過(guò)程控制期末考試題

1、控制系統(tǒng)組成及性能指標(biāo)PCPP1P2PspPmuKv1Kv2F1F2題1：如圖所示是一壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)。試指出該系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控變量、操縱變量和擾動(dòng)變量，畫(huà)出該系統(tǒng)的方框圖。 題2：對(duì)于如圖所示的加熱爐溫度控制系統(tǒng)，試(1)指出該系統(tǒng)中的被控變量、操縱變量、擾動(dòng)變量;(2)畫(huà)出該系統(tǒng)的方塊圖TC進(jìn)料出料燃料TTmTspRfu控制系統(tǒng)組成及性能指標(biāo)（續(xù)）控制系統(tǒng)組成及性能指標(biāo)（續(xù)）AB題3：如圖所示為一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A、B兩種物料進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)改變進(jìn)入夾套的冷卻水流量來(lái)控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度不變。試畫(huà)出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控變量、操縱變量及

2、可能影響被控變量的干擾是什么？如果由于進(jìn)料溫度升高使反應(yīng)器內(nèi)的溫度超過(guò)給定值，試說(shuō)明此時(shí)該控制系統(tǒng)的工作情況，此時(shí)系統(tǒng)是如何通過(guò)控制作用來(lái)克服干擾作用對(duì)被控變量影響的？過(guò)程動(dòng)態(tài)特性及建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性及建模 題1：如圖所示液位過(guò)程的輸入量為Q1，流出量為Q2、Q3，液位h為被控參數(shù)，A為截面積，并設(shè)R1、R2、R3均為線性液阻。要求：列寫(xiě)過(guò)程的微分方程組；畫(huà)出過(guò)程的方框圖；求過(guò)程的傳遞函數(shù)HQiQoAQ2hR1R3R2Q3Q1 sQsHsW10 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性及建模（續(xù)）過(guò)程動(dòng)態(tài)特性及建模（續(xù)）R12C1C2h1h2R3Q3R2Q2Q12Q1R1題2：(1) 列寫(xiě)過(guò)程微分方程組;(2) 畫(huà)出方框圖

3、;(3) 求傳遞函數(shù))()()(12sQsHsGp過(guò)程動(dòng)態(tài)特性及建模（續(xù)）過(guò)程動(dòng)態(tài)特性及建模（續(xù)）題3：有一水槽，其截面積F為0.5m2。流出側(cè)閥門(mén)阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：當(dāng)水位H變化20cm時(shí)，流出量變化為1000cm3/s。試求流出側(cè)閥門(mén)阻力R，并計(jì)算該水槽的時(shí)間常數(shù)T。過(guò)程動(dòng)態(tài)特性及建模（續(xù)）過(guò)程動(dòng)態(tài)特性及建模（續(xù)） 475ssGo 1sGC 1sGV 1sGm T如圖所示為蒸汽加熱器控制系統(tǒng)，若被控對(duì)象控制通道的傳遞函數(shù)為控制器TC的傳遞函數(shù)為調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)為測(cè)量變送環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為因生產(chǎn)需要，出口物料的設(shè)定溫度從80提高到85 時(shí)，物料出口溫度的穩(wěn)態(tài)變化量為多少？系統(tǒng)的余差為多少？測(cè)量變送

4、器和執(zhí)行器與控制器測(cè)量變送器和執(zhí)行器與控制器 -控制閥流量特性選擇TC蒸汽凝液進(jìn)料TspTmTG2G1, T1u(t)熱平衡方程:2111)(GTTGC主要擾動(dòng)為T(mén)1時(shí)，如何選擇控制閥流量特性；主要擾動(dòng)為G1時(shí)，如何選擇閥的流量特性；設(shè)定值變化時(shí)，如何選擇閥的流量特性。（提示：首先應(yīng)求取對(duì)象靜態(tài)增益與主要擾動(dòng)的關(guān)系）測(cè)量變送器和執(zhí)行器與控制器（續(xù)）測(cè)量變送器和執(zhí)行器與控制器（續(xù)）題1：定值控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程有幾種形式？工程上一般要求為哪種過(guò)渡過(guò)程形式？隨動(dòng)系統(tǒng)一般要求為哪種過(guò)渡過(guò)程形式？題2：一生產(chǎn)過(guò)程，被控對(duì)象為一階特性，控制器為純比例控制器，控制中還是發(fā)生了衰減振蕩過(guò)程？為什么？測(cè)量變送器

