《我國石油大學【過程控制工程】復習題集與答案解析》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《我國石油大學【過程控制工程】復習題集與答案解析（29頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 《過程控制工程》期末復習題 一、（每空1分）填空題： 1、對于一個比例積分微分（PID）控制器來說，積分時間越小則積分作用越；微分時間越小，則微分作用越。 2、三種常用的均勻控制方案包括、 、。 3、常規(guī)PID控制器中的P指作用、I指作用、 D指作用。 4、用于輸送流體和提高流體壓頭的機械設備統(tǒng)稱為流體輸送設備，其中輸送液體并提高其壓頭的機械稱為，而輸送氣體并提高其壓頭的機械稱為 。 5、工程上常用的幾種整定PID控制器參數(shù)的方法是、、 、 。 6、請舉出我們曾經(jīng)學過的三種復雜控制系統(tǒng)：、、 。 7、比值系統(tǒng)控制系統(tǒng)從結構上可分為四種，分別是開環(huán)比值控制系統(tǒng)

2、、 、 、四種。 8、調節(jié)閥的固有流量特性主要有、 、 、 四種。 9、比值系統(tǒng)控制系統(tǒng)從結構上可分為四種，分別是開環(huán)比值控制系統(tǒng)、 、 、四種。 10、單回路控制系統(tǒng)一般由、 、 、四個環(huán)節(jié)組成11、常見的傳熱設備有、、 等。 12、要消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，通常選用控制器。 13、用來評價控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的階躍響應曲線性能指標分別是、、 、振蕩頻率和回復時間等。 14、工程上進行PID控制器參數(shù)整定時，隨動系統(tǒng)的控制品質要求衰減比為 ，定值系統(tǒng)中控制品質要求衰減比為 。 15、常見的傳熱設備有、、 等。 16、精餾裝置一般由、、、等設備組成。精餾塔產(chǎn)品質

3、量指標選擇有直接產(chǎn)品質量指標和兩類。 二、選擇題（10分，每小題2分） 1、成分、溫度調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)規(guī)律，通常選用（）。 A.? PI B. PD C. PID 2、 自動控制系統(tǒng)中控制器正、反作用的確定是根據(jù)（ ）。 A．實現(xiàn)閉環(huán)回路的正反饋。 B．實現(xiàn)閉環(huán)回路的負反饋。 C．系統(tǒng)放大倍數(shù)恰到好處 D．生產(chǎn)的安全性。 3、單純的前饋調節(jié)是一種能對（）進行補償?shù)恼{節(jié)系統(tǒng)。 A．測量與給定之間的偏差 B．被調量的變化 C．干擾量的變化 4、分程控制系統(tǒng)常要加裝（）來達到分程的目的。 A．調節(jié)器 B

4、.變送器 C.閥門定位器 5、在某一分離異丁烷與正丁烷的精餾塔中，微小的壓力波動也會影響溫度的變化，同時壓力波動引起的各板上溫度變化的方向是一致的，此時應選擇（ ）作為間接質量指標進行控制。 A．靈敏板溫度 B.溫差 C.雙溫差 6、如果甲乙兩個廣義調節(jié)對象的動態(tài)特性完全相同（如均為二階對象），甲采用PI作用調節(jié)器，乙采用P作用調節(jié)器。當比例帶的數(shù)值完全相同時，甲，乙兩系統(tǒng)的振蕩程度相比 A. 甲系統(tǒng)振蕩程度比乙系統(tǒng)劇烈。 B. 乙系統(tǒng)振蕩程度比甲系統(tǒng)劇烈。 C. 甲、乙兩系統(tǒng)的振蕩程度相同。 7、 定

5、值控制系統(tǒng)是（）環(huán)調節(jié)，單純的前饋控制系統(tǒng)是（）環(huán)調節(jié)。 A．開，閉 B．閉，開 C．開，開 D．閉，閉 8、在選擇性控制系統(tǒng)中防積分飽合一般采用（）方法。 A．限幅法 B．外反饋法 C．積分切除法 9、控制系統(tǒng)在純比例作用下已整定好，加入積分作用后，為保證原穩(wěn)定度，此時應將比例度（）。 A.增大 B.減小 C.不變 10、在某一分離甲苯－二甲苯的精餾塔中，微小的壓力波動也會影響溫度的變化，同時壓力波動引起的各板上溫度變化的方向是一致的，此時應選擇（ ）作為間接質量指標進行控制。 A．靈敏板溫度 B.溫差

6、 C.雙溫差 三、簡答題（每題5分） 1、在一個串級控制系統(tǒng)中，原來選用30的氣開閥，后來因為負荷減小，改用20口徑，同時改用氣關閥。問： （1）主、副控制器的正、反作用是否需要改變？如需要，應如何改變？ （2）主、副控制器的比例度和積分時間是否需要改變？如需要，又如何改變？ 2、為什么要考慮控制器的正、反作用選擇？ 3、什么是分程控制系統(tǒng)？主要應用在什么場合？ 4、離心式壓縮機防喘振控制方案有哪幾種？各適用什么場合？ 5、什么是鍋爐汽包水位的三沖量控制系統(tǒng)？為什么要引入三沖量進行控制？ 6、什么是控制器的參數(shù)整定？工程上常用的控制器參數(shù)整

