中國(guó)石油大學(xué)《過(guò)程控制工程》復(fù)習(xí)題及答案.doc

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《過(guò)程控制工程》期末復(fù)習(xí)題 一、（每空1分）填空題： 1、對(duì)于一個(gè)比例積分微分（PID）控制器來(lái)說(shuō)，積分時(shí)間越小則積分作用越 ；微分時(shí)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(jī)械設(shè)備統(tǒng)稱為流體輸送設(shè)備，其中輸送液體并提高其壓頭的機(jī)械稱為 ，而輸送氣體并提高其壓頭的機(jī)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(qǐng)舉出我們?cè)?jīng)學(xué)過(guò)的三種復(fù)雜控制系統(tǒng)： 、 、 。 7、比值系統(tǒng)控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為四種，分別是開環(huán)比值控制系統(tǒng)、 、 、 四種。 8、調(diào)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(jié)構(gòu)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(gè)環(huán)節(jié)組成11、常見(jiàn)的傳熱設(shè)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(lái)評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的階躍響應(yīng)曲線性能指標(biāo)分別是 、 、 、振蕩頻率和回復(fù)時(shí)間等。 14、工程上進(jìn)行PID控制器參數(shù)整定時(shí)，隨動(dòng)系統(tǒng)的控制品質(zhì)要求衰減比為 ，定值系統(tǒng)中控制品質(zhì)要求衰減比為 。 15、常見(jiàn)的傳熱設(shè)備有 、 、 等。 16、精餾裝置一般由 、 、 、 等設(shè)備組成。精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)選擇有直接產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)和 兩類。 二、選擇題（10分，每小題2分） 1、成分、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律，通常選用（ ）。 A. PI B. PD C. PID 2、 自動(dòng)控制系統(tǒng)中控制器正、反作用的確定是根據(jù)（ ）。 A．實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回路的正反饋。 B．實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回路的負(fù)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(diào)節(jié)是一種能對(duì)（ ）進(jìn)行補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)。 A． 測(cè)量與給定之間的偏差 B． 被調(diào)量的變化 C． 干擾量的變化 4、分程控制系統(tǒng)常要加裝（ ）來(lái)達(dá)到分程的目的。 A．調(diào)節(jié)器 B.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(dòng)也會(huì)影響溫度的變化，同時(shí)壓力波動(dòng)引起的各板上溫度變化的方向是一致的，此時(shí)應(yīng)選擇（ ）作為間接質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行控制。 A．靈敏板溫度 B.溫差 C.雙溫差 6、如果甲乙兩個(gè)廣義調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性完全相同（如均為二階對(duì)象），甲采用PI作用調(diào)節(jié)器，乙采用P作用調(diào)節(jié)器。當(dāng)比例帶的數(shù)值完全相同時(shí)，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、 定值控制系統(tǒng)是（ ）環(huán)調(diào)節(jié)，單純的前饋控制系統(tǒng)是（ ）環(huán)調(diào)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(shí)應(yīng)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(dòng)也會(huì)影響溫度的變化，同時(shí)壓力波動(dòng)引起的各板上溫度變化的方向是一致的，此時(shí)應(yīng)選擇（ ）作為間接質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行控制。 A．靈敏板溫度 B.溫差 C.雙溫差 三、簡(jiǎn)答題（每題5分） 1、在一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)中，原來(lái)選用30的氣開閥，后來(lái)因?yàn)樨?fù)荷減小，改用20口徑，同時(shí)改用氣關(guān)閥。問(wèn)： （1）主、副控制器的正、反作用是否需要改變？如需要，應(yīng)如何改變？ （2）主、副控制器的比例度和積分時(shí)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(yīng)用在什么場(chǎng)合？ 4、離心式壓縮機(jī)防喘振控制方案有哪幾種？