热交换器原理与设计答案Word文档下载推荐.docx
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于主对象放大倍数的符号。
如果主对象放大倍数的符号为正,则主控制器为反作用,反之,则主控制器为正作用。
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看？
副回路所起的作用是使副变量根据主调节器输出进行控制，是一随动系统。
因此整个副回路可视为一放大倍数为正的环节来看。
2．6试说明在整个串级控制系统中主、副控制器之一的正、反作用方式选错会造成怎样的危害？
当主、副控制器有一个正反作用方式选错时,就会造成系统的主回路或副回路按正反馈控制,当被控变量出现偏差时,系统不仅不向着消除偏差的方向校正,
反而使被控变量远离给定值。
2．7图2-20所示的反应釜内进行的是化学放热反应，，而釜内温度过高会发生事故，因此采用夹套通冷却水来进行冷却，以带走反应过程中所产生的热量。
由于工艺对该反应温度控制精度要求很高，单回路满足不了要求，需用串级控制。
⑴当冷却水压力波动是主要干扰时，应怎样组成串级？
画出系统结构图。
⑵当冷却水入口温度波动是主要干扰时，应怎样组成串级？
⑶对以上两种不同控制方案选择控制阀的气开、气关形式及主、副控制器的正、反作用方式。
（1）选冷水流量为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.
（2）夹套温度为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.
2．8图2-21为一管式炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统。
要求：
⑴选择阀的开闭形式？
⑵确定主、副控制器的正、反作用方式？
⑶在系统稳定的情况下，如果燃料压力突然升高，结合控制阀的开闭形式及控制器的正、反作用方式，分析串级系统的工作过程。
（1）气开阀
（2）主控制器反作用,副控制器反作
用。
（3）如果燃料气的p1突然生高，
副回路首先有一个“粗调”：
p1↑?
f1↑?
t2↑?
u2↓?
f1↓
没有完全被副回路克服的部
分干扰，通过主回路“细调”：
t2↑?
t1↑?
u1↓?
f1↓?
t2↓?
t1↓
2．9某干燥器采用夹套加热和真空吸收并行的方式来干燥物料。
干燥温度过高会使物料物性发生变化，这是不允许的，因此要求对干燥温度进行严格控制。
夹套通入的是经列管式加热器加热的热水，而加热器采用的是饱和蒸汽，流程如图2-22所示。
⑴如果冷却水流量波动是主要干扰，应采用何种控制方案？
⑵如果蒸汽压力波动是主要干扰，应采用何种控制方案？
⑶如果冷却水流量和蒸汽压力都经常波动，应采用何种控制方案？
（1）以热水温度为副变量,干燥器出口温度为主变量，蒸汽流量为操纵变量构成温度温度串级系统，冷水流量单独设计流量单回路系统
理由：
当被控变量为干燥器出口温度时，不宜选冷水流量做操纵变量，故单独设计流量单回路系统抑制冷水流量波动。
以干燥器出口温度为被控量、蒸汽流量为操纵变量的控制系统中，控制通道太长，存在较大的时间常数和纯滞后，故选择换热器出口温度为副变量，构
成串级系统，利用副回路减小等效时间常数。
（2）以热水温度为为副变量,干燥器的温度为主变量串级系统。
将蒸汽压力波动这一主要干扰包含在副回路中,利用副回路的快速有效克服干扰作用抑制蒸汽压力波动对干燥器出口的温度的影响.
（3）采用与
（1）相同方案。
理由同
（1）。
第三章比值控制系统
3.1比值与比值系数的含义有什么不同?
它们之间有什么关系？
fk?
2答：
①比值指工艺物料流量之比，即从流量与主流量之比：
；
f1i2?
imin比值系数指副、主流量变送器输出电流信号之比，即：
k?
?
i1?
imin二者之间的关系由下式决定：
ff（变送器输出与流量成线性关系时）（变送器输出与流量成平方关系时）?
k?
（k1max）2k?
k1max
f2maxf2max3.2用除法器进行比值运算时，对输入信号的安排有什么要求？
应使除法器输出小于1。
除法器输出值既仪表比值系数，需要通过副流量调节器的
内给定设置，大于1无法设定、等于1无法现场整定。
3.3什么是比值控制系统？
它有哪几种类型?
