自動控製係統基本概念

自動控製係統主要由哪些環節組成？

解：自動控製係統主要由檢測變送器、控製器、執行器和被控對象等四個(ge) 環節組成。

圖為(wei) 某列管式蒸汽加熱器控製流程圖。試分別說明圖中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意義(yi) 。

解：PI-307表示就地安裝的壓力指示儀(yi) 表，工段號為(wei) 3，儀(yi) 表序號為(wei) 07；

TRC-303表示集中儀(yi) 表盤安裝的，具有指示記錄功能的溫度控製儀(yi) 表；工段號為(wei) 3，儀(yi) 表序號為(wei) 03；

FRC-305表示集中儀(yi) 表盤安裝的，具有指示記錄功能的流量控製儀(yi) 表；工段號為(wei) 3，儀(yi) 表序號為(wei) 05。

在自動控製係統中，測量變送裝置、控製器、執行器各起什麽(me) 作用？

解：測量變送裝置的功能是測量被控變量的大小並轉化為(wei) 一種特定的、統一的輸出信號（如氣壓信號或電壓、電流信號等）送往控製器；控製器接受測量變送器送來的信號，與(yu) 工藝上需要保持的被控變量的設定值相比較得出偏差，並按某種運算規律算出結果，然後將此結果用特定信號（氣壓或電流）發送出去執行器即控製閥，它能自動地根據控製器送來的信號值來改變閥門的開啟度，從(cong) 而改變操縱變量的大小。

試分別說明什麽(me) 是被控對象、被控變量、給定值、操縱變量、操縱介質？

解：被控對象（對象）——自動控製係統中，工藝參數需要控製的生產(chan) 過程、生產(chan) 設備或機器。

被控變量——被控對象內(nei) 要求保持設定值的工藝參數。控係統通常用該變量的名稱來稱呼，如溫度控製係統，壓力製係統等。

給定值（或設定值或期望值）——人們(men) 希望控製係統實現的目標，即被控變量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序變化的。

操縱變量（調節變量）——對被控變量具有較強的直接影響且便於(yu) 調節（操縱）的變量。或實現控製作用的變量。

操縱介質(操縱劑)——用來實現控製作用的物料。

如圖所示為(wei) 一反應器溫度控製係統示意圖。A、B兩(liang) 種物料進入反應器進行反應，通過改變進入夾套的冷卻水流量來控製反應器內(nei) 的溫度不變。試畫出該溫度控製係統的方塊圖，並指出該係統中的被控對象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量的幹擾是什麽(me) ？並說明該溫度控製係統是一個(ge) 具有負反饋的閉環係統。

解：該溫度控製係統的方塊圖

其中，被控對象：反應器；被控變量：反應器內(nei) 的溫度；操縱變量：冷卻水流量。

可能影響被控變量的幹擾因素主要有A、B兩(liang) 種物料的溫度、進料量，冷卻水的壓力、溫度，環境溫度的高低等。

若當反應器內(nei) 的被控溫度在幹擾作用下升高時，其測量值與(yu) 給定值比較，獲得偏差信號，經溫度控製器運算處理後，輸出控製信號去驅動控製閥，使其開度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應器內(nei) 的溫度降下來。所以該溫度控製係統是一個(ge) 具有負反饋的閉環控製係統。

如上題圖所示的溫度控製係統中，如果由於(yu) 進料溫度升高使反應器內(nei) 的溫度超過給定值，試說明此時該控製係統的工作情況，此時係統是如何通過控製作用來克服幹擾作用對被控變量影響的？

解：當反應器內(nei) 的溫度超過給定值（即升高）時，溫度測量元件測出溫度值與(yu) 給定值比較，溫度控製器TC將比較的偏差經過控製運算後，輸出控製信號使冷卻水閥門開度增大，從(cong) 而增大冷卻水流量，使反應器內(nei) 的溫度降下來，這樣克服幹擾作用對被控變量影響。

按給定值形式不同，自動控製係統可分哪幾類？

解：按給定值形式不同，自動控製係統可以分為(wei) 以下三類：

·定值控製係統——給定值恒定的控製係統。

·隨動控製係統（自動跟蹤係統）——給定值隨機變化的係統。

·程序控製係統——給定值按一定時間程序變化的係統。

某化學反應器工藝規定操作溫度為(wei) (900±10)℃。考慮安全因素，控製過程中溫度偏離給定值最大不得超過80℃。現設計的溫度定值控製係統，在最大階躍幹擾作用下的過渡過程曲線如題圖所示。試求該係統的過渡過程品質指標：最大偏差、超調量、衰減比、餘(yu) 差、振蕩周期和過渡時間（被控溫度進入新穩態值的±1%（即900´（±1%）=±9℃）的時間），並回答該控製係統能否滿足題中所給的工藝要求？

解：最大偏差A=950-900=50（℃）；

超調量B=950-908=42（℃）；

由於(yu) B¢=918-908=10（℃），所以，衰減比n=B:B¢=42:10=4.2；

餘(yu) 差C=908-900=8℃；

振蕩周期T=45-9=36(min)；

過渡時間ts=47min。

因為(wei) A=50℃<80℃，C=8℃<10℃，所以，該控製係統能滿足題中所給的工藝要求。

圖a是蒸汽加熱器的溫度控製原理圖。試畫出該係統的方塊圖，並指出被控對象、被控變量、操縱變量和可能存在的幹擾是什麽(me) ？現因生產(chan) 需要，要求出口物料溫度從(cong) 80℃提高到81℃，當儀(yi) 表給定值階躍變化後，被控變量的變化曲線如圖b所示。試求該係統的過渡過程品質指標：最大偏差、衰減比和餘(yu) 差（提示：該係統為(wei) 隨動控製係統，新的給定值為(wei) 81℃）。

解：蒸汽加熱器溫度控製係統的方塊圖如下圖所示。

其中：被控對象是蒸汽加熱器；被控變量是出口物料溫度；操縱變量是蒸汽流量。

可能存在的幹擾主要有：進口物料的流量、溫度的變化；加熱蒸汽的壓力、溫度的變化；環境溫度的變化等。

該係統的過渡過程品質指標：

最大偏差A=81.5-81=0.5（℃）；

由於(yu) B=81.5-80.7=0.8（℃），B¢=80.9-80.7=0.2（℃），所以，衰減比n=B:B¢=0.8:0.2=4；

餘(yu) 差C=80.7-81=-0.3（℃）。