过程控制工程试题（卷一）
2008/2009学年第二学期期末试题 题号 一 二 三 四 五 六 七 总分 核分人 得分 评卷人 得分 一、填空题（每空1分，共20分）：
1．控制通道的时间常数T0的大小，反映了控制作用对系统动态过程的影响的快慢，T0 越小，控制作用 越及时 ，过渡过程越快，有利于提高系统的 稳定性 。
密2.被控变量是指工艺要求以一定的精度保持恒定或随某一参数的变化而变化的参数。
3．从理论上讲，干扰通道存在纯滞后， 不影响 系统的控制质量。 封4．反映对象特性的参数有 放大倍数 、 时间常数 和 纯滞后时间。 5．检测变送环节对控制系统的影响主要集中在检测元件的滞后和信号传递的滞后问题上。
线6. 如果对象扰动通道增益Kf增加，扰动作用 增强 ，系统的余差 增大 ， 最大偏差 增大 。
7．常见的比值控制系统有开环比值、单闭环比值、双闭环比值、串级比值。 8. 简单控制系统的工程整定法有经验方法，简单、方便，工程实际中广泛采用的特点。一般有经验凑试法、衰减曲线法、临界比例度法、响应曲线法等。 9、离心泵的控制方案有直接节流法、改变泵的转速、改变旁路回流量。
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得分 二、简答题（每题5分，共20分）： 1．简述被控量与操纵量的选择原则。
答：(1) 被控量的选择原则:
①必须尽可能选择表征生产过程的质量指标作为被控变量;②当没有合适的质量指标时,应选择与质量指标由单质对应关系的间接指标作为被控量; ③间接指标必须有足够的灵敏度;④被控变量的选择还应考虑工艺过程的合理性及所用测量仪表的性能、价格等因素. (2) 操纵变量选择的原则
①操纵变量应是控制通道放大系数K0较大者;②应使扰动通道的时间常数越大越好，而控制通道的时间常数适当小一些。③控制通道纯滞后时间则越小越好，并尽量使扰动远离被控变量而靠近调节阀;④当广义过程的控制通道由几个一阶滞后环节组成时，要避免各个时间常数相等或相接近的情况;⑤工艺上的合理性和方便性。
2．简述串级控制系统的特点。
答：(1)串级控制系统由于副回路的存在,能够迅速克服进入副回路的扰动的影响;
(2) 串级控制系统由于副回路的存在,改善了对象的特性,提高了系统的工作频率; (3) 串级控制系统由于副回路的存在,使对象非线性特性线性化,提高了系统的自适应能力;
(4) 能够更精确控制操纵变量的流量. （5）可以实现灵活的操作方式选择
3．设置均匀控制系统的目的和其特点是什么？
答：目的是:对表征前后设备供求矛盾的两个变量均匀协调,统筹兼顾. 特点是:表征前后供求矛盾的两个变量都应该是缓慢变化的;前后互相联系又 互相矛盾的两个变量都应保持在工艺操作所允许的范围内.
4．前馈控制和反馈控制各有什么特点？为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质？
答:前馈控制的特点是:根据干扰工作;及时;精度不高,实施困难;只对某个干扰 有克服作用.反馈的特点作用依据是偏差;不及时:精度高,实施方便,对所有干扰都有克服作用.由于两种控制方式优缺点互补, 所以前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质.
姓 名 班级学号 班级学号 得分
三、计算题（10分）已知对象控制通道阶跃响应曲线数据如下表所表示，调节量阶跃变化为Δu=50。 时间/min 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 被调量 200.1 201.1 204.0 227.0 251.0 280.0 302.5 时间/min 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 被调量 318.0 329.5 336.0 339.0 340.5 341.0
1. 用一阶惯性环节加纯迟延近似对象，求出K、T和τ值。 2. 应用动态特性参数法选择PID调节器参数。
密答：1.由实验数据画出对象的阶跃响应曲线为：
封线
解法一：由图可得：
K??y?u?341?200.150?2.818,??2t0.39?t0.63?2*0.85?1.1?0.6min,T?2(t0.63?t0.39)?2(1.1?0.85)?0.5min
??K2.818T?0.5?5.64??0.85???0.85*5.64*0.6?2.87%所以，PID调节器参数为：TI?2??2*0.6?1.2min
TD?0.5??0.5*0.6?0.3min解法二：有作图法可以求出
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K??y?u?341?200.150?2.1818,??0.4min,T?1.5?0.4?1.1min
??KT?2.8181.1?2.562??0.85???0.85*2.562*0.4?87.108%所以，PID调节器参数为：TI?2.2??2*0.4?0.8min TD?0.5??0.5*0.4?0.2min 得分 四、计算题 (10分)某电动比例调节器的测量范围为100～200℃，其输出为0～10mA。当温度从140℃变化到160℃时，测得调节器的输出从3 mA变化到7mA。试求该调节器比例带。?
