過程控制模擬考試題

1、過程控制模擬試題（一）1、什么是過程控制系統(tǒng)? 其基本分類方法有哪幾種 ? （5 分）2、什么是機理分析法建模? 該方法有何特點 ? （5分）3、何謂調節(jié)閥的流通能力？對數(shù)流量特性有何特點？（5 分）4、何謂單回路系統(tǒng)？說明組成單回路系統(tǒng)各部分的作用。（ 10分）5、選擇調節(jié)器控制規(guī)律的依據(jù)是什么? 若已知過程的數(shù)學模型，怎樣來選擇 PID 控制規(guī)律? （10 分）6、什么叫比值控制系統(tǒng) ? 常用比值控制方案有哪些? 并比較其優(yōu)缺點。（ 10分）7、試推導單容過程數(shù)學模型（輸入量為q1 ，被控量為 h 1 ）。 （ 15 分）8、某生產過程中， 冷物料通過加熱爐對其進行加熱。熱物料溫度必須滿足

2、生產工藝要求，故設計下圖所示溫度控制系統(tǒng)流程圖。試畫出其框圖，并確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式和調節(jié)器的正、反作用。（ 20分）加熱爐冷物料燃料熱物料TTTC9 、對于下圖所示的加熱爐串級控制系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的結構框圖，并分析其工作過程。與單回路系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)有哪些主要特點?（ 20 分）過程控制模擬試題（一）答案1 、答案過程控制是通過各種檢測儀表、 控制儀表和電子計算機等自動化技術工具， 對整個生產過程進行自動檢測、 自動監(jiān)督和自動控制。 一個過程控制系統(tǒng)是由被控過程和過程檢測控制儀表兩部分組成的。按過程控制系統(tǒng)的結構特點可進行如下分類：1 ）反饋控制系統(tǒng)：反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)被控量

3、的偏差進行工作的，偏差值是控制的依據(jù)，最后達到消除或減小偏差的目的。2 ）前饋控制系統(tǒng)：前饋控制系統(tǒng)直接根據(jù)擾動量的大小進行工作，擾動是控制的依據(jù)。由于它沒有被控量的反饋，所以也稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。3 ）前饋反饋控制系統(tǒng) (復合控制系統(tǒng) )：開環(huán)前饋控制的最主要的優(yōu)點是能針對主要擾動及時迅速地克服其對被控參數(shù)的影響；對于其余次要擾動，則利用反饋控制予以克服，使控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時能準確地使被控量控制在給定值上。按給定值信號的特點可進行如下分類：1 ）定值控制系統(tǒng)：就是系統(tǒng)被控量的給定值保持在規(guī)定值不變，或在小范圍附近不變。2) 程序控制系統(tǒng)：它是被控量的給定值按預定的時間程序變化工作的?？刂频哪康木?/p>

4、是使系統(tǒng)被控量按工藝要求規(guī)定的程序自動變化。3) 隨動控制系統(tǒng)：它是一種被控量的給定值隨時間任意變化的控制系統(tǒng)。其主要作用是克服一切擾動，使被控量快速跟隨給定值而變化。2 、答案機理建模：是根據(jù)過程的內部機理 (運動規(guī)律 )，運用一些已知的定律、原理，如生物學定律、化學動力學原理、物料平衡方程、能量平衡方程、傳熱傳質原理等，建立過程的數(shù)學模型。特點：機理分析法建模的最大特點是當生產設備還處于設計階段就能建立其數(shù)學模型。由于該模型的參數(shù)直接與設備的結構、性能參數(shù)有關， 因此對新設備的研究和設計具有重要意義。另外，對于不允許進行試驗的場合，該方法是唯一可取的。機理分析法建模主要是基于分析過程的結構

5、及其內部的物理化學過程，因此要求建模者應有相應學科的知識。通常此法只能用于簡單過程的建模。對于較復雜的實際生產過程來說，機理建模有很大的局限性，這是因為實際過程的機理并非完全了解，同時過程的某些因素如受熱面的積垢、催化劑的老化等可能在不斷變化，難以精確描述。 另外， 一般來說機理建模得到的模型還需通過試驗驗證。3 、答案流通能力C 表示執(zhí)行器的容量，其定義為：調節(jié)閥全開，閥前后壓差為0.1MPa ，33對數(shù) (等百分比 )流量特性：是指單位相對行程的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關系。 調節(jié)閥對數(shù)流量特性曲線的斜率即放大系數(shù)是隨行程 (開度 )的增大而遞增的。在行程變化值相同的

