过程控制模拟考试题

过程控制模拟考试题
过程控制模拟试题（⼀）
1、什么是过程控制系统? 其基本分类⽅法有哪⼏种? （5分）
2、什么是机理分析法建模? 该⽅法有何特点? （5分）
3、何谓调节阀的流通能⼒？对数流量特性有何特点？（5分）
4、何谓单回路系统？说明组成单回路系统各部分的作⽤。

（10分）
5、选择调节器控制规律的依据是什么? 若已知过程的数学
模型，怎样来选择PID控制规律? （10分）
6、什么叫⽐值控制系统? 常⽤⽐值控制⽅案有哪些? 并⽐较其优缺点。

（10分）
7、试推导单容过程数学模型（输⼊量为q1，被控量为h1）。

（15分）
8、某⽣产过程中，冷物料通过加热炉对其进⾏加热。

热物
料温度必须满⾜⽣产⼯艺要求，故设计下图所⽰温度控制系统流程图。

试画出其框图，并确定调节阀的⽓开、⽓关形式和调节器的正、反作⽤。

（20分）
加热炉
9、对于下图所⽰的加热炉串级控制系统，试画出系统的结
构框图，并分析其⼯作过程。

与单回路系统相⽐，串级控制系统有哪些主要特点?（20分）
过程控制模拟试题（⼀）答案
1、答案
过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电⼦计算机等⾃动化技术⼯具，对整个⽣产过程进⾏⾃动检测、⾃动监督和⾃动控制。

⼀个过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两部分组成的。

按过程控制系统的结构特点可进⾏如下分类：
1）反馈控制系统：反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进⾏⼯作的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减⼩偏差的⽬的。

2）前馈控制系统：前馈控制系统直接根据扰动量的⼤⼩进
⾏⼯作，扰动是控制的依据。

由于它没有被控量的反馈，所以也称为开环控制系统。

3）前馈—反馈控制系统(复合控制系统)：开环前馈控制的最主要的优点是能针对主要扰动及时迅速地克服其对被控参数的影响；对于其余次要扰动，则利⽤反馈控制予以克服，使控制系统在稳态时能准确地使被控量控制在给定值上。

按给定值信号的特点可进⾏如下分类：
1）定值控制系统：就是系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在⼩范围附近不变。

2) 程序控制系统：它是被控量的给定值按预定的时间程序变化⼯作的。

控制的⽬的就是使系统被控量按⼯艺要求规定的程序⾃动变化。

3) 随动控制系统：它是⼀种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。

其主要作⽤是克服⼀切扰动，使被控量快速跟随给定值⽽变化。

2、答案
机理建模：
是根据过程的内部机理(运动规律)，运⽤⼀些已知的定律、原理，如⽣物学定律、化学动⼒学原理、物料平衡⽅程、能量平衡⽅程、传热传质原理等，建⽴过程的数学模型。

特点：
机理分析法建模的最⼤特点是当⽣产设备还处于设计阶段就能建⽴其数学模型。

由于该模型的参数直接与设备的结构、性能参数有关，因此对新设备的研究和设计具有重要意义。

另外，对于不允许进⾏试验的场合，该⽅法是唯⼀可取的。

机理分析法建模主要是基于分析过程的结构及其内部的物理化学过程，因此要求建模者应有相应学科的知识。

通常此法只能⽤于简单过程的建模。

对于较复杂的实际⽣产过程来说，机理建模有很⼤的局限性，这是因为实际过程的机理并⾮完全了解，同时过程的某些因素如受热⾯的积垢、催化剂的⽼化等可能在不断变化，难以精确描述。

另外，⼀般来说机理建模得到的模型还需通过试验验证。

3、答案
流通能⼒C表⽰执⾏器的容量，其定义为：调节阀全开，阀前后压差为0.1MPa，流体密度为1g／cm3时，每⼩时流过阀门的流体流量(体积(m3)或质量(kg))。

对数(等百分⽐)流量特性：
是指单位相对⾏程的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正⽐关系。

调节阀对数流量特性曲线的斜率即放⼤系数是随⾏程(开度)的增⼤⽽递增的。

在⾏程变化值相同的情况下，当流量⼩时，则流量变化亦⼩；当流量⼤时，则流量变化亦⼤。

从过程控制⼯程来看，利⽤对数(等百分⽐)流量特性是有利的。

调节阀在⼩开度时，调节阀的放⼤系数⼩，控制平稳缓和；调节阀在⼤开度时，其放⼤系数⼤，控制作⽤灵敏有效。

4、答案
单回路过程控制系统亦称单回路调节系统简称单回路系统，⼀般是指针对⼀个被控过程(调节对象)，采⽤⼀个测量变送器监测被控过程，采⽤⼀个控制(调节)器来保持⼀个被控参数恒定(或在很⼩范围内变化)，其输出也只控制⼀个执⾏机构(调节阀)。