各適用什么場(chǎng)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(jìn)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(shuō)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(jī)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(shè)計(jì)選擇性控制系統(tǒng)時(shí)要考慮哪些問(wèn)題？ 12、均勻控制系統(tǒng)的目的和特點(diǎn)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(fù)泵的流量控制方案有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？（5分） 15、什么叫比值控制系統(tǒng)？ （4分） 16、前饋控制具有什么特點(diǎn)？為什么采用前饋-反饋復(fù)合系統(tǒng)將能較大地改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)？（4分） 四、（15分）如圖1所示單容水槽，其進(jìn)口流量來(lái)自上一工序，不可控，控制目標(biāo)是保證水槽的液位恒定。 1、試對(duì)該對(duì)象設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)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(dòng)變量（5分） 出口流量 進(jìn)口流量 圖1 五、（15分）計(jì)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(diào)，儀表量程是0～2400Nm3/h。試畫出控制流程圖，并計(jì)算比值系數(shù)K 六、（20分）精餾塔是化工、煉油生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的傳熱傳質(zhì)設(shè)備，其目的是將混合物中的各組分分離，達(dá)到規(guī)定的純度。試問(wèn) 1、精餾裝置一般由哪些設(shè)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(biāo)為受控變量，設(shè)計(jì)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(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行放熱反應(yīng)，釜溫過(guò)高會(huì)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(dòng)較大，故設(shè)置控制系統(tǒng)如圖2所示。問(wèn)： 1、這是什么類型的控制系統(tǒng)？試畫出其方框圖，說(shuō)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(guān)型式。（2分） 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(dòng)和進(jìn)料溫度波動(dòng)時(shí)，試簡(jiǎn)述其控制過(guò)程。（5分） 圖2 八、（15分）計(jì)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(hào)送往除法器，與副物料流量的信號(hào)相除，除法器的輸出為，設(shè)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(jì)算流量控制器FC的比值系數(shù)應(yīng)設(shè)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(guān)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(shè)定 圖3 九、（15分）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(gè)控制系統(tǒng)的操縱變量和受控變量分別是什么？（5分） 3、請(qǐng)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(biāo)進(jìn)行控制還是按照提餾段指標(biāo)進(jìn)行控制？（5分） 精餾塔 進(jìn)料F LC LC FC TC D B LR FC PC 圖4 十、（10分）請(qǐng)舉出一種你在生產(chǎn)或生活中所見(jiàn)到的控制系統(tǒng)的例子，并運(yùn)用過(guò)程控制工程中所學(xué)到的知識(shí)對(duì)該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施進(jìn)行分析和說(shuō)明。內(nèi)容包括： （1）過(guò)程的工藝，控制的要求， （2）控制方案的設(shè)計(jì) （3）控制器控制規(guī)律的選擇 （4）用到的自控設(shè)備 （5）其它相關(guān)的內(nèi)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(duì)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(guò)熱易分解時(shí)，試確定控制閥的氣開、氣關(guān)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(jì)算題 在含堿廢水的處理過(guò)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。現(xiàn)有一工業(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(diào)，儀表量程是0～2400Nm3/h。 