过控33道例题

《过程控制仪表与系统》作业

1-电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？

2-说明现场仪表与控制室仪表之间的信号传输及供电方式。0-10mA的直流电流信号能否用于两线制传输方式？为什么？

3-简单描述集散控制系统的结构和主要特点？

4-何谓比例控制规律、积分控制规律和微分控制规律？它们各有哪些特点？

5-什么是放大系数K，时间常数T和滞后时间 ？

6-为什么积分控制规律一般不单独使用，而微分控制规律不能单独使用？

7-一台DDZ一Ⅲ型温度比例控制器，测量的全量程为0～1000℃。当指示值变化100℃，控制器比例度为80％，求相应的控制器输出将变化多少？

8-试写出PID控制器的输入、输出之间的数学表达式，并说明其中各参数的意义。

9-某台DDZ一Ⅲ型比例积分控制器，比例度为100％，积分时间为2min。稳态时，输出为5mA。某瞬间，输入突然增加了0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化到多少？10-某台 DDZ一Ⅲ型比例积分微分控制器，其比例δ=80％，积分时间 TI=0. 4min，微分时间TD=2．4min，微分放大倍数KD=10。假定输出初始值为 6mA。在t=0+时施加 0．4mA 的阶跃输入信号。试分别写出在该阶跃信号作用下，其比例、积分、微分的输出表达式，画出三部分的输出响应曲线，并计算出在t=24s时该控制器的输出电流为多少？

11-何谓变送器的量程调整、零点调整和零点迁移？

12-什么是FSK信号？HART协议通信方式是如何实现的？

13-简述电容式差压变送器的工作原理。

14-气动执行器是如何实现正反作用的？什么叫气开阀，什么叫气关阀？根据什么原则选择调节阀的气开气关型式？

15-何谓调节阀的流量特性？常用的流量特性有哪几种？。理性情况下和工作情况下有何不同？

16-有两个调节阀，其可调比R1=R2=30，第一个阀的最大流量Q1max=100m3/h，第二个阀的最大流量Q2max=4m3/h，采用分程调节时，可调比可在达到多少？

17-已知阀的最大流量Qmax=50m3╱h，可调范围R=30。(1)计算其最小流量Qmin，并说明Qmin 是否是阀的泄漏量。(2)若阀的特性为直线流量特性，问在理想情况下问的相对行程l ╱L为 0.2及 0.8时的流量值Q。 (3) 若阀的特性为等百分比流量特性，问在理想情况下阀的相对行程为0.2及0.8时的流量值Q。

18-已知阀的最大流量Qmax=100m3／h，可调范围R=30。试分别计算在理想情况下阀的相对行程为(l／L)=0.l、0.2、0.8、0.9时的流量值Q，并比较不同理想流量特性的控制阀在小开度与大开度时的流量变化情况。(1)直线流量特性。 (2)等百分比流量特性。

19-图为单容液位过程，水槽面积为A，液位高度h为被控量，液体体积流量Q1为被控过程的控制量，改变调节阀1的开度可改变Q1，阀门1至水槽的距离为L，体积流量Q2为负荷量，它取决于用户需要，其大小可通过阀门2的开度来改变，阻力系数为R2。试建立该过程的数学模型，并画出单容过程阶跃响应曲线。（放大系数、时间常数为多少？）20-某换热器的温度调节系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示。试分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和回复时间（给定值200℃）。

21-简述积分饱和的原因及解决方法。

22-图为电炉和加热容器组成的温度过程。要求容器内水温T1在生产过程中保持恒定，故为被控参数，即过程的输出量。电炉连续给水供热Q1为该过程的输入量（控制参数）。

盛水容器向室外散发热量Q2，室温T2。试建立温度过程的数学模型。（G为加热器内水的质量，CP为水的比热容，Kr为传热系数，A为容器表面积。）

23-串级过程控制系统与双重过程控制系统的分析与比较。（1）请简单叙述二者的概念，并画出二者的系统框图，分析二者的区别。（2）请简单说明二者都有什么性能和优点。24-管式加热炉的作用是把原料油加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。其干扰因素主要有原料油流量、原料油入口温度、燃料压力和燃料热值。1、请画出系统框图。2、调节规律的选择。3、控制器正反作用的确定。

25-设计氧化炉温度与氨气/空气变比值控制系统并画出框图：这是硝酸生产中的一个氧化反应。原料氨气和空气首先在混合器中混合，经过滤器后加入到氧化炉中，在铂触媒的作用下进行氧化反应，生成一氧化氮气体，同时放出大量热量，反应放出的热量可使炉内温度高达750-820℃，反应后生成的一氧化氮气体通过废热锅炉进行热量回收，并经快速冷却器降温，再进入硝酸吸收塔，与空气第二次氧化后再与水作用生成稀硝酸。在整个生产过程中，稳定氧化炉的操作是保证优质高产、低耗、无事故的首要条件。而稳定氧化炉操作的关键是反应温度。因此，氧化炉温度可以间接表征氧化生产的质量指标。26-下图是锅炉燃烧过程基本控制中的逻辑提量与逻辑减量控制系统。（1）请说明该控制方案的特点和控制目标。（2）假设燃烧稳定时燃料与空气的比值是1：3，蒸汽检测仪表输出为12mA（标准信号为4-20mA），请叙述蒸汽仪表输出信号为14 mA与10 mA时此控制方案的工作过程。

27-工业控制中为什么不用单纯的前馈调节，而选用前馈-反馈控制系统？

28-下图所示为一加热炉，用燃料油在炉内燃烧来加热原油。如果对原油出口温度控制要求很高，且原油流量与燃料油压力经常波动，设计一个控制系统，且画出系统的原理图与方框图。当调节阀选用气开阀时，试确定各调节器的正反作用。

29-甲烷转化反应中比值控制及比值报警系统：在甲烷转化反应中，为了保证甲烷的转化率，要求天然气、蒸汽和空气之间保持一定比值1：3：1.4。并且当蒸汽和天然气的比值低于2.9时，将出现析碳现象；空气和天然气的比值高于1.5时，会造成氢氮比失调，所以这两种情况下要报警。请确定主动量和从动量，并组成比值控制带报警的系统。假定仪表均为DDZ-III型仪表，且蒸汽、天然气和空气流量变送器的量程分别为40000m3/h、16000m3/h、16000m3/h，请确定仪表比值关系和高低限的设定值为多少？

30-下图是釜式间歇反应器的温度控制，反应初期需要加热升温，反应开始后由于反应放热，又需要冷却降温，设计相应的过程控制系统。

（1）请根据工艺流程确定相应的过程控制系统，画出系统框图。

（2）选择控制阀类型。

（3）确定被控对象特性。

（4）选择控制器正反作用。

（5）分析控制过程。

31-如图为一蒸汽加热器，物料出口温度需要控制。试分别设计串级控制系统、前馈控制系统和串级+前馈控制系统三种控制方案，画出控制系统的原理图、方块图，并对设计方