过程控制系统复习题

《过程控制系统》复习题

一、图1为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。试问： ①影响物料出口温度的主要因素有哪些？

若选择蒸汽流量为操纵变量，设计一温度控制系统，画出控制原理框图。

②设被控对象传递函数为s e s s G 5.00123

)(-+=

，调节阀为2)(=s G v ，检测变送单元为1)(=s G m ，当要求出口温度准确控制时，选用何种控制规律？为什么？ ③上述单回路控制系统中，当控制器的积分时间常数增大时，对系统的性能指标稳定性、控制精度及调节速度各有什么影响？并解释原理。

④上述控制系统用PI 控制规律，按4：1衰减曲线整定参数后，改用PID 控制规律，仍然保持整定在4：1衰减曲线上，这时比例增益和积分时间常数如何调整？为什么？

二、 如图2所示的系统，要求原油出口温度精确控制在设定值上，要求： ①当燃料气压力波动为主要干扰时，应怎样组成串级？将控制方案画在工艺流程图上。

②确定控制方案后，系统的主要干扰量是哪些？分析副回路能克服的干扰量。 ③选控制阀采用气开阀，确定主副控制器的正反作用。 ④在系统稳定的情况下，如果燃料气压力突然升高，结合控制阀开闭形式及控制器的正反作用，分析该串级控制系统的工作过程。

搅拌器

物料入口

蒸汽

冷凝水

出口

图1

图2

三、图2所示的系统，要求原油出口温度精确控制在设定值上，要求： ①当原油流量是主要干扰量，设计前馈反馈控制系统，将控制方案画在工艺流程图上。

②设被控对象传递函数为123

)(0+=s s G ，控制阀为2)(=s G v ，温度检测变送单

元2)(=s G m ，干扰通道为1

25

.0)(+=S S G PD ,设控制器为9)(=s G c ，计算前馈控制

器的数学模型。

③分析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。

图2

燃烧气

出口温度

炉膛温度

原油

燃烧气

出口温度

炉膛温度 原油

四、如图3 所示，某化学反应过程要求参与反应A 、B 两物料保持5.2:4:=B A F F 的比例，两物料的最大流量h m F A /6253max =，h m F B /2903max =。系统采用DDZ -Ⅲ型仪表。要求：

①画出该系统的控制原理方块图。 ②计算该比值系统的仪表比值系数'k 。

图3

五、图4 所示为一锅炉燃料系统的产气量与燃料管线压力选择性控制系统。其中燃料压力控制是为了防止压力过高产生“脱水”缘故而设置的，蒸汽流量控制是根据用户所需要的气量而设置的。假设系统中所选择阀为气开阀，要求： ①试分析确定各控制器的正、反作用及选择器的类型。

②在系统稳定的情况下，燃料压力突然升高，高于“脱水”设定的压力值，试分析该控制系统的工作过程。

A

B

选择器

供水

燃料

P C

F C

蒸汽

A.C

图4

六、如图5所示为石油化工产品的储罐。这些油品不易与空气长期接触，因为空气中的氧气会使油品氧化而变质，甚至会引起爆炸。为此，常常在油品储罐液位以上充以惰性气体氮，以使油品与空气隔绝。为了保证储罐向外抽取物料时及时向储罐补充氮气，而向储罐中注料时及时排出储罐中的一部分氮气设计了如图所示的分程控制方案。要求：

①确定A 和B 两控制阀的开闭形式及每个阀的工作信号段（设分程点为0.06MPa ），画出分程阀特性图。

② 确定控制器的正、反作用，画出该系统的控制原理方块图。 ③ 当由储罐向外抽取物料时，分析说明该系统的工作过程。

PC

氮

B

A

A.C

A.O

放空

图5 油品储罐氮封分程控制方案

七、简要回答下列问题：

①对于大滞后系统，采用Smith补偿器控制方案，分析有什么优缺点？画出Smith补偿控制原理框图。

②对于多输入多输出系统，如何用相对增益矩阵判别系统的关联程度？

③对于PH值中和控制的非线性系统，说明采用带不灵敏区的PID控制器的控制原理。