华中科技大学自动化学院过程控制系统2020考试试题A卷

华中科技大学人工智能与自动化学院
2019～2020学年第二学期
“过程控制系统”考试(A 卷)
考试方式： 开卷 考试日期: 2020年6月11日 考试时长: 150 分钟 专业班级： 2017自动化 学号：____________ 姓名：_____________
题号 一 二 三 四 五 六 总分 分值 10 5 5 12 20 48 100 分数
一、单选题（每题1分，共10分）
1、若调节阀的引压管线很长，膜头空间又大，则时间常数及滞后时间都会很大，影响调节质量，其改进方法主要考虑（ ）。

A 、增大调节阀膜片 B 、投入或加强微分作用 C 、增大调节阀口径 D 、增设阀门定位器
2、控制参数选择原则下面哪种说法不合理？（ ）
A 、控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小。

B 、控制参数的选择还应该考虑工艺的合理性和生产的经济性。

C 、干扰通道滞后时间要大些，时间常数要小些。

D 、控制参数应是工艺上允许加以控制的可控变量。

分 数 评卷人
3、定值控制是一种反馈控制，其目的是为了减少或者消除（）。

A、干扰量的变化
B、被控变量的变化
C、测量与给定之间的偏差
D、设定值的变化
4、均匀控制系统参数整定有何特点?下面哪个特点是不正确的？（）
A、参数变化应限制在允许范围内；
B、与常规系统相比系统结构无特殊性，达到均匀控制目标；
C、控制作用较强；
D、参数均应缓慢地变化。

5、执行机构为（）作用，阀芯为（）装，则该调节阀为气关阀。

A、反、正
B、正、正
C、正、反
D、正或反、正
6、在设备安全运行的工况下，能够满足气开式控制阀的是（）。

A、锅炉的燃烧油（气）调节系统
B、锅炉汽包的给水调节系统
C、锅炉汽包的蒸汽压力调节系统
D、锅炉炉膛负压调节系统
7、气动调节阀的（）称为阀体（调节机构）。

A、阀杆、阀芯和阀座
B、阀杆和阀芯
C、阀杆和阀座
D、阀芯和阀座
8、某液位控制系统，液位为被控参数，进水阀为控制参数，出水阀为扰动参数，
若采用前馈控制，那么（）。

A、K0>0, K f>0, K ff<0
B、K0>0, K f<0, K ff>0
C、K0<0, K f>0, K ff>0
D、K0<0, K f<0, K ff<0
9、如图所示为进料流量和液位的双冲量均匀控制系统，若采用气开阀，请问加法
器两个输入信号的符号是（）、（），控制器的正反作用是（）作用。

A、正，正，正作用
B、正，反，正作用
C、正，反，反作用
D、正，正，反作用
10、有一个2×2过程，有两种不同的控制方案（u1→y1, u2→y2和u1→y2, u2→y1），
当λ11=0时，（）。

A、选择u1→y1, u2→y2，需要解耦
B、选择u1→y1, u2→y2，不需要解耦
C、选择u1→y2, u2→y1，需要解耦
D、选择u1→y2, u2→y1，不需要解耦
二、多选题（每题1分，共5分）
1、 过程控制系统的主要被控变量都有哪些？（ ） A 、流量 B 、温度 C 、液位 D 、压力
2、 过程的数学模型有两种，一是非参数模型，一种是参数模型。

属于非参数模型的有（ ）。

A 、频率特性曲线 B 、输入输出曲线 C 、阶跃响应曲线 D 、脉冲响应曲线
3、 过程控制的主要目标是（ ）。

A 、系统的经济性 B 、产品的质量 C 、系统的安全性 D 、系统的稳定性
4、 分程控制在分程点上怎样实现流量特性的平滑过渡？下面哪些方案正确？（ ）
A 、可选用两个对数阀，使两个阀在分程点附近有一段重叠的调节器输出信号，从而使两阀特性衔接平滑；
B 、两个增益相同的线性阀在分程点处的平滑衔接；
C 、两个增益相差较大的线性阀并联使用；
D 、可选用两个流通能力相等的线性阀，使两阀的流量特性衔接成直线。

分 数 评卷人
5、 DDZ III 型仪表的信号为（ ）。

A 、1~5V DC B 、4~20mA DC C 、0.02~0.1MPa D 、0~10mA DC
三、判断题（每题1分，共5分）
1、调节阀并联配管中，一般要求S'≤0.8，即旁路流量只能为总管流量的百分之十
几。

