2024年5月20日发(作者：子车听春)
反应器温度控制系统
1
)该温度控制系统的方块图
反应器温度控制系统方块图
(
2
)被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；控制变量：冷却水流量。 可能影响被控变量的干扰因素主要
有
温度，环境温度的高低等。
锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个 十分重要的参数。水位过高，
会使蒸汽带液。 降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设 备。而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚
至引起爆炸。因此，必须对汽包水位 进行严格的控制。图
1-16
是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：
A
、
B
两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、
(1)
画出该控制系统方块图；
(2)
指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么
?
(3)
当蒸汽负荷忽然增加，该系统如何实现自动控制？
(1) (2)
被控对象：锅炉汽包。被控变量：锅炉汽包水位。操纵变量：锅炉给水量。扰动量：冷 水温度、压力、蒸汽压
力、流量，燃烧状况等。
(3)
当蒸汽负荷突然增加，会导致汽包水位下降，液位变送器检测到液位
h
下降信号并与设 定水位
h0
进行比较，将
偏差信号传给控制器，控制器使执行器动作，增大阀门开度，使冷 却水流量增加，从而降低加热室燃烧程度，进一步
使得汽包液位升高。
P17-P18
，精度等级为
用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿
?
其冷端温度补偿的方法有哪几种
?
解：(
1
)热电偶的热电势只有当
TO
(或
tO
)恒定是才是被测温度
T
(或
t
)的单值函数。 热电偶标准分度表是以
T0
=
0
C
为参考温度条件下测试制定的，只有保持
T0
=
0
C,
才能直
接应用分度表或分度曲线。若
TO
M
0
C,
则应进行冷端补偿和处理。
(
2
)冷端温度补偿的方法有：延长导线法，
0
C
恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补
AD59O
是一个电流型集成式温度测量元件，能够从端口输出与绝对温度成比例的电流，然 后利用利用
10K
电阻将
电流信号转换为相应的电压变化值，由变送器送给单片机进行
采样，最后由单片机显示输出，得到测量的温度。
压力表的误差
=
量程
*
精度可知量程规格为
0~
、
0~
、
0~
，
精度等级为时的误差分别为：
A/D
*1%=
精度等级为时误差分别为：
*%=
精度等级为时误差分别为：
*%=
由于要求测量误差不大于压力示值的±
5%
，被测压力变化范围为
~
，所以最小误差为
*5%=
， 以上满足此条件
的只有精度等级为量程为和的压力表， 以及精度等级为量程为的压力表， 鉴
于的测量范围在的表盘上更容易读数， 所以同等条件下选择的压力表， 同样量程的压力表精 度为的比精度的贵，所
以从成本考虑选择精度为的压力表，所以
3
选择量程为精度为的压力表。
因为差压变送器的输出电流信号与输入差压值成正比，故有：
104 p
16 13.6
可得：△
p=
此为对应电流时的差压值。
因为流量与差压平方根成正比，故可得到：
88.4 q
104 320
可得
q=h
此为对应电流时的被测流量。
如图所示液位过程的输入量为
Q1
,流出量为
Q2, Q3
液位
h
为被控参数,
并设
R1
、
R2
、
R3
均为线性液阻，要求：
(1) 列出过程的微分方程组；
(2) 画出过程的方框图；
过程的微分方程的增量形式:
(Q
2
Q
3
)
竺
dt
解:
(1
)根据动态物料平衡关系，流入量=流出量:
Q
1
Q
1
Q
2
Q
3
)
中间变量:
Q
2
R
Q
3
2
消除中间变量:
R
2
R
3
Q
1
CR
2
R
3
-
3
dt
(R
3
R
2
) h
同除
(
R2+R3
得到:
Q
CR
2
R
3
d h
1
R
2
R
3
dt
R
2
R
3
令:
R
2
R
3
(3) 求过程的传递函数
W0(S
)=
H(S
)
/Q1
(
S
);
上式可写为:
R Q
1
CR
d h
dt
(2
)
Laplace
变换得到:
RQ
1
(
S) CRSH(S) H(S)
传递函数
：
W
0
(s)
器
RCS 1
(3
)过程的方框图:
该对象具有純滞后的一阶对象，放大系数
K
C
为容量系数,
R
160-120
3-2.5
得
t
1
=
125s
t
由一阶对象的输出响应
k A 1 e
T
带入数据可得
T=2/ln2
已知純滞后时间为
2
,则可列出微分方程以及传递函数的表达式。 解：方法一：图解法
由图可以看出：过程应该用一阶加延时系统。
K
o
y
()
y
(0)
召
20 X
o
1
从图中得到：
T
=
40s
,
T
=
260
—
40
=
220s
K
W
0
S 20
0
(s)
TS 1
0
e
220S 1
e
40S
在图中取
y
(
t
1
)
=
y
(g)
y
(
t
3
)
=
y(
g
)
y
(
t
4
)
=
y
(
g
)
y
(
t
2
)
=
(
g
)
1
2
=
140s
t
3
=
225s
t
4
=
260s
方法二：计算法
T
1
2(t
3
t
2
) 150s
1
2t
2
t
3
55s
t
4
t
1
3t
168s
1
t
T
4
2
0.8 2
2
57s
可见数据很接近，于是：
T
0
T1 T2
2 2
159s
0
—
2
56 s
过程数学模型：
W
S
20
°
(s)
0
K
0
TS 1
e
159S 1
e
56S
选择第二个，因为
F2
干扰不进入主控回路对系统有较大影响，串级特性是在副回路中消
除干扰。
2024年5月20日发(作者：子车听春)
反应器温度控制系统
1
)该温度控制系统的方块图
反应器温度控制系统方块图
(
2
)被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；控制变量：冷却水流量。 可能影响被控变量的干扰因素主要
有
温度，环境温度的高低等。
锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个 十分重要的参数。水位过高，
会使蒸汽带液。 降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设 备。而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚
至引起爆炸。因此，必须对汽包水位 进行严格的控制。图
1-16
是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：
A
、
B
两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、
(1)
画出该控制系统方块图；
(2)
指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么
?