画出它们的结构原理图。
答：
比值控制系统就是实现副流量f2与主流量f1成一定比值关系，满足关系式：
f2
f1
的控制系统。
比值控制系统的类型：
开环、单闭环、双闭环、变比值、串级－比值控制系统。
原理图见教材。
3.4用除法器组成比值系统与用乘法器组成比值系统有何不同之处？
①系统结构不同，实现比值控制的设备不同。
②比值系数的设置方法不同，乘法方案通过在乘法器的一个输入端，输入一个外加电流信号i0设置；
除法方案通过副流量调节器的内给定设置。
3.5在用除法器构成的比值控制系统中，除法器的非线性对比值控制有什么影响？
除法器环节的静态放大倍数与负荷成反比。
3.6为什么4：
1整定方法不适用于比值控制系统的整定？
单闭环比值控制系统、双闭环的副流量回路、变比值回路均为随动控制系统，希望副流量跟随主流量变化，始终保持固定的配比关系。
出现4：
1振荡时，固定配比关系不能保证。
3.7当比值控制系统通过计算求得比值系数
值控制？
1时，能否仍用乘法器组成比值控制？
能否改变一下系统结构，仍用乘法器构成比
1时，计算所得的乘法器的一个外加输入电流答：
当比值控制系统通过计算求得比值系数大于1时，不能用乘法器组成比值控制。
因为当
信号i0大于20ma,超出乘法器的输入范围。
不用改变系统结构，只要调整f2max保证k＇〈1即可。
1max22?
（?
0.81f2max22000‘
1
‘
1系统稳定时：
i?
i2k’?
i?
i2?
4i?
4?
i1?
4i1?
4k?
（k（i1?
4）（i0?
4）i?
4,?
0?
0.811616
i0?
16k?
16?
0.81?
16.96ma
3.9某化学反应过程要求参与反应的a、b两物料保持fa:
fb?
4:
2.5的比例，两物料的最大流量
famax?
625m3/h,fbmax?
290m3/h。
通过观察发现a、b两物料流量因管线压力波动而经常变化。
根据上述情况，要求：
①设计一个比较合适的比值控制系统。
②计算该比值系统的比值系数。
③在该比值系统中，比值系数应设置于何处？
设置值应该是多少（假定采用ddz-iii型仪表）。
④选择该比值控制系统控制阀的开闭形式及控制器的正、反作用。
解：
①系统设计如下：
famax22.56252）?
）?
1.81fbmax4290
③k?
1，所以要将fbmax调大。
2.5?
625?
390.625所以fbmax?
kfamxa?
4
f2.56252取fbmax?
450k?
（kamax）2?
0.75fbmax4450
比值系数k＇通过i设置，i0?
16ma②k?
（k0
④选择a阀为气开阀，主对象为正环节，测量变送为正环节，则主调节器为反作用。
选取b阀为气开阀，副对象为正环节，测量变送为正环节，则副调节器为反作用。
3.10在硝酸生产过程中有一氧化工序，其任务是将氨氧化成一氧化氮。
为了提高氧化率，要求维持氨与氧的比例为2：
1。
该比值控制系统采用如
图所示的结构形式。
已知f氨max?
12000m3/h,f氧max?
5000m3/h。
试求比值系数k’=？
如果上述比值控制用
i0应该是多少？
ddz-ii型仪表来实现，比值系数的设置
kf氨maxf氧max112000?
1.2?
125000
调整副流量的测量上限，使k＜1’
取k?
0.8，则f氧max?
7500即可。
10k?
10?
0.8?
8ma
3.11有一个比值控制系统如图所示。
图中k为一系数。
若已知k=2，试求k?
？
300kg/h,fbmax?
1000kg/h，对于ddz-ii，
k=？
ib11?
iak2
f30021k?
（k）?
2.36fbmax10002
3.12一双闭环比值控制系统如图所示。
其比值用ddz-iii型乘法器来实现。
已知
要求：
①画出该系统方块图。
18ma求该比值系统的比值k=？
比值系数k?
③待该比值系统稳定时，测i1?
10ma，试计算此时i2=？
②若已知
①f1max?
7000kg/h,f2max
4000kg/h。
②系统稳定时：
‘i1?
i2
’‘i2?