6、情況下，當流量小時，則流量變化亦??；當流量大時，則流量變化亦大。從過程控制工程來看，利用對數(shù) (等百分比 )流量特性是有利的。調節(jié)閥在小開度時，調節(jié)閥的放大系數(shù)小，控制平穩(wěn)緩和；調節(jié)閥在大開度時，其放大系數(shù)大，控制作用靈敏有效。4 、答案單回路過程控制系統(tǒng)亦稱單回路調節(jié)系統(tǒng)簡稱單回路系統(tǒng)，一般是指針對一個被控過程 (調節(jié)對象 )，采用一個測量變送器監(jiān)測被控過程，采用一個控制(調節(jié) )器來保持一個被控參數(shù)恒定 (或在很小范圍內變化 )，其輸出也只控制一個執(zhí)行機構 (調節(jié)閥 )。從系統(tǒng)的框圖看，只有一個閉環(huán)回路。檢測變送器作用：對被控參數(shù) (變量 )以及其它一些參數(shù)、變量進行迅速、準確地測量的檢測

7、和將測量信號傳送至控制器，是設計過程控制系統(tǒng)中的重要一環(huán)。執(zhí)行器（調節(jié)閥）作用：在過程控制中，執(zhí)行器 (亦稱執(zhí)行機構 )大多采用閥的形式，控制各種氣體或液體的流量與流速，是過程控制系統(tǒng)的一個重要組成部分， 其特性好壞對控制質量的影響是很大的?？刂破鳎ㄕ{節(jié)器）作用：將給定信號與過程被控量的檢測信號進行綜合運算，控制執(zhí)行器的動作，以保證被控量的穩(wěn)定或按一定規(guī)律變化。在過程控制中，控制器常稱為調節(jié)器(控制常稱為調節(jié) )。在采用計算機控制時， 控制是由計算機的數(shù)字運算來實現(xiàn)的。在過程控制發(fā)展史中， 控制器(控制規(guī)律 )的發(fā)展起了決定性作用，并由此來劃分過程控制的各個階段。可見控制器的選型與控制規(guī)律的確

8、定是系統(tǒng)設計中最重要的環(huán)節(jié)，必須充分重視。5、答案根據(jù) /T 比值和過程特性來選擇控制器的控制規(guī)律：00根據(jù) /T 比值來選擇控制器的控制規(guī)律001）當 0/ T0 <0.2 時，選用比例或比例積分控制規(guī)律；2）當 0.2< 0/ T0 <1.0 時，選用比例積分或比例積分微分控制規(guī)律；3）當 0/ T0 >1.0 時，采用單回路控制系統(tǒng)往往已不能滿足工藝要求，應采用復雜控制方案。根據(jù)過程特性來選擇控制器的控制規(guī)律：1）比例控制規(guī)律 (P)：適用控制通道滯后較小、負荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內有余差的場合。2）比例積分控制規(guī)律(PI)：適用控制通道

9、滯后較小、負荷變化不大、被控參數(shù)不允許有余差的場合。3）比例微分控制規(guī)律 (PD) ：具有超前作用， 對容量滯后過程可改善系統(tǒng)的動態(tài)性能指標。4）比例積分微分控制規(guī)律 (PID) ：PID 控制規(guī)律是一種較理想的控制規(guī)律，它在比例的基礎上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它適用于控制通道時間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場合。6 、答案凡是兩個或多個參數(shù)自動維持一定比值關系的過程控制系統(tǒng)，統(tǒng)稱為比值控制系統(tǒng)。常用的比值控制方案1 ）單閉環(huán)比值控制：從動量Q2 是一個閉環(huán)隨動控制系統(tǒng)，主動量Q1 卻是開環(huán)的。 Q2跟隨 Q1 的變化而改變。該控制方案的優(yōu)點是能確保