7、定有幾種方法？ 7、什么是鍋爐系統(tǒng)中汽包水位的“虛假液位”現(xiàn)象？說出兩種能夠克服虛假液位影響的控制方案。8、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？ 9、什么是離心式壓縮機的喘振？ 10、前饋與反饋控制系統(tǒng)相比有什么不同？ 11、什么是選擇性控制系統(tǒng)？設計選擇性控制系統(tǒng)時要考慮哪些問題？ 12、均勻控制系統(tǒng)的目的和特點是什么？（5分） 13、汽包水位的虛假液位現(xiàn)象是怎么回事？采用何種控制方案能夠克服虛假液位的影響？（5分） 14、往復泵的流量控制方案有哪些？各有什么優(yōu)缺點？（5分） 15、什么叫比值控制系統(tǒng)？ （4分） 16、前饋控制具

8、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？（4分） 四、（15分）如圖1所示單容水槽，其進口流量來自上一工序，不可控，控制目標是保證水槽的液位恒定。 1、試對該對象設計一簡單控制系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)的控制流程圖（10分） 2、分別指出系統(tǒng)的受控變量、操作變量和主要擾動變量（5分） 出口流量 進口流量 圖1 五、（15分）計算題 工藝要求兩流體的流量比為F2/F1=1/1.2，其中F1為和F2是體積流量。F1的流量不可控，儀表量程是0～3200Nm3/h，F(xiàn)2的流量可調，儀表量程是0～2400Nm3/h。試畫出控制流程圖，并計算比值系數(shù)K 六、（20分

9、）精餾塔是化工、煉油生產(chǎn)中應用極為廣泛的傳熱傳質設備，其目的是將混合物中的各組分分離，達到規(guī)定的純度。試問 1、精餾裝置一般由哪些設備組成？畫出精餾塔的物料流程圖（5分） 2、精餾塔可選的操縱變量是哪些？（5分） 3、以精餾段指標為受控變量，設計一種精餾塔的基本控制方案，并畫出控制流程圖。（10分） 七、（15分）某聚合反應釜內進行放熱反應，釜溫過高會發(fā)生事故，為此采用夾套水冷卻。由于釜溫控制要求較高，且冷卻水壓力、溫度波動較大，故設置控制系統(tǒng)如圖2所示。問： 1、這是什么類型的控制系統(tǒng)？試畫出其方框圖，說明主變量和副變量分別是什么？（5分） 2、選擇控制閥的氣開、氣關型式。（2分

10、） 3、確定控制器的正反作用。（3分） 4、如果干擾是冷卻水的溫度波動和進料溫度波動時，試簡述其控制過程。（5分） 圖2 八、（15分）計算題 如圖3所示為一單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。主物料A的流量經(jīng)差壓變送器、開方器后的信號送往除法器，與副物料流量的信號相除，除法器的輸出為，設系統(tǒng)采用的是DDZ-Ⅲ型儀表，，，工藝要求兩流量的比值為。 1、 計算流量控制器FC的比值系數(shù)應設定為多少？（5分） 2、 畫出上述系統(tǒng)的方塊圖。（5分） 3、 如控制閥選定為氣關型，試確定控制器FC的正反作用（5分） 開方器 開方器 FC 比值設定 圖3 九、（15分

11、）某精餾塔的控制方案如圖4所示。 1、試分析該控制方案由哪些控制系統(tǒng)組成？（5分） 2、指出各個控制系統(tǒng)的操縱變量和受控變量分別是什么？（5分） 3、請判斷該控制方案是物料平衡控制還是能量平衡控制？是按照精餾段指標進行控制還是按照提餾段指標進行控制？（5分） 精餾塔 進料F LC LC FC TC D B LR FC PC 圖4 十、（10分）請舉出一種你在生產(chǎn)或生活中所見到的控制系統(tǒng)的例子，并運用過程控制工程中所學到的知識對該控制系統(tǒng)的設計和實施進行分析和說明。內容包括： （1）過程的工藝，控制的要求， （2）控制方案的設計 （3）控制器控制規(guī)律

12、的選擇 （4）用到的自控設備 （5）其它相關的內容 十一、（15分） 如圖5所示為一蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)。 （1）指出該系統(tǒng)中的受控變量、操縱變量、受控對象分別是什么？（3分） （2）該系統(tǒng)可能的干擾有哪些？（2分） （3）畫出該系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方框圖。（5分） （4）如果被加熱物料過熱易分解時，試確定控制閥的氣開、氣關型式和控制器的正、反作用。（5分） TC 冷物料 熱物料 蒸汽 冷凝水 圖 5 蒸汽加熱器的溫度控制 十二、（15分）計算題 在含堿廢水的處理過程中，往往采用加酸中和的方法，使得處理后的廢水的PH值為7?，F(xiàn)有一

