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(diǎn)？（5分）3、何謂調(diào)節(jié)閥的流通能力？對(duì)數(shù)流量特性有何特點(diǎn)？（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(diǎn)。（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(duì)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(jì)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(duì)于下圖所示的加熱爐串級(jí)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(jí)控制系統(tǒng)有哪些主要特點(diǎn)？（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(cè)儀表、控制儀表和電子計(jì)算機(jī)等自動(dòng)化技術(shù)工具，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)監(jiān)督和自動(dòng)控制。一個(gè)過程控制系統(tǒng)是由被控過程和過程檢測(cè)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(diǎn)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(dòng)量的大小進(jìn)行工作，擾動(dòng)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(diǎn)是能針對(duì)主要擾動(dòng)及時(shí)迅速地克服其對(duì)被控參數(shù)的影響；對(duì)于其余次要擾動(dòng)，則利用反饋控制予以克服，使控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)能準(zhǔn)確地使被控量控制在給定值上。按給定值信號(hào)的特點(diǎn)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(shí)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(dòng)變化。3）隨動(dòng)控制系統(tǒng)：它是一種被控量的給

4、定值隨時(shí)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(dòng)，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(dòng)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(dòng)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(diǎn)：機(jī)理分析法建模的最大特點(diǎn)是當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備還處于設(shè)計(jì)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(duì)新設(shè)備的研究和設(shè)計(jì)具有重要意義。另外，對(duì)于不允許進(jìn)行試驗(yàn)的場(chǎng)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(shí)。通常此法只能用于簡(jiǎn)單

5、過程的建模。對(duì)于較復(fù)雜的實(shí)際生產(chǎn)過程來說，機(jī)理建模有很大的局限性，這是因?yàn)閷?shí)際過程的機(jī)理并非完全了解，同時(shí)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(yàn)驗(yàn)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(shí)，每小時(shí)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(duì)數(shù)（等百分比）流量特性：是指單位相對(duì)行程的變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。調(diào)節(jié)閥對(duì)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(shí)，則流量變化亦??；當(dāng)流量大時(shí)，則流量變化亦大。從過程控制工程來看，利用對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性是有利的。調(diào)節(jié)閥在小開度時(shí)，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(shí)，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(jiǎn)稱單回路系統(tǒng)，一般是指針對(duì)一個(gè)被控過程（調(diào)節(jié)對(duì)象），采用一個(gè)測(cè)量變送器監(jiān)測(cè)被控過程，采用一個(gè)控制（調(diào)節(jié)）器來保持一個(gè)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(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）。從系統(tǒng)的框圖看，只有一個(gè)閉環(huán)回路。檢測(cè)變送器作用：對(duì)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(cè)量的檢測(cè)和將測(cè)量信號(hào)傳送至控制器，是設(shè)計(jì)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(gè)重要組成部分，其特性好壞對(duì)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(hào)與過程被控量的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行綜合運(yùn)算，控制執(zhí)行器的動(dòng)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(jì)算機(jī)控制時(shí)，控制是由計(jì)算機(jī)的數(shù)字運(yùn)算來實(shí)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(gè)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(jì)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(shí)，選用比例或比例積分控制規(guī)律;2）當(dāng)0.2t/To1.O時(shí)，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(chǎng)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(chǎng)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(duì)容量滯后過程可改善系統(tǒng)的動(dòng)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(shí)間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場(chǎng)合6、答案凡是兩個(gè)或多個(gè)參數(shù)自動(dòng)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(dòng)量Q2是一個(gè)閉環(huán)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，主動(dòng)量Qi卻是開環(huán)的Q2跟隨Qi的變化而改變?cè)摽刂品桨傅膬?yōu)點(diǎn)是能確保Q2/Qi=K不變。同時(shí)方案結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，因而在工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)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(gè)定值控制的主動(dòng)量回路和一個(gè)跟隨主

