过程控制工程测试

《过程控制工程》课程测试试题一

一、 综合题（40分）

1、 过程控制系统是由______、______、______、______等环节组成。

2、 过程控制系统中按被控参数的名称来分有_______、________、_______、_______、成份等控制系统。

3、 目前求取过程数学模型的方法有两种。其中一种是根据过程的内在机理，通过_____和_____等平衡关系，用________的方法求取过程的数学模型。 4、控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响____________;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量____________;干扰通道的纯滞后对调节质量_______________________。 5、选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）______干扰通道的放大倍数（增益）。

6．某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，再加入积分作用的后，应_____________,才能使稳定性不变。

7．某调节系统采用比例积分作用调节器，在加入微分作用以后，最大偏差A____余差C______调节时间ts______稳定性n_____。

8．串级调节系统,一般情况下主回路选择_________或________调节规律调节器,副回路选用_________调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用_________装置补偿。

9．简单均匀控制系统与液位定值控制系统的区别是—————————————————。

10．防积分饱和的措施有哪三种：—————————————————————————。

二、(10分)用DDZ-Ⅲ型仪表实现单闭环比值控制,若流量变送器(采用差压法测流量)

量程为:G1max=5000kg/h, G2max=24000kg/h,工艺要求G1/G2=1/4, 试绘制该控制系统原理图,并求出: (1) 比值系数K=?

(2) 比值函数部件采用乘法器,求出相应的偏置电压V2=?

(3) 当G1=3000kg/h时,求出系统稳定后,G1、G2的变送器输出值。

（注:DDZ-Ⅲ乘法器输入与输出关系为V0=

三、（10分）

如图所示压缩机分程控制系统中，正常工况时，通过调节V1的开度控制吸入罐的压力，为防止离心式压缩机的喘振，阀V1有最小开度V1min，当V1达到最小开度时如果吸入罐的压力仍不能恢复，则打开旁路控制阀V2。试确定压力调节器的正反作用方式，画出调节器输出与阀开度的关系曲线。

(V11)(V21)

1

4

四、（10分）

如图所示压缩机选择性控制系统中，为防止吸入罐压力过低被吸瘪和防止压缩机喘振的双重目的，试确定该控制系统中调节阀V的气开气阀作用方式、控制器PC、FC的正反作用和选择器PY的类型。

五、如图为某反应器带控制点的流程图。试问：(10分) (1) 图中采用了哪些控制方案？(5分)

(2) 决定调节阀A、B的正反作用形式和调节器TC的作用方向，画出A和B的分程动作图。(10分)

物料乙

蒸汽 冷水

（20分）某工厂设计一台高压锅炉,作为全厂透平机和其它工艺设备的能源,该锅炉同时使用瓦斯气和燃料油为燃料,瓦斯气来多少,用多少,流量不稳定,最多只能提供所需能量的1/3左右,对于这样一台锅炉,你认为应设计哪些调节系统(不包括报警,联锁系统);并表明所有调节器,调节阀的作用型式。

(注:要求调节系统的方案设计,应画在下面工艺流程图上。)

《过程控制工程》课程测试试题二

二、 填空题（40分）

1．控制系统引入积分作用是为了（ ）,但积分的引入会使系统（ ）,引入微分作用是为了（ ）。某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，在加入积分作用的过程中，应（ ）。

2.被调介质流过阀门的相对流量(Q/Qmax)与阀门相对行程(l/L)之间的关系,称为调节阀的( )特性;若阀前后的压差保持不变时,上述关系称为( )特性;实际使用中,阀前后的压差总是变化的,此时上述关系为( )特性。调节阀的流量特性有（ ）、（ ）和（ ），流量特性的选择主要是与（ ）相匹配。

3. 与单回路控制系统相比，串级调节系统具有以下三个特点： ①( );②( );③( )。 4.控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数 愈大,对被控变量的影响( );干扰通道容量滞后愈多,则调节质量( );干扰通道的纯滞后对调节质量( )。

