過程控制工程試題打印

一、簡答題（每題6分，共24分）：1、電氣閥門定位器有哪些作用答：改善閥的靜態(tài)特性改善閥的動態(tài)特性改變閥的流量特性用于分程控制用于閥門的反向動作簡述串級控制系統(tǒng)的設計原則。答：（1）副回路的選擇必須包括主要擾動，而且應包括盡可能多的擾動；（2）主、副對象的時間常數(shù)應匹配；（3）應考慮工藝上的合理性和實現(xiàn)的可能性；（4）要注意生產(chǎn)上的經(jīng)濟性。簡單控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？答：簡單控制系統(tǒng)由一個被控對象，一個檢測元件和變送器，一個調(diào)節(jié)閥和一個調(diào)節(jié)器組成。檢測元件和變送器用于檢測被控變量，并將檢測到的信號轉換為標準信號，輸出到控制器?？刂破饔糜趯z測變送器的輸出信號與設定值進行比較,得出偏差，并把偏差信號按一定的控制規(guī)律運算，運算結果輸出到執(zhí)行器。執(zhí)行器是控制系統(tǒng)回路中的最終元件，直接用于改變操縱量，以克服干擾，達到控制的目的。前饋控制和反饋控制各有什么特點？為什么采用前饋-反饋復合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)？答:前饋控制的特點是:根據(jù)干擾工作;及時;精度不高，實施困難；只對某個干擾有克服作用?反饋的特點作用依據(jù)是偏差;不及時:精度高，實施方便，對所有干擾都有克服作用.由于兩種控制方式優(yōu)缺點互補，所以前饋-反饋復合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì).三、（10分）一個如圖1所示的換熱器，用蒸汽將進入其中的冷物料加熱到一定溫度，生產(chǎn)工藝要求熱物料出口溫度維持恒定Ctvi°C）.試設計一簡單溫度控制系統(tǒng)，選擇被控量和操縱量，畫出其結構原理圖，并選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律。答：被控量為了流體出口溫度，操縱量為蒸汽流量，調(diào)節(jié)器應選擇PID調(diào)節(jié)規(guī)律。系統(tǒng)結構原理圖如下圖所示：第1頁共4頁凝液四、（25分）圖2為管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)。試確定:這是一個什么系統(tǒng)？畫出其方框圖。調(diào)節(jié)閥的作用形式；主、副調(diào)節(jié)器的正反作用；分析系統(tǒng)的可能經(jīng)受的擾動及主要擾動；簡述進料流量增大時的控制過程；如果進料流量是注意擾動，上述系統(tǒng)應如何改進?答：1、這是個串級控制系統(tǒng)；系統(tǒng)方塊圖如下設定值XJ ?+主控副控設定值XJ ?+主控副控制器時機行器副干蘋主干蘋J副變量J*副對象?主對象主變量副回路副測量、變送~k—主測量、變送主回路 2；主測量、變送主回路 2；調(diào)節(jié)閥為氣開式，副調(diào)節(jié)器應為反作用，主調(diào)節(jié)器也應為反作用3、 可能經(jīng)受的擾動有被加熱物料的流量、溫度、成分的變化，燃料油的管道壓力、流量、成分的變化及環(huán)境溫度的變化。主要擾動應該是燃料油管道壓力的波動。4、 若進入加熱爐的進料流量發(fā)生變化而影響到爐出口溫度變化時，則由主調(diào)節(jié)器首先起控制作用，此時副回路雖不能直接克服擾動，但副回路的存在改善了過程特性，縮短了控制通道，因此控制質(zhì)量有所提高。5、此時應該選擇爐膛溫度作為副變量，組成串級控制系統(tǒng)，如下圖所示：五、（11分）如圖所示為鍋爐液位雙沖量控制系統(tǒng)。試問：當供水壓力波動較大時該方案是否能夠滿足控制要求?說明理由?如果不能，請設計出改進的方案.蒸汽給水蒸汽給水答：當供水壓力波動較大時，由于主要擾動沒有能夠及時的克服，所以該方案不能滿足控制要求。此時應該選擇供水流量作為副變量，以水位為主變量，蒸汽壓力為前饋信號，組成前饋串級復合控制系統(tǒng)。改進的方案如右圖所示六、(10分)在制藥工業(yè)中，為了增強藥效，需要對某種成分的藥物注入一定量的鎮(zhèn)定劑、緩沖劑，或加入一定量的酸、堿，使藥物呈酸性或堿性。這種注入過程一般都在混合槽中進行。工藝要求生產(chǎn)藥物與注入劑混合后的含量必須符合規(guī)定的比例，同時在混合過程中不允許藥物流量突然發(fā)生變化，以免混合過程產(chǎn)生局部的化學副反應，為此設計如下圖所示的控制系統(tǒng)。