10、動(dòng)量變化的從動(dòng)量隨動(dòng)控制回路組成主動(dòng)量控制回路能克服主動(dòng)量擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其定值控制從動(dòng)量控制回路能克服作用于從動(dòng)量回路中的擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)控制當(dāng)擾動(dòng)消除后，主、從動(dòng)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(shí)現(xiàn)主動(dòng)量的抗擾動(dòng)、定值控制，使主、從動(dòng)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(diǎn)專業(yè)資料可編,這樣從動(dòng)量自動(dòng)跟蹤升,這樣從動(dòng)量自動(dòng)跟蹤升是升降負(fù)荷比較方便，只需緩慢改變主動(dòng)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(shí)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(gè)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(shí)際上是一個(gè)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(gè)流量比為副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)。當(dāng)Qi、Q2出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，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(dòng)對(duì)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(shí)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(cè)量變送(TT);F(s):擾動(dòng)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(jí)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(shí)，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(duì)平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥保持一定的開度，此時(shí)爐出口溫度穩(wěn)定在給定值上，當(dāng)擾動(dòng)破壞了平衡工況時(shí)，串級(jí)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(dòng)或副回路擾動(dòng)擾動(dòng)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(hào)，控制調(diào)節(jié)閥的開度，改變?nèi)剂狭浚朔鲜鰯_動(dòng)對(duì)爐膛溫度的影響。如果擾動(dòng)量不大，經(jīng)過副回路的及時(shí)控制一般不影響爐出口溫度；如果擾動(dòng)的幅值較大，雖然經(jīng)過副回路的及時(shí)校正，仍影響爐出口溫度，此時(shí)再由主回路進(jìn)一步調(diào)節(jié)，從而完全克服上述擾動(dòng)，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(dòng)或主回路擾動(dòng)擾動(dòng)fi使?fàn)t出口溫度變化時(shí)，主回路產(chǎn)生校正作用，克服人fi對(duì)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(dòng)對(duì)爐出口溫度的影響比單回路系統(tǒng)時(shí)要小。次擾動(dòng)和二次擾動(dòng)同時(shí)存在假設(shè)加熱爐串級(jí)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(dòng)的作用使主、副被控參數(shù)同時(shí)增大或同時(shí)減少，主、副調(diào)節(jié)器對(duì)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(dòng)的作用使主、副被控參數(shù)一個(gè)增大（爐出口溫度升高）,另一個(gè)減小（燃料量減少，即爐膛溫度降低），此時(shí)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(dòng)即滿足控制要求。2）串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比有一個(gè)顯著的區(qū)別，即其在結(jié)構(gòu)上多了一個(gè)副回路，形成了兩個(gè)閉環(huán)一一雙閉環(huán)或稱為雙環(huán)。串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的雙環(huán)

15、系統(tǒng)相同，其系統(tǒng)特點(diǎn)與分析方法亦基本相同。串級(jí)控制系統(tǒng)，就其主回路（外環(huán)）來看是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路（內(nèi)環(huán)）則為一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)。以加熱爐串級(jí)控制系統(tǒng)為例，在控制過程中，副回路起著對(duì)爐出口溫度的粗調(diào)”作用，而主回路則完成對(duì)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(jí)控制系統(tǒng)多用了一個(gè)測(cè)量變送器與一個(gè)控制器（調(diào)節(jié)器），增加的投資并不多（對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來說，僅增加了一個(gè)測(cè)量變送器），但控制效果卻有顯著的提高。其原因是在串級(jí)控制系統(tǒng)中增加了一個(gè)包含二次擾動(dòng)的副回路，使系統(tǒng)改善了被控過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；對(duì)二次干擾有很強(qiáng)的克服能力：提高了對(duì)一次擾動(dòng)的克服能力和對(duì)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(diǎn)？（5分）2、什么是試驗(yàn)法建模?該方法有何特點(diǎn)？（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(shí)間常數(shù)To對(duì)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(jì)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(gè)十分重要的指標(biāo)。當(dāng)液位過低時(shí)，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(xiǎn)），故設(shè)計(jì)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(jí)控制系統(tǒng)框圖如下圖（以加熱爐為例），簡(jiǎn)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(dòng)控制。2）過程控制系統(tǒng)由過程檢測(cè)、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(yàn)法建模是在實(shí)際的生產(chǎn)過程（設(shè)備）中，根據(jù)過程輸入、輸出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即通過過程辨識(shí)與參數(shù)估計(jì)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(yàn)法建模的主要特點(diǎn)是不需要深入了解過程的機(jī)理。但是必須設(shè)計(jì)一個(gè)合理的實(shí)驗(yàn)，以獲得過程所含的最大信息量，而對(duì)此卻往往是困難的。所以，在實(shí)際使用時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)，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(duì)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(jì)中的重要一環(huán)，對(duì)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(dòng)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(wú)論組成什么樣的控制系統(tǒng)，選用多么先進(jìn)的過程檢測(cè)控制設(shè)備，均不能達(dá)到預(yù)期的控制效果。對(duì)于一個(gè)生產(chǎn)過程來說，影響操作的因素是很多的。但是，并非對(duì)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(duì)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(dòng)強(qiáng)度很大，客觀上要求進(jìn)行自動(dòng)控制的參數(shù)）作為被控參數(shù)。1）選擇對(duì)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(cè)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(shí)，應(yīng)該選擇一個(gè)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(dòng)對(duì)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(shí)，系統(tǒng)過渡過程時(shí)間長(zhǎng)，控制質(zhì)量下