(3)
当蒸汽负荷忽然增加，该系统如何实现自动控制？
(1) (2)
被控对象：锅炉汽包。被控变量：锅炉汽包水位。操纵变量：锅炉给水量。扰动量：冷 水温度、压力、蒸汽压
力、流量，燃烧状况等。
(3)
当蒸汽负荷突然增加，会导致汽包水位下降，液位变送器检测到液位
h
下降信号并与设 定水位
h0
进行比较，将
偏差信号传给控制器，控制器使执行器动作，增大阀门开度，使冷 却水流量增加，从而降低加热室燃烧程度，进一步
使得汽包液位升高。
P17-P18
，精度等级为
用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿
?
其冷端温度补偿的方法有哪几种
?
解：(
1
)热电偶的热电势只有当
TO
(或
tO
)恒定是才是被测温度
T
(或
t
)的单值函数。 热电偶标准分度表是以
T0
=
0
C
为参考温度条件下测试制定的，只有保持
T0
=
0
C,
才能直
接应用分度表或分度曲线。若
TO
M
0
C,
则应进行冷端补偿和处理。
(
2
)冷端温度补偿的方法有：延长导线法，
0
C
恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补
AD59O
是一个电流型集成式温度测量元件，能够从端口输出与绝对温度成比例的电流，然 后利用利用
10K
电阻将
电流信号转换为相应的电压变化值，由变送器送给单片机进行
采样，最后由单片机显示输出，得到测量的温度。
压力表的误差
=
量程
*
精度可知量程规格为
0~
、
0~
、
0~
，
精度等级为时的误差分别为：
A/D
*1%=
精度等级为时误差分别为：
*%=
精度等级为时误差分别为：
*%=
由于要求测量误差不大于压力示值的±
5%
，被测压力变化范围为
~
，所以最小误差为
*5%=
， 以上满足此条件
的只有精度等级为量程为和的压力表， 以及精度等级为量程为的压力表， 鉴
于的测量范围在的表盘上更容易读数， 所以同等条件下选择的压力表， 同样量程的压力表精 度为的比精度的贵，所
以从成本考虑选择精度为的压力表，所以
3
选择量程为精度为的压力表。
因为差压变送器的输出电流信号与输入差压值成正比，故有：
104 p
16 13.6
可得：△
p=
此为对应电流时的差压值。
因为流量与差压平方根成正比，故可得到：
88.4 q
104 320
可得
q=h
此为对应电流时的被测流量。
如图所示液位过程的输入量为
Q1
,流出量为
Q2, Q3
液位
h
为被控参数,
并设
R1
、
R2
、
R3
均为线性液阻，要求：
(1) 列出过程的微分方程组；
(2) 画出过程的方框图；
过程的微分方程的增量形式:
(Q
2
Q
3
)
竺
dt
解:
(1
)根据动态物料平衡关系，流入量=流出量:
Q
1
Q
1
Q
2
Q
3
)
中间变量:
Q
2
R
Q
3
2
消除中间变量:
R
2
R
3
Q
1
CR
2
R
3
-
3
dt
(R
3
R
2
) h
同除
(
R2+R3
得到:
Q
CR
2
R
3
d h
1
R
2
R
3
dt
R
2
R
3
令:
R
2
R
3
(3) 求过程的传递函数
W0(S
)=
H(S
)
/Q1
(
S
);
上式可写为:
R Q
1
CR
d h
dt
(2
)
Laplace
变换得到:
RQ
1
(
S) CRSH(S) H(S)
传递函数
：
W
0
(s)
器
RCS 1
(3
)过程的方框图:
该对象具有純滞后的一阶对象，放大系数
K
C
为容量系数,
R
160-120
3-2.5
得
t
1
=
125s
t
由一阶对象的输出响应
k A 1 e
T
带入数据可得
T=2/ln2
已知純滞后时间为
2
,则可列出微分方程以及传递函数的表达式。 解：方法一：图解法
由图可以看出：过程应该用一阶加延时系统。
K
o
y
()
y
(0)
召
20 X
o
1
从图中得到：
T
=
40s
,
T
=
260
—
40
=
220s
K
W
0
S 20
0
(s)
TS 1
0
e
220S 1
e
40S
在图中取
y
(
t
1
)
=
y
(g)
y
(
t
3
)
=
y(
g
)
y
(
t
4
)
=
y
(
g
)
y
(
t
2
)
=
(
g
)
1
2
=
140s
t
3
=
225s
t
4
=
260s
方法二：计算法
T
1
2(t
3
t
2
) 150s
1
2t
2
t
3
55s
t
4
t
1
3t
168s
1
t
T
4
2
0.8 2
2
57s
可见数据很接近，于是：
T
0
T1 T2
2 2
159s
0
—
2
56 s
过程数学模型：
W
S
20
°
(s)
0
K
0
TS 1
e
159S 1
e
56S
选择第二个，因为
F2
干扰不进入主控回路对系统有较大影响，串级特性是在副回路中消
除干扰。