10、Q2 Q1 K 不變。同時方案結構較簡單，因而在工業(yè)生產過程自動化中得到廣泛應用。但該方案中Q 1 不受控制、易受干擾。2 ）雙閉環(huán)比值控制：它是由一個定值控制的主動量回路和一個跟隨主動量變化的從動量隨動控制回路組成。 主動量控制回路能克服主動量擾動， 實現(xiàn)其定值控制。 從動量控制回路能克服作用于從動量回路中的擾動，實現(xiàn)隨動控制。當擾動消除后，主、從動量都回復到原設定值上，其比值不變。雙閉環(huán)比值控制能實現(xiàn)主動量的抗擾動、定值控制，使主、從動量均比較穩(wěn)定，從而使總物料量也比較平穩(wěn)， 這樣，系統(tǒng)總負荷也將是穩(wěn)定的。 雙閉環(huán)比值控制的另一優(yōu)點是升降負荷比較方便， 只需緩慢改變主動量控制器的給定值，這

11、樣從動量自動跟蹤升降， 并保持原來比值不變。不過雙閉環(huán)比值控制方案所用設備較多、投資較高， 而且投運比較麻煩。2 ）變比值控制單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制是實現(xiàn)兩種物料流量間的定值控制，在系統(tǒng)運行過程中其比值系數(shù)希望(并設定 )是不變的。在有些生產過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個參數(shù)的需要而變化。為了滿足上述生產工藝要求，開發(fā)了采用除法器構成的變比值控制。這實際上是一個以某種質量指標y1 (常稱為第三參數(shù)或主參數(shù))為主變量，而以兩個流量比為副變量的串級控制系統(tǒng)。當 Q1 、Q2 出現(xiàn)擾動時，通過比值控制回路，保證比值一定，從而不影響或大大減小擾動對產品質量的影響。7 、答案H (s)R

12、K0W0 (s)2R2Cs 1T0 s 1Q1 (s)式中T0 液位過程的時間常數(shù)，T0 R2C；K 液位過程的放大系數(shù)，KR ；002C 液位過程的容量系數(shù)，或稱過程容量8 、答案1 ）系統(tǒng)框圖F (s)+ E(s)U(s)Q (s)Y(s)-Wc(s)Wv(s)W0 (s)Z( s)Wm(s)Wc (s)：調節(jié)器（ TC ）；Wv(s)：調節(jié)閥（控制燃料） ；W 0 (s)：加熱爐過程；Wm (s ):溫度測量變送 (TT) ；()：擾動量；()：熱物料溫度。F sY s21234）調節(jié)閥選氣開形式（安全考慮）3） Kv： +； K 0 ：+； Km ： +Kc： + ， 反作用調節(jié)器DD

13、9 、答案1 ）系統(tǒng)框圖f 3 f 2f 1Cx 1x2y2y1C主調節(jié)器副調節(jié)器調節(jié)閥爐膛管壁+ -+物料-z1z2副變量變送器BB主變量變送器A2 ）加熱爐串級控制系統(tǒng)的工作過程：A當處在穩(wěn)定工況時，被加熱物料的流量和溫度不變，燃料的流量與熱值不變，煙囪抽1234力也不變， 爐出口溫度和爐膛溫度均處于相對平衡狀態(tài)，調節(jié)閥保持一定的開度，此時爐出口溫度穩(wěn)定在給定值上，當擾動破壞了平衡工況時，串級控制系統(tǒng)便開始了其控制過程。(1) 燃料壓力、熱值變化 f2 和煙筒抽力變化 f3 二次擾動或副回路擾動擾動 f 2 和 f3 先影響爐膛溫度，于是副調節(jié)器立即發(fā)出校正信號，控制調節(jié)閥的開度，改變燃料

14、量， 克服上述擾動對爐膛溫度的影響。 如果擾動量不大， 經(jīng)過副回路的及時控制一般不影響爐出口溫度； 如果擾動的幅值較大， 雖然經(jīng)過副回路的及時校正， 仍影響爐出口溫度， 此時再由主回路進一步調節(jié)， 從而完全克服上述擾動， 使爐出口溫度調回到給定值上來。(2) 被加熱物料的流量和初溫變化 f1 一次擾動或主回路擾動擾動 f 1 使爐出口溫度變化時，主回路產生校正作用，克服人f1 對爐出口溫度的影響。由于副回路的存在加快了校正作用，使擾動對爐出口溫度的影響比單回路系統(tǒng)時要小。(3) 一次擾動和二次擾動同時存在假設加熱爐串級系統(tǒng)中調節(jié)閥為氣開式，主、副調節(jié)器均為反作用。如果一、二次擾動的作用使主、

