過(guò)程控制練習(xí)題(帶答案)教程文件

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案)

練習(xí)題

一、填空題

1．定比值控制系統(tǒng)包括：（開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)）、（單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)）和（雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)）。

2．控制閥的開(kāi)閉形式有（氣開(kāi)）和（氣關(guān)）。

3．對(duì)于對(duì)象容量滯后大和干擾較多時(shí)，可引入輔助變量構(gòu)成（串級(jí)）控制系統(tǒng)，使等效對(duì)象時(shí)光常數(shù)（削減），提高串級(jí)控制系統(tǒng)的工作頻率。

4．測(cè)量滯后包括測(cè)量環(huán)節(jié)的（容量滯后）和信號(hào)測(cè)量過(guò)程的（純滯后）。5．鍋爐汽包水位常用控制計(jì)劃為：（單沖量水位控制系統(tǒng)）、（雙沖量控制系統(tǒng)）、（三沖量控制系統(tǒng)）。

6．泵可分為（容積式）和（離心式）兩類(lèi)，其控制計(jì)劃主要有：（出口直接節(jié)流）、（調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速）、（調(diào)整旁路流量）。

7．精餾塔的控制目標(biāo)是，在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，使塔的總收益最大或總成本最小。詳細(xì)對(duì)一個(gè)精餾塔來(lái)說(shuō)，需從四個(gè)方面考慮，設(shè)置須要的控制系統(tǒng)，分離是：物料平衡控制、（能量平衡控制）、（約束條件控制）和（質(zhì)量控制）。

1.前饋控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式包括：?jiǎn)渭兊那梆伩刂葡到y(tǒng)、（前饋反饋控制系統(tǒng)）和（多變量前饋控制系統(tǒng)）。

2.反饋控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)回路，它是按著（偏差）舉行控制的；前饋控制系統(tǒng)是按（擾動(dòng)）舉行的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。

3.挑選性控制系統(tǒng)的類(lèi)型包括：（開(kāi)關(guān)型）、（延續(xù)型）和（混合型）。

4.常用控制閥的特性為（線性）、（快開(kāi)）、（對(duì)數(shù)）、和（拋物線）特性。

5.閥位控制系統(tǒng)就是在綜合考慮操縱變量的（迅速性）、（經(jīng)濟(jì)性）、（合理性）、和（有效性）基礎(chǔ)上進(jìn)展起來(lái)的一種控制系統(tǒng)。

6.壓縮機(jī)的控制計(jì)劃主要有：（調(diào)速）、（旁路）和節(jié)流。

7.化學(xué)反應(yīng)器在石油、化工生產(chǎn)中占有很重要的地位，對(duì)它的控制普通有四個(gè)方面，

分離是：物料平衡控制、（能量平衡控制）、（質(zhì)量控制）和（約束條件控制）。

二、簡(jiǎn)答題

1．說(shuō)明生產(chǎn)過(guò)程中軟庇護(hù)措施與硬庇護(hù)措施的區(qū)分。

答：所謂生產(chǎn)的軟庇護(hù)措施，就是當(dāng)生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常狀況時(shí)，無(wú)須像硬庇護(hù)措施那樣硬性使設(shè)備停車(chē)，而是通過(guò)一個(gè)特定設(shè)計(jì)的自動(dòng)挑選性控制系統(tǒng)，以適當(dāng)轉(zhuǎn)變控制方式來(lái)達(dá)到自動(dòng)庇護(hù)生產(chǎn)的目的。這樣就可以削減因?yàn)橥＼?chē)而帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失。而硬庇護(hù)措施將使得生產(chǎn)設(shè)備停車(chē)。

2．前饋控制主要應(yīng)用在什么場(chǎng)合？

答：前饋控制主要用于下列場(chǎng)合：

(1)干擾幅值大而頻繁，對(duì)被控變量影響強(qiáng)烈，單純反饋控制達(dá)不到要求時(shí)；(2)主要干擾是可測(cè)不行控的變量；

(3)對(duì)象的控制通道滯后大，反饋控制不準(zhǔn)時(shí)，控制質(zhì)量差時(shí)，可采納前饋一反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。

3．怎樣挑選串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器的控制邏輯?