5、和執(zhí)行器與控制器（續(xù)）測(cè)量變送器和執(zhí)行器與控制器（續(xù)）題3：一個(gè)系統(tǒng)的對(duì)象有容量滯后，另一個(gè)系統(tǒng)由于測(cè)量點(diǎn)位置造成純滯后，如分別采用微分作用克服滯后，效果如何？測(cè)量變送器和執(zhí)行器與控制器（續(xù)）測(cè)量變送器和執(zhí)行器與控制器（續(xù)）題4：PID控制器的時(shí)間域算式中有一偏置u0，而在復(fù)頻域（即在傳遞函數(shù)形式）算式中卻沒(méi)有這一項(xiàng)，這是為什么？u0的物理含義是什么？u0的具體取值是怎樣取得的？題5 增大測(cè)量變送環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)Tm，對(duì)實(shí)際被控變量的控制質(zhì)量有何影響？對(duì)指示記錄曲線又有何影響？?jī)烧呤欠褚恢?，為什么？控制器的控制器的“正反作用正反作用”選擇選擇TC進(jìn)料出料燃料TTmTspRfu問(wèn)題:(1) 如何選

6、擇控制閥的 “氣開(kāi)氣關(guān)”？(2) 如何選擇溫度控制器的正反作用，以使閉環(huán)系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng)？控制器的控制器的“正反作用正反作用”選擇（續(xù)）選擇（續(xù)）精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)如圖所示，圖中，Pv為調(diào)節(jié)閥閥前壓力。（1）為保證再沸器的安全，蒸汽調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用氣關(guān)閥還是氣開(kāi)閥？為什么？（2）確定調(diào)節(jié)器TC、PC的正反作用，并畫(huà)出該系統(tǒng)完整的方框圖（盡可能在圖上表明相應(yīng)的信號(hào)）。PC加熱蒸汽再沸器塔底部TCTspPspTmPmPTuPv控制器的控制器的“正反作用正反作用”選擇（續(xù)）選擇（續(xù)）如圖為貯槽液位控制系統(tǒng)，為安全起見(jiàn)，貯槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止溢出，試在下述兩種情況下，分別確定執(zhí)行器的氣開(kāi)、氣關(guān)型式及控制

7、器的正、反作用。（1）選擇流入量Qi為操縱變量；（2）選擇流出量Qo為操縱變量。QiQo串級(jí)控制系統(tǒng)題1 在一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)中，原來(lái)選用口徑為20mm的氣開(kāi)閥，后來(lái)改為口徑為32mm的氣關(guān)閥。問(wèn)： 主、副控制器的正反作用要否改變？為什么？ 副控制器的比例度和積分時(shí)間要否改變？是變大還是變?。繛槭裁?？ 主控制器的比例度和積分時(shí)間要否改變？是變大還是變??？為什么？串級(jí)控制系統(tǒng)（續(xù)）題2 在一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)中，主變量是溫度，溫度變送器量程原為0200，后改為80 120 。問(wèn)：副控制器比例度和積分時(shí)間要否改變？是變大還是變??？為什么？ 主控制器的比例度和積分時(shí)間要否改變？是變大還是變小？為什么？串級(jí)

8、控制系統(tǒng)（續(xù)）題3 表示了兩個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程方塊圖 為了改善閉環(huán)品質(zhì)（F2擾動(dòng)時(shí)），哪一個(gè)過(guò)程應(yīng)該采用串級(jí)控制？為什么？ 對(duì)應(yīng)該采用串級(jí)控制的系統(tǒng)，試畫(huà)出相應(yīng)的方塊圖假設(shè)。串級(jí)控制系統(tǒng)（續(xù)）題4 如圖所示的反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行的是放熱化學(xué)反應(yīng)，而釜內(nèi)溫度過(guò)高會(huì)發(fā)生事故，因此采用夾套通冷水來(lái)進(jìn)行冷卻，以帶走反應(yīng)過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量。由于工藝對(duì)該反應(yīng)過(guò)程溫度控制精度要求很高，單回路控制滿足不了要求，需用串級(jí)控制。（1）當(dāng)冷卻水壓力波動(dòng)是主要干擾時(shí)，應(yīng)怎樣組成串級(jí)？畫(huà)出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。串級(jí)控制系統(tǒng)（續(xù)）（2）當(dāng)冷卻水入口溫度波動(dòng)是主要干擾時(shí)，應(yīng)怎樣組成串級(jí)？畫(huà)出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。串級(jí)控制系統(tǒng)（續(xù)）題5 簡(jiǎn)述串級(jí)控制與串級(jí)均勻