15、副被控參數(shù)同時增大或同時減少， 主、副調節(jié)器對調節(jié)閥的控制方向是一致的，即大幅度關小或開大閥門，加強控制作用，使爐出口溫度很快調回到給定值上。如果一、二次擾動的作用使主、副被控參數(shù)一個增大 (爐出口溫度升高 )，另一個減小 (燃料量減少，即爐膛溫度降低 )，此時主、副調節(jié)器控制調節(jié)閥的方向是相反的，調節(jié)閥的開度只要作較小變動即滿足控制要求。2) 串級控制系統(tǒng)的特點串級控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比有一個顯著的區(qū)別，即其在結構上多了一個副回路，形成了兩個閉環(huán)雙閉環(huán)或稱為雙環(huán)。串級控制系統(tǒng)在結構上與電力傳動自動控制系統(tǒng)中的雙環(huán)系統(tǒng)相同，其系統(tǒng)特點與分析方法亦基本相同。串級控制系統(tǒng)， 就其主回路(外環(huán)

16、 )來看是一個定值控制系統(tǒng)，而副回路(內環(huán) )則為一個隨動系統(tǒng)。以加熱爐串級控制系統(tǒng)為例，在控制過程中，副回路起著對爐出口溫度的“粗調”作用，而主回路則完成對爐出口溫度的“細調”任務。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)多用了一個測量變送器與一個控制器(調節(jié)器 )，增加的投資并不多(對計算機控制系統(tǒng)來說，僅增加了一個測量變送器)，但控制效果卻有顯著的提高。 其原因是在串級控制系統(tǒng)中增加了一個包含二次擾動的副回路，使系統(tǒng)改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；對二次干擾有很強的克服能力；提高了對一次擾動的克服能力和對回路參數(shù)變化的自適應能力。過程控制模擬試題（二）1、過程控制系統(tǒng)有哪些特點

17、？（5 分）2、什么是試驗法建模? 該方法有何特點 ? （5 分）3、如何選擇調節(jié)閥的氣開、氣關形式？（5 分）4、被控參數(shù)的選擇有何重要意義？選擇原則有哪些？（10 分）5、控制通道時間常數(shù)T0 對控制系統(tǒng)性能有何影響？（10 分）6、如何進行比值控制系統(tǒng)的設計與整定？（ 10分）7、試推導雙容過程數(shù)學模型（輸入量為q1 ，被控量為 h 2 ）。 （ 15 分）8 、在某鍋爐運行過程中，必須滿足汽水平衡關系，故汽包液位是一個十分重要的指標。 當液位過低時，汽包中的水易被燒干引起生產事故(甚至會產生爆炸危險)，故設計下圖液位控制系統(tǒng)。試畫出該系統(tǒng)的框圖，并確定調節(jié)閥的氣開、氣關形1234式和調

18、節(jié)器的正、反作用方式。（20 分）DD汽包蒸汽CCLTLCB燃燒B12給3水4AA1234D9 、串級控制系統(tǒng)框圖如下圖（以加熱爐為例），簡述其工作原理。主副調節(jié)器控制規(guī)律如何來選擇？（20 分）f 3 f 2f 1Cx1主調節(jié)器x2副調節(jié)器調節(jié)閥爐膛y 2物料y1+-+管壁-z1z2副變量變送器B主變量變送器A1234過程控制模擬試題（二）答案1 、答案1 ）連續(xù)生產過程的自動控制。2 ）過程控制系統(tǒng)由過程檢測、控制儀表組成。3 ）被控過程是多種多樣的、非電量的。4 ）過程控制的控制過程多屬慢過程，而且多半為參量控制。5) 過程控制方案十分豐富。6) 定值控制是過程控制的一種常用形式。2 、