答：串級(jí)控制系統(tǒng)的目的是為了高精度地穩(wěn)定主變量，對(duì)主變量要求較高，普通不允

許有余差，所以主控制器普通挑選比例積分控制邏輯，當(dāng)對(duì)象滯后較大時(shí)，也可引入適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔谩?/p>

串級(jí)控制系統(tǒng)中對(duì)副變量的要求不嚴(yán)。在控制過(guò)程中，副變量是不斷尾隨主控制器的輸出變化而變化的，所以副控制器普通采納比例控制邏輯就行了，須要時(shí)引入適當(dāng)?shù)姆e分作用，而微分作用普通是不需要的。

4．簡(jiǎn)述勻稱控制系統(tǒng)的控制計(jì)劃。

答：以液位與流量的勻稱控制為例，其控制計(jì)劃有容易勻稱控制與串級(jí)勻稱控制兩種。從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，容易勻稱控制與普通的液位控制系統(tǒng)一樣，串級(jí)勻稱控制與普通的液位

-流量串級(jí)控制系統(tǒng)一樣。其區(qū)分在于勻稱控制與普通的控制系統(tǒng)目的不一樣。之所以能夠使兩個(gè)變量間的關(guān)系得到協(xié)調(diào)，是通過(guò)控制器參數(shù)整定來(lái)實(shí)現(xiàn)的。勻稱控制系統(tǒng)中的控制器普通都采納純比例作用，且比例度很大，須要時(shí)才引入少量的積分作用。

5．分程控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用場(chǎng)合有哪些?

答：分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合主要有：(1)用于擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，改善控制品質(zhì)；(2)用于控制兩種不同的介質(zhì)流量，以滿足工藝生產(chǎn)的要求，(3)用作生產(chǎn)平安的防護(hù)措施。

1.積分飽和的危害是什么?有哪幾種主要的抗積分飽和措施?

答：當(dāng)控制器處于積分飽和狀態(tài)時(shí)，它的輸出將達(dá)到最大或最小的極限值，該極限值已超出執(zhí)行器的有效輸入信號(hào)范圍，所以當(dāng)有控制信號(hào)來(lái)的時(shí)候控制器就無(wú)法準(zhǔn)時(shí)響應(yīng)，必需等待其退出積分飽和才干響應(yīng)，這樣會(huì)對(duì)系統(tǒng)的工作帶來(lái)嚴(yán)峻的后果，甚至?xí)斐墒鹿??？狗e分飽和的主要辦法有限幅法、外反饋法和積分切除法。

2.前饋控制與反饋控制的主要區(qū)分有哪些?

答：前饋控制與反饋控制的主要區(qū)分有以下：

反饋控制前饋控制

1）控制的依據(jù)被控變量的偏差干擾量的大小

2）檢測(cè)的信號(hào)被控變量干擾量

3）控制作用發(fā)生的時(shí)光偏差浮現(xiàn)后偏差浮現(xiàn)前

4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)閉環(huán)控制開(kāi)環(huán)控制

5）控制質(zhì)量有差控制無(wú)差控制

6）控制器通用PID專(zhuān)用控制器

7）經(jīng)濟(jì)性和牢靠性一種系統(tǒng)可克服多種干擾對(duì)每一種都要有一個(gè)控制系統(tǒng)3.什么叫比值控制系統(tǒng)?其類(lèi)型有哪些？

答：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。通常為流量比值控制系統(tǒng)，用來(lái)保持兩種物料的流量保持一定的比值關(guān)系。類(lèi)型有：開(kāi)環(huán)比值、單閉環(huán)和雙閉環(huán)，以及變比值控制等。

4.串級(jí)控制系統(tǒng)中副變量應(yīng)如何挑選?