1、 試設(shè)計(jì)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(jì)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(jiǎn)述當(dāng)主物料變化時(shí)，系統(tǒng)的控制過(guò)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(chǔ)罐，其進(jìn)口流量不可控，出口流量可控，控制目標(biāo)是保證儲(chǔ)罐的液位恒定。 1、試對(duì)該對(duì)象設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)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(dòng)變量（5分）； 3、假定出口調(diào)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(jí)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(yīng)。試確定： 1）畫出該串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖；（5分） 2）調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式；（5分） 3）主、副調(diào)節(jié)器的正反作用。（10分） 加熱爐 被加熱物料進(jìn)口 PC PT 被加熱物料出口 TT TC 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(wèn)： 1、在直接節(jié)流法中的調(diào)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(jī)吸入罐壓力與壓縮機(jī)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(guò)低導(dǎo)致吸入罐被吸癟，又防止壓縮機(jī)流量過(guò)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(nèi)壓力需要控制。一般情況下，通過(guò)改變甲烷流出量QA 來(lái)維持罐內(nèi)壓力。當(dāng)罐內(nèi)壓力降低到QA =0時(shí)仍不能使其回升時(shí)，則需要調(diào)整來(lái)自燃料氣發(fā)生罐的流量QA ，以維持罐內(nèi)壓力達(dá)到規(guī)定值。 1、設(shè)計(jì)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(nèi)的壓力不允許過(guò)高，請(qǐng)選擇控制閥的氣開、氣關(guān)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(hào)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(guò)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(gè)簡(jiǎn)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，其溫度要求控制在（151.5）℃。 1、指出系統(tǒng)中的受控對(duì)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(dāng)乙烯裂解氣的流量突然增大時(shí)，該溫度控制系統(tǒng)是如何實(shí)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(biāo)是使被加熱物料的出口溫度保持恒定，同時(shí)還要防止閥后壓力過(guò)高，試設(shè)計(jì)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） 2、確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式；（5分） 3、確定調(diào)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(jìn)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(jiàn)圖13。工藝上進(jìn)料量經(jīng)常波動(dòng)，且是不可控的。為了提高控制質(zhì)量，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一控制方案，使之能及時(shí)克服進(jìn)料量波動(dòng)這一干擾對(duì)塔底質(zhì)量指標(biāo)的影響，又能夠消除其它干擾對(duì)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(guān)形式（5分） 3、試確定控制器的正反作用（5分） 精餾塔 進(jìn)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(guò)程的熱量衡算式可表示為 式中，和分別為被加熱介質(zhì)和蒸汽的質(zhì)量流量，和分別為被加熱介質(zhì)的進(jìn)口溫度和出口溫度，為被加熱介質(zhì)的比熱容，為蒸汽的冷凝潛熱。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： 1、主要擾動(dòng)為時(shí)，應(yīng)選何種控制閥特性? （5分） 2、主要擾動(dòng)為G1時(shí)，應(yīng)選何種控制閥特性? （5分） 3、設(shè)定值經(jīng)常變動(dòng)時(shí)，應(yīng)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(guò)程的穩(wěn)態(tài)特性大體如圖15所示。采用PID控制規(guī)律時(shí)在某些工作點(diǎn)的控制質(zhì)量不佳。問(wèn)： （1）能否通過(guò)控制閥的流量特性選擇來(lái)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(guò)程 二十三、（15分）精餾塔是化工、煉油生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的傳熱傳質(zhì)設(shè)備，其目的是將混合物中的各組分分離，達(dá)到規(guī)定的純度。