過(guò)程控制練習(xí)題答案

1、練習(xí)題一、 填空題1定比值控制系統(tǒng)包括：（開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng) ）、（ 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)）和（雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) ）。2控制閥的開(kāi)閉形式有（氣開(kāi) ）和（氣關(guān) ）。 3對(duì)于對(duì)象容量滯后大和干擾較多時(shí)，可引入輔助變量構(gòu)成（ 串級(jí)）控制系統(tǒng)，使等效對(duì)象時(shí)間常數(shù)（減少 ），提高串級(jí)控制系統(tǒng)的工作頻率。 4測(cè)量滯后包括測(cè)量環(huán)節(jié)的（ 容量滯后）和信號(hào)測(cè)量過(guò)程的（純滯后 ）。5鍋爐汽包水位常用控制方案為：（單沖量水位控制系統(tǒng) ）、（雙沖量控制系統(tǒng) ）、（三沖量控制系統(tǒng)&#

2、160;）。6泵可分為（ 容積式）和（離心式 ）兩類，其控制方案主要有：（出口直接節(jié)流）、 （調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速）、（調(diào)節(jié)旁路流量）。7精餾塔的控制目標(biāo)是，在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，使塔的總收益最大或總成本 最小。具體對(duì)一個(gè)精餾塔來(lái)說(shuō)，需從四個(gè)方面考慮，設(shè)置必要的控制系統(tǒng)，分別是： （物料平衡控制）、（ 能量平衡控制）、（約束條件控制 ）和（質(zhì)量控制 ）。1. 前饋控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式包括：（單純的前饋控制系統(tǒng)）、（前饋反饋控制系統(tǒng) ）和（多變量前饋控制系統(tǒng) ）。2. 反饋控制

3、系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)回路，它是按著（偏差 ）進(jìn)行控制的； 前饋控制系統(tǒng)是按（擾動(dòng)）進(jìn)行的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 3. 選擇性控制系統(tǒng)的類型包括：（ 開(kāi)關(guān)型 ）、（連續(xù)型 ）和（混合型 ）。 4. 常用控制閥的特性為（ 線性）、（快開(kāi) ）、（對(duì)數(shù) ）、和（ 拋物線）特性。 5. 閥位控制系統(tǒng)就是在綜合考慮操縱變量的（快速性 ）、（經(jīng)濟(jì)性 ）、（合理性 ）、和（有效性 ）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種控制系統(tǒng)

4、。 6. 壓縮機(jī)的控制方案主要有：（調(diào)速 ）、（旁路 ）和節(jié)流。7. 化學(xué)反應(yīng)器在石油、化工生產(chǎn)中占有很重要的地位，對(duì)它的控制一般有四個(gè)方面， 分別是：物料平衡控制、（能量平衡控制 ）、（質(zhì)量控制 ）和（約束條件控制 ）。二、 簡(jiǎn)答題1說(shuō)明生產(chǎn)過(guò)程中軟保護(hù)措施與硬保護(hù)措施的區(qū)別。 答：所謂生產(chǎn)的軟保護(hù)措施，就是當(dāng)生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常情況時(shí)，無(wú)須像硬保護(hù)措施那 樣硬性使設(shè)備停車，而是通過(guò)一個(gè)特定設(shè)計(jì)的自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)，以適當(dāng)改變控制方式來(lái)達(dá) 到自動(dòng)保護(hù)生產(chǎn)的目的。這

5、樣就可以減少由于停車而帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失。而硬保護(hù)措施將使 得生產(chǎn)設(shè)備停車。 2前饋控制主要應(yīng)用在什么場(chǎng)合？   答：前饋控制主要用于下列場(chǎng)合： (1)干擾幅值大而頻繁，對(duì)被控變量影響劇烈，單純反饋控制達(dá)不到要求時(shí)； (2)主要干擾是可測(cè)不可控的變量； (3)對(duì)象的控制通道滯后大，反饋控制不及時(shí)，控制質(zhì)量差時(shí)，可采用前饋一反饋控制 系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。3怎樣選擇串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器的控制規(guī)律? 答：串級(jí)控制系統(tǒng)的目的是為了高精度地穩(wěn)定主變量，對(duì)主變量要求較高，一般不允 許有余差

6、，所以主控制器一般選擇比例積分控制規(guī)律，當(dāng)對(duì)象滯后較大時(shí)，也可引入適當(dāng)?shù)奈?#160;分作用。 串級(jí)控制系統(tǒng)中對(duì)副變量的要求不嚴(yán)。在控制過(guò)程中，副變量是不斷跟隨主控制器的輸出 變化而變化的，所以副控制器一般采用比例控制規(guī)律就行了，必要時(shí)引入適當(dāng)?shù)姆e分作用，而 微分作用一般是不需要的。4簡(jiǎn)述均勻控制系統(tǒng)的控制方案。 答：以液位與流量的均勻控制為例，其控制方案有簡(jiǎn)單均勻控制與串級(jí)均勻控制兩種。 從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，簡(jiǎn)單均勻控制與一般的液位控制系統(tǒng)一樣，串級(jí)均勻控制與一般的液位 -流量串級(jí)控制系統(tǒng)一樣。其區(qū)別在于均勻控制與一般的控制系統(tǒng)目的不一樣

