過程控制試題及答案

1、三：簡答題32分1什么是PID，它有哪三個(gè)參數(shù)，各有什么作用？怎樣控制？答：PID是比例-積分-微分的簡稱。其三個(gè)參數(shù)及作用分別為：(1) 比例參數(shù)KC作用是加快調(diào)節(jié)，減小穩(wěn)態(tài)誤差。(2) 積分參數(shù)Ki，作用是減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度(3) 微分參數(shù)Kd,作用是能遇見偏差變化趨勢(shì)，產(chǎn)生超前控制作用，減少 超調(diào)量，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。2 正反方向判斷 氣開氣關(guān),如何選擇？ P84答：所謂起開式，是指當(dāng)氣體的壓力信號(hào)增大時(shí)，閥門開大；氣關(guān)式則相反， 壓力增大時(shí)，閥門關(guān)小。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣開氣關(guān)形式的選擇， 主要從工藝生產(chǎn)的安 全來考慮的。詳見例題3-5氣開氣關(guān)調(diào)節(jié)閥的選擇主要是從生產(chǎn)安全角度和工藝要求考慮的

2、， 當(dāng)信號(hào)壓 力中斷時(shí)應(yīng)避免損壞設(shè)備和傷害操作人員。 如閥門處于開的位置時(shí)危害性小，則 應(yīng)選氣關(guān)式反之選用氣開式。3. 控制器正反方向判斷P133答：所謂作用方向，就是指輸入作用后，輸出的變化方向。當(dāng)輸入增加時(shí)， 輸出也增加，則成該環(huán)節(jié)為“正環(huán)節(jié)”，反之，當(dāng)輸入增加時(shí)，輸出減少，則稱“反作用”。具體步驟(1) ，判斷被控對(duì)象的正/反作用那個(gè)方向，主要由工藝機(jī)理確定。(2) 確定執(zhí)行器的正/反作用方向由安全工藝條件決定。(3) 確定廣義對(duì)象的正/反作用方向(4) 確定執(zhí)行器的正/反作用方向4. 串級(jí)系統(tǒng)方框圖P176及特點(diǎn)是什么？答：特點(diǎn)(1)減小了被控對(duì)象的等效時(shí)間常數(shù)；(2)提高了系統(tǒng)工作頻

3、率； (3)對(duì)負(fù)載變化有一定的自適應(yīng)能力。5. 前饋反饋的區(qū)別有哪些？答：(1)控制依據(jù)：反饋控制的本質(zhì)是“基于偏差來消除偏差”，前饋控 制是“基于擾動(dòng)消除擾動(dòng)對(duì)被控量的影響”。(2) 控制作用發(fā)生時(shí)間方面：反饋控制器的動(dòng)作總是落后于擾動(dòng)作用 的發(fā)生，是一種“不及時(shí)”的控制；擾動(dòng)發(fā)生后，前饋控制器及時(shí)動(dòng)作。（3）控制結(jié)構(gòu)方面：反饋為閉環(huán)控制，存在穩(wěn)定性問題，即使閉環(huán)環(huán) 節(jié)中每個(gè)系統(tǒng)都是穩(wěn)定的，但閉環(huán)后穩(wěn)定與否，還需要進(jìn)一步分析；前饋屬于開 環(huán)控制，各環(huán)節(jié)穩(wěn)定，系統(tǒng)必然穩(wěn)定。（4）校正范圍方面：反饋對(duì)各種擾動(dòng)都有校核作用；前饋，只對(duì)被校 核的前饋擾動(dòng)有校正作用，其他則沒有。（5）控制規(guī)律方面：反

4、饋通常是 P PI PD PID等典型規(guī)律；前饋控制規(guī)律 較為復(fù)雜，不好掌握。四：計(jì)算題20分1. 穩(wěn)態(tài)誤差 衰減比 超調(diào)量的計(jì)算，詳見課本第九頁例題。2. 數(shù)學(xué)建模類大題。一、簡答題（40分）1、過程控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么？2、熱電阻在使用時(shí)要注意什么？為什么？請(qǐng)畫出具體電路！3、何謂調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式？在選用氣動(dòng)執(zhí)行器時(shí)需考慮哪些內(nèi)容？4、前饋控制與反饋控制各有什么特點(diǎn)？5、什么是比值控制系統(tǒng)？請(qǐng)畫出一個(gè)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。二、圖示為氯乙烯裝置中的聚合反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)，氯乙烯在釜中進(jìn)行聚 合反應(yīng)生成聚氯乙烯。反應(yīng)中放出的熱量由夾套中流動(dòng)的冷卻水源源不斷地 帶走。聚合反應(yīng)釜的

