过程控制系统模拟试题

过程控制系统试题
一、填空题（20'）
1、典型的过程控制系统由控制器、执行机构、被控对象和测量变送装置等环节构成。

2、对过程控制系统的基本性能要求有三点，分别为稳定性、快速性、和准确性。

3、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、液动调节阀和电动调节阀三大类。

4、扰动通道静态放大系数越大，则系统的稳态误差越大。

控制通道的静态放大系数越大，表示控制作用越灵敏，克服扰动能力越强。

5、串级控制系统主回路一般是一个定值控制系统，副回路一般是一个随动控制系统。

6、常用的解耦控制设计方法有前馈补偿解耦、反馈解耦法、对角解耦法、单位阵解耦法。

二、单项选择题（10'）
1、在过程控制系统过渡过程的质量指标中,( C )是衡量系统快速性的质量指标。

A）最大偏差B）衰减比C）振荡周期D）余差
2、下列叙述中不是串级控制系统的特点的是( C )
A．结构上由两个闭环组成B．对二次扰动有很明显的克服作用C．系统中有两个调节阀D．提高了整个系统的响应速度
3、串级控制系统系统中存在的二次扰动来源于它的（B）
A）主回路B）副回路C）主副回路都有D）不能确定
4、下面前馈控制系统中对过程的控制质量没有影响的是（D）
A）控制通道放大倍数Ko B）扰动通道放大倍数Kf
C）扰动通道时间常数D）扰动通道纯滞后时间
5、用于迅速启闭的切断阀或两位式调节阀应选择( A )特性的调节阀。

A、快开特性
B、等百分比特性
C、线性
D、抛物线特性
三、判断题（10'）
1、串级控制系统中应使主要和更多的干扰落入副回路。

（√）
2、过程控制系统的偏差是指设定值与测量值之差。

（√）
3、扰动量是作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素（×）答案：扰动量是除操纵变量外作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。

4、对干扰通道时间常数越小越好，这样干扰的影响和缓，控制就容易。

（×）
答案：时间常数越大越好，这样干扰的影响和缓，控制就容易
5、串级控制系统中主调节器以“先调”、“快调”、“粗调”克服干扰。

（×）答案：串级控制系统中主调节器以“慢调”、“细调”作用，使主参数稳定在设定值上，副调节器则以“先调”、“快调”、“粗调”克服干扰。

6、测量滞后一般由测量元件特性引起，克服测量滞后的办法是在调节规律中增加积分环节。

（×）
答案：微分作用能起到超前调节的作用，因此能克服纯滞后；积分作用能克服余差。

7、前馈控制是按照干扰作用的大小进行控制的，如控制作用恰到好处，一般比反馈控制要及时。

（√）
8、自动调节系统干扰通道放大倍数越大，则超调量越大；调节通道放大倍数越大，则超调量越小。

（√）
9、某控制系统采用气动调节阀，要求气源中断时却断阀门以保证系统安全，则应该选用气关阀。

（×）
10、静态前馈控制器与时间无关，一般不需要专用的控制装置，不能很好的补偿鼎泰误差。

（√）
四、问答题（24'）
1、什么叫积分饱和现象？目前防止积分饱和的方法有哪几种？
答：一个具有积分作用的调节器，当其处于开环工作状态时，如果偏差输入信号长期存在，那么由于积分作用的结果，将使调节器的输出不断增加或不断减小，一直达到输出的极限值为止，这种现象称为积分饱和。

防止积分饱和的方法有：（1）限幅法（2）积分切除法
2、PID调节器的参数p K、I T、D T对控制性能各有什么影响？
答：(1)比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果在余差。

(2)积分控制可以达到无余差；但动作迟缓，控制不及时，不能单独使用。

(3)微分控制能起到超前调节的作用，但输入偏差不变时，控制作用消失，不能单独使用。

3、与反馈控制系统相比，前馈控制系统有哪些特点？
答：(1)反馈控制的本质是基于偏差来消除偏差，而前馈控制是基于扰动来消除扰动对被控量的影响；
(2)反馈控制是“不及时”的，而前馈控制器可“及时”动作；
(3)反馈控制属闭环控制，而前馈控制属开环控制；
(4)反馈控制对闭环内扰动均有校正作用，而前馈控制具有制定性补偿的局限性；
(5)反馈控制规律通常有P、PI、PD、PID等，而前馈控制规律比较复杂。

4、分层控制有哪些用途？如何解决两个分层控制信号链接处流量特性的折点现象？
答：用途①用于扩大控制阀的可调化，②满足工艺操作上的特殊要求。

克服折点现象办法：对于直流阀，最好选用两个流通能力近的控制阀配合使用；若对数阀则限制可稍放松，若想进一步克服折点现象可采用部分分层信号重叠，及小阀0.02~0.065Mpa,大阀0.055~0.1Mpa。

从而两阀衔接处于平滑过渡。

五、分析题(18')
1、如下图所示的隔焰式隧道窑烧成带温度控制系统，烧成带温度是被控变量，燃料流量为操纵变量。

试分析：
(1)该系统是一个什么类型的控制系统？画出其方框图；
(2)确定调节阀的气开、气关形式，并说明原因。

答：(1)该系统是一个串级控制系统，其方框图为：
(2)当调节阀气源出现故障失去气源时，为保证系统安全，应使阀门处于关闭位置，故调节阀采用气开式。

2、图示为某管式加热炉原油出口温度分程控制系统，两分程阀分别设置在瓦斯气和燃料油管线上。

工艺要求优先使用瓦斯气供热，只有瓦斯气量不足以提供所需热量时，才打开燃料油控制阀作为补充。

根据上述要求确定：
1）A、B两控制阀的开闭形式及每个阀的工作信号段（假定分程点为0.06MPa）；
2）确定控制器的正、反作用；
3）画出该系统的方块图，并简述该系统的工作原理。

答：（1）A、B都为气开阀，其中A阀在0.02~0.06Mpa范围内调节，B阀在0.06~0.0Mpa范围内调节。

各阀的工作信号段如下图所示。

（2）按工艺要求，原油出口温度升高，热源量应该减小，由于阀A、B的同向，均为气开阀，所以控制器应该选择反作用。

（3）系统的方框图如下：
当需要的热量很小时，A阀打瓦斯供热，达到供热要求；当需要热量很大时，A、B阀同事打开，瓦斯、燃料油一同供热，达到供热要求。

3采用高位槽向用户供水时，为保证供水流量的平稳，要求对高位槽出口流量进行控制，如图所示。

但是为了防止高位槽水位过高而造成溢水事故，需对液位采取保护措施。

根据上述工艺要求，设计一个连续型选择性控制系统。

要求：
（1）画出该系统的实施方案图和系统框图；
（2）选择调节阀的开闭形式，控制器的正反作用及选择器的类型；（3）简述该系统工作情况。

注：答案详见过程控制系统习题解答及课程设计 刘晓玉 P96-97
六、设计题(18')
如图所示的氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液温度恒定。

为保证氨冷器内有一定的汽化空间，避免液氨带入冰机造成事故，采用温度―液位串级控制。

1）此串级控制系统的主副被控变量各是什
么？
2) 试设计温度—液位串级控制系统完成该
控制方案（即将图示的氨冷器控制系统示意图补
充完整）；
3)确定气动调节阀的气开气关形式，并说明
原因；
4)确定主副调节器的正反作用。

T T T C L C L T
铜液液氨
气氨T T T C L C
L T
铜液
液氨
气氨。