19、答案試驗法建模是在實際的生產過程 (設備 )中，根據(jù)過程輸入、輸出的實驗數(shù)據(jù)，即通過過程辨識與參數(shù)估計的方法建立被控過程的數(shù)學模型。與機理分析法相比， 試驗法建模的主要特點是不需要深入了解過程的機理。 但是必須設計一個合理的實驗，以獲得過程所含的最大信息量，而對此卻往往是困難的。所以，在實際使用時， 這兩種方法經(jīng)常是相互補充的。 如先通過機理分析確定模型的結構形式， 再通過實驗數(shù)據(jù)來確定模型中各系數(shù)的大小。3 、答案調節(jié)閥開、關形式的選擇主要是考慮在不同工藝條件下安全生產的需要。1) 考慮事故狀態(tài)時人身、工藝設備的安全。當過程控制系統(tǒng)發(fā)生故障(如氣源中斷、控制 (調節(jié) )器損壞或調節(jié)閥壞了)時

20、，調節(jié)閥所處的狀態(tài)不致影響人身和工藝設備的安全。2) 考慮事故狀態(tài)下減少經(jīng)濟損失，保證產品質量。3) 考慮介質的性質。對裝有易結晶、易凝固物料的裝置，蒸汽流量調節(jié)閥需選用氣關式。一旦事故發(fā)生，使其處于全開狀態(tài)，以防止物料結晶、凝固和堵塞給重新開工帶來麻煩，甚至損壞設備。4 、答案選擇被控參數(shù)是控制方案設計中的重要一環(huán)，對于穩(wěn)定生產、 提高產品的產量和質量、節(jié)能、改善勞動條件、保護環(huán)境衛(wèi)生等具有決定性意義。若被控參數(shù)選擇不當，則無論組成什么樣的控制系統(tǒng)，選用多么先進的過程檢測控制設備，均不能達到預期的控制效果。對于一個生產過程來說，影響操作的因素是很多的。但是，并非對所有影響因素都需加以控制。所

21、以，必須根據(jù)工藝要求，深入分析工藝過程，找出對產品的產量和質量、安全生產、經(jīng)濟運行、環(huán)境保護等具有決定性作用，能較好反映工藝生產狀態(tài)變化的參數(shù)(這些參數(shù)又是人工控制難以滿足要求，或操作十分緊張、 勞動強度很大， 客觀上要求進行自動控制的參數(shù) )作為被控參數(shù)。1) 選擇對產品的產量和質量、安全生產、經(jīng)濟運行和環(huán)境保護具有決定性作用的、可直接測量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)。2) 當不能用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時，應該選擇一個與直接參數(shù)有單值函數(shù)關系的間接參數(shù)作為被控量。3) 被控參數(shù)必須具有足夠高的靈敏度。4) 被控參數(shù)的選取，必須考慮工藝過程的合理性和所用儀表的性能。5 、答案T 0 的大小反映了控制作

22、用的強弱，反映了控制器的校正作用克服擾動對被控參數(shù)影響的快慢。若T0 太大，則控制作用太弱，被控參數(shù)變化緩慢，控制不能及時，系統(tǒng)過渡過程時間長，控制質量下降；若 T0 太小，雖控制作用強，控制及時，克服擾動影響快，過渡過程時間短，但易引起系統(tǒng)振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，亦不能保證控制質量。所以在系統(tǒng)設計時，要求控制通道時間常數(shù)T 0 適當小一點，使其校正及時，又能獲得較好的控制質量。6 、答案1 ）主、從動量的確定設計比值控制系統(tǒng)時，需要先確定主、從動量。其原則是：在生產過程中起主導作用或可測但不可控、 且較昂貴的物料流量一般為主動量， 其余的物料流量以它為準進行配比，為從動量。2 ）控制方案的選

23、擇比值控制有多種控制方案， 在具體選用時應分析各種方案的特點， 根據(jù)不同的工藝情況負荷變化、擾動性質、控制要求等進行合理選擇。3 ）調節(jié)器控制規(guī)律的確定比值控制調節(jié)器控制規(guī)律要根據(jù)不同控制方案和控制要求而確定。4 ）正確選用流量計與變送器流量測量與變送是實現(xiàn)比值控制的基礎，必須正確選用。5 ）比值控制方案的實施實施比值控制方案基本上有相乘方案和相除方案兩大類。 在工程上可采用比值器、 乘法器和除法器等儀表來完成兩個流量的配比問題。 在計算機控制系統(tǒng)中， 則可以通過簡單的乘、除運算來實現(xiàn)。6 ）比值系數(shù)的計算設計比值控制系統(tǒng)時，比值系數(shù)計算是一個十分重要的問題7 ）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定比值控制