試分析：1圖中停留槽的作用是什么？2圖中有幾個控制系統(tǒng)，分別是什么系統(tǒng)，各系統(tǒng)的作用如何？答:停留槽的作用是穩(wěn)定藥物流量,防止其發(fā)生急劇變化.圖中共有兩個控制系統(tǒng),一個是停留槽液位與出口流量的均勻控制系統(tǒng),是藥物流量緩慢變化;另一個是藥物與添加劑的比值控制系統(tǒng),保持二者的比例關系.二、簡答題(每題5分，共20分)：1．簡述被控量與操縱量的選擇原則。答：(1)被控量的選擇原則:①必須盡可能選擇表征生產(chǎn)過程的質(zhì)量指標作為被控變量;②當沒有合適的質(zhì)量指標時,應選擇與質(zhì)量指標由單質(zhì)對應關系的間接指標作為被控量;③間接指標必須有足夠的靈敏度;④被控變量的選擇還應考慮工藝過程的合理性及所用測量儀表的性能、價格等因素.操縱變量選擇的原則①操縱變量應是控制通道放大系數(shù)K0較大者;②應使擾動通道的時間常數(shù)越大越好，而控制通道的時間常數(shù)適當小一些。③控制通道純滯后時間則越小越好，并盡量使擾動遠離被控變量而靠近調(diào)節(jié)閥;④當廣義過程的控制通道由幾個一階滯后環(huán)節(jié)組成時，要避免各個時間常數(shù)相等或相接近的情況;⑤工藝上的合理性和方便性。響;串級控制系統(tǒng)由于副回路的存在,改善了對象的特性,提高了系統(tǒng)的工作頻率;串級控制系統(tǒng)由于副回路的存在,使對象非線性特性線性化,提高了系統(tǒng)的自適應能力;能夠更精確控制操縱變量的流量.可以實現(xiàn)靈活的操作方式選擇3．設置均勻控制系統(tǒng)的目的和其特點是什么？答：目的是:對表征前后設備供求矛盾的兩個變量均勻協(xié)調(diào),統(tǒng)籌兼顧.特點是:表征前后供求矛盾的兩個變量都應該是緩慢變化的;前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個變量都應保持在工藝操作所允許的范圍內(nèi).4．前饋控制和反饋控制各有什么特點？為什么采用前饋-反饋復合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)？答:前饋控制的特點是:根據(jù)干擾工作;及時;精度不高,實施困難;只對某個干擾有克服作用.反饋的特點作用依據(jù)是偏差;不及時:精度高,實施方便,對所有干擾都有克服作用.由于兩種控制方式優(yōu)缺點互補,所以前饋-反饋復合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì).三、計算題(10分)已知對象控制通道階躍響應曲線數(shù)據(jù)如下表所表示，調(diào)節(jié)量階躍變化為△u=50。時間/min00.20.40.60.81.01.2被調(diào)量200.1201.1204.0227.0251.0280.0302.5時間/min1.41.61.82.02.22.4被調(diào)量318.0329.5336.0339.0340.5341.0用一階慣性環(huán)節(jié)加純遲延近似對象，求出K、T和T值。應用動態(tài)特性參數(shù)法選擇PID調(diào)節(jié)器參數(shù)。答：1.由實驗數(shù)據(jù)畫出對象的階躍響應曲線為：2．簡述串級控制系統(tǒng)的特點。答：(1)串級控制系統(tǒng)由于副回路的存在,能夠迅速克服進入副回路的擾動的影解法一：由圖可得:TOC\o"1-5"\h\zAy 341—200.1 - ,K=—= =2.81&t=2t—t=2*0.85—1.1=0.6min,Aw 50 °'39 o.63T=2(丫063-丫039)=2(1.1-0.85)=0.5minK2.818 …e=_= =5.64T0.55=0.85st=0.85*5.64*0.6=2.87%所以，PID所以，PID調(diào)節(jié)器參數(shù)為：\TD解法二：有作圖法可以求出=2t=2*0.6=1.2min=0.5t=0.5*0.6=0.3minAy_341-200.1Aw50=2.181&t=0.4min,=1.5—0.4=l.lminK_2.818Ay_341-200.1Aw50=2.181&t=0.4min,=1.5—0.4=l.lminK_2.818~t=~lF=2.5625=0.85骯=0.85*2.562*0.4=87.108%T=2.2t=2*0.4=0.8min所以，PID調(diào)節(jié)器參數(shù)為：/T=0.5t=0.5*0.4=0.2minD四、計算題（10分）某電動比例調(diào)節(jié)器的測量范圍為100?200°C,其輸出為0?10mAo當溫度從140￡變化到160￡時，測得調(diào)節(jié)器的輸出從3譙變化到7mAo試求該調(diào)節(jié)器比例帶。