答： Ky?X
o?ymax?yminXmax?Xmin式中 Δy ---被控参数测量值的变化量； ΔX ---控制器输出的变化量；
ymax-ymin---测量仪表的刻度范围； Xmax-Xmin---控制器输出变化范围。
?y?160?140?20 ymax?ymin?200?100?100 ?x?7mA?3mA?4mA xmax?xmin?10mA?0?10mA
20
1151K?1004?5*2??????50%
2 10
姓 名 班级学号 班级学号 得分 五、设计题(20分) 下图为管式加热炉温度控制系统。试确定： 1．这是一个什么系统？画出其方框图。 2．调节阀的作用形式；调节器的正反作用方式； 3．分析系统的可能经受的扰动及主要扰动；
4．简述当扰动或负荷变化使炉膛温度T2升高时该串级控制系统工作过程； 5．如果燃料油的管道压力经常波动，上述系统应如何改进？画出改进后的结构原理图.
答:1、这是个串级控制系统,其方块图如下.
副干扰 主干扰 设定值 副变量 主控 副控 主变量 + 制器 + 制器 执行器 副对象 主对象 密－ － 副回路 副测量、变送 主回路 主测量、变送 封2、调节阀为气开式，主、副调节器都为反作用；
3、可能经受的扰动有被加热物料的流量、温度、成分的变化，燃料油的管道压线力、流量、成分的变化及环境温度的变化。主要扰动应该是被加热物料的流量、温度等。
4、该串级控制系统工作过程：
当扰动或负荷变化使炉膛温度T2升高时，由于副调节器是反作用，它的输出减小，调节阀是气开式，阀的开度变小，造成料量减小，以使炉膛温度下降。同时当炉膛温度升高时，引起炉出口温度T1升高，因为主调节器是反作用，使副控制器给定值降低，通过副回路调节，减小燃料量，降低炉膛温度，保证炉出口温度恒定。
T1↓← T2↓← Q燃↓← 阀的开度变小←PC2↓↓ ↗T1↑→e1(=T1↑-r1)↑→PC1↓→e2↑↑(=T2↑- r2↓) f1→T2↑→e2(=T2↑-r2)↑→PC2↓→阀的开度变小→Q燃↓ T1↓← T2↓←
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5、应该选择燃料油流量作为副变量， 出口温度为主变量，组成串级控制 TC系统，如右图所示： FC进料 出料 得分 燃料油六、设计题（10分）如图所示为锅炉液位双冲量控制系统。试问：当供水压力波动较大时, 该方案是否能够满足控制要求?说明理由.如果不能,请设计出改进的方案。
当供水压力波动较大时，由于主要扰 动没有能够及时的克服，所以该方案不能
蒸汽满足控制要求。此时应该选择供水流量作 PF为副变量，以水位为主变量，蒸汽压力为 汽包LC∑前馈信号，组成前馈串级复合控制系统。 PC改进的方案如右图所示: 省煤FC 器 给水 得分
七、设计题（10分）如图所示为自来水氯气净化工艺控制流程，请分析图中有几个控制系统，分别是什么系统，各系统的作用如何？
答： 图中有3个控制系统。一个是气化器压力控制系统，以稳定气化器压力，保证设备安全；一个是气化器温度控制系统，为液氯正常气化提供热源；一个是氯气与自来水的比值控制系统，保证氯气与自来水的比例关系，既达到灭菌的效果，又不造成浪费和腐蚀设备的目的。
姓 名 班级学号 班级学号