試問(wèn) 1、精餾裝置一般由哪些設(shè)備組成？畫出精餾塔的物料流程圖（5分） 2、以精餾段指標(biāo)為受控變量，設(shè)計(jì)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(jìn)料量經(jīng)常波動(dòng)，且是不可控的。為了提高控制質(zhì)量，請(qǐng)?jiān)黾右豢刂品桨?，使之能及時(shí)克服進(jìn)料量波動(dòng)這一干擾對(duì)塔頂質(zhì)量指標(biāo)的影響。（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(dòng)，且對(duì)原料油出口溫度控制要求很高。 （1）試設(shè)計(jì)一個(gè)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(shí)施時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)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(wèn)： 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(diǎn)。（10分） 2、確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式（5分） 3、確定控制器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(jiǎn)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(biāo)進(jìn)行控制的方案，試簡(jiǎn)述按精餾段指標(biāo)進(jìn)行控制的方案適用于哪些情況？（3分） 3、如果工藝上進(jìn)料量經(jīng)常波動(dòng)，且是不可控的。為了提高控制質(zhì)量，請(qǐng)?jiān)黾右豢刂品桨福怪芗皶r(shí)克服進(jìn)料量波動(dòng)這一干擾對(duì)塔頂質(zhì)量指標(biāo)的影響。（5分） 精餾塔 進(jìn)料F LC LC FC ΔTC D B LR 圖18 《過(guò)程控制工程》期末復(fù)習(xí)題答案 一、（每空1分） 1、強(qiáng)，弱 2、簡(jiǎn)單均勻控制，串級(jí)均勻控制，雙沖量均勻控制 3、比例，積分，微分 4、泵，風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī) 5、經(jīng)驗(yàn)法、臨界比例度法、衰減曲線法、響應(yīng)曲線法 6、串級(jí)，前饋，比值，均勻，分程，選擇性任選三個(gè) 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?qū)?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(duì)象、測(cè)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(diào)量與最大動(dòng)態(tài)偏差、余差 14、10：1，4：1 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(zhì)量指標(biāo) 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(diào)節(jié)閥口徑由30變?yōu)?0，則調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)增益Kv減小，為保證副回路的控制品質(zhì)不變，則應(yīng)該減小副控制器的比例度，積分時(shí)間不需要改變。由于主控制器對(duì)副回路中副對(duì)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(shí)間不需要改變。 2、保證整個(gè)閉環(huán)構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋。 3、分程控制是指用一個(gè)控制器來(lái)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制閥，每個(gè)控制閥工作在控制器的某個(gè)信號(hào)區(qū)間。 主要應(yīng)用場(chǎng)合： （1） 用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍 （2） 用于控制兩種不同的工藝介質(zhì)，以滿足工藝生產(chǎn)的要求 （3） 用于生產(chǎn)安全的防護(hù)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(chǎng)合 可變極限流量法：適用于壓縮機(jī)負(fù)荷經(jīng)常波動(dòng)的場(chǎng)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(gè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)一定運(yùn)算后，共同控制一只控制閥。 引入三沖量控制是因?yàn)槠何皇窍到y(tǒng)的受控變量，是保證鍋爐正常運(yùn)行的必要指標(biāo)。而鍋爐的汽包液位存在嚴(yán)重的虛假液位情況，單純根據(jù)汽包水位進(jìn)行控制會(huì)導(dǎo)致汽包液位波動(dòng)嚴(yán)重，控制效果差，甚至?xí)绊懯鹿?。而這個(gè)虛假液位現(xiàn)象與鍋爐的給水流量和蒸汽流量密切相關(guān)，引入蒸汽流量信號(hào)可以及時(shí)克服蒸汽流量波動(dòng)對(duì)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(dòng)作。引入給水流量信號(hào)可以及時(shí)克服給水壓力變化對(duì)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(guò)參數(shù)調(diào)整來(lái)確定控制器的最佳參數(shù)值，以使系統(tǒng)獲得好的控制質(zhì)量。 