9、控制的異同點(diǎn)。串級(jí)控制系統(tǒng)（續(xù)）題6 下圖為精溜塔的塔釜串級(jí)控制系統(tǒng)，請(qǐng)問(wèn)是否有錯(cuò)？錯(cuò)在什么地方？應(yīng)做如何改正？為什么？前饋控制系統(tǒng)題1 當(dāng)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： ， 。此時(shí)，動(dòng)態(tài)前饋控制器能不能具體實(shí)現(xiàn)？為什么？1210)(1 . 0 sesGsp122)( ssGd題2 是否可用普通的PID控制器作為前饋控制器？為什么？前饋控制系統(tǒng)（續(xù)）題2 什么是前饋控制系統(tǒng)？前饋控制系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？應(yīng)用在什么場(chǎng)合？前饋控制系統(tǒng)（續(xù)）題3 前饋控制有哪幾種主要形式？題4 什么叫不變性原理？前饋-反饋控制系統(tǒng)TCFCTCFC原油原油燃料油燃料油(a)(b)題1：有時(shí)前饋-反饋控制系統(tǒng)從其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看與串級(jí)

10、控制系統(tǒng)十分相似。試問(wèn)如何來(lái)區(qū)分它們？試分析判斷下圖所示的兩個(gè)系統(tǒng)各屬于什么系統(tǒng)？說(shuō)明其理由。 比值控制系統(tǒng)題1 比值控制中的比值與比值系數(shù)是否是一回事？其關(guān)系如何？題2 什么是變比值控制系統(tǒng)？比值控制系統(tǒng)（續(xù)）題3 比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有幾種？名稱(chēng)是什么？各自有什么特點(diǎn)？各自適宜的應(yīng)用場(chǎng)合？比值控制系統(tǒng)（續(xù)）比值控制系統(tǒng)（續(xù)）FCFCF1F2F1spF2sp題1 對(duì)于如左圖所示的流量系統(tǒng), 希望F2按比例跟蹤F1的變化:21FKFK比值控制系統(tǒng)（續(xù)）比值控制系統(tǒng)（續(xù)）題2 有一單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)如圖所示，其比值用DDZ-型乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)（圖中的測(cè)量?jī)x表是線性儀表）。已知Q1max7000kgh，

11、Q2max4000kgh。要求：（1）若已知I018mA，求該比值控制系統(tǒng)的k？比值系數(shù)K=？（2）待該比值系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，測(cè)得I110mA，試計(jì)算此時(shí)的I2=？ I2I2I0I1F1TFYQ1Q2FCF2T比值控制系統(tǒng)（續(xù)）比值控制系統(tǒng)（續(xù)）題3 有一生產(chǎn)工藝要求A、B兩物料流量比值維持在0.4。已知Qamax=3200kg/h，Qbmax=800kg/h，流量測(cè)量用孔板配差壓變送器進(jìn)行測(cè)量，并在變送器后加了開(kāi)方器。試分析可否用乘法器組成的比值控制方案？如果一定要用乘法器，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上應(yīng)做何處理？分程控制系統(tǒng)題1 下圖為化學(xué)反應(yīng)器的過(guò)程控制系統(tǒng)：1）說(shuō)明圖中的控制策略屬于哪類(lèi)控制系統(tǒng)？2）最主要

12、的被控變量是什么？最主要的操縱變量是什么？3）圖中哪個(gè)控制器要整定的最慢，哪個(gè)控制器要整定的最快？為什么？4）閥門(mén)V1是氣開(kāi)還是氣關(guān)？為什么？V2是氣開(kāi)還是氣關(guān)？為什么？5）指出各圖中控制器的正反作用，并給出選取的理由；6）給出圖中控制規(guī)律的選取。分程控制系統(tǒng)（續(xù)）題2 有一放熱反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)釜，需要移走熱量，在一般情況下用自來(lái)水作冷劑，但在熱天需補(bǔ)充深井水作冷劑?？刂频囊笫钱?dāng)自來(lái)水閥全開(kāi)還感到去熱不足時(shí)，才開(kāi)啟深井水閥?，F(xiàn)設(shè)計(jì)了一套分程控制系統(tǒng)，試確定： 閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式； 控制器的正、反作用； 分程區(qū)間。分程控制系統(tǒng)（續(xù)）題3 圖中所示的加熱爐，出口溫度需控制在規(guī)定值。所用燃料要求盡量使用燃料氣，使用不足時(shí)才用燃油，如何設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)？ 執(zhí)行器的氣開(kāi)、氣關(guān)形式； 控制器的正、反作用； 在下圖上畫(huà)出工藝控制流程圖； 畫(huà)出控制系統(tǒng)方塊圖。選擇性控制系統(tǒng)什么是控制器的“積分飽和”現(xiàn)象？產(chǎn)生積分飽和的條件是什么？選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)）圖示為加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)方案之一。工藝上規(guī)定要優(yōu)先使用煉廠氣A，只有在負(fù)荷增加后。使用了煉廠氣所能提供的最大限量還是不夠時(shí)，則以B來(lái)加以補(bǔ)充。試分析：圖示控制方案是如何滿足上述工藝要求的？閥位控制系統(tǒng)什么是閥位控制系統(tǒng)（VPC）？何時(shí)需