過程控制模擬試題

1、過程控制模擬試題（一）1、什么是過程控制系統(tǒng)？其基本分類方法有哪幾種？（5分）2、什么是機(jī)理分析法建模?該方法有何特點？（5分）3、何謂調(diào)節(jié)閥的流通能力？對數(shù)流量特性有何特點？（5分）4、何謂單回路系統(tǒng)？說明組成單回路系統(tǒng)各部分的作用。（10分）5、選擇調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的依據(jù)是什么？若已知過程的數(shù)學(xué)模型，怎樣來選擇PID控制規(guī)律？（10分）6、什么叫比值控制系統(tǒng)？常用比值控制方案有哪些？并比較其優(yōu)缺點。（10分）7、試推導(dǎo)單容過程數(shù)學(xué)模型（輸入量為q1,被控量為2）。（15分）8、某生產(chǎn)過程中，冷物料通過加熱爐對其進(jìn)行加熱。熱物料溫度必須滿足生產(chǎn)工藝要求，故設(shè)計下圖所示溫度控制系統(tǒng)流程圖。試畫出

2、其框圖，并確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反作用。（20分）專業(yè)資料可編，并分析其工作過程9、對于下圖所示的加熱爐串級控制系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖與單回路系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)有哪些主要特點？（20分）濟(jì)抑卄濟(jì)抑卄專業(yè)資料可編過程控制模擬試題（一）答案1、答案過程控制是通過各種檢測儀表、控制儀表和電子計算機(jī)等自動化技術(shù)工具，對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行自動檢測、自動監(jiān)督和自動控制。一個過程控制系統(tǒng)是由被控過程和過程檢測控制儀表兩部分組成的。按過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點可進(jìn)行如下分類：1）反饋控制系統(tǒng)：反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)被控量的偏差進(jìn)行工作的，偏差值是控制的依據(jù)，最后達(dá)到消除或減小偏差的目的。2

3、）前饋控制系統(tǒng)：前饋控制系統(tǒng)直接根據(jù)擾動量的大小進(jìn)行工作，擾動是控制的依據(jù)。由于它沒有被控量的反饋，所以也稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。3）前饋一反饋控制系統(tǒng)（復(fù)合控制系統(tǒng)）：開環(huán)前饋控制的最主要的優(yōu)點是能針對主要擾動及時迅速地克服其對被控參數(shù)的影響；對于其余次要擾動，則利用反饋控制予以克服，使控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時能準(zhǔn)確地使被控量控制在給定值上。按給定值信號的特點可進(jìn)行如下分類：1）定值控制系統(tǒng)：就是系統(tǒng)被控量的給定值保持在規(guī)定值不變，或在小范圍附近不變。2）程序控制系統(tǒng)：它是被控量的給定值按預(yù)定的時間程序變化工作的?？刂频哪康木褪鞘瓜到y(tǒng)被控量按工藝要求規(guī)定的程序自動變化。3）隨動控制系統(tǒng)：它是一種被控量的給

4、定值隨時間任意變化的控制系統(tǒng)。其主要作用是專業(yè)資料可編克服一切擾動，使被控量快速跟隨給定值而變化。2、答案機(jī)理建模：是根據(jù)過程的內(nèi)部機(jī)理（運(yùn)動規(guī)律），運(yùn)用一些已知的定律、原理，如生物學(xué)定律、化學(xué)動力學(xué)原理、物料平衡方程、能量平衡方程、傳熱傳質(zhì)原理等，建立過程的數(shù)學(xué)模型。特點：機(jī)理分析法建模的最大特點是當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備還處于設(shè)計階段就能建立其數(shù)學(xué)模型。由于該模型的參數(shù)直接與設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)有關(guān)，因此對新設(shè)備的研究和設(shè)計具有重要意義。另外，對于不允許進(jìn)行試驗的場合，該方法是唯一可取的。機(jī)理分析法建模主要是基于分析過程的結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部的物理化學(xué)過程，因此要求建模者應(yīng)有相應(yīng)學(xué)科的知識。通常此法只能用于簡單

