2012年过程控制系统第四章-第九章习题

第四章 思考题与习题

1．试说明单回路控制系统的构成、主要特点及应用场合。并说明系统设计的主要内容。

2．试述评价过程控制系统的质量指标。

3. 过程控制系统方案设计应包含哪些主要内容？

4．选择被控参数时应遵循那些基本原则?

5．为什么选择控制参数时要从分析过程特性入手？选择控制参数的原则是什么？

6．在选择控制参数时，为什么取过程控制通道的静态放大系数K 0应适当大一些，而时间参数T 0应适当小一些？

7．在设计过程控制系统时，怎样选择调节器的控制规律？怎样确定调节器的正、反作用？怎样确定调节阀的气开、气关作用方式？

8．如图4-1所示储槽加热器，其流人量为q 1，温度为T 1，槽用蒸汽加热，其流

出量为q 2，温度为T 2，假设槽内搅拌均匀，认为流出量的温度即为槽内介质

温度，生产要求T 2保持在某给定值上。当q 1或T 1变化时，试设计一过程控制

系统。

图4-1 贮槽加热器

9．在生产过程中，要求控制水箱液位，故设计了如图4-2所示的液位定值控制系统。如果水箱受到一个单位阶跃扰动f 作用，试求：

（1）当调节器为比例作用时，系统的稳态误差。

（2）当调节器为比例积分作用时，系统的稳态误差。

图4-2 液位控制流程图

第五章 思考题与习题

1．与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？

2．设计串级控制系统时，应解决好哪些问题？

3．怎样确定主、副调节器的正、反作用方式？试举例说明。

4．为什么串级控制系统参数的整定要比单回路系统复杂？怎样整定主、副调节器的参数？

5．在某生产过程中，冷物料通过加热炉进行加热，根据工艺要求，需对热物料的炉出口温度进行严格控制，在运行中发现燃料压力波动大，而且是一个主要扰动，故设计如图5-1所示系统流程图，要求：

（1） 由系统控制流程图画出方框图；

（2） 确定调节阀的气开、气关形式；

（3） 决定各调节器的正、反作用方式。

图5-1 加热炉温度控制流程图

第六章 思考题与习题

1. 前馈控制有哪几种主要型式？

2. 前馈控制与反馈控制各有什么特点？

3. 是否可用普通的PID 调节器作为前馈控制器？为什么？

4. 动态前馈和静态前馈有什么区别和联系？

5. 在什么条件下前馈控制效果最好？

6. 为什么一般不单独使用前馈控制方案？

7. 试分析前馈—反馈、前馈-串级复合控制系统的随动及抗扰动特性。

8. 某一冷凝器温度前馈-反馈复合控制系统如图6-1所示。已知：温度调节器采用PI 规律，扰动通道特性W f (s ) =0. 94e -8s

55s +1，控制通道特性W 0(s ) =1. 05e -6s

41s +1

试求：(1).前馈控制器的数学模型 (2).假定控制阀为气开作用方式，试确定各控制器的正、反作用。

a) 控制流程图 b) 系统方框图

图6-1 冷凝器温度前馈-反馈复合控制系统

第7章 思考题与习题

1．生产过程中的时间滞后是怎么引起的？

2．试其一生产过程实例，简述当其扰动通道及控制通道存在纯滞后因素时，它们对控制系统的控制质量有何影响？

3．试以方框图的形式说明微分先行控制方案及中间反馈控制方案的基本原理，并解释它们与常规PID 控制相比有何特点。

4．当被控过程的数学模型为

W o (s ) =5

3.2s +1e -2.56s

试确定Smith 预估器的模型，并用方框图表示该预估补偿系统如何实现。

5．Smith 预估补偿控制应注意哪几个问题？采样控制方案与和常规控制方案的主要区别为何？在大滞后控制过程中采样周期如何选择？

第8章 多变量过程控制系统

思考题及习题

1．什么叫耦合？试举工业上一个耦合对象分析其变量间的耦合关系。

2．为什么对多变量耦合系统必须进行解耦设计？

3．合理选择变量配对在多变量解耦控制中的作用如何？

4．试分析用对角矩阵法、前馈补偿法进行解耦设计的基本思路和解耦效果。

5．已知某精馏塔的数学模型为

0. 088⎡

⎢(1+75s)(1+722s ) W o (s ) =⎢

⎢0. 282

⎢⎣(1+10s)(1+1850s ) ⎤⎥(1+15s )(1+722s ) ⎥⎥0. 4121⎥(1+15s )(1+1850s ) ⎦0. 1825

试用前馈补偿法进行解耦设计，并绘制解耦系统框图。

第9章 其他控制系统

1．什么是比值控制？常用的比值控制方案有哪几种类型？画出它们的结构原理图，并比较它们的优缺点。

2．在制药工业中，为了增强药效，需要对某种成份的药物注入一定量的镇定剂、缓冲剂或加入一定量的酸、碱，使药性呈现酸性或碱性。这种注入过程一般都在一个混合槽中进行。生产要求药物与注入剂混合后的含量必须符合规定的比例。同时在混合过程中不允许药物流量突然发生变化，以免引起混合过程产生局部的化学副反应。

为了防止药物流量q 产生急剧变化，通常在混合槽前面增加一个停留槽，如图9-1所示，使药物流量先进人停留槽，然后再进入混合槽，同时停留槽设有液位控制，从而使q 经停留槽后的流量q 1平缓地变化。为了保证药物与

注入剂按严格规定的比例数值混合，设计了图示比值控制系统流程图。试由控制流程图画出方框图，确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用方式。

图9-1 药物配置过程比值控制流程图

3．设置均匀控制系统的目的与要求是什么？

4．什么是分程控制？如何实现分程控制？

5．为什么在分程点上会发生流量特性的突变？如何解决？

6．在现代生活中，人们要求洗一个舒适的澡，根据各人对水温的不同要求，可以分别调节如图9-2所示水管中的热水量和冷水量，即当感到水温太高时，可以调节冷水量；当水温太低时，可以调节热水量，以满足个人对水温的要求。试设计一个分程控制系统。要求：(1)画出温度控制流程图，(2)画出调节阀的同向或异向动作图。

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图9-2 温度控制