13、工業(yè)含堿廢水處理流程，工藝流程如圖6所示。工藝要求F2/F1=1/1.2，其中F1為含堿廢水的體積流量，F(xiàn)2為酸液的體積流量。含堿廢水的流量不可控，儀表量程是0～3600Nm3/h，酸液的流量可調，儀表量程是0～2400Nm3/h。 1、 試設計一比值控制系統(tǒng)以滿足上述工藝要求，并畫出該系統(tǒng)的控制流程圖和方框圖。（5分） 2、 計算比值系數(shù)K。（5分） 3、 主物料和從物料分別是什么？（2分） 4、 簡述當主物料變化時，系統(tǒng)的控制過程。（3分） F1 F2 酸液 含堿廢水 中和池 圖6 十三、（15分）如圖7所示液體儲罐，其進口流量不可控，出口流量可控，控

14、制目標是保證儲罐的液位恒定。 1、試對該對象設計一簡單控制系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)的控制原理方框圖（5分）； 2、分別指出系統(tǒng)的受控變量、操縱變量和主要擾動變量（5分）； 3、假定出口調節(jié)閥為氣開閥，試確定控制器的正反作用（5分）。 出口流量 圖7 十四、（20分）如圖8所示加熱爐被加熱物料出口溫度與燃料油壓力的串級控制系統(tǒng)，工藝安全條件是：一旦發(fā)生重大事故，立即切斷燃料油的供應。試確定： 1）畫出該串級控制系統(tǒng)的方框圖；（5分） 2）調節(jié)閥的氣開、氣關形式；（5分） 3）主、副調節(jié)器的正反作用。（10分） 加熱爐 被加熱物料進口 PC PT 被加熱物料出口 TT T

15、C 燃料油 圖8 十五、（15分）在離心泵的流量控制中，往往采用直接節(jié)流的方案。試問： 1、在直接節(jié)流法中的調節(jié)閥一般是裝在離心泵的入口還是出口？分析其原因（10分）。 2、給出直接節(jié)流法控制離心泵流量的控制流程圖（5分） 十六、（15分）壓縮機吸入罐壓力與壓縮機入口流量選擇性控制系統(tǒng)如圖9所示。為防止吸入罐壓力過低導致吸入罐被吸癟，又防止壓縮機流量過低而產(chǎn)生喘振的雙重目的，試確定 1、系統(tǒng)中氣體返回控制閥的開、閉形式（5分） 2、控制器的正、反作用（5分） 3、選擇器的類型（5分） 圖9 十七、（15分）圖10所示為一燃料氣混合罐，罐內壓力需要控制。一般

16、情況下，通過改變甲烷流出量QA 來維持罐內壓力。當罐內壓力降低到QA =0時仍不能使其回升時，則需要調整來自燃料氣發(fā)生罐的流量QA ，以維持罐內壓力達到規(guī)定值。 1、設計一控制系統(tǒng)，以滿足上述工藝要求。畫出系統(tǒng)的控制流程圖。（5分） 2、罐內的壓力不允許過高，請選擇控制閥的氣開、氣關型式。（5分） 3、確定控制器的正反作用，和各控制閥的工作信號區(qū)間。（5分） QA QB 圖10 燃料氣混合罐 十八、（15分）在石油化工生產(chǎn)過程中，常常利用液態(tài)丙烯氣化吸收裂解氣體的熱量，使裂解氣體的溫度下降到規(guī)定的數(shù)值上。圖11是一個簡化的丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)。被冷卻的物料

17、是乙烯裂解氣，其溫度要求控制在（15±1.5）℃。 1、指出系統(tǒng)中的受控對象、受控變量和操縱變量各是什么？（5分） 2、試畫出該控制系統(tǒng)的方框圖。（5分） 3、試分析當乙烯裂解氣的流量突然增大時，該溫度控制系統(tǒng)是如何實現(xiàn)溫度控制的？（5分） 丙烯冷卻器 氣態(tài)丙烯 液態(tài)丙烯 乙烯裂解氣 圖11 十九、（20分）如圖12所示使用燃料氣的加熱爐，其工藝流程是燃料氣在加熱爐中燃燒，使被加熱物料加熱到一定的出口溫度，控制的主要目標是使被加熱物料的出口溫度保持恒定，同時還要防止閥后壓力過高，試設計一選擇性控制系統(tǒng)以滿足上述控制要求。 1、畫出該選擇性控制系統(tǒng)的控制流程圖；（10分）