5、過程的建模。對于較復(fù)雜的實際生產(chǎn)過程來說，機(jī)理建模有很大的局限性，這是因為實際過程的機(jī)理并非完全了解，同時過程的某些因素如受熱面的積垢、催化劑的老化等可能在不斷變化，難以精確描述。另外，一般來說機(jī)理建模得到的模型還需通過試驗驗證。3、答案流通能力C表示執(zhí)行器的容量，其定義為：調(diào)節(jié)閥全開，閥前后壓差為O.IMPa，流體密度為1g/cm3時，每小時流過閥門的流體流量（體積（m3）或質(zhì)量（kg）。專業(yè)資料可編對數(shù)（等百分比）流量特性：是指單位相對行程的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關(guān)系。調(diào)節(jié)閥對數(shù)流量特性曲線的斜率即放大系數(shù)是隨行程（開度）的增大而遞增的。在行程變化值相同的情況下，當(dāng)

6、流量小時，則流量變化亦??；當(dāng)流量大時，則流量變化亦大。從過程控制工程來看，利用對數(shù)（等百分比）流量特性是有利的。調(diào)節(jié)閥在小開度時，調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)小，控制平穩(wěn)緩和；調(diào)節(jié)閥在大開度時，其放大系數(shù)大，控制作用靈敏有效。4、答案單回路過程控制系統(tǒng)亦稱單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡稱單回路系統(tǒng)，一般是指針對一個被控過程（調(diào)節(jié)對象），采用一個測量變送器監(jiān)測被控過程，采用一個控制（調(diào)節(jié)）器來保持一個被控參數(shù)恒定（或在很小范圍內(nèi)變化），其輸出也只控制一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）。從系統(tǒng)的框圖看，只有一個閉環(huán)回路。檢測變送器作用：對被控參數(shù)（變量）以及其它一些參數(shù)、變量進(jìn)行迅速、準(zhǔn)確地測量的檢測和將測量信號傳送至控制器，是設(shè)計過

7、程控制系統(tǒng)中的重要一環(huán)。執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）作用：在過程控制中，執(zhí)行器（亦稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)）大多采用閥的形式，控制各種氣體或液體的流量與流速，是過程控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，其特性好壞對控制質(zhì)量的影響是很大的。專業(yè)資料可編控制器（調(diào)節(jié)器）作用：將給定信號與過程被控量的檢測信號進(jìn)行綜合運(yùn)算，控制執(zhí)行器的動作，以保證被控量的穩(wěn)定或按一定規(guī)律變化。在過程控制中，控制器常稱為調(diào)節(jié)器（控制常稱為調(diào)節(jié)）。在采用計算機(jī)控制時，控制是由計算機(jī)的數(shù)字運(yùn)算來實現(xiàn)的。在過程控制發(fā)展史中，控制器（控制規(guī)律）的發(fā)展起了決定性作用，并由此來劃分過程控制的各個階段?？梢娍刂破鞯倪x型與控制規(guī)律的確定是系統(tǒng)設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)，必須充分

8、重視。5、答案TOCo1-5hz根據(jù)t/T。比值和過程特性來選擇控制器的控制規(guī)律：根據(jù)t/To比值來選擇控制器的控制規(guī)律1）當(dāng)t/ToO.2時，選用比例或比例積分控制規(guī)律;2）當(dāng)0.2t/To1.O時，采用單回路控制系統(tǒng)往往已不能滿足工藝要求，應(yīng)采用復(fù)雜控制方案。根據(jù)過程特性來選擇控制器的控制規(guī)律:1）比例控制規(guī)律（P）:適用控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場合。2）比例積分控制規(guī)律（PI）:適用控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控參數(shù)不允許有余差的場合。專業(yè)資料可編3）比例微分控制規(guī)律（PD）:具有超前作用，對容量滯后過程可改善系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)

9、4）比例積分微分控制規(guī)律（PID）:PID控制規(guī)律是一種較理想的控制規(guī)律，它在比例的基礎(chǔ)上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性它適用于控制通道時間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場合6、答案凡是兩個或多個參數(shù)自動維持一定比值關(guān)系的過程控制系統(tǒng)，統(tǒng)稱為比值控制系統(tǒng)常用的比值控制方案1）單閉環(huán)比值控制：從動量Q2是一個閉環(huán)隨動控制系統(tǒng)，主動量Qi卻是開環(huán)的Q2跟隨Qi的變化而改變該控制方案的優(yōu)點是能確保Q2/Qi=K不變。同時方案結(jié)構(gòu)較簡單，因而在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中得到廣泛應(yīng)用但該方案中Qi不受控制、易受干擾2）雙閉環(huán)比值控制：它是由一個定值控制的主動量回路和一個跟隨主

