江南大学过控常考题总结

定在设定值上。 24. 下图为化学反应器的过程控制系统：1）说明图中的控制策略属于哪类控制系统？2） 最主要的被控变量是什么？最主要的操纵变量是什么？3）图中哪个控制器要整定的最慢， 哪个控制器要整定的最快？为什么？4）阀门 V1 是气开还是气关？为什么？V2 是气开还是 气关？为什么？5）指出各图中控制器的正反作用，并给出选取的理由；6）给出图中控制规 律的选取。
（2）待系统稳定时，则
20.为什么说超驰控制是一种软保护措施？它与硬保护有什么差异？ 21.什么是超驰控制系统？何时需采用这种系统？ 22.超驰控制系统为什么要特别注意防积分饱和？它与单回路控制时的防积分饱和方法有什 么重要差异？ 23. 图示为加热炉出口温度控制系统方案之 一。工艺上规定要优先使用炼厂气 A，只有在 负荷增加后。使用了炼厂气所能提供的最大 限量还是不够时，则以 B 来加以补充。 试分析：控制方案是如何满足上述工艺要求 的？ 答案： 1） 正常工况： TC 输出为 M， 而且 M 小于 AH， 经低选器 LS 后做炼厂气 A 流量控制器的设定 值，此时构成主参数为温度、副参数为炼厂 气 A 的串级控制系统。由于 Ar=M，因此 FBC 设定值（Br=M-AH）等于 0。所以燃料 B 的阀 门全关。 2）在工况变化时，如出现 M>AH，则低选器选择 AH 作为输出，AH=Ar。因此 FAC 成为定值 流量控制系统，使得炼厂气 A 稳定在 AH 的数值上。这时由于（M-AH）>0,则构成温度与燃 料 B 的串级控制系统，即打开燃料 B 的阀门以补充燃料 A 的不足。从而使得炉出口温度稳
R1 Q1
G p(s )
H 2(s ) Q 1(s )
Q2 R2
h1
Q12 C1 R12 C2
答案： 物料平衡方程:
h2 R3 Q3
dh1 Q 1 Q 2 Q 12 , dt dh C 2 2 Q 12 Q 3 dt C1
Q2 Q 12
h1 h ,Q 3 2 , R2 R3 h1 h2 R 12
被控对象 扰动 D 干扰通道 GD (s) 偏差 e 控制器 Gc (s) 控制变量 u 执行器 Gv (s) 操纵变量 q 控制通道 Gp (s)
设定值 ysp
+
+
被控变量 y
+
_ 测量值 ym
测量变送 Gm (s)
2. (1) 列 写 过 程 微 分 方 程 组； (2) 画出方框图； (3) 求 传 递 函 数
W 0 s
H s Q 1 s
答案：
dh A dt Q 2 Q 3
Q1 Q 2 Q 3
h R2 h R3
W o(s )
H s R 2R 3 Q1 s AR 2R 3s R2 R3
13.相比反馈控制，串级控制更有效抑制干扰，因此在控制方案选择时应首选串级控制？ 14. 串级能够有效抑制副回路中的干扰，因此应选择能包含最多干扰的那个变量作为副变 量？ 16. 有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似。试问如何来区分 它们？试分析判断下图所示的两个系统各属于什么系统？说明其理由。 答案：图(a)是前馈-反馈控制系统，图(b)是串级控制系统。前馈-反馈控制系统有一个闭合回 路，串级控制系统有两个闭合回路；前馈-反馈控制系统中的调节阀在定值控制系统中，第 二 个 图 中 的 调 节 阀 在 随 动 控 制 系 统 中 。
气开 底产品