1
（i1?
1616
00
1max
③
2max
2max2
11max
21
第五章前馈控制系统
5．1前馈控制与反馈控制各有什么特点？
反馈控制的特点：
优点：
能够克服各种干扰。
只要干扰对被控变量造成影响，就有控制校正作用。
缺点：
反馈控制不及时，是一个有差控制系统。
反馈控制系统只有被控变量在干扰作用下出现偏差时，才有校正作用，干扰总存在，偏差
总存在。
前馈控制的特点：
（1）前馈控制根据干扰进行，控制及时。
如果前馈控制规律恰当，理论上可完全消除干扰的影响
（2）前馈控制是一种开环控制，被控变量并不经测量反馈到输入端。
不能保证控制效果。
（3）前馈控制需要对干扰进行测量，才能进行控制。
通常只测量一种干扰，因而只能克服一种干扰。
（4）前馈控制器的控制规律是经过对干扰通道与控制通道的特性计算而得是一种专用的控制器，在工程上，精确的通道特性难以获取，精确
的前馈控制规律难以实现。
5．2纯前馈控制在生产过程中为什么很少采用？
单纯的前馈由于存在以下两三方面问题，其控制效果往往并不理想，因此在生产中很少使用。
这主要表现在：
（1）单纯前馈是一种开环控制，不能保证控制效果。
不存在被控变量的反馈，即对于补偿的效果没有检验的手段。
这样，在前馈作用的控制结果并没有最后消除被控变量偏差时，系统无法得到这一信息而作进一步的校正。
（2）单纯前馈通常只能克服一种干扰。
由于实际工业对象存在着多个干扰，为了补偿它们对被控变量的影响，势必要设计多个前馈通道，因此单纯前馈就不能很好控制。
（3）准确的的前馈控制规律工程上难以实现。
5．3前馈---反馈控制具有哪些优点？
前馈--反馈系统的优点：
前馈控制系统与反馈控制系统优势互补，主要表现在：
（1）过渡过程时间、超调量大大降低。
由于引入了前馈控制，当主要干扰一出现时，同步施加了一个前馈校正作用，消除或大大降低了对被控变量的影响，因而使反馈控制的超调量、过渡过程时间大大降低。
前馈补偿了反馈的缺点。
（2）反馈回路的存在，为前馈控制的工程实现创造了条件。
前馈不能补偿的部分可由反馈校正，降低了前馈控制模型的精度要求，便于工程实现。
（3）具有一定的自适应性：
负荷或工况变化时，模型特性也要变化，可由反馈控制加以补偿。
5．4为什么前馈控制器不能采用常规的控制器？
4,i?
18ma?
14?
0.87516fk?
kfi?
fk
kk?
0.875?
40001?
70002i?
（i?
4）?
（10?
9.25ma
【篇二：
自动控制原理课后习题答案】
试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。
自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。
控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。
如下图所示为自动控制系统的基本组成。
开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。
此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。
开环控制的特点是：
输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；
系统的精度与组成的元器件精度密切相关；
系统的稳定性不是主要问题；
系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。
闭环控制的特点是：
输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；
可由低精度元件组成高精度系统。
闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。
1-2请说明自动控制系统的基本性能要求。
自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。
稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。
稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。
对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。
对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。
快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。
在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。
准确性用稳态误差来衡量。
在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。