10、動量變化的從動量隨動控制回路組成主動量控制回路能克服主動量擾動，實現(xiàn)其定值控制從動量控制回路能克服作用于從動量回路中的擾動，實現(xiàn)隨動控制當(dāng)擾動消除后，主、從動量都回復(fù)到原設(shè)定值上，其比值不變雙閉環(huán)比值控制能實現(xiàn)主動量的抗擾動、定值控制，使主、從動量均比較穩(wěn)定，從而使總物料量也比較平穩(wěn)，這樣，系統(tǒng)總負(fù)荷也將是穩(wěn)定的雙閉環(huán)比值控制的另一優(yōu)點專業(yè)資料可編,這樣從動量自動跟蹤升,這樣從動量自動跟蹤升是升降負(fù)荷比較方便，只需緩慢改變主動量控制器的給定值降，并保持原來比值不變。不過雙閉環(huán)比值控制方案所用設(shè)備較多、投資較高，而且投運(yùn)比較麻煩。2）變比值控制單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制是實現(xiàn)兩種物料流量間的

11、定值控制，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中其比值系數(shù)希望（并設(shè)定）是不變的。在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個參數(shù)的需要而變化。為了滿足上述生產(chǎn)工藝要求，開發(fā)了采用除法器構(gòu)成的變比值控制。這實際上是一個以某種質(zhì)量指標(biāo)yi（常稱為第三參數(shù)或主參數(shù)）為主變量，而以兩個流量比為副變量的串級控制系統(tǒng)。當(dāng)Qi、Q2出現(xiàn)擾動時，通過比值控制回路，保證比值一定，從而不影響或大大減小擾動對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。7、答案W0(S)_Q,(s)Cs1_ToS-1式中To液位過程的時間常數(shù)，To=R2C;Ko液位過程的放大系數(shù)，Ko=R2；C液位過程的容量系數(shù)，或稱過程容量專業(yè)資料可編8、答案1)系統(tǒng)框圖Wc(s):調(diào)節(jié)器

12、(TC);Wv(S):調(diào)節(jié)閥(控制燃料)；Wo(S)：加熱爐過程；Wm(S)溫度測量變送(TT);F(s):擾動量；Y(s)：熱物料溫度。調(diào)節(jié)閥選氣開形式(安全考慮)K1：+；Ko:+；Km:+2Kc：+，反作用調(diào)節(jié)器K1：+；Ko:+；Km:+2Kc：+，反作用調(diào)節(jié)器答案系統(tǒng)框圖f3f2f3f2加熱爐串級控制系統(tǒng)的工作過程12專業(yè)資料可編當(dāng)處在穩(wěn)定工況時，被加熱物料的流量和溫度不變，燃料的流量與熱值不變，煙囪抽力也不變，爐出口溫度和爐膛溫度均處于相對平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥保持一定的開度，此時爐出口溫度穩(wěn)定在給定值上，當(dāng)擾動破壞了平衡工況時，串級控制系統(tǒng)便開始了其控制過程。燃料壓力、熱值變化f2和煙

13、筒抽力變化f3二次擾動或副回路擾動擾動f2和f3先影響爐膛溫度，于是副調(diào)節(jié)器立即發(fā)出校正信號，控制調(diào)節(jié)閥的開度，改變?nèi)剂狭浚朔鲜鰯_動對爐膛溫度的影響。如果擾動量不大，經(jīng)過副回路的及時控制一般不影響爐出口溫度；如果擾動的幅值較大，雖然經(jīng)過副回路的及時校正，仍影響爐出口溫度，此時再由主回路進(jìn)一步調(diào)節(jié)，從而完全克服上述擾動，使?fàn)t出口溫度調(diào)回到給定值上來。被加熱物料的流量和初溫變化fi一次擾動或主回路擾動擾動fi使?fàn)t出口溫度變化時，主回路產(chǎn)生校正作用，克服人fi對爐出口溫度的影響。由于副回路的存在加快了校正作用，使擾動對爐出口溫度的影響比單回路系統(tǒng)時要小。次擾動和二次擾動同時存在假設(shè)加熱爐串級系統(tǒng)