（ ）
2、当被控过程存在多个时间常数时，应尽量使时间常数错开。

（ ）
3、气动调节阀接收的调节器气动信号一般为0~0.1MPa 。

（ ）
4、控制器加微分控制可以改善大时滞过程的控制品质。

（ ）
5、调节阀的流量系数大小是有调节阀内阀芯的形状决定的。

（ ）
四、简答题（每题3分，共12分）
1、测试过程阶跃响应曲线时需注意哪些问题？
分 数 评卷人
分 数 评卷人
2、试写出PID控制器的数学表达式。

3、试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？
4、简述阀门气开气关的确定原则，并举例说明。

五、计算题（每题10分，共20分）
1、如图所示为大时延系统，试设计Smith 预估器。

1）求Smith 预估器Ws （s ）；并画出系统方块图； 2）求补偿后控制系统的闭环传递函数；
3）根据以上结论分析该控制系统的原理及存在的问题。

分 数 评卷人
2、如图所示液位控制系统，液体流入量为Q1，流出量为Q3，上级水箱的液体经
过阀门R2后需要τ时间流入到下级水箱。

上级水箱的水位为h1，下级水箱的水位h2为被控变量。

设上级和下级水箱截面积分别为A1和A2，阀门线性液阻R2、R3均为已知的常数。

1）列写过程的微分方程组；
2）求过程的传递函数WW0(ss)=HH2(ss)/QQ1(ss)；
3）画出被控过程的方框图。

六、分析设计题（每题8分，共48分）
1、如图所示高位槽向用户供水，为保证供水流量的平稳，要求对高位槽出口流量Q 2进行控制。

但为了防止高位槽水位过高而造成溢水事故，需要对液位采取保护性措施。

根据上述情况要求设计一选择性控制系统。

1）画出该系统的工艺流程图(原理图)； 2）画出该系统的方块图；
3）选择控制阀的气开气关形式，控制器的正反作用及选择器的类型。

分 数 评卷人
2、有一放热反应的化学反应釜，需要移走热量，在一般情况下用自来水作冷剂，
但在热天需补充深井水作冷剂。

控制的要求是当自来水阀全开还感到去热不足时，才开启深井水阀。

现设计如图所示的一套分程控制系统，试：
1）绘制该分程控制系统方块图；
2）此分程控制为同向分程还是异向分程？
3）确定阀的气开气关形式；
4）确定控制器的正反作用；
5）以DDZ III仪表为例，绘制阀门动作示意图。

3、如图所示，精馏塔通过精馏操作可以将石油分离成较纯组分的产品。

由于塔釜
温度是保证产品分离纯度的重要指标，所以工艺要求塔釜温度控制系统对其进行控制，温度偏差为±1.5℃。

在生产过程中，蒸汽压力变化激烈，而且幅度大。

采用单回路反馈控制系统时，不能够满足工艺要求。

图中TT为温度变送器，FT为流量变送器，它们的极性为正。

试设计一串级控制系统：
1）说明主参数、副参数是什么？
2）阀门的气开气关？
3）主调节器、副调节器的正反作用？
4）画出系统的流程原理图。

4、在某生产过程中，根据现场的生产特点和工艺要求，为了提高控制质量，设计了一个前馈-反馈控制系统。

已知过程控制通道的传递函数为WW0(ss)=
1
(3ss+1)(2ss+1)，过程扰动通道的传递函数为WW ff(ss)=ee−2ss4ss+1，试写出前馈控制器的传递函数WW ffff(ss)，并分析其可实现性。

生成一氧化氮。

为了提高氧化率，要求维持氨与氧的比例为2:1，已设计比值控制系统如图所示。

已知：QQ NH3mmmmmm=12000m3/h，QQ O2mmmmmm=5000m3/h。

试：1）分析系统的主流量（主动量）和副流量（从动量）；
2）画出系统方块图；
3）计算比值系数K’。

6、如图所示储槽加热器，其流入量为q1，温度为T1，槽用蒸汽加热，其流出量
为q2，温度为T2。

假设槽内搅拌均匀，认为流出量温度T2即为槽内介质温度，生产要求T2保持在给定值上。

试设计一个简单控制系统，实现槽内介质温度控制。

1）确定调节阀的气开、气关方式；
2）调节器正、反作用方式以及调节器
的调节规律；
3）画出控制系统工艺流程图；
4）若q1波动较大时，系统性能不理
想，请问可用什么方法解决？画出设
计的系统方块图。