5．控制对象的调节通道的动态特性对过渡过程的影响是:调节通道时间常数愈大, 则响应（ ）,工作频率（ ）;但调节通道时间常数过小,易产生（ ）问题;调节通道的纯滞后使过渡过程质量（ ）。

6．某控制系统出现下述情况,为了获得最佳调节质量应采用什么控制算法来解决。 (1) 调节通道时间常数过小,应当（ ）; (2) 调节通道时间常数过大,应当（ ）; (3) 调节通道有较大的纯滞后,应当（ ）;

(4) 调节通道时间常数大于干扰通道的时间常数,应当（ ）。

7.什么叫积分饱和（ ）？积分饱和对调节系统有什么的影响（ ）。 8.定值调节系统是按（ ）进行调节的,而前馈调节系统是按（ ）进行调节的;前者是（ ）环调节,后者是（ ）环调节。

二、(10分)

试述下图所示离心式压缩机两种控制方案的特点,它们在控制目的上有什么不同?如果调节器采用PI作用,应采取什么措施(示意在图上

)?

（a） (b)

三、(10分)

如图所示一种乙稀精馏塔,塔底的选择性调节方案。2C丙稀气体用作为塔底在 沸器的加热剂,释热后的丙稀呈液态,回收重复使用。改变再沸器传热量是用改变 其传热面积来实现的,为此需要在排液管上安装调节阀,以控制再沸器丙稀测的 凝液液面。为保证安全生产防止气态丙稀由液管中排出,设制了软保护系统,试确

定调节器FC、TC及选择器,调节阀的作用型式;并说明实施时应注意的问题。

四、(20分)

如图所示比值控制系统，乘法器采用DDZ-Ⅲ气动仪表来实现，其乘法器运算 已知：G1max=3600kg/h, G2max=2000kg/h；

当系统稳定时测得 ：P1=16mA, P2=12mA， 试计算该比值控制系统的 （1）工艺操作比值k；（2）仪表比值系数K；（3）乘法器设定信号Ik。

五、（20分）

今有一个加热炉(如图所示)，原料油的出口温度单回路调节，无法满足工艺生产的要求，为此必须采用复杂控制系统。

（a)当燃料油阀前压力为主要干扰时，应采用何种复杂控制系统？ （b)当燃料油的热值为主要干扰时，应采用何种复杂控制系统？ （c）当原料油流量为主要干扰时，应采用何种复杂控制系统？

（d）工艺要求严格控制加热炉出口温度T,且又要避免加热炉的回火事故, 应采用

何种复杂控制系统？（要求：以上控制方案都示意在图上）

《过程控制工程》课程测试试题三

三、 填空题（20分）

１、定值控制系统是按（ ）进行控制的，而前馈控制是按（ ）进行控制的；前者是（ ）环控制，后者是（ ）环控制。前馈控制一般应用于扰动（ ）和扰动（ ）与扰动（ ）的场合。

2、串级控制系统能迅速克服进入（ ）回路的扰动，改善（ ）控制器的广义对象特性，容许（ ）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。

二、（15分）已知一个2×2相关系统的传递函数矩阵为

0.30.4

，试计算该系统的相对增益矩阵，说明配对是否合理？然后按静态解

0.50.2

耦方法进行解耦，求取静态解耦装置的数学模型。要求的目标矩阵为

0.30D 00.2三、（20分）

前馈控制适用于什么场合？为什么它常与反馈控制构成前馈—反馈控制系统？对于扰动至测量值通道的传递函数为传递函数为

。

，控制作用对测量通道的

的前馈—反馈控制系统，试求前馈控制数学模型

四、（15分）甲的正常流量为240kg/h，仪表量程为0-360kg/h；乙的正常流量为120NM3/h，仪表量程为0-240NM3/h。设计控制乙的单闭环比值控制系统，画出流程图并计算引入开方运算与不引入开方运算所分别设置的比值系数。

