法稱一步整定法。【例4】

4、某干燥器的流程圖如圖12-30所示。干燥器采用夾套加熱和真空抽吸并行的方式來(lái)干燥物料。夾套內(nèi)通入的是經(jīng)列管式加熱器加熱后的熱水，而加熱器采用的是飽和蒸汽。為了提高干燥速度，應(yīng)有較高的干燥溫度，但過(guò)高會(huì)使物料的物性發(fā)生變化，這是不允許的，因此要求對(duì)干燥溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。（1）如果蒸汽壓力波動(dòng)是主要干擾，應(yīng)采用何種控制方案？為什么？試確定這時(shí)控制閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式與控制器的正、反作用。（2）如果冷水流量波動(dòng)是主要干擾，應(yīng)采用何種控制方案？為什么？試確定這時(shí)控制器的正、反作用和控制閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式。（3）如果冷水流量與蒸汽壓力都經(jīng)常波動(dòng)，應(yīng)采用何種控制方案？為什么？試畫(huà)出這時(shí)的控制流程圖，確定控制

5、器的正、反作用。解：（1）應(yīng)采用干燥溫度與蒸汽流量的串級(jí)控制系統(tǒng)如圖12-31，這時(shí)選擇蒸汽流量作為副變量。一旦蒸汽壓力有所波動(dòng)，引起蒸汽流量變化，馬上由副回路可以及時(shí)得到克服，以減少或消除蒸汽壓力波動(dòng)對(duì)主變量的影響，提高控制質(zhì)量。控制閥應(yīng)選擇氣開(kāi)式，這樣一旦氣源中斷，馬上關(guān)閉蒸汽閥門，以防止干燥器內(nèi)溫度過(guò)高。由于蒸汽流量（副被控變量）和干燥溫度（主被控變量）升高時(shí)，都需要關(guān)小控制閥，所以主控制器TC應(yīng)選“反”作用。由于副對(duì)象特性為“+”（蒸汽流量因閥開(kāi)大而增加），閥特性也為“+”，故副控制器（蒸汽流量控制器）應(yīng)為“反”作用。（2）如果冷水流量波動(dòng)是主要干擾，應(yīng)采用干燥溫度與冷水流量的串級(jí)控制

6、系統(tǒng)。這時(shí)選擇冷水流量作為副變量，以及時(shí)克服冷水流量波動(dòng)對(duì)干燥溫度的影響?？刂崎y應(yīng)選擇氣關(guān)式，這樣一旦氣源中斷時(shí)，控制閥打開(kāi)，冷水流量加大，以防止干燥溫度過(guò)高。由于冷水流量（副被控變量）增加時(shí)，需要關(guān)小控制閥；而干燥溫度增加時(shí)，需要打開(kāi)控制閥。主、副被控變量增加時(shí)，對(duì)控制閥的動(dòng)作方向不一致，所以主控制器TC應(yīng)選“正”作用。由于副對(duì)象為“+”，閥特性是“”，故副控制器（冷水流量控制器）應(yīng)選“正”作用。（3）如果冷水流量與蒸汽壓力都經(jīng)常波動(dòng)，由于它們都會(huì)影響加熱器的熱水出口溫度，所以這時(shí)可選用干燥溫度與熱水溫度的串級(jí)控制系統(tǒng)，以干燥溫度為主變量，熱水溫度為副變量。在這個(gè)系統(tǒng)中，蒸汽流量與冷水流量都

7、可選作為操縱變量，考慮到蒸汽流量的變化對(duì)熱水溫度影響較大，即靜態(tài)放大系數(shù)較大，所以這里選擇蒸汽流量作為操縱變量，構(gòu)成如圖12-31所示的串級(jí)控制系統(tǒng)。由于干燥溫度（主變量）和熱水溫度（副變量）升高時(shí)，都要求關(guān)小蒸汽閥，所以主控制器（干燥溫度控制器）應(yīng)選用“反”作用。由于蒸汽流量增加時(shí)，熱水溫度是升高的，副對(duì)象特性為“+”，控制閥為氣開(kāi)式，為“+”，故副控制器（熱水溫度控制器）應(yīng)選“反”作用。【例5】某工廠在石油裂解氣冷卻系統(tǒng)中，通過(guò)液態(tài)丙烯的氣化來(lái)吸收熱量，以保持裂解氣出口溫度的穩(wěn)定。組成以出口溫度為主被控制變量、氣化壓力為副被控制變量的溫度與壓力串級(jí)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在采用一步整定法整定控制器參數(shù)

