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过程控制系统试题(A)答案


《过程控制系统》试题(A)答案 过程控制系统》试题( )
一、 (20 分)答:

搅拌器 物料入口

蒸汽

冷凝水 TC

出口 图1

(5 分) 1. 影响物料出口温度的主要因素有:物料的入口温度和流量;蒸汽的 入口温度、流量和压力;搅拌速度。 温度控制系统原理框图如下:
物料出 设定值 口温度

温度控制器

控制阀

换热器

温度变送器

(5 分)2. 当要求出口温度准确控制时,应选择比例积分控制规律。比例作用可 以减小余差;积分作用可以消除误差,使出口温度准确。 (5 分)3. 当控制器的积分时间常数增大时,积分作用变弱,系统稳定性变好, 控制精度下降,调节速度变快。原理:积分作用是当有误差时不断累加,其过程 比较缓慢,积分时间常数增大,积分作用减弱,则积分作用的过程要相对加快, 对系统的控制作用要变得相对及时,因此调节速度快,系统稳定性加强;但是积 分作用的减弱将使得余差变大,则控制精度降低。 (5 分)4. 比例增益应增加,而积分时间常数要减小。 原因:由于微分作用的加入使系统稳定性增加,动态响应过程缩短,因此可以 适当提高比例增益,加强积分作用,即减小积分时间常数。

二、 (20 分) 答:

出口温度

TC
原油 炉膛温度

PC
燃烧气

(5 分)1. 控制方案见工艺流程图。 (5 分) 系统的主要干扰量有燃料气流量和压力波动、 2. 原油入口的流量和温度。 其中燃料气流量和压力波动的干扰在副回路中,当燃料气压力出现波动时,可通 过副回路及时调整,克服干扰。 (5 分)3. 控制阀采用气开阀:当燃烧气压力增大时,出口温度升高,因此主控 制器为反作用;当阀开大时,压力增大,为满足负反馈,副控制器为反作用。 (5 分)4. 在系统稳定的情况下,燃料气压力突然升高时,造成 PC 输入量增大, 因为 PC 为反作用,所以 PC 输出量减小,因控制阀为气开阀,所以阀开度减小, 燃料气压力降低。同时当燃料气压力升高时,在副回路还没有来得及调整时,原 油出口温度有较小升高,TC 输入量增大,因为 TC 为反作用,所以 TC 输出量下 降,控制阀开度减小,同样使燃料压力下降,从而使原油出口温度降低。

三、 (15 分)答:

出口温度

Gff TC
原油 炉膛温度

+

燃烧气

(5 分)1. 控制方案见工艺流程图。

(5 分)2. 欲使干扰对系统无影响,则: F(s)Gpd(s) +F(s)GffGv(s)G0(s)=0 即:Gff= —
Gpd(s) 1 = — Gv(s)G0(s) 12 (5 分 3. 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: ①前馈反馈控制系统需要“专用”控制器,专门设计,而串级控制系统使用常 规控制器即可; ②前馈反馈控制系统的前馈模型精度依赖于干扰对象特性的模型精度, 必须是 针对“可测”的干扰; ③前馈反馈控制系统适用于干扰量可测但不可控, 而串级控制系统是可测也要可 控; ④一个前馈控制通道只针对具体一个干扰量, 串级控制中的副回路可以包含多个 干扰量。 四、 (10 分)答:
阀1 A 流量对象

FC1

流量变送器

K

FC2

阀2

B 流量对象

流量变送器

(5 分)1. 控制原理图见方块图。 Fa 4 = (5 分)2. K= Fb 2.5 Fa max 4 290 K’=K = × ≈0.74 Fb max 2.5 625 五、 (10 分)答: (5 分)1. 阀为气开阀,当阀开度变大时,燃料压力增大,所以 PC 为反作用; 当燃料压力增大时,蒸汽流量增加,所以 FC 为反作用; 当燃料压力低于脱火压力时,PC 输入为负偏量,输出为高信号,FC 输出相对为

低信号,此时构成蒸汽流量控制系统,选择器为低选器。 (5 分) 该控制系统的工作过程: 2. 在系统稳定时, 当燃料压力高于脱火压力时, PC 感受到正偏量, 输出为低信号, 此时低选器选通 PC, 构成燃料压力控制系统, 阀开度减小,燃料压力降低;当燃料压力低于脱火压力时, 此时 PC 输出低信号, 重新选通 FC,构成蒸汽流量控制系统。 六、 (15 分)答: (5 分)1. 若确定 A 为气开阀,A 开大时罐压力升高,所以 PC 为反作用;若确 定B为气闭阀,B 开大时,罐中压力降低,因 PC 为反作用,构成负反馈。所以, 选择 A 阀为气开阀,B 阀为气闭阀,PC 为反作用是合理的。 当控制器信号为0.02——0.06MPa时,B阀工作; 当控制器信号为0.06——0.1MPa时,A阀工作。

B

A

0.02

0.06

0.1

(5 分)2. 控制器为反作用。 控制原理方块图如下:

A阀

压力控制器PC sp B阀

油罐压力对象

测量变送器

(5 分)3. 系统工作过程: 储罐向外抽取物料时, 罐中压力下降, PC的输入量减小, 因PC为反作用, 所以PC输出升高,B阀开度减小,当达到分程点时,B阀关闭,A阀打开,补

充氮气,保证储罐压力正常。

七、(10 分) 答: (4 分)1. Smith 补偿器优点:可以克服大滞后对系统的影响,使系统控制及 时准确,控制速度加快,过渡时间缩短,并且结构简单。缺点:依赖于对象模型 的精度,控制器不容易实现。

R

(3 分)2. 相对增益距阵可以判断多输入多输出系统的关联程度,通过相对增益 矩阵的元素 λij 来判断。 λij 越接近 1,则表明系统之间的关联程度越弱; λij 越 偏离 1,表明系统之间的关联程度越强。 (3 分)3. 对于 PH 值中和控制的非线性控制系统,在 PH 值接近 7 这个区域, 增益非常大,设置为不灵敏区,采用带不灵敏区的 PID 控制器。因为用带不灵 敏区的 PID 控制器使系统在不灵敏区内控制器比例增益非常小或不起作用,而 在灵敏区内发挥 PID 的正常作用使系统性能提高。


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