7、。之所以能夠使 兩個(gè)變量間的關(guān)系得到協(xié)調(diào)，是通過(guò)控制器參數(shù)整定來(lái)實(shí)現(xiàn)的。均勻控制系統(tǒng)中的控制器一般 都采用純比例作用，且比例度很大，必要時(shí)才引入少量的積分作用。 5 分程控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用場(chǎng)合有哪些? 答：分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合主要有：(1)用于擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，改善控制品質(zhì)； (2)用于控制兩種不同的介質(zhì)流量，以滿足工藝生產(chǎn)的要求，(3)用作生產(chǎn)安全的防護(hù)措施。1. 積分飽和的危害是什么? 有哪幾種主要的抗積分飽和措施? 答：當(dāng)控制器處于積分飽和狀態(tài)時(shí)，它的輸出將達(dá)到最大或最小的極限值，該極限值已 超出執(zhí)行器

8、的有效輸入信號(hào)范圍，所以當(dāng)有控制信號(hào)來(lái)的時(shí)候控制器就無(wú)法及時(shí)響應(yīng)，必須等待其退出積分飽和才能響應(yīng)， 這樣會(huì)對(duì)系統(tǒng)的工作帶來(lái)嚴(yán)重的后果，甚至?xí)斐墒鹿省?#160;抗積分飽和的主要方法有限幅法、外反饋法和積分切除法。2. 前饋控制與反饋控制的主要區(qū)別有哪些? 答：前饋控制與反饋控制的主要區(qū)別有以下： 反饋控制  前饋控制 1） 控制的依據(jù) 被控變量的偏差 干擾量的大小 2） 檢測(cè)的信號(hào)  被控變量  干擾量 3） 控制作用發(fā)生的時(shí)間 偏差出現(xiàn)后&#

9、160;偏差出現(xiàn)前 4） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  閉環(huán)控制  開(kāi)環(huán)控制 5） 控制質(zhì)量  有差控制  無(wú)差控制 6） 控制器  通用PID  專用控制器 7） 經(jīng)濟(jì)性和可靠性 一種系統(tǒng)可克服多種干擾 對(duì)每一種都要有一個(gè)控制系統(tǒng)3. 什么叫比值控制系統(tǒng)?其類型有哪些？ 答：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。通 常為流量比值控制系統(tǒng)，用來(lái)保持兩種物料的流量保持一定的比值關(guān)系。 

10、類型有：開(kāi)環(huán)比值、單閉環(huán)和雙閉環(huán)，以及變比值控制等。4. 串級(jí)控制系統(tǒng)中副變量應(yīng)如何選擇? 答：串級(jí)控制系統(tǒng)中副變量的選擇原則是： (1)主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系，副變量的變化應(yīng)在很大程度上能影響主變量的 變化； (2)通過(guò)對(duì)副變量的選擇，使所構(gòu)成的副回路能包含系統(tǒng)的主要干擾；(3)在可能的情況下，應(yīng)使副回路包含更多的主要干擾，但副變量又不能離主變量太近； (4)副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的匹配，以防“共振”的發(fā)生5. 什么是多沖量控制系統(tǒng)? 主要應(yīng)用場(chǎng)合是什么？所謂多沖量控制系統(tǒng)，是指在控制系統(tǒng)中，有多個(gè)

11、變量信號(hào)，經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)算后，共 同控制一只執(zhí)行器，以使某個(gè)被控的工藝變量有較高的控制質(zhì)量。 多沖量控制系統(tǒng)這個(gè)名稱主要在鍋爐的給水系統(tǒng)控制中應(yīng)用比較廣泛。三、 分析題1、圖示為某管式加熱爐原油出口溫度分程控制系統(tǒng)，兩分程閥分別設(shè)置在瓦斯氣和燃料油管線上。工藝要求優(yōu)先使用瓦斯氣供熱，只有瓦斯氣量不足以提供所需熱量時(shí)，才打開(kāi)燃料油控制閥作為補(bǔ)充。根據(jù)上述要求確定：1）A、B兩控制閥的開(kāi)閉形式及每個(gè)閥的工作信號(hào)段（假定分程點(diǎn)為0.06MPa）；2）確定控制器的正、反作用；3）畫(huà)出該系統(tǒng)的方塊圖，并簡(jiǎn)述該系統(tǒng)的工作原理。解：1）A、B 均為氣開(kāi)式A：0.020.06MPa；B：0.