5、反應(yīng)溫度是聚合反應(yīng)生產(chǎn)中的最重要參數(shù)。如果反應(yīng) 溫度高于給定值，會(huì)使產(chǎn)品報(bào)廢，甚至?xí)鸨āＨ绻磻?yīng)溫度低于給定 值，會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量下降。為使反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度為恒值，設(shè)計(jì)了圖示的控制 系統(tǒng)。試確定圖中所有控制系統(tǒng)的類型并畫出結(jié)構(gòu)圖。 試確定調(diào)節(jié)閥的氣開、 氣關(guān)形式以及調(diào)節(jié)器的正反作用。（10分）1、圖示為某生產(chǎn)過程中的熱交換器，為了滿足被加熱物料出口溫度的工藝要求，采用工業(yè)廢熱水和蒸汽對(duì)其加熱。當(dāng)用熱水不能滿足出口溫度要求時(shí)， 則再同時(shí)使用蒸汽加熱。試設(shè)計(jì)一個(gè)過程控制系統(tǒng)滿足工藝要求。（20分）（2）、被控對(duì)象的多樣性（3）、控制方案的多樣性（4）、控制過程屬慢過程（5）、定值控制是過程控制中

6、的一種主要控制形式。2、熱電阻在使用時(shí)要注意什么？為什么？答：要使用三線制。因?yàn)闊犭娮柙陔姌蛑惺褂脮r(shí)要引線到現(xiàn)場(chǎng)，引線也有 電阻，但由于到現(xiàn)場(chǎng)的距離是隨機(jī)的這樣就會(huì)引起誤差。3、何謂調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式？在選用氣動(dòng)執(zhí)行器時(shí)需考慮哪些內(nèi)容？答：氣開閥：有控制氣壓信號(hào)（即調(diào)節(jié)器有輸出信號(hào)）時(shí)閥門打開、無控制氣壓 信號(hào)（即調(diào)節(jié)器有輸出信號(hào)）時(shí)閥門關(guān)閉。氣關(guān)閥：無控制氣壓信號(hào)（即調(diào)節(jié)器有輸出信號(hào)）時(shí)閥門打開、有控制氣壓信號(hào) （即調(diào)節(jié)器有輸出信號(hào)）時(shí)閥門關(guān)閉。在選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)要注意：（1）、調(diào)節(jié)閥的尺寸。（2）、氣開、氣關(guān)的選擇（3）、調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇4、前饋控制與反饋控制各有什么特點(diǎn)？答：（1）前

7、饋控制是開環(huán)控制，是及時(shí)的。反饋控制是不及時(shí)的。（2） 前饋控制只能克服那個(gè)可測(cè)而不可控的主要擾動(dòng)量。而反饋控制可以克 服前向通道上的所有擾動(dòng)量。（3）前饋控制是根據(jù)擾動(dòng)量大小進(jìn)行的控制； 而反饋控制是根據(jù)偏差來進(jìn)行 控制。（4）前饋控制的控制規(guī)律是由對(duì)象的特性決定的。 而反饋控制的控制規(guī)律是 通用的PID5、答：凡是用來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)之間保持一定的比值控制系統(tǒng)就是比 值控制系統(tǒng)。Q1 WvWmWcQ2三、答：為確保事故狀態(tài)下設(shè)備和人身安全，測(cè)調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥測(cè)量變送1為保證系統(tǒng)是負(fù)反饋，己知副對(duì)象 W02為反作用的對(duì)象，所以副調(diào)節(jié)器為反作用。 己知主對(duì)象W01為正作用的對(duì)象，所以主調(diào)節(jié)

8、器為正作用。四、1、2、:根據(jù)題意可選擇出口處物料溫度為被控參數(shù)。可分別選擇蒸汽和熱水作控制參數(shù)。3、應(yīng)該選用分程控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其原理框圖如下:4、選擇熱電阻元件為測(cè)量元件，DDZ型熱電阻變送器5、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律選擇PI調(diào)節(jié)器&為確保事故狀態(tài)下設(shè)備和人身安全，蒸汽調(diào)節(jié)閥為氣開閥。 熱水調(diào)節(jié)閥也為氣開閥。7、為保證系統(tǒng)是負(fù)反饋，己知對(duì)象為正作用的對(duì)象，所以溫度調(diào)節(jié)器為反 作用。8、畫出流程圖。二、填空及解釋（14分）1、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，能夠測(cè)量某物理量的大小并把它轉(zhuǎn)化為一種特定信號(hào)的 自動(dòng)化裝置是2、3、4、5、調(diào)節(jié)系統(tǒng)。串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，副回路是 工程上定義的壓力是指：一 體積流量是指：6、

