p K A
P
K
P
At
T
I
得
T
I
K 30. 28. 30 P At 10( s) p K A 1 20. 0.13
P
5-10 某台 DDZ —Ⅲ型比例积分控制器，比例度 为 100％，积分时间 TI 为 2min。稳态时，输出为 5mA。 某瞬间，输入突然增加了 0.2mA ，试问经过 5min 后，输出将由 5mA 变化到多少？
解 控制器的放大倍数
KP=1/ =1/100%=1
控制器的积分时间 TI=2min ，稳态输出 p0=5mA ；控制器的输入变化量为 则输出变化量
A=0.2mA 。经历时间 t=5min 。
K P 1 p K A At 1 0.2 0.2 5 0.7 (mA) P T I 2
所以，经历时间 5min 后，控制器的输出为
p=p0+ p=5+0.7=5.7(mA)
2 和 12 题 7-2 图是一反应器温度控制系统示意图。试画出这一系统的方块图，并说明各方块的含义，指出 它们具体代表什么？假定该反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定温度，以利反应进行，但温度不 允许过高，否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式和控制器的正、反作用。
题 7-2 图 反应器温度控制系统
解 该反应器温度控制系统方块图如下图所示。
题解 7-2 图 反应器温度控制系统方块图
其中：被控对象是反应器；被控变量是反应器内温度；操纵变量是蒸汽流量；控制器是温度控制器
根据工艺要求，执行器应为气开型式；蒸汽流量增加时，反应器内温度升高，被控对象是 所以，控制器应为 “反 ”作用。
5-12 试写出比例积分微分（ PID ）三作用控制规律的数学表达式。
解 PID 控制器的控制规律的数学表达式为
TC。 “正 ”作用；
1
p K
P
de dt
e
T
1
edt TD
其中， e—输入变化量； p—相应的输出变化量； KP—放大倍数； TI —称为积分时间； TD —微分时间。 13、试确定题 7-13 图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。
（1）题 7-13(a) 图为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，否则容易分解； （2）题 7-13(b) 图为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，否则容易结晶。
题 7-13 图 温度控制系统
解 （1）根据工艺要求，题 7-13(a) 图所示加热器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；加热 剂流量增加时，加热器内温度升高，被控对象是 增加时，冷却器内温度降低，被控对象是
“正 ”作用，所以，控制器应为 “反 ”作用。
（2）根据工艺要求，题 7-13(b) 图所示冷却器出口物料温度控制系统，执行器应为气开阀；冷剂流量
“反 ”作用，所以，控制器应为 “正 ”作用。
(有差控制 ) (无差控制 )
所以不能单独使用这种控制器，
5-13 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点。
解 比例控制规律的特点是反应快，控制及时；存在余差 积分控制规律的特点是控制动作缓慢，控制不及时；无余差 微分控制规律的特点是控制响应快，故有
超前控制 之称；但它的输出不能反映偏差的大小，假如偏差
固定， 即使数值很大， 微分作用也没有输出， 因而控制结果不能消除偏差， 它常与比例或比例积分组合构成比例微分或比例积分微分控制器。
3、试简述家用电冰箱的工作过程，画出其控制系统的方框图。
14、题 7-14 图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两种情况下，分别 确定执行器的气开、气关型式及控制器的正、反作用。
（1）选择流入量 Qi 为操纵变量； （2）选择流出量 Qo 为操纵变量。
题 7-14 图 液位控制
解 （1）当选择流入量 Qi 为操纵变量时，为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气开 阀；由于被控对象是 “正 ”作用，所以，控制器应为 “反 ”作用。
（2）当选择流入量 Qo 为操纵变量时， 为满足贮 槽内液体严格禁止溢出的工艺要求， 阀；此时被控对象是 “反 ”作用，所以，控制器应为 “反 ”作用。 P199
执行器应为气关
5、题 8-7 图所示为聚合釜温度控制系统。试问：
（1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图；
（2）如果聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关型式； （3）确定主、副控制器的正、反作用； （4）简述当冷却水压力变化时的控制过程；
（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？
（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制 器的正、反作用。
题 8-5 图 聚合釜温度控制系统
解 （1）这是一个温度 -流量串级控制系统，其方块图如下：
题解 8-5 图 1 温度-流量串级控制系统的方块图
其中：主对象是聚合釜，主变量是聚合釜内的温度，主控制器是温度控制器 变量是冷却水流量，副控制器是流量控制器
