第一章思考题及习题
1.1何谓控制通道？何谓干扰通道？它们的特性对控制系统质量有 什
么影响？
答：所谓“通道”，就是某个参数影响另外一个参数的通路，这里 所说的控制通道就是控制作用（一般的理解应当是控制器输出）〃（S ）对 即广义对
象上的控制通道）。
同理，干扰通道就是干扰作用F （s ）对被控参数Ms ） 的影响通路。
干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。
控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示
被控参 的影响 （一般的 是控制 通过执
数 心
通 路 理 解 作 用
行 器
影响 量坎 量通 象再
控制变 后
控制变 过被控对 影响被控 参数,
衰干扰通道特性対痩的幕1
表1・2控对控Mft*的
1.2如何选择控制变量？
答：①所选控制变量必须是可控的。
②所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数。
③所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小。
④所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。
⑤所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。
⑥在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。
一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制变量
1・3控制器的比例度6变化对控喘•］系统的控喘＞J精度有何影响？对控制系统的动态质量有何影响？
答：当G©二Kc时，即控制器为纯比例控制，则系统的余差与比例放大倍数成反比，也就是与比例度6成正比，即比例度越大，余差也就越大。
/C增大、6减小，控制精度提高（余差减小），但是系统的稳定性下降。
1.4 4： 1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么？
答：衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间刀放在最大，微分时间石放在最小，比例度放于适当数值（一般为100%）,然后使6由大往小逐渐改变，并在每改变一次6值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。
如果衰减比大于4： 6应继续减小，当衰减比小于4： 1时6应增大，直至过
渡过程呈现4： 1衰减时为止。
找到4： 1衰减振荡时的比例度6s,及
振荡周期：再按经验公式，可以算出采用不同类型控制器使过渡过
程出现4： 1振荡的控制器参数值。
依次将控
制器参数放好。
不过在放积分、微分之前应将
多放在比计算值稍大（约20%）的数值上，待
积分、微分放好后再将6放到计算值上。
放好
控制器参数后可以再加一次干扰，验证一下过
渡过程是否呈4： 1衰减振荡。
如果不符合要求，可适当调整一下6值，直到
达到满意为止。
1.5图1.41为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。
试问：
①影响物料出口温度的主要因素有哪些？
答：影响物料出口温度的主要有：蒸汽流量、物料流量为影响物料出口温度的主要因素。
②如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与控制变量应选哪些参数？为什么？
答：被控变量为物料出口温度，控制变量为蒸汽流量。
因为物料出口温度表征了系统的质量指标，蒸汽流量是可控的，无纯滞后，靠近控制阀，控制通道时间常数较小。
③如果物料在温度过低时会凝结，应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器的正、反作用？
答：为防止在气源供气中断，或控制器出故障而无输出时出现物料凝结，应选气闭式。
当出口温度降低时，要求蒸汽流量加大，即控制阀输入减小，控制器输出减小，此时控制器输入由于测量值减小而减小，控制器选正作用。
1.6图1.42为热交换器出口温度控制系统，要求确定在下面不同情况下控制阀开、闭形式及控制器的正、反作用：
①被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚。
答：控制阀气闭式，控制器的反作用。
②被加热物料在温度过低时会发生凝结。
答：控制阀气开式，控制器的正作用。
③ 如果控制变量为冷却水流量，该地区最低温度在o°c 以下，如 何防止热交换器被冻坏。
答：控制阀气闭式，控 制器的反作用。
1.7单回路系统方块图 如图1.43所示。
试问当系 统中某组
成环节的参数发 生变化时，系统质量会有何 变化？为什么？
答：当氐、«、&增加 时，系统的余差减小，但系 统稳定性下降。
〃增加时， 系统的工作频率降低，控制 速度变慢。
这样就不能及时 地克服干扰的影响，因而，系统的控制质量会越差。
"增加时，使系 统控制不及时，使动
态偏差增大，而且还会使系统的
稳定性降低。
K, 增加时，系统的余差也变大，即控制静态质量变差。
7；增加时，控制 过程的品质会提高。
厂增加时，质量没有影响。
8有一如图1.44所示的加热器，其正常操作温度为200°C,温 度控
制器得测量范围是150^250°C,当控制器输出变化1%时，蒸汽量 将改变3%,而蒸汽量增加1%,槽内温度将上升0. 2°C 。
又在正常操作 情况下，若液体流量增加1%,槽内温度将会下降l°C 。
假定所采用的 是纯比例式控制器，其比例度为100%,试求当设定值由200°C 提高到 220°C 时，待系统稳定后，槽内温度是多少摄氏度？
答：当设定值由200 °C 提高到220 °C 时，控制器输出变化
20/200=10%,蒸汽量增加30%,液体流量不变，槽内温度将上升0.2
恥①若耳增大；②若5增大；③若片堆大；④若习増大
图1・44习题1.8图
X30°C=6°C,所以待系统稳定后，槽内温度是206°Co
1.9在△庐50阶跃干扰作用下，测得某温度对象控制通道得响应数据如下：
根据上述数据用反应曲线法计算PI控制器参数。
答：从响应数据得干扰起作用点为0. 6min, 227°C,即r=0. 6min, 拐点为1.0min, 280°C,即7；=2. Omin-O. 6min=1.4 min,设采用III 型仪表，测量范围为100~250°C,所以，NP
刀二3・3 r=3. 3X0. 6=1.98 min
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