18、 2、確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式；（5分） 3、確定調節(jié)器的正反作用和選擇器的類型。（5分） 加熱爐 被加熱物料進口 被加熱物料出口 燃料氣 圖12 二十、（20分）某精餾塔采用提餾段溫控的方案，以再沸器加熱蒸汽量作為操縱變量，提餾段工藝流程圖見圖13。工藝上進料量經(jīng)常波動，且是不可控的。為了提高控制質量，請設計一控制方案，使之能及時克服進料量波動這一干擾對塔底質量指標的影響，又能夠消除其它干擾對塔底溫度的影響，使塔底溫度控制在一定數(shù)值上。 1、畫出該控制方案的控制流程圖和方框圖（10分） 2、試確定控制閥的氣開、氣關形式（5分）

19、 3、試確定控制器的正反作用（5分） 精餾塔 進料F 圖13 二十一、（15分）圖14所示系統(tǒng)中，采用蒸汽加熱物料。該過程的熱量衡算式可表示為 式中，和分別為被加熱介質和蒸汽的質量流量，和分別為被加熱介質的進口溫度和出口溫度，為被加熱介質的比熱容，為蒸汽的冷凝潛熱。請回答下列問題： 1、主要擾動為時，應選何種控制閥特性? （5分） 2、主要擾動為G1時，應選何種控制閥特性? （5分） 3、設定值經(jīng)常變動時，應選擇何種控制閥特性？ （5分） 物料 加熱蒸汽 G1,θi G2 冷凝水 G1,θo 圖14 二十二、PH值中和過程的穩(wěn)態(tài)特性大體如圖15

20、所示。采用PID控制規(guī)律時在某些工作點的控制質量不佳。問： （1）能否通過控制閥的流量特性選擇來解決？為什么？ （2）選用非線性控制規(guī)律行不行？ 圖15 PH值中和過程 二十三、（15分）精餾塔是化工、煉油生產(chǎn)中應用極為廣泛的傳熱傳質設備，其目的是將混合物中的各組分分離，達到規(guī)定的純度。試問 1、精餾裝置一般由哪些設備組成？畫出精餾塔的物料流程圖（5分） 2、以精餾段指標為受控變量，設計一種精餾塔的基本控制方案，并畫出控制流程圖。（5分） 3、如果工藝上進料量經(jīng)常波動，且是不可控的。為了提高控制質量，請增加一控制方案，使之能及時克服進料量波動這一干擾對塔頂質量指標的影響

21、。（5分） 二十四、（10分）圖16為一管式加熱爐，工藝要求用天然氣做為燃料，使原料油出口溫度保持恒定。如果工藝上燃料氣的熱值經(jīng)常波動，且對原料油出口溫度控制要求很高。 （1）試設計一個控制系統(tǒng)，并畫出該控制系統(tǒng)的控制流程圖（5分） （2）畫出該控制系統(tǒng)的方框圖（3分） （3）該控制系統(tǒng)在工程實施時應注意哪些問題（2分） 原料油 天然氣 圖16 二十五、（20分）已知某大型鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)如圖17所示，所產(chǎn)生的蒸汽作為工藝生產(chǎn)中的熱源。試問： 1、該系統(tǒng)屬于何種類型的控制系統(tǒng)？分析該控制系統(tǒng)的特點。（10分） 2、確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式（5分） 3、確定控制器

22、LC和FC的正反作用（5分） LT LC ∑ FT FC FT 給水 蒸汽 汽包 圖17 二十六、（15分）圖18所示為甲苯-二甲苯精餾塔控制流程圖。 1、試簡述圖中各控制系統(tǒng)的作用（7分） 2、圖2中是按精餾段指標進行控制的方案，試簡述按精餾段指標進行控制的方案適用于哪些情況？（3分） 3、如果工藝上進料量經(jīng)常波動，且是不可控的。為了提高控制質量，請增加一控制方案，使之能及時克服進料量波動這一干擾對塔頂質量指標的影響。（5分） 精餾塔 進料F LC LC FC ΔTC D B LR 圖18 《過程控制工程》期末復習題答案 一、（每空

23、1分） 1、強，弱 2、簡單均勻控制，串級均勻控制，雙沖量均勻控制 3、比例，積分，微分 4、泵，風機和壓縮機 5、經(jīng)驗法、臨界比例度法、衰減曲線法、響應曲線法 6、串級，前饋，比值，均勻，分程，選擇性任選三個 7、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng) 8、線性型、等百分比（或對數(shù)）型、拋物線型、快開型 9、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng) 10、控制器、控制閥、受控對象、測量變送器 11、換熱器、加熱爐、鍋爐（再沸器、冷凝器、加熱器等） 12、比例積分（PI）控制 13、衰減比、超調量與最大動態(tài)偏差、余差 14、10：1，4

24、：1 15、換熱器、加熱爐、鍋爐、再沸器、冷凝器、加熱器中任選三種 16、精餾塔塔身、冷凝器、再沸器、回流罐 、間接產(chǎn)品質量指標 二、（10分）選擇題 1、C 2、B 3、C 4、C 5、B 6、A 7、B 8、B 9、A 10、B 三、（每題5分） 1、 （1）副控制器的正反作用改變，而主控制器的正反作用不改變。 （2）調節(jié)閥口徑由30變?yōu)?0，則調節(jié)閥的靜態(tài)增益Kv減小，為保證副回路的控制品質不變，則應該減小副控制器的比例度，積分時間不需要改變。由于主控制器對副回路中副對象、副回路控制閥具有魯棒性，所以主控制器的比例度和積分時間不需要改變。