FC；操纵变量是冷却水流量。
“反 ”作用）。
（2）如果聚合釜的温度不允许过高，控制阀应为气关型式（ 作用。
当主变量（聚合釜内的温度）增加时，要使主变量减小，要求控制阀关小；副变量（冷却水流量）增 加时，要使副变量减小，要求控制阀关大。因此主控制器 首先，流量增大，副控制器 聚合釜温度降低，主控制器 影响。
（5）如果冷却水温度经常波动，则应选择冷却水温度作为副变量，构成温度 题解 8-5 图 2 所示。
-温度串级控制系统。如
TC 应为 “正 ”作用。
（4）当冷却水压力变化（如压力增大）时，在控制阀开度不变时，其流量增大，聚合釜温度会降低。
FC 输出信号增大（ “正 ”作用），使气关阀门开度减小，减小冷却水流量；其次， TC 输出减小（ “正”作用），FC 给定值减小， FC 输出增大，进一步关小控制阀，
TC；副对象是冷却水管道，副
（3）由于副变量就是操纵变量 （冷却水流量） 本身， 所以副对象是 “正 ”作用，因此副控制器 FC 为“正”
减小冷却水流量。这样可以有效地控制因冷却水压力增大，导致其流量增大所造成的聚合釜内温度降低的
题解 8-5 图 2 聚合釜温度 -冷却水温度串级控制系统
（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，其原理图如题解 前所示，但其中的副对象是聚合釜夹套，副变量是夹套内的水温，副控制器是温度控制器
8-5 图 3 所示。方块图如
T2C。副控制器
T2C 为“反 ”作用，主控制器 T1C 也为 “反”作用。
题 8-9 图 串级均匀控制系统
9、10、题 8-9 图是串级均匀控制系统示意图，试画出该系统的方块图，并分析这个方案与普通串级控制系 统的异同点。如果控制阀选择为气开式，试确定
LC 和 FC 控制器的正、反作用。
FC；操纵变量是
解 控制系统的方块图（略） 。该控制系统的主对象是贮液罐，主变量是贮液罐内的液位，主控制器 是液位控制器 LC；副对象是排液管管道，副变量是排出液流量，副控制器是流量控制器 排出液流量。
该串级控制系统的副变量就是其操纵变量本身。 当控制阀选择为气开式时，
LC 应为 “正”作用， FC 应为 “反”作用。
5-26 请写出下面对应的 ACMY-S80 的 STL 指令
解 （1）LD
OR LD NOT OR NOT AND LD AND OUT
00000 00003 00001 00004 00002 -01000
（2）LD
LD OR LD OR NOT AND LD OR LD AND OUT
00000 00002 00005 00003 00006
00001 01000
P168 第 9 题未收录见书 P161
第 6 章 执行器
6-1 气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？
解 气动执行器由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据输 入控制信号的大小产生相应的推力
F 和直线位移 l，推动控制机构动作，所以它是将控制信号的大小转换
为阀杆位移的装置；控制机构是执行器的控制部分，它直接与操纵介质接触，控制流体的流量，所以它是 将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。
6-4 试分别说明什么叫控制阀的流量特性和理想流量特性？
Q Q
m ax
常用的控制阀理想流量特性有哪些？
解 控制阀的流量特性是指操纵介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系：
l f L
式中， 相对流量 Q/Qmax 是控制阀某一开度时流量 度行程 l 与全开行程 L 之比。
Q 与全开时流量 Qmax 之比； 相对开度 l/L 是控制阀某一开
在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。主要有：
直线流量特性
Q
Q
max
1 l ； 1 ( R 1)
R L
l
等百分比（对数）流量特性
Q
L
1
；
R
Q
max
抛物线流量特性
1 2
d Q Q
max
Q K
d l L
Q
max
2
；
快开流量特性
等四种。
6-7 什么叫控制阀的可调范围？
Q
max
Q
l 1
1 ( R 1) R L
在串、并联管道中可调范围为什么会变化？
Qmax 与最小流量 Qmin 的比值，即
解 控制阀的可调范围（可调比）是其所能控制的最大流量
Q R max
Q
min
在串、并联管道中，由于分压和分流作用，可调范围都会变小。
6-8 已知阀的最大流量 Qmax＝50m
3/h，可调范围 R＝30。 （1）计算其最小流量 Qmin，并说明 Qmin 是否就是阀的泄漏量。 （2）若阀的流量特性为直线流量特性，问在理想情况下阀的相对行程 （3）若阀的流量特性为等百分比流量特性，
解 （1）由
l/L 为 0.2 及 0.8 时的流量值 Q。
0.2 及 0.8 时的流量值 Q。
问在理想情况下阀的相对行程为
Q
max
Q
max
50 30
3
R
Q
m in
，得Qmin 1.67 (m / h) 。Qmin 不是阀的泄漏量，而是比泄漏量
R
大的可以控制的最小流量。
（2）由直线流量特性
Q
Q
max
1 l ，得 1 (R 1)
R L Q
Q
max
R
3
l ，
1 (R 1) L
50
l/L= 0.2 时， Q0
.2
1 (30 1) 0.2 30 50
11.33( m / h)
3
化工仪表与自动化-课后-答案-第5版-厉玉鸣-(史上最全版本)