經(jīng)驗(yàn)湊試法、臨界比例度法、衰減曲線法、響應(yīng)曲線法 7、一般水位特性，蒸氣流量提高，導(dǎo)致水位下降。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(dòng)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(lái)困難，可以采用雙沖量和三沖量控制。 8、對(duì)于具有積分作用的控制器，只要被調(diào)量與設(shè)定值之間存在偏差，其輸出會(huì)不停地變化，如果由于某種原因?qū)е缕顭o(wú)法消除，則經(jīng)過(guò)一段時(shí)間調(diào)節(jié)器的輸出將進(jìn)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(zhǎng)期存在。 9、當(dāng)壓縮機(jī)的負(fù)荷降低到一定程度，氣體的排出量會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的振蕩，因而機(jī)身也發(fā)生劇烈振動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為喘振。 10、 前饋控制系統(tǒng)基于干擾調(diào)節(jié)，更及時(shí)，但對(duì)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(diào)節(jié)，對(duì)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(shè)計(jì)選擇性控制系統(tǒng)時(shí)要考慮：正?？刂频膮?shù)、極限保護(hù)參數(shù)、操作變量；調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)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(shí)現(xiàn)前后設(shè)備在供求關(guān)系上達(dá)到相互協(xié)調(diào)，統(tǒng)籌兼顧（3分） 均勻控制的特點(diǎn)是（1）反映前后供求矛盾的兩個(gè)變量都是變化的，且變化是緩慢的 （2）兩個(gè)變量的變化均應(yīng)保持在允許的范圍內(nèi)（2分） 13、一般水位特性，蒸氣流量提高，導(dǎo)致水位下降。但汽包水位特殊，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(dòng)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(lái)困難，可以采用雙沖量或三沖量控制。（2分） 14、 （1）改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 （2）改變往復(fù)泵的沖程，方案復(fù)雜， 不宜實(shí)施 （3）改變出口旁路閥的開度。方案簡(jiǎn)單，但總的機(jī)械效率低，經(jīng)濟(jì)性差。 15、實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)。（4分） 16、前饋控制的特點(diǎn)（2分） （1）基于不變性原理，比反饋控制及時(shí)、有效 （2）前饋是開環(huán)控制 （3）前饋控制規(guī)律隨對(duì)象特性的不同而不同 （4）一種前饋只能克服一種干擾 為什么采用前饋＋反饋的復(fù)合控制系統(tǒng)可以大大提高控制系統(tǒng)的品質(zhì)（2分） （1）從前饋控制角度，由于反饋，減輕了對(duì)前饋控制模型的精度要求，并可對(duì)未做前饋補(bǔ)償?shù)母蓴_進(jìn)行校正 （2）從反饋角度，前饋控制事先起了一個(gè)粗調(diào)的作用，大大減少了反饋的負(fù)擔(dān) 四、（15分） 1、控制流程圖如下（10分） 進(jìn)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(dòng)變量：進(jìn)口流量 （5分） 五、因?yàn)镕1 的流量是不可控的，選擇F1為主動(dòng)量，選擇F2作為從動(dòng)量，設(shè)計(jì)的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的控制流程圖如下（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(shè)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(jìn)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、一種參考的控制方案如下：（10分） 精餾塔 進(jìn)料 TT TC LC LC FC 七、（15分） 1、串級(jí)控制系統(tǒng)。方框圖如下，主變量為釜內(nèi)溫度，副變量為夾套溫度。（5分） T1C 控制閥 夾套 溫度測(cè)量變送1 + － 釜內(nèi)溫度 擾動(dòng)1 T2C 反應(yīng)釜 溫度測(cè)量變送2 擾動(dòng)2 + － （2）為了保證氣源中斷時(shí)冷卻水繼續(xù)供應(yīng)，以防止釜溫過(guò)高，選擇氣關(guān)閥。（2分） （3）調(diào)節(jié)閥為反作用，副對(duì)象為反作用，所以副控制器選擇反作用。主對(duì)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(shè)冷卻水溫度升高，則夾套內(nèi)溫度升高，由于T2C反作用，則控制器輸出降低，氣關(guān)型閥門開大，冷卻水流量增加以克服冷卻水溫度變化對(duì)夾套溫度的影響，從而減少了冷卻水溫度波動(dòng)對(duì)釜內(nèi)溫度的影響，提高了控制品質(zhì)。 