五、（20分）如图示的加热炉，采用控制燃料气的流量来保证加热炉出口温度

恒定。

１．总进料量是主要扰动且不可控扰动时，设计合理的控制方案，画出其原理图和方框图，并作简要说明。

２．当燃料气阀前压力是主要扰动且不可控扰动时，设计合理的控制方案，并作简要说明。

《过程控制工程》课程测试试题一答案

一、（40分）

1题、（4分）回答要点：① 控制器 ② 执行器 ③ 测量变送 ④ 被控过程 2题、（4分）回答要点：① 压力 ② 流量 ③液位

④ 温度

2题、（4分）回答要点：① 物料 ② 能量 ③ 机理建模

4题、（4分）回答要点：①愈弱 ②愈好 ③无影响 5题、（4分）回答要点：

大于

6题、（4分）回答要点：

①减小调节器的放大倍数。 7题、（4分）回答要点：

①减小

②不变 ③缩短 ④提高 8题、（4分）回答要点：

①PID

②PI ③P

④开方器 9题、（4分）回答要点：

区别主要三条：①调节目的不同；

②调节器参数整定不同； ③工艺过程不同。 10题、（4分）回答要点：

三条措施是：①采用外反馈法；

②采用限幅器的方法； ③仪表内部线路切除。 二、（20分）回答要点：

①k( G2G1max2)=0.64； G1G2max

②V2k410.64413.56V；

③P2(30002)1649.76mA， 5000

300042P()1648mA。 124000

三、（10分）回答要点：

① PC1采用反作用；

②V1采用气关阀；V2采用气开阀；

③控制器输出与阀开度的关系曲线

四、（10分）回答要点：

① PC1采用正作用；

②FC1采用正，调节阀采用气关阀；

③选择器采用低选器。

五、（20分）

① 锅炉汽包水位控制采用“双冲量控制系统”；

② 锅炉蒸汽出口温度控制采用“减温器出口温度与过热蒸汽出口温度串级控制系统”； ③ 锅炉炉膛负压控制采用“瓦斯气前馈加反馈控制系统”；

④ 锅炉燃烧系统控制采用“燃料与空气比值控制系统”。

⑤ 锅炉燃烧系统控制采用“燃料油与瓦斯气分程控制系统”