21、降；若To太小，雖控制作用強(qiáng)，控制及時(shí)，克服擾動(dòng)影響快，過渡過程時(shí)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(jì)時(shí)，要求控制通道時(shí)間常數(shù)To適當(dāng)小一點(diǎn)，使其校正及時(shí)，又能獲得較好的控制質(zhì)量。6、答案1）主、從動(dòng)量的確定設(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)時(shí)，需要先確定主、從動(dòng)量。其原則是：在生產(chǎn)過程中起主導(dǎo)作用或可測(cè)但不可控、且較昂貴的物料流量一般為主動(dòng)量，其余的物料流量以它為準(zhǔn)進(jìn)行配比，為從動(dòng)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(shí)應(yīng)分析各種方案的特點(diǎn)，根據(jù)不同的工藝情況負(fù)荷變化、擾動(dòng)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(jì)與變送器流量測(cè)量與變送是實(shí)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(shí)施實(shí)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(gè)流量的配比問題。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，則可以通過簡(jiǎn)單的乘、除運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。6）比值系數(shù)的計(jì)算設(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)時(shí)，比值系數(shù)計(jì)算是一個(gè)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(jì)和應(yīng)用中的一個(gè)十分重要的問題。對(duì)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(duì)于隨動(dòng)系統(tǒng)（如單閉環(huán)比值控制、雙閉環(huán)的從動(dòng)回路及變比值的變比值回路）

23、，要求從動(dòng)量能快速、正確跟隨主動(dòng)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(shí)間常數(shù)，Ti=R2CiT2第二只水箱的時(shí)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(cè)量變送(LT);F(s)：擾動(dòng)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(jí)控制系統(tǒng)的工作過程：當(dāng)處

24、在穩(wěn)定工況時(shí)，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(duì)平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥保持一定的開度，此，串級(jí)控制系統(tǒng)便開始了其控，串級(jí)控制系統(tǒng)便開始了其控時(shí)爐出口溫度穩(wěn)定在給定值上，當(dāng)擾動(dòng)破壞了平衡工況時(shí)制過程。燃料壓力、熱值變化f2和煙筒抽力變化f3二次擾動(dòng)或副回路擾動(dòng)擾動(dòng)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(hào)，控制調(diào)節(jié)閥的開度，改變?nèi)剂狭?，克服上述擾動(dòng)對(duì)爐膛溫度的影響。如果擾動(dòng)量不大，經(jīng)過副回路的及時(shí)控制一般不影響爐出口溫度；如果擾動(dòng)的幅值較大，雖然經(jīng)過副回路的及時(shí)校正，仍影響爐出口溫度，此時(shí)再由主回路進(jìn)一步調(diào)節(jié)，從而完全克服上述擾

25、動(dòng)，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(dòng)或主回路擾動(dòng)擾動(dòng)fi使?fàn)t出口溫度變化時(shí)，主回路產(chǎn)生校正作用，克服人fi對(duì)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(dòng)對(duì)爐出口溫度的影響比單回路系統(tǒng)時(shí)要小。次擾動(dòng)和二次擾動(dòng)同時(shí)存在假設(shè)加熱爐串級(jí)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(dòng)的作用使主、副被控參數(shù)同時(shí)增大或同時(shí)減少，主、副調(diào)節(jié)器對(duì)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(dòng)的作用使主、副被控參數(shù)一個(gè)增大(爐出口溫度升高)，另一個(gè)減小(燃料量減少，即爐膛溫度降低)，此

26、時(shí)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(dòng)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(jí)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(dòng)控制作用，這是選擇控制規(guī)律的出發(fā)點(diǎn)。主參數(shù)是工藝操作的主要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范圍比較小，一般要求無(wú)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(huì)延長(zhǎng)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?yàn)楦被芈繁旧砥鹬焖僮饔茫僖胛⒎忠?guī)律會(huì)使調(diào)