當(dāng)干擾是進(jìn)料溫度時(shí)，考慮使釜內(nèi)溫度升高的情況，則由于T1C反作用，則T1C減小，則T2C的設(shè)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(nèi)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(cè)量變送 副流量對(duì)象 除法器 流量測(cè)量變送 + - QB QA K’ 3、正作用。（5分） 九、 1、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(jìn)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(jìn)料流量 進(jìn)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(biāo)控制。（5分） 十、要求學(xué)生能夠靈活運(yùn)用過(guò)程控制工程課程中所講授的知識(shí)來(lái)對(duì)某一實(shí)際過(guò)程控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和設(shè)計(jì)，考察學(xué)生對(duì)基本知識(shí)的掌握程度。（10分） 十一、 （1）受控變量：被加熱物料出口溫度；操縱變量：加熱蒸汽流量；受控對(duì)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(cè)量變送環(huán)節(jié) + － 受控變量 偏差 擾動(dòng) 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(shè)計(jì)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(cè)量變送 副流量對(duì)象 比值器 測(cè)量變送 + - Q2 2、 F1max=3600N m3/h, F2max=2400N m3/h, K1＝(F2/F1)*（F1max/ F2max）＝（1/1.2）*（3600/2400）=1.25（5分） 3、 因?yàn)镕1 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(dāng)主物料增加時(shí)，通過(guò)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(guān)系。（3分） 十三、（15分）： 1、（5分）： 控制器 控制閥 受控對(duì)象 測(cè)量變送環(huán)節(jié) + － 控制變量 操作變量 受控變量 測(cè)量值 偏差 擾動(dòng)變量 SP 2、（5分）： 受控變量：儲(chǔ)罐液位（2分） 操作變量：儲(chǔ)罐的出口流量（2分） 擾動(dòng)變量：進(jìn)口流量（2分） 3、出口流量增加，液位下降，對(duì)象反作用，調(diào)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(duì)象 溫度測(cè)量變送環(huán)節(jié) + － 受控變量 擾動(dòng)1 壓力控制器 溫度對(duì)象 壓力測(cè)量變送環(huán)節(jié) 擾動(dòng)2 + － 2、調(diào)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?yàn)檎{(diào)節(jié)閥裝在泵的入口，調(diào)節(jié)閥會(huì)產(chǎn)生較大的壓降，導(dǎo)致離心泵入口壓力過(guò)低，使液體部分汽化，使得泵喪失排送能力，這叫氣縛。或者汽化后的蒸汽在離心泵出口又急劇的冷凝，會(huì)對(duì)離心泵的葉輪和機(jī)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(huì)影響離心泵的正常工作，所以調(diào)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(diǎn)：方案簡(jiǎn)單易行。 缺點(diǎn)：小流量的時(shí)候，總的機(jī)械效率過(guò)低。 （5分） 十六、 1、氣關(guān)閥，失氣時(shí)全開，避免壓力過(guò)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(shè)計(jì)一分程控制系統(tǒng)來(lái)滿足上述要求，控制流程圖如下 PC 2、閥A 為氣關(guān)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(gè)沖量分別為汽包水位、給水流量、蒸汽流量。（5分） 從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，它實(shí)質(zhì)上是前饋－串級(jí)控制系統(tǒng)。液位控制器LC與流量控制器FC構(gòu)成串級(jí)控制。蒸汽流量的波動(dòng)是引起汽包水位變化的一個(gè)因素，是干擾作用，將蒸汽流量作為前饋信號(hào)引入∑計(jì)算單元改變FC的設(shè)定值，這是按干擾量進(jìn)行控制的，是前饋?zhàn)饔?。?分） 2、當(dāng)產(chǎn)生的蒸汽作為工藝生產(chǎn)的熱源時(shí)，調(diào)節(jié)閥選為氣關(guān)閥。（5分） 3、FC為正作用，LC為反作用。（5分） 十八、（15分） 1、受控對(duì)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(cè)量變送環(huán)節(jié) + － 偏差 擾動(dòng) 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(shè)定值。 3、當(dāng)乙烯裂解氣的流量突然增大，會(huì)導(dǎo)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(lái)開大控制閥開度，增加氣態(tài)丙烯的流量，使冷卻器內(nèi)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，降低乙烯裂解氣的出口溫度，使之恢復(fù)到設(shè)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(jìn)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(diào)節(jié)閥為氣開閥。