14、中調(diào)節(jié)閥為氣開式，主、副調(diào)節(jié)器均為反作用。如果一、二次擾動的作用使主、副被控參數(shù)同時增大或同時減少，主、副調(diào)節(jié)器對調(diào)節(jié)閥的控制方向是一致的，即大幅度關(guān)小或開大閥門，加強(qiáng)控制作用，使?fàn)t出口溫度很快調(diào)回到給定值專業(yè)資料可編上。如果一、二次擾動的作用使主、副被控參數(shù)一個增大（爐出口溫度升高）,另一個減?。ㄈ剂狭繙p少，即爐膛溫度降低），此時主、副調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥的方向是相反的，調(diào)節(jié)閥的開度只要作較小變動即滿足控制要求。2）串級控制系統(tǒng)的特點串級控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比有一個顯著的區(qū)別，即其在結(jié)構(gòu)上多了一個副回路，形成了兩個閉環(huán)一一雙閉環(huán)或稱為雙環(huán)。串級控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與電力傳動自動控制系統(tǒng)中的雙環(huán)

15、系統(tǒng)相同，其系統(tǒng)特點與分析方法亦基本相同。串級控制系統(tǒng)，就其主回路（外環(huán)）來看是一個定值控制系統(tǒng)，而副回路（內(nèi)環(huán)）則為一個隨動系統(tǒng)。以加熱爐串級控制系統(tǒng)為例，在控制過程中，副回路起著對爐出口溫度的粗調(diào)”作用，而主回路則完成對爐出口溫度的細(xì)調(diào)”任務(wù)。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)多用了一個測量變送器與一個控制器（調(diào)節(jié)器），增加的投資并不多（對計算機(jī)控制系統(tǒng)來說，僅增加了一個測量變送器），但控制效果卻有顯著的提高。其原因是在串級控制系統(tǒng)中增加了一個包含二次擾動的副回路，使系統(tǒng)改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；對二次干擾有很強(qiáng)的克服能力：提高了對一次擾動的克服能力和對回路參數(shù)變化的

16、自適應(yīng)能力。專業(yè)資料可編專業(yè)資料可編專業(yè)資料可編過程控制模擬試題（二）1、過程控制系統(tǒng)有哪些特點？（5分）2、什么是試驗法建模?該方法有何特點？（5分）3、如何選擇調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式？（5分）4、被控參數(shù)的選擇有何重要意義？選擇原則有哪些？（10分）5、控制通道時間常數(shù)To對控制系統(tǒng)性能有何影響？（10分）6、如何進(jìn)行比值控制系統(tǒng)的設(shè)計與整定？（10分）7、試推導(dǎo)雙容過程數(shù)學(xué)模型（輸入量為q1,被控量為h2）。（15分）8、在某鍋爐運(yùn)行過程中，必須滿足汽一水平衡關(guān)系，故汽包液位是一個十分重要的指標(biāo)。當(dāng)液位過低時，汽包中的水易被燒干引起生產(chǎn)事故（甚至?xí)a(chǎn)生爆炸危險），故設(shè)計下圖液位控制系統(tǒng)。

17、試畫出該系統(tǒng)的框圖，并確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反作用方式。2（20分）49、串級控制系統(tǒng)框圖如下圖（以加熱爐為例），簡述其工作原理。主副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律如何來選擇？（20分）f3f2f1過程控制模擬試題（二）答案1、答案1）連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制。2）過程控制系統(tǒng)由過程檢測、控制儀表組成。3）被控過程是多種多樣的、非電量的。4）過程控制的控制過程多屬慢過程，而且多半為參量控制。5）過程控制方案十分豐富。TOCo1-5hz6）定值控制是過程控制的一種常用形式。2、答案試驗法建模是在實際的生產(chǎn)過程（設(shè)備）中，根據(jù)過程輸入、輸出的實驗數(shù)據(jù)，即通過過程辨識與參數(shù)估計的方