从系统的框图看，只有⼀个闭环回路。

检测变送器作⽤：
对被控参数(变量)以及其它⼀些参数、变量进⾏迅速、准确地测量的检测和将测量信号传送⾄控制器，是设计过程控制系统中的重要⼀环。

执⾏器（调节阀）作⽤：
在过程控制中，执⾏器(亦称执⾏机构)⼤多采⽤阀的形式，控制各种⽓体或液体的流量与流速，是过程控制系统的⼀个重要组成部分，其特性好坏对控制质量的影响是很⼤的。

控制器（调节器）作⽤：
将给定信号与过程被控量的检测信号进⾏综合运算，控制执⾏器的动作，以保证被控量的稳定或按⼀定规律变化。

在过程控制中，控制器常称为调节器(控制常称为调节)。

在采⽤计算机控制时，控制是由计算机的数字运算来实现的。

在过程控制发展史中，控制器(控制规律)的发展起了决定性作⽤，并由此来划分过程控制的各个阶段。

可见控制器的选型与控制规律的确定是系统设计中最重要的环节，必须充分重视。

5、答案
根据τ0/T0⽐值和过程特性来选择控制器的控制规律：
根据τ0/T0⽐值来选择控制器的控制规律
1）当τ0/T0<0.2时，选⽤⽐例或⽐例积分控制规律；
2）当0.2<τ0/T0<1.0时，选⽤⽐例积分或⽐例积分微分控制规律；
3）当τ0/T0>1.0时，采⽤单回路控制系统往往已不能满⾜⼯艺要求，应采⽤复杂控制⽅案。

根据过程特性来选择控制器的控制规律：
1）⽐例控制规律(P)：适⽤控制通道滞后较⼩、负荷变化不⼤、控制要求不⾼、被控参数允许在⼀定范围内有余差的场合。

2）⽐例积分控制规律(PI)：适⽤控制通道滞后较⼩、负荷变化不⼤、被控参数不允许有余差的场合。

3）⽐例微分控制规律(PD)：具有超前作⽤，对容量滞后过程可改善系统的动态性能指标。

4）⽐例积分微分控制规律(PID)：PID控制规律是⼀种较理想的控制规律，它在⽐例的基础上引⼊积分，可以消除余差，再加⼊微分作⽤，⼜能提⾼系统的稳定性。

它适⽤于控制通道时间常数或容量滞后较⼤、控制要求较⾼的场合。

6、答案
凡是两个或多个参数⾃动维持⼀定⽐值关系的过程控制系统，统称为⽐值控制系统。

常⽤的⽐值控制⽅案
1）单闭环⽐值控制：从动量Q2是⼀个闭环随动控制系统，主动量Q1却是开环的。

Q2跟随Q1的变化⽽改变。

该控制⽅案的优点是能确保Q2／Q1＝K不变。

同时⽅案结构较简单，因⽽在⼯业⽣产过程⾃动化中得到⼴泛应⽤。

但该⽅案中Q1不受控制、易受⼲扰。

2）双闭环⽐值控制：它是由⼀个定值控制的主动量回路和⼀个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成。

主动量控制回路能克服主动量扰动，实现其定值控制。

从动量控制回路能克服作⽤于从动量回路中的扰动，实现随动控制。

当扰动消除后，主、从动量都回复到原设定值上，其⽐值不变。

双闭环⽐值控制能实现主动量的抗扰动、定值控制，使主、从动量均⽐较稳定，从⽽使总物料量也⽐较平稳，这样，系统总负荷也将是稳定的。

双闭环⽐值控制的另⼀优点是升降负荷⽐较⽅便，只需缓慢改变主动量控制器的给定值，这样从动量⾃动跟踪升降，并保持原来⽐值不变。

不过双闭环⽐值控制⽅案所⽤设备较多、投资较⾼，⽽且投运⽐较⿇烦。

2）变⽐值控制
单闭环⽐值控制和双闭环⽐值控制是实现两种物料流量间的定值控制，在系统运⾏过程中其⽐值系数希望(并设定)是不变的。

在有些⽣产过程中，要求两种物料流量的⽐值随
第三个参数的需要⽽变化。

为了满⾜上述⽣产⼯艺要求，开发了采⽤除法器构成的变⽐值控制。

这实际上是⼀个以某种质量指标y1(常称为第三参数或主参数)为主变量，⽽以两个流量⽐为副变量的串级控制系统。

当Q1、Q2出现扰动时，通过⽐值控制回路，保证⽐值⼀定，从⽽不影响或⼤⼤减⼩扰动对产品质量的影响。