答：串級(jí)控制系統(tǒng)中副變量的挑選原則是：

(1)主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系，副變量的變化應(yīng)在很大程度上能影響主變量的變化；

(2)通過(guò)對(duì)副變量的挑選，使所構(gòu)成的副回路能包含系統(tǒng)的主要干擾；

(3)在可能的狀況下，應(yīng)使副回路包含更多的主要干擾，但副變量又不能離主變量太近；

(4)副變量的挑選應(yīng)考慮到主、副對(duì)象時(shí)光常數(shù)的匹配，以防“共振”的發(fā)生

5.什么是多沖量控制系統(tǒng)?主要應(yīng)用場(chǎng)合是什么？

所謂多沖量控制系統(tǒng)，是指在控制系統(tǒng)中，有多個(gè)變量信號(hào)，經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)算后，共同控制一只執(zhí)行器，以使某個(gè)被控的工藝變量有較高的控制質(zhì)量。

多沖量控制系統(tǒng)這個(gè)名稱主要在鍋爐的給水系統(tǒng)控制中應(yīng)用比較廣泛。

三、分析題

1、圖示為某管式加熱爐原油出口溫度分程控制系統(tǒng)，兩分程閥分離設(shè)置在瓦斯氣和燃料油

管線上。工藝要求優(yōu)先使用瓦斯氣供熱，惟獨(dú)瓦斯氣量不足以提供所需熱量時(shí)，才打開(kāi)

燃料油控制閥作為補(bǔ)充。按照上述要求確定：

1）A、B兩控制閥的開(kāi)閉形式及每個(gè)閥的工作信號(hào)段（假定分程點(diǎn)為

0.06MPa）；

2）確定控制器的正、反作用；

3）畫(huà)出該系統(tǒng)的方塊圖，并簡(jiǎn)述該系統(tǒng)的工作原理。

解：1）A、B均為氣開(kāi)式

A：0.02~0.06MPa；B：0.06~0.10MPa

2）控制器為“反作用”

3）系統(tǒng)方塊圖

工作原理：（1）當(dāng)出口溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，僅A閥打開(kāi)工作，B關(guān)閉；

（2）當(dāng)出口溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，A和B閥同時(shí)工作。

2、圖示為油品儲(chǔ)罐N2封分程控制系統(tǒng)。其工作原理為：1）向油罐注油時(shí)，排空氣；

2）從油罐抽油時(shí)，放氮?dú)?。按照已知?nèi)容確定：

1）控制閥A和B的類(lèi)型，確定控制器的正、反作用；

2）控制閥A和B的分程區(qū)域；

3）畫(huà)出該系統(tǒng)的方塊圖，并簡(jiǎn)述該系統(tǒng)的工作原理。

解：1）控制閥A應(yīng)選氣開(kāi)閥，則控制器應(yīng)為反作用，B閥應(yīng)選氣閉。

2）分程區(qū)域：為了保證平安，不使貯罐壓力過(guò)高，能源中斷時(shí)氮?dú)忾yA應(yīng)當(dāng)關(guān)閉，放空

閥B打開(kāi)，所以B閥應(yīng)在小信號(hào)段，A閥在高信號(hào)段。

3）系統(tǒng)方塊圖

工作原理：A閥（充N(xiāo)2）采納氣開(kāi)式，B閥（放空）為氣閉式，控制器為反作用。

（1）向油罐注油時(shí)P↑→PC↓（0.06MPa）→B閥全關(guān)、A閥開(kāi)→P↑。

四、計(jì)算題

1、某前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)如圖所示。已知：

要求：1）匯出該系統(tǒng)的方塊圖；2）計(jì)算前饋控制器的數(shù)學(xué)模型。解：1）系統(tǒng)方塊圖

2）前饋控制器的數(shù)學(xué)模型

2、在甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，為了保證甲烷的轉(zhuǎn)化率，就必需保持自然?氣、水蒸汽和空氣之