18、法建立被控過程的數(shù)學(xué)模型。與機(jī)理分析法相比，試驗法建模的主要特點是不需要深入了解過程的機(jī)理。但是必須設(shè)計一個合理的實驗，以獲得過程所含的最大信息量，而對此卻往往是困難的。所以，在實際使用時，這兩種方法經(jīng)常是相互補(bǔ)充的。如先通過機(jī)理分析確定模型的結(jié)構(gòu)形式，再通過實驗數(shù)據(jù)來確定模型中各系數(shù)的大小。3、答案調(diào)節(jié)閥開、關(guān)形式的選擇主要是考慮在不同工藝條件下安全生產(chǎn)的需要。1）考慮事故狀態(tài)時人身、工藝設(shè)備的安全。當(dāng)過程控制系統(tǒng)發(fā)生故障（如氣源中斷、控制（調(diào)節(jié)）器損壞或調(diào)節(jié)閥壞了）時，調(diào)節(jié)閥所處的狀態(tài)不致影響人身和工藝設(shè)備的安全。2）考慮事故狀態(tài)下減少經(jīng)濟(jì)損失，保證產(chǎn)品質(zhì)量。3）考慮介質(zhì)的性質(zhì)。對裝有易結(jié)

19、晶、易凝固物料的裝置，蒸汽流量調(diào)節(jié)閥需選用氣關(guān)式。一旦事故發(fā)生，使其處于全開狀態(tài)，以防止物料結(jié)晶、凝固和堵塞給重新開工帶來麻煩，甚至損壞設(shè)備。4、答案選擇被控參數(shù)是控制方案設(shè)計中的重要一環(huán)，對于穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、節(jié)能、改善勞動條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生等具有決定性意義。若被控參數(shù)選擇不當(dāng)，則無論組成什么樣的控制系統(tǒng)，選用多么先進(jìn)的過程檢測控制設(shè)備，均不能達(dá)到預(yù)期的控制效果。對于一個生產(chǎn)過程來說，影響操作的因素是很多的。但是，并非對所有影響因素都需加以控制。所以，必須根據(jù)工藝要求，深入分析工藝過程，找出對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、環(huán)境保護(hù)等具有決定性作用，能較好反映工藝生產(chǎn)狀態(tài)

20、變化的參數(shù)（這些參數(shù)又是人工控制難以滿足要求，或操作十分緊張、勞動強(qiáng)度很大，客觀上要求進(jìn)行自動控制的參數(shù)）作為被控參數(shù)。1）選擇對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)具有決定性作用的、可直接測量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)。2）當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時，應(yīng)該選擇一個與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)作為被控量。3）被控參數(shù)必須具有足夠高的靈敏度。4）被控參數(shù)的選取，必須考慮工藝過程的合理性和所用儀表的性能。5、答案To的大小反映了控制作用的強(qiáng)弱，反映了控制器的校正作用克服擾動對被控參數(shù)影響的快慢。若To太大，則控制作用太弱，被控參數(shù)變化緩慢，控制不能及時，系統(tǒng)過渡過程時間長，控制質(zhì)量下

21、降；若To太小，雖控制作用強(qiáng)，控制及時，克服擾動影響快，過渡過程時間短，但易引起系統(tǒng)振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，亦不能保證控制質(zhì)量。所以在系統(tǒng)設(shè)計時，要求控制通道時間常數(shù)To適當(dāng)小一點，使其校正及時，又能獲得較好的控制質(zhì)量。6、答案1）主、從動量的確定設(shè)計比值控制系統(tǒng)時，需要先確定主、從動量。其原則是：在生產(chǎn)過程中起主導(dǎo)作用或可測但不可控、且較昂貴的物料流量一般為主動量，其余的物料流量以它為準(zhǔn)進(jìn)行配比，為從動量。2）控制方案的選擇比值控制有多種控制方案，在具體選用時應(yīng)分析各種方案的特點，根據(jù)不同的工藝情況負(fù)荷變化、擾動性質(zhì)、控制要求等進(jìn)行合理選擇。3）調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定比值控制調(diào)節(jié)器控制規(guī)律要根

22、據(jù)不同控制方案和控制要求而確定。4）正確選用流量計與變送器流量測量與變送是實現(xiàn)比值控制的基礎(chǔ)，必須正確選用。5）比值控制方案的實施實施比值控制方案基本上有相乘方案和相除方案兩大類。在工程上可采用比值器、乘法器和除法器等儀表來完成兩個流量的配比問題。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，則可以通過簡單的乘、除運(yùn)算來實現(xiàn)。6）比值系數(shù)的計算設(shè)計比值控制系統(tǒng)時，比值系數(shù)計算是一個十分重要的問題7）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定比值控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定是系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中的一個十分重要的問題。對于定值控制（如雙閉環(huán)比值控制中的主回路）可按單回路系統(tǒng)進(jìn)行整定。對于隨動系統(tǒng)（如單閉環(huán)比值控制、雙閉環(huán)的從動回路及變比值的變比值回路）

