2）可以在不十分清楚内部机理的情况下，把被研究的对象视为一个黑匣子，完全通过外部测试来描述它的特性。

5-13 应用直接法测定阶跃响应曲线时应注意那些问题？ （1）合理地选择阶跃输入信号的幅度 （2）试验时被控过程应处于相对稳定的工况 （3）要仔细记录阶跃曲线的起始部分 （4）多次测试，消除非线性

第6章 思考题与习题6-1 简单控制系统由几个环节组成？

测量变送器、调节器、调节阀、被控过程四个环节组成。 6-2 简述控制方案设计的基本要求。 安全性、稳定性、经济性。

6-3 简单归纳控制系统设计的主要内容。 解答：

1）控制系统方案设计； 2）工程设计；

3）工程安装和仪表调校； 4）调节器参数整定。

6-4 过程控制系统设计包括哪些步骤？

（1）熟悉和理解生产对控制系统的技术要求与性能指标 （2）建立被控过程的数学模型 （3）控制方案的确定 （4）控制设备选型 （5）实验（或仿真）验证

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6-5 选择被控参数应遵循哪些基本原则？什么是直接参数？什么是间接参数？两者有何关系？

1）原则：必须根据工艺要求，深入分析、生产过程，找出对产品的产量和质量、生产安全、经济运行、环境保护、节能降耗等具有决定性作用，能较好反映生产工艺状态及变化的参数作为被控参数。

2）直接参数：能直接反映生产过程中产品产量和质量，又易于测量的参数

3）间接参数：与质量指标有单值对应关系、易于测量的变量，间接反映产品质量、生产过程的实际情况。 4）两者关系：间接参数是直接参数的单值函数。

6-6 选择控制变量时，为什么要分析被控过程的特性？为什么希望控制通道放大系数Ko要大、时间常数To小、纯滞后时间?o越小越好？而干扰通道的放大系数Kf尽可能小、时间常数Tf尽可能大？

解答：1）控制变量和干扰变量对被控参数的影响都于过程的特性密切相关。

2）控制通道的静态放大系数K0越大，系统的静态偏差越小，表明控制作用越灵敏，克服扰动的能力越强，控制效果越好。

时间常数T0小，被控参数对控制变量的反应灵敏、控制及时，从而获得良好的控制品质。 纯滞后?0的存在会使系统的稳定性降低。?0值越大，对系统的影响越大。

3）扰动通道的静态放大系数Kf越小，表明外部扰动对被控参数的影响越小。时间常数Tf越大，外部干扰f（t）对被控参数y（t）的影响越小，系统的控制品质越好。

6-7 当被控过程存在多个时间常数时，为什么应尽量使时间常数错开？

解答：由自控理论知识可知，开环传递函数中几个时间常数值错开，可提高系统的工作频率，减小过渡过程时间和最大偏差等，改善控制质量。

6-8 选择检测变送装置时要注意哪些问题？怎样克服或减小纯滞后？ 解答：1）P184-1、2、3、4 2）合理选择检测点。

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6-9 调节阀口径选择不当，过大或过小会带来什么问题？正常工况下，调节阀的开度在什么范围比较合适？ 解答：1）调节阀口径选得过大，阀门调节灵敏度低，工作特性差，甚至会产生振荡或调节失灵的情况。 调节阀口径选得过小，当系统受到较大的扰动时，调节阀工作在全开或全关的饱和状态，使系统暂时处于失控工况，这对扰动偏差的消除不利。

2）正常工况下要求调节阀的开度在15%-85%之间。 6-10 选择调节阀气开、气关方式的首要原则是什么？

解答：保证人身安全、系统与设备安全是调节阀开、关作用方式选择的首要原则。 6-11 调节器正、反作用方式的选择依据是什么？ 解答：确定原则是整个单回路构成负反馈系统。

6-12 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6-28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。

解答：1）调节阀：气关方式。 2）调节器：正作用。 3）框图：

6-13 在如图6-29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6-29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。 3）框图：

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6-14 简述比例、积分、微分控制规律各自的特点。

解答：1）比例控制：是最简单的调节规律，它对控制作用和扰动作用的响应都很迅速。比例调节只有一个参数，整定简便。比例调节的主要缺点是系统存在静差。

2）积分控制：积分调节的特点是没有静差。但它的动态偏差最大、调节时间长，只能用于有自衡特性的简单对象、很少单独使用。

3）微分控制：超前调节。

6-22 如图6-30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?T??1?C，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。

3）检测仪表选择：

温度传感器与温度变送器。 4）调节阀选择：

1 流量特性选择：对数流量特性。 ○

2 气开、气关方式选择：气开。 ○

5）调节器选择：

1 调节规律选择：PI或PID。 ○

2 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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