25、2、保證整個閉環(huán)構成一個負反饋。 3、分程控制是指用一個控制器來控制兩個或兩個以上的控制閥，每個控制閥工作在控制器的某個信號區(qū)間。 主要應用場合： （1） 用于擴大調節(jié)閥的可調X圍 （2） 用于控制兩種不同的工藝介質，以滿足工藝生產(chǎn)的要求 （3） 用于生產(chǎn)安全的防護措施 4、固定極限流量法和可變極限流量法。 固定極限流量法：可靠性高，投資少，適用于固定流量的場合 可變極限流量法：適用于壓縮機負荷經(jīng)常波動的場合。 5、所謂三沖量控制是指鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)中，分別引入汽包液位、蒸汽流量和給水流量三個信號，經(jīng)過一定運算后，共同控制一只控制閥。 引入三沖量控制是因為

26、汽包液位是系統(tǒng)的受控變量，是保證鍋爐正常運行的必要指標。而鍋爐的汽包液位存在嚴重的虛假液位情況，單純根據(jù)汽包水位進行控制會導致汽包液位波動嚴重，控制效果差，甚至會影響事故。而這個虛假液位現(xiàn)象與鍋爐的給水流量和蒸汽流量密切相關，引入蒸汽流量信號可以及時克服蒸汽流量波動對汽包水位的影響，并有效克服虛假液位引起的控制系統(tǒng)的誤動作。引入給水流量信號可以及時克服給水壓力變化對汽包液位的影響。 6、控制器的參數(shù)整定是指根據(jù)已定的控制方案，通過參數(shù)調整來確定控制器的最佳參數(shù)值，以使系統(tǒng)獲得好的控制質量。 經(jīng)驗湊試法、臨界比例度法、衰減曲線法、響應曲線法 7、一般水位特性，蒸氣流量提高，導致水位下降

27、。但汽包水位特殊，蒸氣流量提高，飽和水迅速汽化，水容積增大，水位上升。與一般水位動態(tài)特性疊加，表現(xiàn)為水位先升后降，稱為“虛假液位”。這種反相變化特性給控制帶來困難，可以采用雙沖量和三沖量控制。 8、對于具有積分作用的控制器，只要被調量與設定值之間存在偏差，其輸出會不停地變化，如果由于某種原因導致偏差無法消除，則經(jīng)過一段時間調節(jié)器的輸出將進入深度飽和狀態(tài)，是為積分飽和現(xiàn)象。 產(chǎn)生的條件（1）控制器有積分作用。 （2）控制器輸入偏差長期存在。 9、當壓縮機的負荷降低到一定程度，氣體的排出量會出現(xiàn)強烈的振蕩，因而機身也發(fā)生劇烈振動，這種現(xiàn)象稱為喘振。 10、 前饋控制系統(tǒng)基于干擾調節(jié)，更

28、及時，但對受控變量是開環(huán)控制，而且一種前饋控制系統(tǒng)只能克服一種干擾；反饋控制系統(tǒng)基于偏差調節(jié)，對受控變量是閉環(huán)控制，能夠克服各種干擾。 11、凡是在控制系統(tǒng)中引入選擇器的就稱為選擇性控制系統(tǒng)。 設計選擇性控制系統(tǒng)時要考慮：正?？刂频膮?shù)、極限保護參數(shù)、操作變量；調節(jié)閥的氣開、氣關形式；控制器的正反作用；選擇器的類型等。 12、均勻控制的目的是實現(xiàn)前后設備在供求關系上達到相互協(xié)調，統(tǒng)籌兼顧（3分） 均勻控制的特點是（1）反映前后供求矛盾的兩個變量都是變化的，且變化是緩慢的 （2）兩個變量的變化均應保持在允許的X圍內（2分） 13、一般水位特性，蒸氣流量提高，導致水位下降。但汽包

29、水位特殊，蒸氣流量提高，意味著汽包水位下降，飽和水迅速汽化，水容積增大，水位上升。與一般水位動態(tài)特性疊加，表現(xiàn)為水位先升后降，稱為“虛假液位”。（3分） 這種反向變化特性給控制帶來困難，可以采用雙沖量或三沖量控制。（2分） 14、 （1）改變原動機的轉速 （2）改變往復泵的沖程，方案復雜， 不宜實施 （3）改變出口旁路閥的開度。方案簡單，但總的機械效率低，經(jīng)濟性差。 15、實現(xiàn)兩個或兩個以上的參數(shù)符合一定比例關系的控制系統(tǒng)。（4分） 16、前饋控制的特點（2分） （1）基于不變性原理，比反饋控制及時、有效 （2）前饋是開環(huán)控制 （3）前饋控制規(guī)律隨對象特性的不同而不同 （