24、系統(tǒng)調節(jié)器參數(shù)整定是系統(tǒng)設計和應用中的一個十分重要的問題。對于定值控制 (如雙閉環(huán)比值控制中的主回路)可按單回路系統(tǒng)進行整定。對于隨動系統(tǒng) (如單閉環(huán)比值控制、雙閉環(huán)的從動回路及變比值的變比值回路)，要求從動量能快速、正確跟隨主動量變化，不宜過調，以整定在振蕩與不振蕩的邊界為最佳。7 、答案H 2 (s)K 0式中： T1 第一只水箱的時間常數(shù)，T1=R2C12 第二只水箱的時間常數(shù)，23C2W0(s)(T1s 1)(T2 s 1)TT =RQ1 (s)003K 過程的放大系數(shù)，K =RC1、 C2 分別為兩只水箱的容量系數(shù)8 、答案1 ）系統(tǒng)框圖F (s)+ E(s)U(s)Q (s)Y(s

25、)-Wc(s)Wv(s)W0 (s)Z( s)Wm(s)Wc (s)：調節(jié)器（ LC ）；Wv(s)：調節(jié)閥（控制給水） ；W 0 (s)：汽包過程； Wm (s): 溫度測量變送 (LT) ； F ( s)：擾動量； Y(s)：熱物料溫度。2 ）調節(jié)閥選氣關形式（安全考慮，防干燒）3 ） Kv： -； K 0 ： +； Km ： +Kc： -， 正作用調節(jié)器9 、答案1 ）加熱爐串級控制系統(tǒng)的工作過程：當處在穩(wěn)定工況時，被加熱物料的流量和溫度不變，燃料的流量與熱值不變，煙囪抽力也不變， 爐出口溫度和爐膛溫度均處于相對平衡狀態(tài)， 調節(jié)閥保持一定的開度， 此時爐出口溫度穩(wěn)定在給定值上， 當擾動破

26、壞了平衡工況時， 串級控制系統(tǒng)便開始了其控制過程。(1) 燃料壓力、熱值變化 f2 和煙筒抽力變化 f3 二次擾動或副回路擾動擾動 f 2 和 f3 先影響爐膛溫度，于是副調節(jié)器立即發(fā)出校正信號，控制調節(jié)閥的開度，改變燃料量， 克服上述擾動對爐膛溫度的影響。 如果擾動量不大， 經(jīng)過副回路的及時控制一般不影響爐出口溫度； 如果擾動的幅值較大， 雖然經(jīng)過副回路的及時校正， 仍影響爐出口溫度， 此時再由主回路進一步調節(jié)， 從而完全克服上述擾動， 使爐出口溫度調回到給定值上來。(2) 被加熱物料的流量和初溫變化 f1 一次擾動或主回路擾動擾動 f 1 使爐出口溫度變化時，主回路產生校正作用，克服人f1

27、 對爐出口溫度的影響。由于副回路的存在加快了校正作用，使擾動對爐出口溫度的影響比單回路系統(tǒng)時要小。(3) 一次擾動和二次擾動同時存在假設加熱爐串級系統(tǒng)中調節(jié)閥為氣開式，主、副調節(jié)器均為反作用。如果一、二次擾動的作用使主、 副被控參數(shù)同時增大或同時減少， 主、副調節(jié)器對調節(jié)閥的控制方向是一致的，即大幅度關小或開大閥門，加強控制作用，使爐出口溫度很快調回到給定值上。如果一、二次擾動的作用使主、副被控參數(shù)一個增大 (爐出口溫度升高 )，另一個減小 (燃料量減少，即爐膛溫度降低 )，此時主、副調節(jié)器控制調節(jié)閥的方向是相反的，調節(jié)閥的開度只要作較小變動即滿足控制要求。2) 主副調節(jié)器控制規(guī)律選擇在串級控