9、電-氣轉(zhuǎn)換器能夠把010 mA或420 mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成 的氣壓信旦 對(duì)象的自平衡能力是指7、調(diào)節(jié)閥的理想流量特性: 三、簡答題（40分）1、過程控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么？2、溫度檢測(cè)儀表可分為哪兩大類？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？3、圖示為一充滿介質(zhì)的管道，現(xiàn)欲測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的溫 度。請(qǐng)畫出熱電偶安裝位置！熱電偶在使用時(shí)要注 意什么？4、何謂調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式？在選用氣動(dòng)執(zhí)行器 時(shí)需考慮哪些內(nèi)容？5、前饋控制能否單獨(dú)使用？為什么?四、在石油化工生產(chǎn)過程中，常常利用液態(tài)丙烯汽化吸收裂解氣體的熱量，使裂 解氣體的溫度下降到規(guī)定數(shù)值上。圖中是一個(gè)簡化的丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)被冷卻的物料是乙烯裂解氣，其溫

10、度要求控制在（15 1.5 ）C。如果溫度太高, 冷卻后的氣體會(huì)包含過多的水分，對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品造成質(zhì)量下降；如果溫度太低， 乙烯裂解氣會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶析出，杜塞管道。（2）試畫出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。（3）試確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式以及調(diào)節(jié)器的正反作用。（10分）五、在環(huán)保中為了消除工廠煙道氣中SO2等有害氣體對(duì)大氣的污染，其方法之一 是將煙道氣送入高速旋轉(zhuǎn)的吸收塔內(nèi)與霧狀石灰水即 Ca（OH 2反應(yīng)。Ca（OH 2與SO2反應(yīng)生成CaSO4%淀，從而消除了 SO2保護(hù)了環(huán)境。為了提高 SO2的 吸收效率，在煙氣進(jìn)入吸收塔之前必須使其溫度控制在 150C，若當(dāng)煙氣溫度過 低時(shí)則用蒸汽加熱。當(dāng)溫度過

11、高時(shí)，可用冷空氣對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足吸收效率 的要求，試設(shè)計(jì)一個(gè)過程控制系統(tǒng)。（20分）二、填空1、答：變送器2、答：隨動(dòng)系統(tǒng)3、答：單位面積上的壓力即物理學(xué)上的壓強(qiáng)。4、答：單位時(shí)間內(nèi)流過管道截面流體的體積。5、答：。20-100KPa6、答：當(dāng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)在不需要人工和設(shè)備的干預(yù)下，能重新取得平衡三、簡答題1、過程控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么？答：（1 ）、系統(tǒng)由系列生產(chǎn)的過程檢測(cè)控制儀表組成（2 ）、被控對(duì)象的多樣性（3）、控制方案的多樣性（4 ）、控制過程屬慢過程（5 ）、定值控制是過程控制中的一種主要控制形式。2、答：分接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫。接觸式測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)：簡單、可靠，測(cè)量精度高。缺

12、點(diǎn)：有滯后，有上限。非接觸式測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量范圍廣，無上限，速度快缺點(diǎn)：誤差大3、熱電偶使用時(shí)要使用補(bǔ)償導(dǎo)線和冷端溫度補(bǔ)償，熱電偶在使用補(bǔ)償導(dǎo)線和冷端溫度補(bǔ)償。使用補(bǔ)償導(dǎo)線是因?yàn)闊犭娕加少F重金屬做成，而熱電偶到變送器距離較遠(yuǎn)，使用貴重金屬則太貴，而使用與貴重金屬特性相近的便宜金屬代替， 這就是補(bǔ)償導(dǎo)線。熱電偶的分度表是在冷端溫度為0C,而在正常使用時(shí)很難保證環(huán)境溫度為0C,這樣會(huì)使測(cè)量出來的電動(dòng)勢(shì)有誤差，因此必須采用冷端溫度補(bǔ)償電路。4答：氣開閥：有控制氣壓信號(hào)（即調(diào)節(jié)器有輸出信號(hào)）時(shí)閥門打開、無控制氣壓信號(hào)（即調(diào)節(jié)器有輸出信號(hào)）時(shí)閥門關(guān)閉。氣關(guān)閥：無控制氣壓信號(hào)（即調(diào)節(jié)器有輸出信號(hào)）時(shí)閥門打

13、開、有控制氣壓信號(hào)（即調(diào)節(jié)器有輸出信號(hào)）時(shí)閥門關(guān)閉。在選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)要注意：（1）、調(diào)節(jié)閥的尺寸。（2）、氣開、氣關(guān)的選擇（3）、調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇（4）調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)5、答：不能單獨(dú)使用。原因：1、開環(huán)控制2、只能針對(duì)一種擾動(dòng) 3、只能對(duì)可測(cè)不可控制的擾動(dòng)。4、前饋調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)起來較困難。四、解：答：（1）被控對(duì)象為丙烯冷卻器；被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度；操作變量 為氣態(tài)丙烯的流量。（4）該系統(tǒng)的方塊圖如圖所示。調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)，調(diào)節(jié)器的正作用。氏 p,.,- * 1控釗科|器|內(nèi)Sfi -會(huì)刃器 Qrj t* 0為確保事故狀態(tài)下設(shè)備和人身安全，調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥為保證系統(tǒng)是負(fù)反饋，己知對(duì)象為負(fù)作用