显然，这种误差越小，表示系统的精度越高，准确性越好。
当准确性与快速性有矛盾时，应兼顾这两方面的要求。
1-3请给出图1-4炉温控制系统的方框图。
1-4请给出图1-7热工水温控制系统方框图，说明系统如何工作以保持热水温度为期望值，并指出被控对象、控制装置、测量装置及输入量和输出量。
冷水
冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，得到一定温度的热水，冷水流量变化用流量计测量，温度传感器不断测量热水温度，并在温度控制器中与给定温度比较，当实际水温高于设定温度值时，输出的偏差会控制蒸汽阀门关小，进入热交换器的蒸汽量减少，水温降低，直至偏差为零。
在该系统中，冷水流量为扰动量，当冷水流量变大时，热水温度将有所降低。
当流量计测得冷水流量变化时，系统按前馈控制温度控制器，使其阀门开大或关小来改变蒸汽量，从而补偿因冷水流量变化引起的热水温度变化。
被控对象：
热交换器；
控制装置：
温度控制器；
测量装置：
流量计和温度计；
输入量：
给定水温；
输出量：
实际水温。
1-5如图
1-12所示的家用电冰箱控制系统示意图，请画出电冰箱温度控制系统原理方框图，并说明其工作原理。
控制盒是一个控制装置。
冰箱室温由控制盒中元件设定，温度检测转换装置反应冰箱实际室温的变化。
室温的设定值与实际值比较，其偏差通过控制盒校正装置，控制继电器闭合或断开，从而控制压缩机的运行或停止。
由于压缩机的作用，管道内循环气体的温度得到改变，蒸发器向室内散发冷气，直至箱体室温与设定室温一致。
1-6图1-13为谷物湿度控制系统示意图。
在谷物磨粉生产过程中，磨粉前需控制谷物湿度，以达到最多的出粉量。
谷物按一定流量通过加水点，加水量由自动阀门控制。
加水过程中，谷物流量、加水前谷物湿度及水压都是对谷物湿度的扰动。
为提高控制精度，系统中采用了谷物湿度顺馈控制，试画出系统方框图。
输入谷物
第二章控制系统数学模型
2-1请列写出图2-53的系统传递函数，输入量为ui（t），输出量为uo（t）。
ci1dt?
r1?
01?
ui?
uouo?
r1
2i2?
ci2dt2?
sci1?
s?
r1i1?
r1i2?
01
uo?
u1
o?
r2i2?
sci2?
2
i2?
r1?
2?
sc?
r1
1?
r?
1?
r2?
sc?
2?
u?
sus?
sc1?
sc2?
ri1
2sc12-3试推出图2-55中无源网络的微分方程。
uo?
r1r2cs
urris?
r1r2csuo?
r1r2csui?
r2ui?
r1r2cuo?
t?
r1r2cui?
1）
2）3）
4）
5）6）
7）8）9）1）2）3）
（（
（（（
（
2-5已知系统的传递函数为：
系统的单位阶跃响应。
c?
rs?
，系统初始条件为c?
1，c?
0，试求
s2?
3s?
2
s2?
（1）c?
ss?
1s?
1e?
ate?
bte?
ctf?
（2）?
as?
bs?
c?
b?
ac?
aa?
bc?
ba?
cb?
142
（3）?
2e?
e?
2t,constant?
1（4）
2-6某系统在阶跃信号r（t）=1（t）、零初始条件下的输出响应c?
2t?
t，试求系统的传递函数g（s）和脉冲响应c?
。
111
（1）ss?
2s?
（2）s
4s?
（3）g?
rss2?
t（4）
2-7系统微分方程组：
x1?
n1?
x2?
k1x1?
x3?
x2?
x5?
x3?
dt
x5?
x4?
k2n2?
t
dx4?
d2c?
dt2
dc?
dt
k0x5?
式中，k0、k1、k2和t均为常数，试建立以r?
、n1?
、n2?
为输入量，以c?
为输出量的系统结构图。
n2?
r?
2-8已知系统结构图如图2-56所示，当r?
0、n?
0时，试求：
（1）e?
到c?
的前向通道传递函数g?
（2）e?
到b?
的开环传递函数gk?
（3）r?
到e?
的误差传递函数ge?
（4）r?
的闭环传递函数gb?
g?
k1
（1）ts?
k1k2
（2）ts?
gk?
ge?
（3）121?
ts?
gb?
（4）
121?
2-9试通过结构图等效变换，求图2-57所示各控制系统传递函数c?
/r?
ga?
gb?
gc?
gd?
g1g2?
g2g3
（1）
g2h1?
g1g2h2
（2）
g1g2h1
g1g2g3
（3）
g1h1?
g2h2?
g3h3?
g1h1g3h3
g1g2g3g4
（4）
g1g2g3g4h3?
g2g3h1?
g3g4h2
2-10用结构图化简的方法，将图2-58所示结构图化简，并求出其给定信号和扰动信号的闭环传递函数。
gr?
gn?
g1g2g3g4?
g1g2g5
g1g2g3g4?
g1g2g5?
g2g3h
gng1g2g3g4?
gng1g2g5?
g3g4?
g5
2-1
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