28、制系統(tǒng)中，主、副調節(jié)器所起的作用是不同的。主調節(jié)器起定值控制作用，副調節(jié)器起隨動控制作用，這是選擇控制規(guī)律的出發(fā)點。主參數(shù)是工藝操作的主要指標，允許波動的范圍比較小，一般要求無余差，因此，主調節(jié)器應選PI 或 PID 控制規(guī)律。副參數(shù)的設置是為了保證主參數(shù)的控制質量，可以在一定范圍內變化，允許有余差，因此副調節(jié)器只要選P 控制規(guī)律就可以了，一般不引入積分控制規(guī)律 (若采用積分規(guī)律， 會延長控制過程， 減弱副回路的快速作用 )，也不引入微分控制規(guī)律 (因為副回路本身起著快速作用，再引入微分規(guī)律會使調節(jié)閥動作過大，對控制不利 )。過程控制模擬試題（三）1、為什么說過程控制的控制過程多屬慢過程？（5

29、 分）2、簡述研究過程建模的主要目的及其建模方法（5 分）3、工業(yè)生產過程中常用的測溫方法有哪幾種? 它們有何特點？（ 5分）4、如何根據(jù)過程控制特性選擇控制參數(shù)？（10 分）5、過程控制系統(tǒng)的性能指標有哪些？（ 10分）6、簡述過程控制系統(tǒng)控制器的穩(wěn)定邊界法的工程整定方法。（ 10分）7、已知對某焙燒爐的投料量施加了從2.5t/h 突變到 2.89t/h的階躍擾動，測得焙燒爐出口爐氣的溫度變化如下表所示，試求1 ）畫出階躍響應曲線，2）求溫度對象的數(shù)學模型（一階加延時） 。（ 15分）時間 /s010203040506090溫度/ 797797797799801803805811時間 /s1

30、20150180240360420540630溫度/ 9178238288358478518548558、下圖為一出口物料溫度控制系統(tǒng)（要求物料溫度不能太低，防止結晶），試畫出該系統(tǒng)的框圖，并確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式和調節(jié)器的正、反作用方式。（20 分）9 、某聚合反應釜內進行放熱反應，釜溫過高會發(fā)生事故，為此采用夾套水冷卻。由于釜溫控制要求較高，且冷卻水溫度波動較大，故設置控制系統(tǒng)如下圖。1 ）試畫出其結構框圖，說明主變量和副變量是什么。2 ）簡述其控制過程。（ 20 分）過程控制模擬試題（三）答案1 、答案由于被控過程具有大慣性、大滯后 (大時延 )等特性，因此決定了過程控制的控制過程多

31、屬慢過程。另外，在石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、制藥等工業(yè)生產過程中，往往采用一些物理量和化學量(如溫度、壓力、流量、液位、成分、pH等 )來表征其生產過程是否正常，因此需要對上述過程參數(shù)進行自動檢測和自動控制，故過程控制多半為參量控制。2 、答案建模目的1 ）設計過程控制系統(tǒng)和整定調節(jié)器參數(shù)：在過程控制系統(tǒng)的分析、設計和整定時，是以被控過程的數(shù)學模型為依據(jù)的，它是極其重要的基礎資料。2 ）指導設計生產工藝設備：通過對生產工藝設備數(shù)學模型的分析和仿真，可以確定有關因素對整個被控過程動態(tài)特性的影響 (例如鍋爐受熱面的布置、 管徑大小、 介質參數(shù)的選擇等對整個鍋爐出口汽溫、 汽壓等動態(tài)特性的

32、影響 )，從而提出對生產設備的結構設計的合理要求和建議。3 ）進行仿真試驗研究：在實現(xiàn)生產過程自動化中，往往需要對一些復雜龐大的設備進行某些試驗研究，例如某單元機組及其控制系統(tǒng)能承受多大的沖擊電負荷，當沖擊電負荷過大時會造成什么后果。對于這種破壞性的試驗往往不允許在實際設備上進行，而只要根據(jù)過程的數(shù)學模型，通過計算機進行仿真試驗研究，就不需要建立小型的物理模型，從而可以節(jié)省時間和經(jīng)費。4 ）培訓運行操作人員：在現(xiàn)代生產過程自動化中，對于一些復雜的生產操作過程(例如大型電站機組的運行)都應該事先對操作人員進行實際操作培訓。隨著計算機仿真技術的發(fā)展，先建立這些復雜生產過程的數(shù)學模型(不需要建小型物

