第3章 习题与思考题
1. 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？ 解答：
1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。
2. 比例控制为什么会产生余差？
解答：
产生余差的原因：比例控制器的输出信号y与输入偏差e之间成比例关系：
为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来
讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。
3. 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？
解答：
1）积分控制作用的输出变化量y是输入偏差e的积分：
2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。
4. 试述积分时间对控制过程的影响。
解答：
在实际的控制器中，常用积分时间Ti来表示积分作用的强弱，在数值上，Ti=1／K i 。显然，Ti越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。
5. 试写出比例、积分、微分（PID）三作用控制规律的数学表达式。
解答：
6. 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？
解答：
1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。
2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。
3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。
7. DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别？各用在什么条件下？
解答：iview
1）软手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成积分关系； 硬手动操作是指调节器的输出电流I0与手动操作的输入信号成比例关系。
2）软手动操作：系统投运
硬手动操作：系统故障
8. 什么叫控制器的无扰动切换？
解答：
调节器进行状态转换后，输出值不发生跳动，即状态转换无冲击。
9. PID调节器中，比例度P、积分时间常数、微分时间常数分别具有什么含义？在调节器动作过程中分别产生什么影响？若将取∞、取0，分别代表调节器处于什么状态？
解答：
比例度P含义：使控制器的输出变化满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应的输入测量值变化占仪表输入量程的百分比。比例作用的强弱取决于比例度的大小。
积分时间常数含义：越小，积分作用越强；越大积分作用越弱；若将取∞，则积分作用消失。
微分时间常数含义：越大，微分作用越强；取0，微分作用消失。
第4章 思考题与习题
1. 气动调节阀主要由哪两部分组成？各起什么作用？
解答：
1）执行机构和调节机构。
2）执行机构的作用：按调节器输出的控制信号，驱动调节机构动作；
调节机构的作用：由阀芯在阀体内的移动，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而改变被控介质的流量。 2. 试问调节阀的结构有哪些主要类型？各使用在什么场合？
解答：
1）类型：直通单座阀、直通双座阀。
2）直通单座阀使用场合：小口径、低压差的场合；
直通双座阀使用场合：大口径、大压差的场合。
3. 什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性？常用的调节阀理想流量特性有哪些？ 解答：
1）理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性，也叫理想流量特性。
工作流量特性：在实际的工艺装置上，调节阀由于和其他阀门、设备、管道等串连使用，阀门两端的压差随流量变化而变化，这时的流量特性称为工作流量特性。
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2）常用理想流量特性：直线流量特性、等百分比（对数）流量特性、
快开特性
4. 什么是串联管道中的阀阻比？值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变？
解答：
1）阀阻比：用阀阻比表示存在管道阻力的情况下，阀门全开时，阀门前后的最小压差占总压力po的比值。
2）在S＜1时，由于串联管道阻力的影响，使阀门开大时流量达不到预期的值，也就是阀的可调范围变小。随着S值的减小，直线特性渐渐区于快开特性，等百分比特性渐渐趋近于直线特性。
5. 什么叫气动调节阀的气开式与气关式？其选择原则是什么？
解答：
1）气开式：无压力信号时阀门全闭，随着压力信号增大，阀门逐渐开大的气动调节阀为气开式。
气关式：无压力信号时阀门全开，随着压力信号增大，阀门逐渐关小的气动调节阀为气关式。
2）选择原则：从工艺生产安全考虑，一旦控制系统发生故障、信号中断时，调节
6. 试述电/气转换器的用途与工作原理。
解答：
1）用途： 为了使气动阀能够接收电动调节器的输出信号，必须使用电／气转换器把调节器输出的标准电流信换为20～100kPa的标准气压信号。
2）原理：在杠杆的最左端安装了一个线圈，该线圈能在永久磁铁得气隙中自由地上下运动，由电动调节器送来得电流I通入线圈。当输入电流I增大时，线圈与磁铁间产生得吸力增大，使杠杆左端下移，并带动安杠杆上的挡板靠近喷嘴，改变喷嘴和挡板之间的间隙。
喷嘴挡板机构是气动仪表中最基本的变换和放大环节，能将挡板对于喷嘴的微小位移灵敏地变换为气压信号。经过气动功率放大器的放大后，输出20～l00kPa的气压信号p去推动阀门。
7. 试述电/气阀门定位器的基本原理与工作过程。
解答：
在杠杆上绕有力线圈，并置于磁场之中。当输入电流I增大时，力线圈产生的磁场与永久磁铁相作用，使杠杆绕支点O顺时针转动，带动挡板靠近喷嘴，使其背压增大，经气动功率放大器放大后，推动薄膜执行机构使阀杆移动。
8. 在蒸气锅炉运行过程中，必须满足汽-水平衡关系，汽包水位是一个十分主要的指标。当液位过低时，汽包中的水易被烧干引发生产事故，甚至会发生爆炸，为此设计如图所示的液位控制系统。试确定调节阀的气开、气关方式和调节阀LC正、反作用；画出该控制系统的框图。
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解答：
1）调节阀：气关方式。
2）调节器：正作用。
3）框图：
9. 在如图所示的化工过程中，化学反应为吸热反应。为使化学反应持续进行，必须用热水通过加热套加热反应物料，以保证化学反应在规定的温度下进行。如果温度太低，不但会导致反映停止，还会使物料产生聚合凝固导致设备堵塞，为生产过程再次运行造成麻烦甚至损坏设备。为此设计如图所示的温度控制系统。试确定调节阀的气开、气关方式和调节阀的TC正、反作用；画出该控制系统的框图。
解答：
1）调节阀：气开式。
2）调节器：反作用。
科协论坛3）框图：
10. 如图所示热交换器，将进入其中的冷却物料加热到设定温度。工艺要求热物料温度的，而且不能发生过热情况，以免造成生产事故。试设计一个简单控制系统，实现热物料的温度控制，并确定调节阀的气开、气关方式，调节器的正反作用方式，以及调节器的调节规律。
解答：
1）被控参数选择：
热交换器出口温度。
2）控制参数选择：
载热介质流量。
测绘与空间地理信息3）检测仪表选择：
温度传感器与温度变送器。
4）调节阀选择：
流量特性选择：对数流量特性。
气开、气关方式选择：气开。
5）调节器选择：
调节规律选择：PI或PID。
正反作用方式选择：反作用方式。
系统各环节正、负符号判别：被控过程：＋；变送器：＋；调节阀：＋；
根据系统构成负反馈条件：各环节符号之积必为“－”，则调节器为“－”。
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