過程控制系統(tǒng)試卷集

A試題一、填空題〔7小題，每空1分，共30分〕過程掌握系統(tǒng)可以簡化為調(diào)整器和廣義對(duì)象兩大局部其中廣義對(duì)象是 、 和 的組合。過程掌握系統(tǒng)依據(jù)被控變量的不同可分為 掌握系統(tǒng)掌握系統(tǒng)、掌握系統(tǒng)、 掌握系統(tǒng)和 掌握系統(tǒng)；依據(jù)被控變量的多少可分為 統(tǒng)和 掌握系統(tǒng)。評(píng)價(jià)過程掌握系統(tǒng)性能優(yōu)劣的指標(biāo)主要包括 、 和 三個(gè)方面。學(xué)模型是反映被控過程的輸出量和輸入量之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其中，對(duì)于參數(shù)模型，常用 、 、 、 等表示。國產(chǎn)調(diào)整閥的流量特性有 特性、 特性和 特性三種。單回路掌握系統(tǒng)是一種基于 的閉環(huán)反響掌握，前饋掌握系統(tǒng)是一種依據(jù) 進(jìn)展補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)，對(duì)于削減被控參數(shù) 偏差最為有效。串級(jí)掌握系統(tǒng)中，主回路是 系統(tǒng)，副回路是 系統(tǒng)比值掌握系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案有 方案和 方案。在前饋—反響系統(tǒng)中，掌握系統(tǒng)的 回路打算，對(duì)被調(diào)參數(shù)影響最顯著的主要干擾由 進(jìn)展補(bǔ)償。二、簡答題〔6題，每題6分，共36分〕并指出其特點(diǎn)。什么是被控過程的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，兩者之間有什么聯(lián)系。掌握參數(shù)的選擇應(yīng)當(dāng)遵守哪些原則？積分調(diào)整有何特點(diǎn)？的掌握系統(tǒng)是何種掌握系統(tǒng)。前饋掌握系統(tǒng)的有何特點(diǎn)？三、綜合分析題〔第1題10分，第2,3題各12分，共34分〕1．兩水槽串聯(lián)工作，如下圖，輸入量為QQ，Q。h，h為兩個(gè)水1 2 3 1 2槽的水位。C和C分別為兩個(gè)水槽的橫截面積即容量系數(shù)，三個(gè)閥門的液阻分別為R，1 2 1R，R，液位與流出量具有線性關(guān)系。選取2h為輸出變量，不考慮管道傳2 3 2輸延遲，請(qǐng)依據(jù)流量平衡關(guān)系列寫過程的微分方程組，并求取過程的傳遞函數(shù)G(s)

H(s)。2。Q(s)1R Q11h1水槽1

R Q22h2水槽2

R Q33精餾塔釜溫度與蒸汽流量的串級(jí)掌握系統(tǒng)如以下圖所示。生產(chǎn)工藝要求一旦發(fā)生事故規(guī)律及正、反作用方式。進(jìn)料進(jìn)料TCTT精餾塔FTFC蒸汽再沸器精餾產(chǎn)品以下圖為加熱爐掌握方案。要求：①畫出掌握系統(tǒng)的框圖；②說明該掌握系統(tǒng)的類型；TC原油FCTC原油FC燃料油過程掌握系統(tǒng)試卷A 一、填空(每空1分，共30分)：檢測(cè)元器件 變送器 執(zhí)行器 被控對(duì)象溫度 壓力 流量 液位 成份 單變量 多變量穩(wěn)定性 準(zhǔn)確性 快速性微分方程 差分方程 狀態(tài)方程 傳遞函數(shù)直線 等百分比(對(duì)數(shù)) 快開6.(被調(diào)量的)偏差 干擾量(的大小) 動(dòng)態(tài)定值掌握 隨動(dòng)掌握相乘 相除穩(wěn)定性 饋(調(diào)整器)636ITAEJ

te(t)dtmin；該指標(biāo)0對(duì)初始誤差和隨機(jī)誤差不敏感，可起到限制過度時(shí)間的作用。型在過程到達(dá)平衡時(shí)的特例。K0