23、，要求從動量能快速、正確跟隨主動量變化，不宜過調(diào)，以整定在振蕩與不振蕩的邊界為最佳。7、答案Wo(s)=Q(s)K。(TiSgs1)式中：Ti第一只水箱的時間常數(shù)，Ti=R2CiT2第二只水箱的時間常數(shù)，T2=R3C2Ko過程的放大系數(shù)，Ko=R3Ci、C2分別為兩只水箱的容量系數(shù)8、答案1)系統(tǒng)框圖1)系統(tǒng)框圖Wc(s)：調(diào)節(jié)器(LC);Wv(s)：調(diào)節(jié)閥(控制給水)；Wo(s)：汽包過程；Wm(s)溫度測量變送(LT);F(s)：擾動量；Y(s)：熱物料溫度。調(diào)節(jié)閥選氣關(guān)形式(安全考慮，防干燒)Kv：-；Ko：+；Km:+Kc：-，正作用調(diào)節(jié)器9、答案1)加熱爐串級控制系統(tǒng)的工作過程：當(dāng)處

24、在穩(wěn)定工況時，被加熱物料的流量和溫度不變，燃料的流量與熱值不變，煙囪抽力也不變，爐出口溫度和爐膛溫度均處于相對平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥保持一定的開度，此，串級控制系統(tǒng)便開始了其控，串級控制系統(tǒng)便開始了其控時爐出口溫度穩(wěn)定在給定值上，當(dāng)擾動破壞了平衡工況時制過程。燃料壓力、熱值變化f2和煙筒抽力變化f3二次擾動或副回路擾動擾動f2和f3先影響爐膛溫度，于是副調(diào)節(jié)器立即發(fā)出校正信號，控制調(diào)節(jié)閥的開度，改變?nèi)剂狭?，克服上述擾動對爐膛溫度的影響。如果擾動量不大，經(jīng)過副回路的及時控制一般不影響爐出口溫度；如果擾動的幅值較大，雖然經(jīng)過副回路的及時校正，仍影響爐出口溫度，此時再由主回路進(jìn)一步調(diào)節(jié)，從而完全克服上述擾

25、動，使?fàn)t出口溫度調(diào)回到給定值上來。被加熱物料的流量和初溫變化fi一次擾動或主回路擾動擾動fi使?fàn)t出口溫度變化時，主回路產(chǎn)生校正作用，克服人fi對爐出口溫度的影響。由于副回路的存在加快了校正作用，使擾動對爐出口溫度的影響比單回路系統(tǒng)時要小。次擾動和二次擾動同時存在假設(shè)加熱爐串級系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥為氣開式，主、副調(diào)節(jié)器均為反作用。如果一、二次擾動的作用使主、副被控參數(shù)同時增大或同時減少，主、副調(diào)節(jié)器對調(diào)節(jié)閥的控制方向是一致的，即大幅度關(guān)小或開大閥門，加強(qiáng)控制作用，使?fàn)t出口溫度很快調(diào)回到給定值上。如果一、二次擾動的作用使主、副被控參數(shù)一個增大(爐出口溫度升高)，另一個減小(燃料量減少，即爐膛溫度降低)，此

26、時主、副調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥的方向是相反的，調(diào)節(jié)閥的開度只要作較小變動即滿足控制要求。2）主副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律選擇在串級控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器所起的作用是不同的。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動控制作用，這是選擇控制規(guī)律的出發(fā)點。主參數(shù)是工藝操作的主要指標(biāo)，允許波動的范圍比較小，一般要求無余差，因此，主調(diào)節(jié)器應(yīng)選PI或PID控制規(guī)律。副參數(shù)的設(shè)置是為了保證主參數(shù)的控制質(zhì)量，可以在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器只要選P控制規(guī)律就可以了，一般不引入積分控制規(guī)律（若采用積分規(guī)律，會延長控制過程，減弱副回路的快速作用），也不引入微分控制規(guī)律（因為副回路本身起著快速作用，再引入微分規(guī)律會使調(diào)