（5分） 3、根據(jù)對(duì)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(guò)高（PC的輸出很低）的條件下能夠選擇PC控制器進(jìn)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(jìn)行反饋控制，根據(jù)進(jìn)料量進(jìn)行前饋控制），控制流程圖如下：（5分） 精餾塔 進(jìn)料F FfC ∑ TC 或采用如下前饋＋串級(jí)控制方案 精餾塔 進(jìn)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(cè)量 + － T 進(jìn)料擾動(dòng) 再沸器 流量測(cè)量 FfC + + 溫度 給定 2、選擇氣關(guān)閥，（提餾段溫度控制，對(duì)塔釜采出液純度要求較高，失氣時(shí)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(dòng)為時(shí)，受控對(duì)象控制通道增益與無(wú)關(guān)，為常數(shù)，所以選線性閥 （2） 主要擾動(dòng)為時(shí)，增大，減小，為保證不變（定值控制），則必須增大，受控對(duì)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(duì)數(shù)閥（增益隨流量的增大而增大）。 （3） 受控對(duì)象控制通道增益為，不隨的變化而變化。當(dāng)設(shè)定值經(jīng)常變化時(shí)，應(yīng)選擇線性閥。 二十二 （1）不可以通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇來(lái)解決。 因?yàn)檫^(guò)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(gè)拐點(diǎn)，而所有流量特性的調(diào)節(jié)閥的增益都是隨著流量而單調(diào)變化（對(duì)數(shù)閥隨流量增加而降低，快開閥隨流量增加而減?。?，沒(méi)有一種閥可完全補(bǔ)償PH中和過(guò)程的非線性。 （2）根據(jù)圖中曲線的特點(diǎn)，可以選擇非線性控制規(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(shè)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(jìn)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(jìn)料 TC LC LC FC 3、增加進(jìn)料量對(duì)塔頂溫度的前饋控制，控制方案如下圖（5分） 精餾塔 進(jìn)料 TC Gf ＋ 二十四、（10分） （1） 設(shè)計(jì)一原料油出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)控制系統(tǒng)，控制流程圖如下（5分）： 加熱爐 原料油 T2C T2T T1T T1C 燃料氣 （2） 控制方框圖如下（3分）： T1C 控制閥 爐膛 出口溫度測(cè)量變送 + － 出口溫度 擾動(dòng)1 T2C 主對(duì)象 爐膛溫度測(cè)量變送 擾動(dòng)2 + － TC 控制閥 壓力對(duì)象 溫度測(cè)量變送 + － 出口溫度 擾動(dòng)1 PC 溫度對(duì)象 壓力測(cè)量變送 擾動(dòng)2 + － （3） （2分） 爐膛溫度測(cè)點(diǎn)的選擇，應(yīng)具有代表性，反應(yīng)快 為了保護(hù)設(shè)備，爐膛溫度不應(yīng)有較大波動(dòng)，參數(shù)整定時(shí)，副控制器不應(yīng)整定的過(guò)于靈敏。 爐膛測(cè)溫元件及保護(hù)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(gè)沖量分別為汽包水位、給水流量、蒸汽流量。（5分） 從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，它實(shí)質(zhì)上是前饋－串級(jí)控制系統(tǒng)。液位控制器LC與流量控制器FC構(gòu)成串級(jí)控制。蒸汽流量的波動(dòng)是引起汽包水位變化的一個(gè)因素，是干擾作用，將蒸汽流量作為前饋信號(hào)引入∑計(jì)算單元改變FC的設(shè)定值，這是按干擾量進(jìn)行控制的，是前饋?zhàn)饔谩＃?分） 2、當(dāng)產(chǎn)生的蒸汽作為工藝生產(chǎn)的熱源時(shí)，調(diào)節(jié)閥選為氣關(guān)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?yàn)樵诩妆剑妆降木s塔中，塔頂和塔底產(chǎn)品的相對(duì)揮發(fā)度差值較小，壓力變化對(duì)溫度的影響要比成分變化對(duì)溫度的影響大，即此時(shí)微小的壓力變化也會(huì)影響成分與溫度之間的關(guān)系，由于壓力對(duì)各層塔板上溫度的影響的方向和大小基本是一致，此時(shí)可以分別在塔頂和靈敏板測(cè)取溫度，然后取這兩個(gè)溫度的差值作為受控變量，則壓力對(duì)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(shè)置的。這兩個(gè)系統(tǒng)可保證整個(gè)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(guò)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(jìn)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(shí)。（3分） 3、設(shè)計(jì)一針對(duì)進(jìn)料量的前饋控制系統(tǒng)，在圖2的基礎(chǔ)上增加一前饋控制回路。（5分）