8、，其整定步驟如下：（1）本系統(tǒng)中，副被控制變量為壓力，該參數(shù)反應(yīng)快，滯后小，比例度可以選大一些，根據(jù)本例的情況，選取副控制器的比例度為40%。（2）將副控制器的比例度 置于40%的刻度上，按41衰減曲線法整定主控制器參數(shù)，得到 =30%，TI1=3min。（3）按41衰減曲線法的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算主控制器參數(shù)，即副控制器的比例度=40%?！纠?】在硝酸生產(chǎn)過(guò)程中，有一個(gè)氧化爐與氨氣流量的串級(jí)控制系統(tǒng)，爐溫為主被控變量，工藝要求較高，溫度最大偏差范圍為5，氨氣流量為副被控變量，允許在一定范圍內(nèi)變化，要求不高。系統(tǒng)控制器參數(shù)采用兩步整定法，其過(guò)程為 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主控制器選用PI控制規(guī)律，副控制器選用P

9、控制規(guī)律，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件下，主、副控制器均置于純比例作用，主控制器的比例度置于100%上，用4：1衰曲線法整定副控制器參數(shù)，得=32%，T=15s 。 將副控制器的比例度置于32%上，用相同的方法，將主控制器的比例度由大到小逐漸調(diào)節(jié)，求得主控制器的=50%，T=7min 。 根據(jù)上述求得的各參數(shù)，運(yùn)用4：1衰減曲線法整定計(jì)算公式，計(jì)算主、副控制器的整定參數(shù)為 主控制器（溫度控制器）： 比例度=1.2=60%積分時(shí)間Ti = 0.5T=3.5min副控制器（流量控制器）： 比例度=32% 把上述計(jì)算的參數(shù)，按先比例后積分的次序，分別設(shè)置在主、副控制器上，并使串級(jí)控制系統(tǒng)在該參數(shù)下運(yùn)行，經(jīng)實(shí)際

10、運(yùn)行表明，氧化爐溫度穩(wěn)定，完全滿足生產(chǎn)工藝要求。 【例7】某串級(jí)控制系統(tǒng)采用兩步整定法整定控制器參數(shù)，測(cè)得41衰減過(guò)程的參數(shù)為：1s=8%，T1s=100s；2s=40%，T2s=10s。若已知主控制器選用PID規(guī)律，副控制器選用P規(guī)律。試求主、副控制器的參數(shù)值為多少？ 解：按簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中41衰減曲線法整定參數(shù)的計(jì)算表可計(jì)算出主控制器的參數(shù)值為：1=0.81s =6.4%； T11=0.3 T1s=30s； TD1=0.T1s=10s。副控制器的參數(shù)值為：2=2s=40%。思考題與習(xí)題1串級(jí)控制系統(tǒng)通常可用在哪些場(chǎng)合？ 2為什么說(shuō)串級(jí)控制系統(tǒng)中的主回路是定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)？

11、 3串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副被控變量應(yīng)如何選擇？ 4為什么說(shuō)串級(jí)控制系統(tǒng)由于副回路的存在能提高了系統(tǒng)的控制質(zhì)量？ 5怎樣選擇串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器的控制規(guī)律？ 6如何選擇串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器的正、反作用？ 7為什么說(shuō)串級(jí)系統(tǒng)主控制器的正、反作用只取決于主對(duì)象放大倍數(shù)的符號(hào)，而與其他環(huán)節(jié)無(wú)關(guān)？ 8 試說(shuō)明串級(jí)系統(tǒng)中， 當(dāng)干擾作用在副環(huán)時(shí)，只要主、副控制器其中之一有積分作用，就能保證主被控變量無(wú)余差。而當(dāng)干擾作用于主環(huán)時(shí)，只有主控制器有積分作用時(shí)，才能保證主被控變量無(wú)余差。 9 串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器參數(shù)的工程整定主要有哪兩種方法？ 10在設(shè)計(jì)某加熱爐出口溫度（主變量）與爐膛溫度（副變量）的串級(jí)控制方案中，主控制器采用PID控制規(guī)律，副控制器采用P控制規(guī)律。為了使系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)，采用兩步整定法整定主、副控制器參數(shù)，按41衰減曲線法測(cè)得： 試求主、副控制器的整定參數(shù)值。 11什么叫比值控制系統(tǒng)？ 12在比值控制系統(tǒng)中，什么是主動(dòng)物料，什么是從動(dòng)物料，如何選擇？ 13試畫(huà)出單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)圖，并說(shuō)明與串級(jí)控制系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。 14 某比值控制系統(tǒng)，已知主動(dòng)物料的量程從動(dòng)物料的量程為 ,且。試求： （1）若采用電動(dòng)型乘法器實(shí)現(xiàn)比值關(guān)系，求比值系數(shù)K和IB之值。 （2）若工藝要求為F1/F2=0.6，則此方案能