26. 如图所示为一反应器温度控制系统示意图。 A、 B 两种物料进入反应器进行反应， 通过改变进入夹 套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试 画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中 的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被 控变量的干扰是什么？如果由于进料温度升高使 反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制 系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用
H 2 s R 2R 3 2 Q 1 s R 12R 2R 3C 1C 2S R 2R 3C 1 R 2R 3C 2 R 12R 2C 1 R 12R 3C 2 S R 12 R 2 R 3
3. 对于如图所示的加热炉温度控制系统，试 (1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动 变量与控制目标; (2)画出该系统的方块图； (3)选择控制阀的“气开-气关”形式; (4)指出该控制系统的 “广义对象” 及物理意义。 答案：被控对象：加热炉。被控变量：原料出 口温度。操纵变量：燃料流量。扰动变量：进 料流量、温度，燃料温度、压力、成分，等。
知识点：
1.过程控制系统的重要术语 被控变量/受控变量/过程变量（Controlled Variable - CV, Process Variable - PV） 设定值/给定值(Setpoint - SP, Setpoint Value - SV ) 操纵变量/操作变量 (Manipulated Variable, MV) 扰动/扰动变量 (Disturbance Variable, DV) 对 控制 器 而言 ， 测量 / 测 量信 号 (Measurement ) ， 控制 / 控 制信 号 / 控 制变 量 （ Control Variable ） 2. 被控对象动态建模方法 机理建模 原理：根据过程的工艺机理，写出各种有关的平衡方程，如物料平衡、能量平衡等， 以 及反映流体流动、传热、传质等基本规律的运动方程，由此获得被控对象的动态数学模型。 特点：概念明确、适用范围宽，要求对该过程机理明了。 测试建模 原理：对过程的输入（包括控制变量与扰动变量）施加一定形式的激励信号，如阶跃、 脉冲信号等，同时记录相关的输入输出数据，再对这些数据进行处理，由此获得对象的动态 模型。 特点：无需深入了解过程机理，但适用范围小，模型准确性有限。 3. 气开阀与气关阀的选择原则 若无气源时，希望阀全关，则应选择气开阀，如加热炉瓦斯气调节阀；若无气源时， 希望阀全开，则应选择气关阀，如加热炉进风蝶阀。
H s R K Q i s RFs 1 Ts 1
Q o s H 20cm 1 s / cm 2 3 50 1000cm / s
17.前馈控制的原理是什么？ 18.为什么一般不单独使用前馈控制？ 19. 有一单闭环比值控制系统如图所示，其 比值用 DDZ-Ⅲ型乘法器来实现（图中的测量 仪表是线性仪表） 。已知 Q1max＝7000kg／h， Q2max＝4000kg／h。要求： （1）若已知 I0＝18mA，求该比值控制系统的 k＝？比值系数 K=？ （2）待该比值系统稳定时，测得 I1＝10mA， 试计算此时的 I2=？ 答案：
Q
12
(s ) Q 3(s )
Q 12(s )
由以上传递函数方程,可画出相应的方框图.
H2 Q1(s)
+ _ + _
Q12
Q2
1 C1s 1 R2
H1
_ +
Leabharlann Baidu
1 R12
+ _
1 C2 s
1 R3
H2(s)
利用方框图等效变换;直接用传递函数计算公式;通过求解传递函数方程组.