27、節(jié)閥動(dòng)作過大，對(duì)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(jiǎn)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(cè)溫方法有哪幾種？它們有何特點(diǎn)？（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(jiǎn)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(duì)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(dòng)，測(cè)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(duì)象的數(shù)學(xué)模型（一階加延時(shí)）。（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(shí)間/s010203040506090溫度廠C797797797799801803805811時(shí)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(huì)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(dòng)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(jiǎn)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(shí)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(duì)上述過程參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)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(jì)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(jì)和整定時(shí)，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(jì)生產(chǎn)工藝設(shè)備：通過對(duì)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(duì)整個(gè)被控過程動(dòng)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(duì)整個(gè)鍋爐出口汽溫、汽壓等動(dòng)態(tài)特性的影響），從而提出對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理要求和建議。3）進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究：在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中，往往需要對(duì)一些復(fù)雜龐大的設(shè)備進(jìn)行某些試驗(yàn)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(shí)會(huì)造成什么后果。對(duì)于這種破壞性的試驗(yàn)往往不允許在實(shí)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(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究，就不需要建立小型的物理模型，從而可以節(jié)省時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。4）培訓(xùn)運(yùn)行操作人員：在現(xiàn)代生產(chǎn)過程自動(dòng)化中，對(duì)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(duì)操作人員進(jìn)行實(shí)際操作培訓(xùn)。隨著計(jì)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(duì)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(yàn)法兩種。3、答案測(cè)量溫度的方法很多，從測(cè)量體與被測(cè)介質(zhì)接觸與否來分，有接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫兩類。接觸式測(cè)溫是通過測(cè)量體與被測(cè)介質(zhì)的接觸來測(cè)量物體溫度的。在測(cè)量溫度時(shí)，測(cè)量體與被測(cè)介質(zhì)接觸，被測(cè)介質(zhì)與測(cè)量體之間進(jìn)行熱交換，最后達(dá)到熱平衡，此時(shí)測(cè)量體的溫度就是被測(cè)介質(zhì)的溫度。接觸式測(cè)溫的主要特點(diǎn)是：方法簡(jiǎn)單

32、、可靠，測(cè)量精度高。但是由于測(cè)溫元件要與被測(cè)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(shí)測(cè)量體可能與被測(cè)介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；此外測(cè)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(cè)量。非接觸式測(cè)溫是通過接收被測(cè)介質(zhì)發(fā)出的輻射熱來判斷溫度的。非接觸式測(cè)溫的主要特點(diǎn)是：測(cè)溫上限原則上不受限制；測(cè)溫速度較快，可以對(duì)運(yùn)動(dòng)體進(jìn)行測(cè)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(cè)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(shí)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(dòng)通道的放大系數(shù)Kf應(yīng)盡可能??；時(shí)間常數(shù)了Tf要大；擾動(dòng)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(gè)時(shí)間常數(shù)，在選擇控制參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)法把幾個(gè)時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開，使其中一個(gè)時(shí)間常數(shù)比其它時(shí)間常數(shù)大得多，同時(shí)注意減小第二、第三個(gè)時(shí)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(cè)量變送器時(shí)間常數(shù)的專業(yè)資料可編選擇，控制器、調(diào)節(jié)閥和測(cè)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(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于被控過程中最大的時(shí)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(shí)給定值與被控參數(shù)穩(wěn)態(tài)值之差。它是一個(gè)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(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。它可定義為隨動(dòng)系統(tǒng)階躍給定的響應(yīng)曲線當(dāng)中第一個(gè)超出穩(wěn)態(tài)值的波峰值Bi減去第二個(gè)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(duì)于定值系統(tǒng)來說，最大偏差是指被控參數(shù)第一個(gè)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(gè)重要指標(biāo)y(oo)100%4）過渡過程時(shí)間ts：過渡過程時(shí)間是指系統(tǒng)從受擾動(dòng)作用時(shí)起內(nèi)所經(jīng)歷的時(shí)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(duì)值積分（IAE）4）過渡過程時(shí)間ts：過渡過程時(shí)間是指系統(tǒng)從受擾動(dòng)作用時(shí)起內(nèi)所經(jīng)歷的時(shí)間，是衡量控制快速性的指標(biāo)（二）偏差