过程控制与仪表：控制系统解析及习题解答

"过程控制仪表及控制系统_课后习题答案(林德杰).pdf" 本文主要涉及的过程控制仪表及控制系统是工业自动化领域中的重要组成部分，主要目的是确保生产过程中的参数稳定在预设值。课后习题的答案涵盖了这一主题的基本概念和关键知识点。 首先，我们来看一个具体的例子，即温度控制系统。如描述中提到的，这个系统应用于乙炔发生器，通过检测并调节乙炔发生器内部的温度。当电石与冷水反应产生乙炔气体并释放热量时，温度会升高。为了保持温度在设定值，系统通过温度检测器监测实际温度并与给定值进行比较，产生偏差信号。控制器根据这个偏差调整调节阀，改变冷水的流量，从而控制乙炔发生器的温度。在这个例子中，被控过程是乙炔发生器的温度变化，被控参数是乙炔发生器内部温度，控制参数是冷水流量。 接着，我们讨论了过程控制系统的分类。常见的类型有： 1. 反馈控制系统：这种系统基于被控参数与给定值的偏差进行操作，通过调整控制设备来减少或消除偏差。它是闭环控制，因为存在反馈机制，可以自动调整以达到期望的性能。 2. 前馈控制系统：前馈控制是根据扰动（如环境变化）的大小来调整控制，但不依赖于被控参数的反馈，因此属于开环控制。由于没有反馈，它不能单独确保系统的稳定性。 3. 前馈-反馈控制系统：结合了前馈和反馈的优点，既能快速响应主要扰动，又能通过反馈来补偿其他扰动，以提高控制精度和系统的稳定性。 在评价过程控制系统性能时，通常关注以下指标： 1. 余差（静态偏差）：这是系统稳定后被控参数的新值与给定值之间的差距，反映系统的稳态精度。理想的余差应尽可能小。 2. 衰减比：衡量系统动态稳定性的指标，表示振荡过程中相邻峰值的比值。如果衰减比小于1，系统不稳定；等于1，则为等幅振荡；大于1则表明系统是稳定的，一般期望衰减比接近4，代表4:1的衰减振荡。 3. 最大偏差：在系统响应过程中，被控参数偏离其给定值的最大值，反映了系统的动态响应特性。 这些概念和指标对于理解和设计高效的过程控制系统至关重要，它们帮助工程师优化系统性能，确保生产过程的安全和效率。