30、4）一種前饋只能克服一種干擾 為什么采用前饋＋反饋的復合控制系統(tǒng)可以大大提高控制系統(tǒng)的品質（2分） （1）從前饋控制角度，由于反饋，減輕了對前饋控制模型的精度要求，并可對未做前饋補償?shù)母蓴_進行校正 （2）從反饋角度，前饋控制事先起了一個粗調的作用，大大減少了反饋的負擔 四、（15分） 1、控制流程圖如下（10分） 進口流量 LT LC 2、受控變量：水槽液位； 操作變量：水槽的出口流量 擾動變量：進口流量 （5分） 五、因為F1 的流量是不可控的，選擇F1為主動量，選擇F2作為從動量，設計的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的控

31、制流程圖如下（10分） F1 F1T F2T F2C K F2 F1max=3600N m3/h, F2max=2400N m3/h, K1＝(F2/F1)*（F1max/ F2max）＝（1/1.2）*（3200/2400）=1.11（5分） 六、（20分） 1、精餾裝置一般由精餾塔塔身、冷凝器、再沸器、回流罐等設備組成。物料流程圖如下圖所示。（5分） 精餾塔 冷凝器 回流罐 再沸器 進料F 溜出液 釜液 蒸汽 2、精餾塔的可選操縱變量一般為：餾出液采出量、釜液采出量、回流量、再沸器加熱蒸汽量、冷凝器冷劑量。（5分） 3、一種參考

32、的控制方案如下：（10分） 精餾塔 進料 TT TC LC LC FC 七、（15分） 1、串級控制系統(tǒng)。方框圖如下，主變量為釜內溫度，副變量為夾套溫度。（5分） T1C 控制閥 夾套 溫度測量變送1 + － 釜內溫度 擾動1 T2C 反應釜 溫度測量變送2 擾動2 + － （2）為了保證氣源中斷時冷卻水繼續(xù)供應，以防止釜溫過高，選擇氣關閥。（2分） （3）調節(jié)閥為反作用，副對象為反作用，所以副控制器選擇反作用。主對象為正作用，副回路等效環(huán)節(jié)為正作用，所以主控制器選擇反作用。（3分） （4）假設冷卻水溫度升高，則夾套內溫度升高

33、，由于T2C反作用，則控制器輸出降低，氣關型閥門開大，冷卻水流量增加以克服冷卻水溫度變化對夾套溫度的影響，從而減少了冷卻水溫度波動對釜內溫度的影響，提高了控制品質。 當干擾是進料溫度時，考慮使釜內溫度升高的情況，則由于T1C反作用，則T1C減小，則T2C的設定值降低，T2C的輸出降低，控制閥開大，冷卻水流量增加，使釜內溫度降低。（5分） 八、（15分） 1、（5分） ，； 2、方框圖如下（5分） FC 控制閥 流量測量變送 副流量對象 除法器 流量測量變送 + - QB QA K’ 3、正作用。（5分） 九、 1、

34、塔頂溫度控制系統(tǒng)，塔壓控制系統(tǒng)，塔頂貯槽液位控制系統(tǒng)，進料流量控制系統(tǒng)，塔釜液位控制系統(tǒng)，加熱蒸汽流量控制系統(tǒng)；（5分） 2、各系統(tǒng)的操縱變量、受控變量分別是 塔頂溫度，回流量 塔壓 冷凝器冷劑流量 貯槽液位 塔頂采出液流量 進料流量 進料流量 塔釜液位 塔底采出液流量 加熱蒸汽量 加熱蒸汽流量 3、能量平衡控制，精餾段指標控制。（5分） 十、要求學生能夠靈活運用過程控制工程課程中所講授的知識來對某一實際過程控制系統(tǒng)進行簡單的分析和設計，考察學生對基本知識的掌握程度。（10分） 十一、 （1）受控變量：被加熱物料出口溫度

35、；操縱變量：加熱蒸汽流量；受控對象：蒸汽加熱器（3分） （2）干擾：加熱蒸汽壓力；被加熱物料的流量、溫度、成分、環(huán)境溫度等（2分） （3）控制系統(tǒng)方框圖如下：（5分） 溫度控制器 控制閥 蒸汽加熱器 溫度測量變送環(huán)節(jié) + － 受控變量 偏差 擾動 給定值 控制變量 操縱變量 （4）選擇氣開閥；控制器為反作用；（5分） 十二（15分） 1、 設計的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的控制流程圖如下（5分） F1 F1T F2T F2C K F2 控制器 控制閥 測量變送 副流量對象 比值器 測量變送 + - Q2 2、