間成一定的比值（1：3：1.4）。工藝生產(chǎn)中最大負(fù)荷為：水蒸氣流量的最大值Fsmax=31100

m3/h；空氣流量的最大值Famax=14000m3/h；自然?氣流量的最大值

Fnmax=11000m3/h。

現(xiàn)采納差壓法測(cè)量流量，未經(jīng)開(kāi)方運(yùn)算，系統(tǒng)組成如圖示：

1）說(shuō)明控制系統(tǒng)的類(lèi)型；

2）畫(huà)出系統(tǒng)方框圖；

3）分離計(jì)算比值系數(shù)。

解：1）控制系統(tǒng)的類(lèi)型：兩個(gè)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的混合（2分）2）系統(tǒng)方塊圖（5分）

（方塊圖中F1、F2、F3分離為自然?氣、水蒸汽和空氣）

五、綜合題

1、下圖為鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖，

其任務(wù)是按照生產(chǎn)負(fù)荷的需要，供給一定壓力或

溫度的蒸汽，同時(shí)使得鍋爐在平安、經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行。試分析：

1）鍋爐設(shè)備需要哪些主要的控制系統(tǒng)，說(shuō)明各個(gè)系統(tǒng)的被控變量和控制變量；2）為汽包水位設(shè)計(jì)一個(gè)雙沖量控制系統(tǒng)，畫(huà)出其原理圖。

答：1）主要控制系統(tǒng)：（12分）

（1）鍋爐汽包水位控制：汽包水位作為被控變量，給水流量作為操縱變量。（2）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制：

被控變量：蒸汽壓力（負(fù)荷），煙氣成方（經(jīng)濟(jì)燃燒指標(biāo)）和爐膛負(fù)壓；

操縱變量：燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量。

（3）過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制：

被控變量為過(guò)熱蒸汽溫度，操作變量為減溫器的噴水量；

（4）鍋爐水處理過(guò)程的控制：

普通采納離子交換樹(shù)脂對(duì)水舉行軟化處理；另外采納蒸汽加熱舉行除氧處理。

2）雙沖量控制系統(tǒng)原理圖（8分）

2、加熱爐設(shè)備的主要任務(wù)是按照生產(chǎn)需要，將工藝介質(zhì)加熱到一定溫度。試說(shuō)明：

1）設(shè)置燃油加熱爐的平安聯(lián)鎖庇護(hù)系統(tǒng)的作用是什么？

2）可能產(chǎn)生事故的緣由是什么？相對(duì)應(yīng)的平安聯(lián)鎖庇護(hù)系統(tǒng)有哪些？并說(shuō)明軟硬庇護(hù)。

3）為燃油加熱爐平安聯(lián)鎖庇護(hù)控制系統(tǒng)，畫(huà)出其原理圖。

4）確定控制閥的氣開(kāi)氣關(guān)型式、溫度控制器的正反作用形式和挑選器的凹凸挑選型式。

答：

1）設(shè)置燃油加熱爐的平安聯(lián)鎖庇護(hù)系統(tǒng)的作用是為平安生產(chǎn)、防止事故。

2）燃油加熱爐可能浮現(xiàn)如下事故：

①工藝介質(zhì)流量過(guò)小或中斷，切斷燃料油（工藝介質(zhì)流量檢測(cè)聯(lián)鎖庇護(hù)系統(tǒng)FT102）；

②燃料油壓力過(guò)低會(huì)回火（燃料油流量檢測(cè)聯(lián)鎖庇護(hù)系統(tǒng)FT101）；

③燃料油壓力過(guò)高會(huì)脫火（燃料油壓力過(guò)高挑選性控制系統(tǒng)PT101）；

④某種緣由