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过程控制系统试题(A)


《过程控制系统》试题(A) 过程控制系统》试题( )
一、 (20 分)图 1 为一蒸汽加热设备,利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。 试问: ①(5 分)影响物料出口温度的主要因素有哪些? 若选择蒸汽流量为操纵变量,设计一温度控制系统,画出控制原理框图。 3 ②(5 分)设被控对象传递函数为 G0 ( s ) = e ? 0.5 s ,调节阀为 Gv ( s ) = 2 ,检测 2s + 1 变送单元为 Gm ( s ) = 1 ,当要求出口温度准确控制时,选用何种控制规律?为什 么? ③(5 分)上述单回路控制系统中,当控制器的积分时间常数增大时,对系统的 性能指标稳定性、控制精度及调节速度各有什么影响?并解释原理。 ④(5 分)上述控制系统用 PI 控制规律,按 4:1 衰减曲线整定参数后,改用 PID 控制规律,仍然保持整定在 4:1 衰减曲线上,这时比例增益和积分时间常数如 何调整?为什么?

搅拌器 物料入口

蒸汽

冷凝水

出口 图1

二、 20 分) 如图 2 所示的系统,要求原油出口温度精确控制在设定值上,要 ( 求: ①(5 分)当燃料气压力波动为主要干扰时,应怎样组成串级?将控制方案画在 工艺流程图上。 ②(5 分)确定控制方案后,系统的主要干扰量是哪些?分析副回路能克服的干 扰量。 ③(5 分)选控制阀采用气开阀,确定主副控制器的正反作用。 ④(5 分)在系统稳定的情况下,如果燃料气压力突然升高,结合控制阀开闭形

式及控制器的正反作用,分析该串级控制系统的工作过程。

出口温度

原油 炉膛温度

燃烧气

图2

三、 (15 分)图 2 所示的系统,要求原油出口温度精确控制在设定值上,要求: ①(5 分)当原油流量是主要干扰量,设计前馈反馈控制系统,将控制方案画在 工艺流程图上。 3 ②(5 分)设被控对象传递函数为 G0 ( s ) = ,控制阀为 Gv ( s ) = 2 ,温度检测 2s + 1 0 .5 变送单元 Gm ( s ) = 2 ,干扰通道为 G PD ( S ) = ,设控制器为 Gc ( s ) = 9 ,计算前 2S + 1 馈控制器的数学模型。 ③(5 分)分析串级控制系统和前馈反馈控制系统克服干扰方式的优缺点。

出口温度

原油 炉膛温度

燃烧气

图2

四、 (10 分)如图 3 所示,某化学反应过程要求参与反应 A、B 两物料保持

FA : FB = 4 : 2.5 的比例,两物料的最大流量 FA max = 625m 3 / h ,FB max = 290m 3 / h 。
系统采用 DDZ-Ⅲ型仪表。要求: ①(5 分)画出该系统的控制原理方块图。 ②(5 分)计算该比值系统的仪表比值系数 k ' 。

A

B

图3

五、 10 分)图 4 所示为一锅炉燃料系统的产气量与燃料管线压力选择性控制系 ( 统。其中燃料压力控制是为了防止压力过高产生“脱水”缘故而设置的,蒸汽流 量控制是根据用户所需要的气量而设置的。 假设系统中所选择阀为气开阀, 要求: ①(5 分)试分析确定各控制器的正、反作用及选择器的类型。 ②(5 分)在系统稳定的情况下,燃料压力突然升高,高于“脱水”设定的压力 值,试分析该控制系统的工作过程。

图4

六、 (15 分) 如图 5 所示为石油化工产品的储罐。 这些油品不易与空气长期接触, 因为空气中的氧气会使油品氧化而变质,甚至会引起爆炸。为此,常常在油品储 罐液位以上充以惰性气体氮,以使油品与空气隔绝。为了保证储罐向外抽取物料 时及时向储罐补充氮气, 而向储罐中注料时及时排出储罐中的一部分氮气设计了 如图所示的分程控制方案。要求: ①(5 分) 确定 A 和 B 两控制阀的开闭形式及每个阀的工作信号段(设分程点为 0.06MPa) ,画出分程阀特性图。 ②(5 分) 确定控制器的正、反作用,画出该系统的控制原理方块图。 ③(5 分) 当由储罐向外抽取物料时,分析说明该系统的工作过程。

图 5 油品储罐氮封分程控制方案

七、(10 分) 简要回答下列问题: ①(4 分) 对于大滞后系统,采用 Smith 补偿器控制方案,分析有什么优缺点?画 出 Smith 补偿控制原理框图。 ②(3 分) 对于多输入多输出系统,如何用相对增益矩阵判别系统的关联程度? ③(3 分) 对于 PH 值中和控制的非线性系统,说明采用带不灵敏区的 PID 控制器 的控制原理。


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