36、F1max=3600N m3/h, F2max=2400N m3/h, K1＝(F2/F1)*（F1max/ F2max）＝（1/1.2）*（3600/2400）=1.25（5分） 3、 因為F1 的流量是不可控的，選擇F1為主物料，選擇F2作為從物料。（2分） 4、當主物料增加時，通過比值器，使得從物料流量控制器的給定值發(fā)生變化，使從物料的流量也發(fā)生變化，從而保證兩種物料之間的比值關系。（3分） 十三、（15分）： 1、（5分）： 控制器 控制閥 受控對象 測量變送環(huán)節(jié) + － 控制變量 操作變量 受控變量 測量值 偏差 擾動變量 SP 2

37、、（5分）： 受控變量：儲罐液位（2分） 操作變量：儲罐的出口流量（2分） 擾動變量：進口流量（2分） 3、出口流量增加，液位下降，對象反作用，調節(jié)閥為氣開閥，所以控制器選正作用（5分）。 十四、1、控制系統(tǒng)方框圖如下：（5分） 溫度控制器 控制閥 壓力對象 溫度測量變送環(huán)節(jié) + － 受控變量 擾動1 壓力控制器 溫度對象 壓力測量變送環(huán)節(jié) 擾動2 + － 2、調節(jié)閥為氣開閥（5分） 3、壓力控制器取反作用，溫度控制器取反作用（5分）。 十五、1、裝在離心泵的出口。因為調節(jié)閥裝在泵的入口，調節(jié)閥會產(chǎn)生較大的壓降，導致離心泵入口壓力過低，使

38、液體部分汽化，使得泵喪失排送能力，這叫氣縛?；蛘咂蟮恼羝陔x心泵出口又急劇的冷凝，會對離心泵的葉輪和機殼產(chǎn)生較大的沖蝕，從而損壞離心泵，這叫氣蝕。這兩種情況都會影響離心泵的正常工作，所以調節(jié)閥一般裝在泵的入口。（10分） 2．控制流程圖如下： FC 優(yōu)點：方案簡單易行。 缺點：小流量的時候，總的機械效率過低。 （5分） 十六、 1、氣關閥，失氣時全開，避免壓力過低和喘振 2、PC為正作用，F(xiàn)C為正作用 3、為低選器 十七、（15分） 1、 可設計一分程控制系統(tǒng)來滿足上述要求，控制流程圖如下 P

39、C 2、閥A 為氣關閥，閥B 為氣開閥 3、PC為反作用，A閥工作在0.02-0.06Mpa區(qū)間，B閥工作在0.06-0.1Mpa區(qū)間 二十五、（20分） 1、該系統(tǒng)為三沖量控制系統(tǒng)。三個沖量分別為汽包水位、給水流量、蒸汽流量。（5分） 從結構上說，它實質上是前饋－串級控制系統(tǒng)。液位控制器LC與流量控制器FC構成串級控制。蒸汽流量的波動是引起汽包水位變化的一個因素，是干擾作用，將蒸汽流量作為前饋信號引入∑計算單元改變FC的設定值，這是按干擾量進行控制的，是前饋作用。（5分） 2、當產(chǎn)生的蒸汽作為工藝生產(chǎn)的熱源時，調節(jié)閥選為氣關閥。（5分） 3、FC為正作用，LC為反作用。（5

40、分） 十八、（15分） 1、受控對象：丙烯冷卻器； （2分） 受控變量：乙烯裂解氣的出口溫度；（1分） 操縱變量：氣態(tài)丙烯流量（2分） 2、 該溫度控制系統(tǒng)方框圖如下：（5分） 控制器 控制閥 丙烯冷卻器 測量變送環(huán)節(jié) + － 偏差 擾動 圖中：為乙烯裂解氣的出口溫度；為乙烯裂解氣的出口溫度設定值。 3、當乙烯裂解氣的流量突然增大，會導致乙烯裂解氣的出口溫度增大。則控制器輸入偏差增大，控制器根據(jù)偏差的大小產(chǎn)生控制作用來開大控制閥開度，增加氣態(tài)丙烯的流量，使冷卻器內蒸汽壓減小，丙烯的汽化溫度降低，冷熱兩種流體的傳熱平均溫差增加，使得傳熱量增加，降低乙烯

41、裂解氣的出口溫度，使之恢復到設定值。（5分） 十九、（20分） 1、控制流程圖如下：（10分） 加熱爐 被加熱物料進口 PC PT 被加熱物料出口 TT TC LS 燃料氣 2、從安全角度考慮，選擇調節(jié)閥為氣開閥。（5分） 3、根據(jù)對控制器正反作用的分析，有P C控制器為反作用控制器，TC為反作用控制器。（4分） 為了在閥后壓力過高（PC的輸出很低）的條件下能夠選擇PC控制器進行控制，則選擇低選器（1分） 二十、（20分） 1、采用前饋－反饋控制（根據(jù)塔釜溫度進行反饋控制，根據(jù)進料量進行前饋控制），控制流程圖如下：（5分） 精餾塔 進料F FfC ∑