12、060.10MPa2）控制器為“反作用”3）系統(tǒng)方塊圖 工作原理：（1）當(dāng)出口溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，僅A閥打開(kāi)工作，B關(guān)閉；（2）當(dāng)出口溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，A 和B 閥同時(shí)工作。2、圖示為油品儲(chǔ)罐N2 封分程控制系統(tǒng)。其工作原理為：1）向油罐注油時(shí)，排空氣；2）從油罐抽油時(shí)，放氮?dú)?。根?jù)已知內(nèi)容確定：1）控制閥A和B的類型，確定控制器的正、反作用；2）控制閥A和B的分程區(qū)域；3）畫(huà)出該系統(tǒng)的方塊圖，并簡(jiǎn)述該系統(tǒng)的工作原理。解：1）控制閥A應(yīng)選氣開(kāi)閥，則控制器應(yīng)為反作用，B 閥應(yīng)選氣閉。2）分程區(qū)域：為了保證安全，不使貯罐壓力過(guò)高，能源中斷時(shí)氮?dú)忾yA應(yīng)該關(guān)閉，放空閥B 打開(kāi)，所以B閥應(yīng)在小信號(hào)段，

13、A 閥在高信號(hào)段。3）系統(tǒng)方塊圖工作原理：A閥（充N2）采用氣開(kāi)式，B 閥（放空）為氣閉式，控制器為反作用。（1）向油罐注油時(shí)PPC（<0.06MPa） A閥全關(guān)、B閥開(kāi)P；（2）從油罐抽油時(shí)PPC（>0.06MPa）B 閥全關(guān)、A 閥開(kāi)P。四、 計(jì)算題1、某前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)如圖所示。已知：要求：1）匯出該系統(tǒng)的方塊圖；2）計(jì)算前饋控制器的數(shù)學(xué)模型。解：1）系統(tǒng)方塊圖2）前饋控制器的數(shù)學(xué)模型2、在甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，為了保證甲烷的轉(zhuǎn)化率，就必須保持天然氣、水蒸汽和空氣之間成一定的比值（1：3：1.4）。工藝生產(chǎn)中最大負(fù)荷為：水蒸氣流量的最大值Fsmax=31100m3/h；

14、空氣流量的最大值Famax=14000 m3/h ；天然氣流量的最大值Fnmax=11000 m3/h?，F(xiàn)采用差壓法測(cè)量流量，未經(jīng)開(kāi)方運(yùn)算，系統(tǒng)組成如圖示：1） 說(shuō)明控制系統(tǒng)的類型；2） 畫(huà)出系統(tǒng)方框圖；3） 分別計(jì)算比值系數(shù)。解：1）控制系統(tǒng)的類型：兩個(gè)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的混合（2 分）2）系統(tǒng)方塊圖（5 分）（方塊圖中F1、F2、F3 分別為天然氣、水蒸汽和空氣）五、 綜合題 1、下圖為鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖，其任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的需要，供應(yīng)一定壓力或溫度的蒸汽，同時(shí)使得鍋爐在安全、經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行。試分析：1）鍋爐設(shè)備需要哪些主要的控制系統(tǒng)，說(shuō)明各個(gè)系統(tǒng)的被控變量和控

15、制變量；2）為汽包水位設(shè)計(jì)一個(gè)雙沖量控制系統(tǒng)，畫(huà)出其原理圖。答：1）主要控制系統(tǒng)：（12 分）（1）鍋爐汽包水位控制：汽包水位作為被控變量，給水流量作為操縱變量。（2）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制：被控變量：蒸汽壓力（負(fù)荷），煙氣成方（經(jīng)濟(jì)燃燒指標(biāo)）和爐膛負(fù)壓；操縱變量：燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量。（3）過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制：被控變量為過(guò)熱蒸汽溫度，操作變量為減溫器的噴水量；（4）鍋爐水處理過(guò)程的控制：一般采用離子交換樹(shù)脂對(duì)水進(jìn)行軟化處理；另外采用蒸汽加熱進(jìn)行除氧處理。2）雙沖量控制系統(tǒng)原理圖（8分）2、加熱爐設(shè)備的主要任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)需要，將工藝介質(zhì)加熱到一定溫度。試說(shuō)明：1）設(shè)置燃油加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的作用是什么？2）可能產(chǎn)生事故的原因是什么？相對(duì)應(yīng)的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)有哪些？并說(shuō)明軟硬保護(hù)。3）為燃油加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)，畫(huà)出其原理圖。4）確定控制閥的氣開(kāi)氣關(guān)型式、溫度控制器的正反作用形式和選擇器的高低選擇型式。答：1）設(shè)置燃油加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的作用是為安全生產(chǎn)、防止事故。2）燃油加熱爐可能出現(xiàn)如下事故：工藝介質(zhì)流量過(guò)小或中斷，切斷燃料油（工藝介質(zhì)流量檢測(cè)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)FT102）；燃料油壓力過(guò)低會(huì)回火（燃料油流量檢測(cè)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)FT101）；燃料油壓力過(guò)高會(huì)脫火（燃料油壓力過(guò)高選擇性控制系統(tǒng)PT101）；某種原因