27、節(jié)閥動作過大，對控制不利）。專業(yè)資料可編專業(yè)資料可編過程控制模擬試題（三）1、為什么說過程控制的控制過程多屬慢過程？（5分）2、簡述研究過程建模的主要目的及其建模方法（5分）3、工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的測溫方法有哪幾種？它們有何特點？（5分）4、如何根據(jù)過程控制特性選擇控制參數(shù)？（10分）5、過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)有哪些？（10分）6、簡述過程控制系統(tǒng)控制器的穩(wěn)定邊界法的工程整定方法。（10分）7、已知對某焙燒爐的投料量施加了從2.5t/h突變到2.89t/h的階躍擾動，測得焙燒爐出口爐氣的溫度變化如下表所示，試求1）畫出階躍響應(yīng)曲線，2）求溫度對象的數(shù)學(xué)模型（一階加延時）。（15分）8、下圖為一

28、出口物料溫度控制系統(tǒng)8、下圖為一出口物料溫度控制系統(tǒng)（要求物料溫度不能太低，防止結(jié)晶），試畫出該系統(tǒng)的框圖分）系統(tǒng)的框圖分），并確定調(diào)節(jié)閥的氣開2、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正*D、反作用方式。（20D出口物料出口物料CB時間/s010203040506090溫度廠C797797797799801803805811時間/S120150180240360420540630溫度/C917823828835847851854855。由于釜9、某聚合反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行放熱反應(yīng)，釜溫過高會發(fā)生事故，為此采用夾套水冷卻溫控制要求較高，且冷卻水溫度波動較大，故設(shè)置控制系統(tǒng)如下圖。1）試畫出其結(jié)構(gòu)框圖，說明主變量和副變量是

29、什么2）簡述其控制過程D（20分）過程控制模擬試題（三）答案1、答案由于被控過程具有大慣性、大滯后（大時延）等特性，因此決定了過程控制的控制過程多屬慢過程。另外，在石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、制藥等工業(yè)生產(chǎn)過程中，往往采用一些物理量和化學(xué)量（如溫度、壓力、流量、液位、成分、pH等）來表征其生產(chǎn)過程是否正常，因此需要對上述過程參數(shù)進(jìn)行自動檢測和自動控制，故過程控制多半為參量控制。2、答案建模目的1）設(shè)計過程控制系統(tǒng)和整定調(diào)節(jié)器參數(shù)：在過程控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計和整定時，是以被控過程的數(shù)學(xué)模型為依據(jù)的，它是極其重要的基礎(chǔ)資料。2）指導(dǎo)設(shè)計生產(chǎn)工藝設(shè)備：通過對生產(chǎn)工藝設(shè)備數(shù)學(xué)模型的分析和仿真，

30、可以確定有關(guān)因素對整個被控過程動態(tài)特性的影響（例如鍋爐受熱面的布置、管徑大小、介質(zhì)參數(shù)的選擇等對整個鍋爐出口汽溫、汽壓等動態(tài)特性的影響），從而提出對生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理要求和建議。3）進(jìn)行仿真試驗研究：在實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化中，往往需要對一些復(fù)雜龐大的設(shè)備進(jìn)行某些試驗研究，例如某單元機(jī)組及其控制系統(tǒng)能承受多大的沖擊電負(fù)荷，當(dāng)沖擊電負(fù)荷過大時會造成什么后果。對于這種破壞性的試驗往往不允許在實際設(shè)備上進(jìn)行，而只要根據(jù)過程的數(shù)學(xué)模型，通過計算機(jī)進(jìn)行仿真試驗研究，就不需要建立小型的物理模型，從而可以節(jié)省時間和經(jīng)費。4）培訓(xùn)運(yùn)行操作人員：在現(xiàn)代生產(chǎn)過程自動化中，對于一些復(fù)雜的生產(chǎn)操作過程（例如大型電站