33、理模型)，而后通過仿真使之成為活的模型，在這樣的模型上，教練員可以安全、方便、多快好省地對運行操作人員進行培訓。建立過程數(shù)學模型的基本方法有機理分析法和試驗法兩種。3 、答案測量溫度的方法很多，從測量體與被測介質接觸與否來分，有接觸式測溫和非接觸式測溫兩類。接觸式測溫是通過測量體與被測介質的接觸來測量物體溫度的。在測量溫度時，測量體與被測介質接觸， 被測介質與測量體之間進行熱交換， 最后達到熱平衡，此時測量體的溫度就是被測介質的溫度。接觸式測溫的 主要特點是：方法簡單、可靠，測量精度高。但是由于測溫元件要與被測介質接觸進行熱交換，才能達到熱平衡，因而產生了滯后現(xiàn)象。同時測量體可能與被測介質產生

34、化學反應；此外測量體還受到耐高溫材料的限制，不能應用于很高溫度的測量。非接觸式測溫是通過接收被測介質發(fā)出的輻射熱來判斷溫度的。非接觸式測溫的主要特點是：測溫上限原則上不受限制；測溫速度較快，可以對運動體進行測量。但是它受到物體的輻射率、距離、煙塵和水汽等因素影響，測溫誤差較大。4 、答案選擇控制參數(shù)的一般原則是：1) 控制通道的放大系數(shù)愈好，在有純滯后K 0 要適當大一些；時間常數(shù)T0 要適當小一些；純滯后0愈小0的情況下，0和 T 0 之比應小一些( 小于 1) ，若其比值過大，則不利于控制。2) 擾動通道的放大系數(shù)K f 應盡可能?。粫r間常數(shù)了T f 要大；擾動引入系統(tǒng)的位置要靠近調節(jié)閥。

35、3) 當過程本身存在多個時間常數(shù)，在選擇控制參數(shù)時，應盡量設法把幾個時間常數(shù)錯開，使其中一個時間常數(shù)比其它時間常數(shù)大得多，同時注意減小第二、第三個時間常數(shù)。這一原則同樣適用于控制(調節(jié) )器、調節(jié)閥和測量變送器時間常數(shù)的選擇，控制器、調節(jié)閥和測量變送器(三者均為系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中的環(huán)節(jié)間常數(shù)應遠小于被控過程中最大的時間常數(shù)。5 、答案(一 )系統(tǒng)階躍響應性能指標1 ）余差 (靜態(tài)偏差 )C余差是指系統(tǒng)過渡過程終了時給定值與被控參數(shù)穩(wěn)態(tài)值之差。它是一個重要的靜態(tài)指標，一般要求余差不超過預定值或接近零。)的時2 ）衰減率衰減率是衡量系統(tǒng)過渡過程穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標。它可定義為隨動系統(tǒng)階躍給定的響應

36、曲線當中第一個超出穩(wěn)態(tài)值的波峰值B 1 減去第二個超出穩(wěn)態(tài)值的波峰值B2 之后除以B 1 ，即 =（B1-B2）/ B1。3 ）最大偏差A(或超調量 )對于定值系統(tǒng)來說， 最大偏差是指被控參數(shù)第一個波的峰值與給定值的差，最大偏差(或超調量 )是表示被控參數(shù)偏離給定值的程度，是衡量系統(tǒng)性能的一個重要指標。即4 ）過渡過程時間t s：過渡過程時間是指系統(tǒng)從受擾動作用時起，到被控參數(shù)進入新的穩(wěn)定值士5 的范圍內所經(jīng)歷的時間，是衡量控制快速性的指標。通常要求ts 愈短愈好。(二 )偏差積分性能指標偏差積分性能指標是以目標函數(shù)形式表示的，屬于綜合指標。常用的有1 ）偏差絕對值積分(IAE):J| e(t ) | dtmin02）偏差絕對值