答：第3頁共4頁AyAXAy4 = / oy-y/X-Xmax minf max min式中△y…被控參數(shù)測量值的變化量；△X…控制器輸出的變化量；ymax-ymin---測量儀表的刻度范圍；Xmax-Xmin---控制器輸出變化范圍。Aj=160-140二20TOC\o"1-5"\h\zj—y. =200 —100 =100丿max JmmAx=ImA-3mA=4mAx-x=10mA-0=10mAmax mm20丄二10P =丄*丄二丄二qnc=50%K4 5 2 210五、設計題（20分）下圖為管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)。試確定：這是一個什么系統(tǒng)？畫出其方框圖。調(diào)節(jié)閥的作用形式；調(diào)節(jié)器的正反作用方式；分析系統(tǒng)的可能經(jīng)受的擾動及主要擾動；簡述當擾動或負荷變化使爐膛溫度T2升高時該串級控制系統(tǒng)工作過程；如果燃料油的管道壓力經(jīng)常波動，上述系統(tǒng)應如何改進？畫出改進后的結構原理圖.答:1、這是個串級控制系統(tǒng)，其方塊圖如下.2、調(diào)節(jié)閥為氣開式，主、副調(diào)節(jié)器都為反作用；3、可能經(jīng)受的擾動有被加熱物料的流量、溫度、成分的變化，燃料油的管道壓力、流量、成分的變化及環(huán)境溫度的變化。主要擾動應該是被加熱物料的流量、溫度等。4、該串級控制系統(tǒng)工作過程:當擾動或負荷變化使爐膛溫度T2升高時，由于副調(diào)節(jié)器是反作用，它的輸出減小，調(diào)節(jié)閥是氣開式，閥的開度變小，造成料量減小，以使爐膛溫度下降。同時當爐膛溫度升高時，引起爐出口溫度T1升高，因為主調(diào)節(jié)器是反作用，使副控制器給定值降低，通過副回路調(diào)節(jié)，減小燃料量，降低爐膛溫度，保證爐出口溫度恒定。Tl!-T2!-Q燃(一閥的開度變小一PC2!!7T1t—el(=Tlt-rl)t—PCI!—e2tt(=T2t-r2!)fl-T2t-e2(=T2t-r2)t-PC2!-閥的開度變小一Q燃!5、應該選擇燃料油流量作為副變量,出口溫度為主變量，組成串級控制系統(tǒng)，如右圖所乎：六、設計題(10分)如圖所示為鍋爐液位雙沖量控制系統(tǒng)。試問：當供水壓力波動較大時，該方案是否能夠滿足控制要求?說明理由?如果不能，請設計出改進的方案。省煤器汽包請分析圖中有幾當供水壓力波動較大時，由于主要擾動沒有能夠及時的克服，所以該方案不能滿足控制要求。此時應該選擇供水流量作為副變量，以水位為主變量，蒸汽壓力為前饋信號，組成前饋串級復合控制系統(tǒng)。改進的方案如右圖所示：省煤器汽包請分析圖中有幾七、設計題(10分)如圖所示為自來水氯氣凈化工藝控制流程,個控制系統(tǒng)，分別是什么系統(tǒng)，各系統(tǒng)的作用如何？第4頁共4頁答：圖中有3個控制系統(tǒng)。一個是氣化器壓力控制系統(tǒng)，以穩(wěn)定氣化器壓力，保證設備安全；一個是氣化器溫度控制系統(tǒng)，為液氯正常氣化提供熱源；一個是氯氣與自來水的比值控制系統(tǒng)，保證氯氣與自來水的比例關系，既達到滅菌的效果，又不造成浪費和腐蝕設備的目的。前饋控制和反饋控制各有什么特點？為什么采用前饋-反饋復合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)？答:前饋控制的特點是：根據(jù)干擾工作；及時；精度不高，實施困難；只對某個干擾有克服作用?反饋的特點作用依據(jù)是偏差；不及時：精度高，實施方便，對所有干擾都有克服作用.由于兩種控制方式優(yōu)缺點互補，所以前饋-反饋復合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì).一般常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在負荷變動或變動較大時，為什么調(diào)節(jié)質(zhì)量會變壞？如何解決？答案：一般常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的