42、 TC 或采用如下前饋＋串級控制方案 精餾塔 進料F FfC ∑ TC FT FC 控制系統(tǒng)方框圖如下：（5分） TC 控制閥 精餾塔提餾段 溫度測量 + － T 進料擾動 再沸器 流量測量 FfC + + 溫度 給定 2、選擇氣關閥，（提餾段溫度控制，對塔釜采出液純度要求較高，失氣時控制閥打開，加大加熱蒸汽量，使得釜液大量汽化返回到塔釜，確保塔釜采出液的純度）。（5分） 3、TC控制器選擇正作用。（5分） 二十一（15分）： ，則 控制通道增益 （1） 主要擾動為時，受控對象控制通道增益與無關，為常數(shù)，所以選線性閥 （

43、2） 主要擾動為時，增大，減小，為保證不變（定值控制），則必須增大，受控對象的控制通道增益隨的增加而減小，希望控制閥的增益隨著的增大而增大，所以選擇對數(shù)閥（增益隨流量的增大而增大）。 （3） 受控對象控制通道增益為，不隨的變化而變化。當設定值經(jīng)常變化時，應選擇線性閥。 二十二 （1）不可以通過調節(jié)閥的流量特性選擇來解決。 因為過程的穩(wěn)態(tài)增益隨著加堿量的變化規(guī)律是先增大，然后逐漸降低，存在一個拐點，而所有流量特性的調節(jié)閥的增益都是隨著流量而單調變化（對數(shù)閥隨流量增加而降低，快開閥隨流量增加而減小），沒有一種閥可完全補償PH中和過程的非線性。 （2）根據(jù)圖中曲線的特點，可以選擇非線性控制

44、規(guī)律，分段線性化，可分成三段。 二十三（15分） 1、精餾裝置一般由精餾塔塔身、冷凝器、再沸器、回流罐等設備組成。物料流程圖如下圖所示。（5分） 精餾塔 冷凝器 回流罐 再沸器 進料F 溜出液 釜液 蒸汽 2、一種參考的能量平衡控制方案如圖（5分） 精餾塔 進料 TC LC LC FC 3、增加進料量對塔頂溫度的前饋控制，控制方案如下圖（5分） 精餾塔 進料 TC Gf ＋ 二十四、（10分） （1） 設計一原料油出口溫度對爐膛溫度的串級控制系統(tǒng)，控制流程圖如下（5分）： 加熱爐 原料油 T2C T2T T1T T1

45、C 燃料氣 （2） 控制方框圖如下（3分）： T1C 控制閥 爐膛 出口溫度測量變送 + － 出口溫度 擾動1 T2C 主對象 爐膛溫度測量變送 擾動2 + － TC 控制閥 壓力對象 溫度測量變送 + － 出口溫度 擾動1 PC 溫度對象 壓力測量變送 擾動2 + － （3） （2分） 爐膛溫度測點的選擇，應具有代表性，反應快 為了保護設備，爐膛溫度不應有較大波動，參數(shù)整定時，副控制器不應整定的過于靈敏。 爐膛測溫元件及保護套管材料必須耐高溫 二十五、（20分） 1、該系統(tǒng)為三沖量控制系統(tǒng)。三個沖量分

46、別為汽包水位、給水流量、蒸汽流量。（5分） 從結構上說，它實質上是前饋－串級控制系統(tǒng)。液位控制器LC與流量控制器FC構成串級控制。蒸汽流量的波動是引起汽包水位變化的一個因素，是干擾作用，將蒸汽流量作為前饋信號引入∑計算單元改變FC的設定值，這是按干擾量進行控制的，是前饋作用。（5分） 2、當產(chǎn)生的蒸汽作為工藝生產(chǎn)的熱源時，調節(jié)閥選為氣關閥。（5分） 3、FC為正作用，LC為反作用。（5分） 二十六、（15分） 1、該系統(tǒng)是溫差控制的方案。 塔頂根據(jù)溫差控制回流量LR，采用溫差控制是因為在甲苯－二甲苯的精餾塔中，塔頂和塔底產(chǎn)品的相對揮發(fā)度差值較小，壓力變化對溫度的影響要比成分變化對溫

47、度的影響大，即此時微小的壓力變化也會影響成分與溫度之間的關系，由于壓力對各層塔板上溫度的影響的方向和大小基本是一致，此時可以分別在塔頂和靈敏板測取溫度，然后取這兩個溫度的差值作為受控變量，則壓力對溫度變化的影響就基本被消除了。 塔頂回流罐液位控制和塔釜液位控制是為了保證回流罐和塔釜有一定的蓄液量而設置的。這兩個系統(tǒng)可保證整個塔的物料平衡。 再沸器加熱蒸汽量的定值控制系統(tǒng)，是為了能有恒定的蒸汽量返回到精餾塔，以保證精餾過程中的能量需求。（7分） 2、（1）適用于塔頂產(chǎn)品純度要求比塔底高的情況 （2）氣相進料的情況 （3）塔底、提餾段塔板上的溫度不能很好的反映產(chǎn)品成分變化時。（3分） 3、設計一針對進料量的前饋控制系統(tǒng)，在圖2的基礎上增加一前饋控制回路。（5分）