14、的對(duì)象，所以空氣流量調(diào)節(jié)器為正作用。五、答：根據(jù)題意1、可選擇出口處煙氣溫度為被控參數(shù)。2、可分別選擇蒸汽和冷空氣作控制參數(shù)。3、應(yīng)該選用分程控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其原理框圖如下調(diào)節(jié)器*調(diào)節(jié)閥1對(duì)象測(cè)量變送 4、 因?yàn)闊煔鉁囟葹?50C，故選擇熱電阻元件為測(cè)量元件，DDZ-川型熱電阻變送器。5、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律選擇 PI調(diào)節(jié)器6、為確保事故狀態(tài)下設(shè)備和人身安全，蒸汽調(diào)節(jié)閥為氣開閥。空氣調(diào)節(jié)閥也為氣關(guān)閥。7、為保證系統(tǒng)是負(fù)反饋，己知對(duì)象為正作用的對(duì)象，所以溫度調(diào)節(jié)器為反作用。8、畫出流程圖。1-2圖1.6為溫度控制系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的框圖，簡述其工作原理；指出被控過程、被控電石參數(shù)和控制參數(shù)。解：乙炔發(fā)生

15、器中電石與冷水相遇產(chǎn)生乙炔氣體并釋放出熱量。當(dāng)電石加入時(shí)，內(nèi)部溫度上升，溫度 檢測(cè)器檢測(cè)溫度變化與給定值比較，偏差信號(hào)送到控 制器對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，將控制作用于調(diào)節(jié)閥，調(diào) 節(jié)冷水的流量，使乙炔發(fā)生器中的溫度到達(dá)給定值。 系統(tǒng)框圖如下：x(t) T調(diào)節(jié)器被控過程：乙炔發(fā)生器被控參數(shù)：乙炔發(fā)生器內(nèi)溫度控制參數(shù)：冷水流量1 3常用過程控制系統(tǒng)可分為哪幾類 ？答：過程控制系統(tǒng)主要分為三類：1.反饋控制系統(tǒng)：反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)被控參數(shù)與給定值的偏差進(jìn)行控制的，最終達(dá) 到或消除或減小偏差的目的，偏差值是控制的依據(jù)。它是最常用、最基本的過程控制系統(tǒng)。2 .前饋控制系統(tǒng)：前饋控制系統(tǒng)是根據(jù)擾動(dòng)量的大小進(jìn)行控

16、制的，擾動(dòng)是控制的依據(jù)。由于沒有被控量的反饋，所以是一種開環(huán)控制系統(tǒng)。由于是開環(huán)系統(tǒng)，無法檢查控制效果， 故不能單獨(dú)應(yīng)用。3.前饋-反饋控制系統(tǒng)：前饋控制的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠迅速及時(shí)的克服主要擾動(dòng)對(duì)被控 量的影響，而前饋一反饋控制利用反饋控制克服其他擾動(dòng)，能夠是被控量迅速而準(zhǔn)確地穩(wěn)定在給定值上，提高控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。34過程控制系統(tǒng)過渡過程的質(zhì)量指標(biāo)包括哪些內(nèi)容？它們的定義是什么？哪些是靜態(tài)指 標(biāo)？哪些是動(dòng)態(tài)質(zhì)量指標(biāo)？答：1.余差（靜態(tài)偏差）e：余差是指系統(tǒng)過渡過程結(jié)束以后，被控參數(shù)新的穩(wěn)定值 y（ 0）與給定值c之差。它是一個(gè)靜態(tài)指標(biāo)，對(duì)定值控制系統(tǒng)。希望余差越小越好。它等于振蕩過程的第2.衰減比n:衰減比是衡量過渡過程穩(wěn)定性的一個(gè)動(dòng)態(tài)質(zhì)量指標(biāo),一個(gè)波的振幅與第二個(gè)波的振幅之比，即:n v 1系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，是發(fā)散振蕩；n=1,系統(tǒng)也是不穩(wěn)定的，是等幅振蕩；n 1, 系統(tǒng)是穩(wěn)定的，若 n=4,系統(tǒng)為4： 1的衰減振蕩，是比較理想的。衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性也可以用衰減率04 .最大偏差A(yù):對(duì)定值系統(tǒng)，最大偏差是指被控參數(shù)第一個(gè)波峰值與給定值C之差,它衡量被控參數(shù)偏離給定值的程度。5.過程過渡時(shí)間ts ：過渡