由于本题涉及知识面广，只要能按照以上方案设计大体要求即可得分。

《过程控制工程》课程测试试题二答案

（答案要注明各个要点的评分标准）

一、（40分）

1题、（5分）回答要点：①消除余差

②不稳定

③克服容量滞后

④减小放大倍数

2题、（5分）回答要点：①流量特性

②理想特性

③工作特性

④线性、等百分比、快开；

⑤广义对象

3题、（5分）回答要点：①对于进入副回路的干扰有很强的克服能力；

②提高了工作频率；

③具有鲁棒性。

4题、（5分）回答要点：①影响小

②变好

③无影响

5题、（5分）回答要点：①慢

②低

③振荡

④变差

6题、（5分）回答要点：

①采用PI

②采用PD

③采用Simth预估补偿器

④采用串级控制系统等

7题、（5分）回答要点：

①调节器输出超出范围达到饱和；

②是调节阀不能及时改变输出，造成事故。

8题、（5分）回答要点：

①偏差；

②干扰；

③闭环；

④开环。

二、（10分）回答要点：

①（a）图表示压缩机的出口流量控制系统

（b）图标是压缩机的防喘振控制系统；

②采用外反馈法防止压缩机的喘振。

三、（10分）回答要点：

① LC采用正作用，FC采用反作用，TC采用反作用；

②调节阀采用气开阀，选择器采用低选器。

③采用外反馈法防积分饱和。

四、（10分）回答要点：

① (G12)164

16mA，G1G1maxG22 )164

12mA，G2G2maxG20.43 G1

G2G1max2)0.75 G1G2max

(164)(124)410mA 16 ( k ②k( ③Ik

五、（20分）

① 采用“燃料油流量与出口温度串级控制”；

② 采用“炉膛温度与与出口温度串级控制系统”；

③ 采用“原油量加出口温度前馈加反馈控制系统”；

④ 采用“出口温度与燃料量及阀后压力串级选择控制系统”。

由于本题涉及知识面广，只要能按照以上方案设计的大体要求即可得分。

《过程控制工程》课程测试试题三答案

（答案要注明各个要点的评分标准）

一、（20分）

①（10分）定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。前馈控制一般应用于扰动（可测）和扰动（显著）与扰动（频繁）的场合。

②（10分）串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器的广义对象特性，容许（副）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。消除余差

二、（15分） 理想微分作用：

；。

由于理想微分作用对高频分量要有巨大的放大能量，无法达到。因此，实际情况：

；

阶跃响应曲线如图： 当

当时，为正微分作用；如果时，为则为反微分作用；的单纯比例作用。

1.微分作用可以使系统开环频率特性幅值比增大，相位提前。微分作用量适当，可以使系统的稳定域度提高，最大偏差减小，回复时间缩短；对温度和成分控制系统，往往引入微分控制。对真正的时滞，微分作用不能改善控制品质。对噪声大的对象，微分作用会把这些高频干扰放大的很厉害，将使系统的控制质量降低。因此，对流量和液位控制系统，一般不引入微分作用。如实必要，须先将测量信号滤波。

2.反微分作用常常用在噪声很大的流量系统控制。

三、（20分）

答：

1．前馈控制是按扰动而进行控制的，因此，前馈控制常用于的场合：一是扰动必须可测，否则无法实施控制；二是必须经常有比较显著和比较频繁的扰动，否则无此必要。三是存在对被控参数影响较大且不易直接控制的扰动。

2． 前馈控制是一种补偿控制。一般来讲，前馈控制无法全部补偿扰动对被控变量产生的影响。因此，单纯的前馈控制系统在应用中就会带来一定的局限性。

为克服这一弊端，前馈控制常与反馈控制联用，构成前馈—反馈控制系统。对最主要的、显著的、频繁的无法直接控制的扰动，由前馈来进行补偿控制；对无法完全补偿的扰动影响，由反馈控制根据其对被控变量所产生的偏差大小来进行控制。

3．系统方块图如图所示。 根据补偿性原理：

，所以我们有前馈控制规律：

四、（15。 分）

答：采用乘法器的单闭环比值控制流程框图如图所示。

（其中F1为甲流量，F2为乙流量）

1.引入开方器时：

2.不引入开方器时：

五、（20分）

答：1. 当总进料量是主要扰动时，控制方案如图所示。

该方案为前馈—反馈控制系统方案。如果负荷是主要扰

动， 我们将总进料量测出，将流量信号送到前馈补偿

装置，其输出与温度控制器的输出相迭加，作为总的控制作用。这时，当进料量发生变化后，不需要等到出现偏差，燃料量就会及时作相应的调整，结果使控制过程中的温度偏差大为减小。

2． 当燃料压力是主要扰动时，控制方案如图所示。 该方案为被加热物料出口温度对燃料气流量的串级控制系统 方案。当燃料气压力发生变化时，利用流量副环的作用，可以迅速地对扰动作出反应，调整燃料气阀门的开度，调整较为及时。但是这只是一个粗略的调整，扰动对温度的影响还需通过主环来进一步细调，使被控的主变量——被加热物料出口温度保持在希望值。

六、(10分)

答：APC为英文Advanced Process Control的第一字母缩写，意为先进控制。通常下列控制系统都归结为先进控制系统范畴：

1.状态反馈控制；

2.动态最优控制系统；

3.预测控制系统；

4.解耦控制系统；

5.软测量技术和推断控制系统；

6.适应控制系统；

7.鲁棒控制系统；

8.时滞补偿控制系统;

9.智能控制系统。