31、機(jī)組的運(yùn)行）都應(yīng)該事先對操作人員進(jìn)行實際操作培訓(xùn)。隨著計算機(jī)仿真技術(shù)專業(yè)資料可編的發(fā)展，先建立這些復(fù)雜生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型（不需要建小型物理模型），而后通過仿真使之成為活的模型，在這樣的模型上，教練員可以安全、方便、多快好省地對運(yùn)行操作人員進(jìn)行培訓(xùn)。建立過程數(shù)學(xué)模型的基本方法有機(jī)理分析法和試驗法兩種。3、答案測量溫度的方法很多，從測量體與被測介質(zhì)接觸與否來分，有接觸式測溫和非接觸式測溫兩類。接觸式測溫是通過測量體與被測介質(zhì)的接觸來測量物體溫度的。在測量溫度時，測量體與被測介質(zhì)接觸，被測介質(zhì)與測量體之間進(jìn)行熱交換，最后達(dá)到熱平衡，此時測量體的溫度就是被測介質(zhì)的溫度。接觸式測溫的主要特點是：方法簡單

32、、可靠，測量精度高。但是由于測溫元件要與被測介質(zhì)接觸進(jìn)行熱交換，才能達(dá)到熱平衡，因而產(chǎn)生了滯后現(xiàn)象。同時測量體可能與被測介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；此外測量體還受到耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高溫度的測量。非接觸式測溫是通過接收被測介質(zhì)發(fā)出的輻射熱來判斷溫度的。非接觸式測溫的主要特點是：測溫上限原則上不受限制；測溫速度較快，可以對運(yùn)動體進(jìn)行測量。但是它受到物體的輻射率、距離、煙塵和水汽等因素影響，測溫誤差較大。4、答案選擇控制參數(shù)的一般原則是：1）控制通道的放大系數(shù)K。要適當(dāng)大一些；時間常數(shù)T。要適當(dāng)小一些；純滯后t愈小愈好，在有純滯后T的情況下，T和To之比應(yīng)小一些（小于1）,若其比值過大，則不利于

33、控制。2）擾動通道的放大系數(shù)Kf應(yīng)盡可能小；時間常數(shù)了Tf要大；擾動引入系統(tǒng)的位置要靠近調(diào)節(jié)閥。3）當(dāng)過程本身存在多個時間常數(shù)，在選擇控制參數(shù)時，應(yīng)盡量設(shè)法把幾個時間常數(shù)錯開，使其中一個時間常數(shù)比其它時間常數(shù)大得多，同時注意減小第二、第三個時間常數(shù)。這一原則同樣適用于控制（調(diào)節(jié)）器、調(diào)節(jié)閥和測量變送器時間常數(shù)的專業(yè)資料可編選擇，控制器、調(diào)節(jié)閥和測量變送器（三者均為系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中的環(huán)節(jié)）的時間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于被控過程中最大的時間常數(shù)。5、答案（一）系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo)1）余差（靜態(tài)偏差）C余差是指系統(tǒng)過渡過程終了時給定值與被控參數(shù)穩(wěn)態(tài)值之差。它是一個重要的靜態(tài)指標(biāo)，一般要求余差不超過預(yù)定值或接近

34、零2）衰減率衰減率是衡量系統(tǒng)過渡過程穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標(biāo)。它可定義為隨動系統(tǒng)階躍給定的響應(yīng)曲線當(dāng)中第一個超出穩(wěn)態(tài)值的波峰值Bi減去第二個超出穩(wěn)態(tài)值的波峰值B2之后除以Bi,即W=（B1-B2）/Bi。3）最大偏差A(yù)（或超調(diào)量o）對于定值系統(tǒng)來說，最大偏差是指被控參數(shù)第一個波的峰值與給定值的差，最大偏差（或超調(diào)量）是表示被控參數(shù)偏離給定值的程度（或超調(diào)量）是表示被控參數(shù)偏離給定值的程度,是衡量系統(tǒng)性能的一個重要指標(biāo)y(oo)100%4）過渡過程時間ts：過渡過程時間是指系統(tǒng)從受擾動作用時起內(nèi)所經(jīng)歷的時間，是衡量控制快速性的指標(biāo)（二）偏差積分性能指標(biāo)偏差積分性能指標(biāo)是以目標(biāo)函數(shù)形式表示的1）偏差絕對值積分（IAE）4）過渡過程時間ts：過渡過程時間是指系統(tǒng)從受擾動作用時起內(nèi)所經(jīng)歷的時間，是衡量控制快速性的指標(biāo)（二）偏差