W o s
练习题：
1. 对于如图所示的压力控制系统，假 设贮罐温度不变，主要干扰为 P1、P2。 试指出该系统中的被控变量、操纵变 量、扰动变量与被控对象，并画出该系 统的方块图。
Psp
PC
Pm u P
F2 Kv2
P2
P1 Kv1 F1
答案：被控对象：压力罐。被控变量：储罐内的压力。操纵变量：进料流量。扰动变量： 进 料压力，出料流量，等。
1
将流量方程代入物料平衡方程,即得到过程状态方程
H 1(s ) H 2(s )
C 1s
1
Q (s ) Q (s ) Q
1 2
12
(s ) ,Q 2(s )
H 1(s ) H (s ) ,Q 3(s ) 2 , R2 R3 H 1(s ) H 2(s ) R 12
C 2s
答：⑴ 是串级分程控制系统。 ⑵ 最主要的被控变量是反应器内温度，最主要的操纵变量是冷剂流量。 ⑶ 图中 T1C 要整定的最慢，FC 最快。 ⑷ 阀门 V1 是气关，保证反应温度不致过高，从而生成其它产物。阀门 V2 是气开。 ⑸ 图中：T1C 反作用，T2C 正作用，FC 正作用。 (6) T1C：PID；T2C：P（PI，I 弱） ；FC：P。 25. 如图所示的精馏塔提馏段灵敏板 温度控制回路很可能引起液泛。 假设液 PD 泛可以用塔底和塔顶压力之差来表征 （压差太大表示可能存在液泛） 。请在 此基础上设计一个液泛约束控制系统， 以保证正常操作时按提馏段温度调节 加热蒸汽流量， 而当塔即将出现液泛时 进料 顶产品 则要求调节加热蒸汽流量确保不发生 ΔP m 液泛。要求： TC （1）画出带控制点的流程图与对应的 PB 方块图； （2）选择调节器的正反作用。
K
I0 4
20 4

18 4 0.875 20 4
K k
Q 1 max Q 4000 k K 2 max 0.875 0.5 Q 2 max Q 1 max 7000
K I 2' 4 I 4 I 4 2 2 I 2 9.25mA I1 4 I1 4 10 4
来克服干扰作用对被控变量影响的？ 答案：被控对象：反映器。被控变量：反应器内的温度（反应温度） 。操纵变量：冷却水流 量。干扰：冷却水压力、温度变化，A、B 物料的流量、温度变化，等。 若进料温度升高，反应器内的温度超过温度给定值时，即偏差小于 0，TC 要发挥控制作用 使反应温度下降，即控制器输出使冷却水调节阀开度大些，使更多的冷却水进入夹套，从 而移走多余热量使反应器内温度降下来。 27. 有一水槽， 其截面积 F 为 0.5m2。 流出侧阀门阻力实验结果为： 当水位 H 变化 20cm 时， 3 流出量变化为 1000cm /s。试求流出侧阀门阻力 R，并计算该水槽的时间常数 T。 答案：
时，控制阀应处于全开状态，所以应选用气关阀，为反作用方向。控制器应选择反作用方向 以上两种情况说明，对同一对象，其控制阀气开、气关形式的选择及对象的作用方向都与操 纵变量的选择是有关的。 12. 如图所示液位过程的输入量为 Q1，流出量为 Q2、 Q3，液位 h 为被 控参数，A 为截面积，并设 R1、R2、 R3 均为线性液阻。要求： ①列写过程的微分方程组； ②画出过程的方框图； ③求过程的传递函数
Tm 进料 T
出料
Tsp
TC
u
Rf 燃料
4.对于一般的自衡过程，分析采用纯比例控制器存在稳态余差的原因； 5.引入积分作用可消除稳态余差的原因分析，以及为什么引入积分作用会降低闭环控制系统 的稳定性？ 6.引入微分作用可提高控制系统的稳定性，但为什么实际工业过程中应用并不多？ 7.如何确定 PID 参数？ 8.采用纯比例控制，Kc 增加时系统的稳定性会怎样？稳定的情况下余差会怎样？ 9.采用 PI 控制，Ti 调小时为保持系统稳定性，比例度应该怎样变化？ 10. 精馏塔提馏段温度控制系统如图所 Tsp 示，图中，Pv 为调节阀阀前压力。 Tm （1）为保证再沸器的安全，蒸汽调节阀应 TC 选用气关阀还是气开阀？为什么？ Psp Pm （2）确定调节器 TC、PC 的正反作用，并 T PC 画出该系统完整的方框图（尽可能在图上 塔 u 表明相应的信号） 。
再 沸 器
底 部
Pv
加热蒸汽
P
11.如图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液 体严格禁止溢出，试在下述两种情况下，分别确定执 行器的气开、气关型式及控制器的正、反作用。 （1）选择流入量 Qi 为操纵变量； （2）选择流出量 Qo 为操纵变量。 答： （1）当选择流入量 Qi 为操纵变量时，为了防止液 体溢出，在控制阀膜头上气源突然中断时，控制阀应 处于关闭状态，所以应选用气开阀，为正作用方向。 控制器应选择反作用方向。 （2）当选择流出量 Qo 为操纵变量时，为了防止液体溢出，在控制阀膜头上气源突然中断