三、解答题
1.下图为一水槽，其液位为L ，进水流量为F，试设计一入口流量与液位双冲量均匀控制系统。画出该系统的结构图，确定该系统中控制阀的开闭形式，控制器的正、反作用以及引入加法器时各信号所取的符号。
答：
①入口流量与液位双冲量均匀控制系统的结构图如下
②进入加法器的信号所取的符号为：IS为负值，IL、IF为正值。 ③选择控制阀为气开式，当流量或液位、流量和液位增加时，控制阀的开度要减小，此时I0增加，控制器的输入增大，其输出应减小，所以控制器选择反作用。
2. 通过分析判断下图所示的系统属于何种类型?画出它的方块图，并说明其工作原理。
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答：
①系统属于前馈－反馈控制系统 ②方框图
sp+控制器控制阀流量对象F2储液罐+F3加法器开方器测量变送开方器测量变送F1干扰通道③通过对进入储液罐的总流量F1+ F2，使出液量保持稳定。反馈控制系统根据总流量的大小调节F2，保持F3的稳定。前馈控制将F1的流量检测，与F2的检测值相加，作为控制器的输入。当F1增加，测量值增加，控制器的输入增加，此时要求F2下降，所以控制器输出减小，为反作用，控制阀为气开式，开度减小，F2的流量下降。
四、综合题
1.如图所示为锅炉燃烧系统选择性控制方案。它可以根据用户对蒸汽量的要求，自动调整燃料量和助燃空气量。不仅能维持两者的比值不变，而且能使燃料量与空气量的调整满足下述逻辑关系：当蒸汽用量增加时，先增加空气量后增加燃料量；当蒸汽用量减少时，先减燃料量后减空气量。根据上述要求，试确定图中控制阀的开闭形式、控制器正反作用及选择器的类型。
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答：
从安全出发两个控制阀均选择气开式。
对于PC－FC1串级系统，当燃料量由于扰动增大时，应该使阀门关小，此时FC1的测量值增大，输入增加，而输出应减小，所以FC1为负作用。
当蒸汽压力增加时，应减小燃料量，所以PC也为负作用；同样可知FC2为负作用。
当蒸汽压力降低（负荷增大时），PC输出增加，此时应该先增加空气量，所以上面的选择器应该为高选器。
当蒸汽压力升高时（负荷增减小时），PC输出减小，此时应该先减燃料量，所以下面面的选择器应该为低选器。
2. 如何选择控制变量? 答：
① 所选控制变量必须是可控的。
② 所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数。（2.5分）
③ 所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小。
④ 所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。
⑤ 所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。
⑥ 在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制变量
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3.下图为热交换器出口温度控制系统，要求确定在下面不同情况下控制阀开、闭形式及控制器的正、反作用。
① 被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚。
② 被加热物料在温度过低时会发生凝结。
③ 如果控制变量为冷却水流量，该地区最低温度在0℃以下，如何防止热交换器被冻坏。
答：
①控制阀气闭式，控制器的反作用。 ②控制阀气开式，控制器的正作用。
③控制阀气闭式，控制器的反作用。
4.单回路系统方块图如图所示。试问当系统中某组成环节的参数发生变化时，系统质量会有何变化?为什么?
答：
①当KC、KV、K0增加时，系统的余差减小，但系统稳定性下降。 ②T0增加时， 系统的工作频率降低，控制速度变慢。这样就不能及时地 克服干扰的影响，因而，系统的控制质量会越差。
③τ0增加时，使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还会使系统的稳定性降低。
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④Kf增加时，系统的余差也变大，即控制静态质量变差。Tf增加时，控制过程的品质会提高。τf增加时，质量没有影响。
5.下图为一管式炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统。要求：
① 选择控制阀的开、闭形式。 ② 确定主、副控制器的正、反作用。
③ 在系统稳定的情况下，如果燃料气压力突然升高，结合控制阀开、闭形式及控制器的正、反作用，分析该串级控制系统的工作过程。
答：
①根据安全要求，控制阀应选择气开式。
②副控制器：当炉膛温度超过给定值时，其输入为正值，此时要求阀的开度减小，即控制器输出减小，所以选负作用。主环控制器：当燃料气流量增加时，釜内温度升高，因此K01为正，应选择负作用。
③在系统稳定的情况下，如果燃料气压力突然升高，此时控制阀的开度还没有变化，所以燃料气流量增加，炉膛温度升高，测量变送的输出增加，副控制器的输入为正，副控制器为负作用，输出减小，控制阀为气开式，所以开度减小，使燃料气流量下降。燃料气流量增加，炉膛温度升高最终会使原油出口温度增加，测量变送的输出增加，主控制器的输入为正，主控制器为负作用，输出减小，副控制器的给定值减小，促使副环控制器对燃料气流量进一步调整。一直到原油出口温度回到给定值为止，控制阀处在一个新开度上。
6.均匀控制系统有些什么特点? 答：
③ 结构上无特殊性
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均匀控制是指控制目的而言，而不是由控制系统的结构来决定的。均匀控制系统在结构上元任何特殊性，它可以是一个单回路控制系统，也可以是一个串级控制系统的结构形式，或者是一个双冲量控制系统的结构形式。
③ 参数应变化，而且应是缓慢地变化
因为均匀控制是前后设备物料供求之间的均匀，所以表征这两个物料的参数都不应为某一固定的数值,两个参数都变化，且变化比较缓慢。那种试图把两个参数都稳定不变的想法是不能实现的。
③ 参数应限定在允许范围内变化
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