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过程控制系统模拟试题


过程控制系统试题
一、填空题(20')

1、典型的过程控制系统由控制器、执行机构、被控对象和测量变送 装置等环节构成。 2、对过程控制系统的基本性能要求有三点,分别为 稳定性 、 快速 性 、和 准确性 。 3、根据使用的能源不同,调节阀可分为 气动调节阀、 液动调节阀 和 电动调节阀三大类。 4、扰动通道静态放大系数越大,则系统的稳态误差越大。控制通道 的静态放大系数越大,表示控制作用越灵敏,克服扰动能力越强。 5、串级控制系统主回路一般是一个定值控制系统,副回路一般是一 个随动控制系统。 6、常用的解耦控制设计方法有前馈补偿解耦、反馈解耦法、对角解 耦法、单位阵解耦法。 二、单项选择题(10') 1、在过程控制系统过渡过程的质量指标中,( C )是衡量系统快速性的 质量指标。 A)最大偏差 B)衰减比 C)振荡周期 D)余差

2、下列叙述中不是串级控制系统的特点的是( C ) A.结构上由两个闭环组成 B.对二次扰动有很明显的克服作用

1

C.系统中有两个调节阀

D.提高了整个系统的响应速度

3、串级控制系统系统中存在的二次扰动来源于它的(B) A)主回路 B) 副回路 C)主副回路都有 D)不能确定

4、下面前馈控制系统中对过程的控制质量没有影响的是(D) A)控制通道放大倍数 Ko C)扰动通道时间常数 B)扰动通道放大倍数 Kf D)扰动通道纯滞后时间

5、用于迅速启闭的切断阀或两位式调节阀应选择( A )特性的调节阀。 A、快开特性 B、等百分比特性 C、线性 D、抛物线特性

三、判断题(10') 1、串级控制系统中应使主要和更多的干扰落入副回路。 (√) 2、过程控制系统的偏差是指设定值与测量值之差。 (√) 3、 扰动量是作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素 (× ) 答案: 扰动量是除操纵变量外作用于生产过程对象并引起被控变量变 化的随机因素。 4、对干扰通道时间常数越小越好,这样干扰的影响和缓,控制就容 易。 (× ) 答案:时间常数越大越好,这样干扰的影响和缓,控制就容易 5、 串级控制系统中主调节器以“先调”、 “快调”、 “粗调”克服干扰。 (× ) 答案:串级控制系统中主调节器以“慢调”、“细调”作用,使主参数 稳定在设定值上,副调节器则以“先调”、“快调”、“粗调”克服干扰。 6、测量滞后一般由测量元件特性引起,克服测量滞后的办法是在调 节规律中增加积分环节。 (× )
2

答案:微分作用能起到超前调节的作用,因此能克服纯滞后;积分 作用能克服余差。 7、前馈控制是按照干扰作用的大小进行控制的,如控制作用恰到好 处,一般比反馈控制要及时。 (√) 8、自动调节系统干扰通道放大倍数越大,则超调量越大;调节通道 放大倍数越大,则超调量越小。 (√) 9、某控制系统采用气动调节阀,要求气源中断时却断阀门以保证系 统安全,则应该选用气关阀。 (× ) 10、静态前馈控制器与时间无关,一般不需要专用的控制装置,不能 很好的补偿鼎泰误差。 (√) 四、问答题(24') 1、什么叫积分饱和现象?目前防止积分饱和的方法有哪几种? 答:一个具有积分作用的调节器,当其处于开环工作状态时,如果偏 差输入信号长期存在,那么由于积分作用的结果,将使调节器的输出 不断增加或不断减小,一直达到输出的极限值为止,这种现象称为积 分饱和。 防止积分饱和的方法有: (1)限幅法(2)积分切除法 2、PID 调节器的参数 K p 、 TI 、 TD 对控制性能各有什么影响? 答:(1)比例控制及时、反应灵敏,偏差越大,控制力越强;但结果 在余差。 (2)积分控制可以达到无余差;但动作迟缓,控制不及时,不能单独 使用。
3

