过程控制模拟试题

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。