过控习题整理

1.对于如图所示的压力控制系统，假设贮罐温度不变，主要干扰为P 1、P 2。

试指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与被控对象，并画出该系统的方块图
2.对于如图所示的加热炉温度控制系统，试
(1)指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量; (2)画出该系统的方块图
3.(1) 列写过程微分方程组；(2) 画出方框图；(3) 求传递函数
P sp
sp )
()()(12s Q s H s G p
4.对于如图所示的加热炉温度控制系统，试
(1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与控制目标; (2)画出该系统的方块图；
(3)选择控制阀的“气开-气关”形式;
(4)指出该控制系统的“广义对象”及物理意义。

思考题
⏹ 对于一般的自衡过程，分析采用纯比例控制器存在稳态余差的原因；
⏹ 引入积分作用可消除稳态余差的原因分析，以及为什么引入积分作用会降低闭环控
制系统的稳定性？
⏹ 引入微分作用可提高控制系统的稳定性，但为什么实际工业过程中应用并不多？ ⏹ 如何确定PID 参数？
5.(1)如何选择控制阀的 “气开气关”？
(2)如何选择温度控制器的正反作用，以使闭环系统为负反馈系统？
⏹ 对于一般的自衡过程，当设定值或扰动发生阶跃变化时，为什么采用纯比例控制器
会存在稳态余差？
⏹ 引入积分作用的目的是什么，为什么引入积分作用会降低闭环控制系统的稳定性？ ⏹ 引入微分作用的目的是什么，为什么实际工业过程中应用并不多？
燃料sp
sp
6.热平衡方程:
λ---冷凝潜热；C1--比热容 控制通道静态增益:
从静态增益补偿的角度
从动态特性变化的角度 (Why?)
7.控制器的正反作用选择
2111)(G T T G C λ=-1
1121
G G C G T K p ∝=∂∂=
λ凝液
G 1G
2
K
p
K
v
选等百分比阀
G
1G
2T p K v
选快开阀
稳定性变差
燃料油
8.有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似。

试问如何来区分它们？试分析判断下图所示的两个系统各属于什么系统？说明其理由。

9.下图所示的换热器采用蒸汽加热工艺介质，要求介质出口温度达到规定的控制指标。

试分析下列情况下应选择哪一种控制方案，并画出带控制点的流程图与方块图。

（1）工艺介质流量G F 与蒸汽阀前压力P V 均比较稳定； （2）介质流量G F 比较稳定，但压力P V 波动较大；
（3）蒸汽压力P V 比较稳定，但介质流量G F 波动较大。

10.右图表示了NaOH 溶液的稀释过程，输入溶液浓度为20%，要求进一步用清水稀释成浓度为5%的溶液。

流量F 1、F 2的测量仪表均为线性变送器，仪表量程分别为0~30T/hr 和0~120T/hr ，并采用DDZ-Ⅲ型，K 为比值计算单元。

（1）求K 值与工艺比值的关系式；
（2）根据所描述的工艺情况，确定K 值；
（3）若F 1的变化范围为10~20T/hr ，试求取稳态条件下I 2与I 3的变化范围（用mA 表示）
F 2 ( 清水)
11.有一单闭环比值控制系统如图所示，其比值用DDZ-Ⅲ型乘法器来实现（图中的测量仪表是线性仪表）。

已知Q1max＝7000kg／h，Q2max＝4000kg／h。

要求：
（1）若已知I0＝18mA，求该比值控制系统的k＝？比值系数K=？
（2）待该比值系统稳定时，测得I1＝10mA，试计算此时的I2=？
12.左图表示大型氨厂的锅炉燃烧控制系统。

平时按蒸汽压力控制天然气量，但为了防止阀后天然气压力过高造成脱火，而增加了阀后压力超驰控制。

试确定控制阀的气开气关形式，以及阀后压力控制器的正反作用，选择器采用“高选”还是“低选”？在图上画出选择控制系统。

画出防积分饱和的信号联系
13.图示为加热炉出口温度控制系统方案之一。

工艺上规定要优先使用炼厂气A，只有在负荷增加后使用了炼厂气所能提供的最大限量还是不够时，才以燃料油B来加以补充。

试分析：控制方案是如何满足上述工艺要求的？
14.下图为化学反应器的过程控制系统：1）说明图中的控制策略属于哪类控制系统？2）最主要的被控变量是什么？最主要的操纵变量是什么？3）图中哪个控制器要整定的最慢，哪个控制器要整定的最快？为什么？4）阀门V1是气开还是气关？为什么？V2是气开还是气关？为什么？5）指出各图中控制器的正反作用，并给出选取的理由；6）给出图中控制规律的选取。

15.如图所示的精馏塔提馏段灵敏板温度控制回路很可能引起液泛。

假设液泛可以用塔底和塔顶压力之差来表征（压差太大表示可能存在液泛）。

请在此基础上设计一个液泛约束控制系统，以保证正常操作时按提馏段温度调节加热蒸汽流量，而当塔即将出现液泛时则要求调节加热蒸汽流量确保不发生液泛。

要求：
（1）画出带控制点的流程图与对应的方块图； （2）选择调节器的正反作用。

16.假设已知稳态增益： 计算λ11 ， λ33 ，λ12 ，λ31 ?
⎥
⎥
⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡=K 333231232221131211k k k k k k k k k
17.巳知过程的开环稳态增益矩阵
试推导其相对增益矩阵，并选择最好的控制回路。

分析此过程是否需要解耦。

18.对于锅炉汽包水位的控制问题，可采用如图所示的简化的三冲量控制系统。

假设调节阀为气关阀，要求
（1）结合汽包水位的控制对象，画出完整的系统方框图，并注明各方框图的输入输出变量意义；
（2）确定C 1， C 2， C 3与调节器的正反作用方向，并说明C 2与C 3数值确定方法。

⎪⎪
⎪⎭
⎫
⎝
⎛---=11
1061
.073
.036.036.058.0K。