(3)微分控制能起到超前调节的作用,但输入偏差不变时,控制作用 消失,不能单独使用。 3、与反馈控制系统相比,前馈控制系统有哪些特点? 答:(1)反馈控制的本质是基于偏差来消除偏差,而前馈控制是基于 扰动来消除扰动对被控量的影响; (2)反馈控制是“不及时”的,而前馈控制器可“及时”动作; (3)反馈控制属闭环控制,而前馈控制属开环控制; (4)反馈控制对闭环内扰动均有校正作用,而前馈控制具有制定性补 偿的局限性; (5)反馈控制规律通常有 P、PI、PD、PID 等,而前馈控制规律比较复 杂。 4、分层控制有哪些用途?如何解决两个分层控制信号链接处流量特 性的折点现象? 答: 用途?用于扩大控制阀的可调化, ?满足工艺操作上的特殊要求。 克服折点现象办法:对于直流阀,最好选用两个流通能力近的控制 阀配合使用;若对数阀则限制可稍放松,若想进一步克服折点现象可 采用部分分层信号重叠,及小阀 0.02~0.065Mpa,大阀 0.055~0.1Mpa。 从而两阀衔接处于平滑过渡。 五、分析题(18') 1、如下图所示的隔焰式隧道窑烧成带温度控制系统,烧成带温度是 被控变量,燃料流量为操纵变量。试分析: (1)该系统是一个什么类型的控制系统?画出其方框图;
4

(2)确定调节阀的气开、气关形式,并说明原因。

答:(1)该系统是一个串级控制系统,其方框图为:

(2)当调节阀气源出现故障失去气源时,为保证系统安全,应使阀门 处于关闭位置,故调节阀采用气开式。 2、图示为某管式加热炉原油出口温度分程控制系统,两分程阀分别 设置在瓦斯气和燃料油管线上。工艺要求优先使用瓦斯气供热,只有 瓦斯气量不足以提供所需热量时,才打开燃料油控制阀作为补充。根 据上述要求确定: 1)A、B 两控制阀的开闭形式及每个阀的工作信号段(假定分程点为 0.06MPa) ; 2)确定控制器的正、反作用; 3)画出该系统的方块图,并简述该系统的工作原理。

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答: (1)A、B 都为气开阀,其中 A 阀在 0.02~0.06Mpa 范围内调节, B 阀在 0.06~0.0Mpa 范围内调节。各阀的工作信号段如下图所示。

(2)按工艺要求,原油出口温度升高,热源量应该减小,由于阀 A、 B 的同向,均为气开阀,所以控制器应该选择反作用。 (3) 系统的方框图如下:

当需要的热量很小时,A 阀打瓦斯供热,达到供热要求;当需要热量 很大时,A、B 阀同事打开,瓦斯、燃料油一同供热,达到供热要求。 3 采用高位槽向用户供水时,为保证供水流量的平稳,要求对高位槽
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出口流量进行控制,如图所示。但是为了防止高位槽水位过高而造成 溢水事故,需对液位采取保护措施。根据上述工艺要求,设计一个连 续型选择性控制系统。要求: (1)画出该系统的实施方案图和系统框图; (2)选择调节阀的开闭形式,控制器的正反作用及选择器的类型; (3)简述该系统工作情况。

注:答案详见过程控制系统习题解答及课程设计 刘晓玉 P96-97 六、设计题(18')
如图所示的氨冷器,用液氨冷却铜液,要求出口铜液温度恒定。为保证氨冷器内 有一定的汽化空间,避免液氨带入冰机造成事故,采用温度―液位串级控制。 1)此串级控制系统的主副被控变量各是什 么?
铜液 气氨

2) 试设计温度—液位串级控制系统完成该 控制方案(即将图示的氨冷器控制系统示意图补 充完整); 3)确定气动调节阀的气开气关形式,并说明 原因;
7

LT

TT

TC

LC

液氨

4)确定主副调节器的正反作用。

气氨 铜液
LT

TT

TC

LC

液氨

8


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