过程控制系统章节练习题及答案 第11章 习题解答.pdfVIP

过程控制系统（第 4 版） 李国勇主编 第11 章 习题解答 习题11-1 答：火力发电厂的特点是建造简单，成本低廉，不受时间、地点、空间、自然条件的限制， 发电原材料可以运输。中国目前70%的发电量都是由火力发电提供的，同时，火力发电占据世界发 电总量的三分之一，火力发电是目前世界上最主要的发电方式，但是对环境的污染比较大。 火力发电厂简称火电厂，是利用可燃物（例如煤）作为燃料生产电能的工厂。它的基本生产 过程是：燃料在燃烧时加热水生成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转， 热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。 习题11-2 答：锅炉设备的主要控制系统有锅炉给水系统、主蒸汽温度系统和锅炉燃烧系统。 习题11-3 答：锅炉汽包液位的变化不是由于给水量与蒸汽量之间的物料平衡关系破坏所引起的，而是 由于工作介质压力突然变化或燃烧工况突然变化，使容积中气泡含量增多或减少，引起工作介质体 积膨胀或收缩造成的气泡水位升高或下降的现象称为虚假水位。因为锅炉汽包水位处于虚假现象是 暂时的，所以也称之为暂水位。通常在以下四种情况下，都容易产生虚假水位现象： (1) 负荷突然变化，随之蒸汽压力也相应变化； (2) 运行中燃烧状况变化，突然增强或减弱； (3) 安全阀工作的时候及锅炉停炉的时候； (4) 给水量突然增大或减少的时候。 如果锅炉在运行过程中出现水位变化，及时分析变化原因和变化趋势来判断水位的变化是真 实还是虚假变化，应当及时妥当的进行调节，若处理不当会造成锅炉汽包缺水或满水的事故。 习题11-4 答：尽管工业锅炉汽包水位运行过程中产生虚假水位是由于蒸汽负荷发生变化引起的。但是 锅炉想保持绝对的稳定不太可能。由此可见，锅炉汽包水位产生虚假水位也是无法避免的，换句话 说，在工业锅炉中汽包水位都会有虚假水位产生，于是我们能做的就是采取有效措施来减弱或消弱 虚假水位，来保证锅炉汽包水位的控制指标。 通常，在锅炉水位控制系统中，能够克服虚假水位影响的控制方案有以下五种： (1) 采用平衡容器差压测量法； (2) 采用双冲量调节； (3) 采用三冲量调节； (4) 采用大型控制系统； (5) 引入给水量为副环调节的串级控制系统。 以上五种克服虚假水位影响的控制方案的具体克服办法，请读者参考有关文献的相关内容。 习题11-5 解：(1) 根据前馈-串级控制系统的方框图，利用题给传递函数建立如题图 11-5-1 所示系统的 Simulink 仿真模型xt11_5.mdl。 1 过程控制系统（第 4 版） 李国勇主编 题图 11-5-1 锅炉给水前馈-串级控制系统仿真框图 ① 图中PID 控制器模块(PID Controller)复制于Simulink 的扩展模块库Simulink Extras 中。其中 PID Controller1 作为主调节器，选用PI 调节规律，它的参数分别设置为Kc1、Ki1 和0；PID Controller2 作为副调节器，选用P 调节规律，它的参数分别设置为Kc2、0 和0； ② 图中的 Step 模块，用来作为系统水位的给定信号，将其起始时间(Step time)改为0，Final Value 值设置为 1(假设水位的给定信号为 1)，其它采用默认值；Step1 和 Step2 模块，用来作为蒸汽量(D) 扰动信号。 ③ 传递函数模块(Trancefer Fun1)和传递函数模块(Trancefer Fun3)作为干扰通道的传递函数，用 来模拟“虚假水位”现象； ④ 将仿真终止时间 (Stop time) 设置为 100。 (2) 调节器参数的整定 ① 对于前馈系统，这里仅考虑静态前馈的整定，故用比例模块(Gain)来作为前馈控制器。在利 用Simulink 仿真实验中，由于系统各环节参数均为已知，故采用理论计算法求取前馈通道