T0要適當(dāng)小些純滯后 時(shí)間越小越好干擾通道的放大倍數(shù)K 應(yīng)盡可能小時(shí)間常數(shù)T0 f f應(yīng)盡可能大，容量數(shù)盡可能多，干擾信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)的位置盡可能遠(yuǎn)離被控參數(shù)而靠近調(diào)整閥；廣義被控對(duì)象由幾個(gè)一階慣性組成，其各時(shí)間常數(shù)應(yīng)盡可能錯(cuò)開，使其中一個(gè)比4.積分調(diào)整是一種無差調(diào)整，承受積分調(diào)整可以提高系統(tǒng)的無差度即提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)掌握P雖然在肯定程度上可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但會(huì)加劇系統(tǒng)的不穩(wěn)定程度。不變性原理就是指掌握系統(tǒng)的被調(diào)量與擾動(dòng)量確定無關(guān)或者在肯定準(zhǔn)確度下無關(guān)，也即被調(diào)量完全獨(dú)立或根本獨(dú)立；當(dāng)D(t)0時(shí)，由y(t)0(i1,2,...,n)；基于不變性原i理設(shè)計(jì)的掌握系統(tǒng)是前饋掌握系統(tǒng)。饋掌握只能抑制可測(cè)而不行控的擾動(dòng)；一種前饋掌握作用只能抑制一種干擾。1102,31234分)：1.解：依據(jù)動(dòng)態(tài)流量平衡關(guān)系，可以列出如下增量方程：dh 11 QQ

〔2分〕dt C 1 21hQ 2

1 〔2分〕R2dh 12 QQ

〔2分〕dt C 2 32hQ3

2 〔2分〕R3消去中間變量，解得過程輸入變量與輸出變量之間的傳遞函數(shù)為G(s)

H(s) R1RR1RRCs1RCs13

〔2分〕Q(s)

RCC

s2(RCRC

)112.解:①

2 1 3 2

2 3 1 2

2 1 3 2TrTCTrTCFC調(diào)整閥蒸汽管道再沸器塔TFTTT②依據(jù)工藝，故障時(shí)，調(diào)整閥必需關(guān)閉來切斷蒸汽供給，因此調(diào)整閥選擇氣開式，其〔2分〕③由于副被控參數(shù)是流量，因此副調(diào)整器承受PI且由于掌握通道的容量滯后比較大，主調(diào)整器承受PID〔2〕對(duì)于副環(huán)，閥門開主環(huán)，主調(diào)整器的正反作用只取決于主對(duì)象放大倍數(shù)的符號(hào)。主對(duì)象的輸入信號(hào)為蒸汽〔即副參數(shù)〔即主參數(shù)〔4〕3解：FCTr TC

FT

F原油流量GPD加熱 T爐TT① 〔6分〕〔2分〕〔2分〕TC會(huì)減小調(diào)整閥的開度進(jìn)而減小燃料的供給〔2分〕B試卷一、填空題〔9130〕過程掌握系統(tǒng)主要由 化儀表兩局部組成。自動(dòng)化儀表主要完成對(duì)過程參數(shù)的 、 和 等任務(wù)。被控過程的數(shù)學(xué)模型有 數(shù)學(xué)模型和 數(shù)學(xué)模型之分。過程的輸入變量至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱為通道， 至 信號(hào)聯(lián)系成為掌握通道， 到 之間的信號(hào)聯(lián)系稱為干擾通道。被控過程的數(shù)學(xué)模型是反映被控過程的輸出量和輸入量之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其中，對(duì)于非參數(shù)模型，常用 、 等表示。單回路掌握系統(tǒng)由 、 、 和 四個(gè)根本環(huán)節(jié)組成。過程掌握系統(tǒng)依據(jù)被控變量的給定值是否變化及如何變化可分為 掌握系統(tǒng)、 掌握系統(tǒng)、 掌握系統(tǒng)；依據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)造特點(diǎn)分為 掌握系統(tǒng)、 系統(tǒng)和 掌握系統(tǒng)。串級(jí)掌握系統(tǒng)中，主回路在過程掌握中起 的作用，副回路起 的作用。反響掌握的掌握作用發(fā)生在偏差消滅 ，前饋掌握的掌握作用發(fā)生在偏差消滅 。比值掌握系統(tǒng)中的非線性特性是指 的非線性特性，其根本解決方法是在 的輸出端加上 、使最終輸出信號(hào)與流量之間成 。二、簡答題〔6題，每題6分，共36分〕象數(shù)學(xué)模型？衡量過程掌握系統(tǒng)性能優(yōu)劣的綜合性能指標(biāo)中，IAE并指出其特點(diǎn)。被控參數(shù)的選擇應(yīng)當(dāng)遵守哪些原則？比例調(diào)整有何特點(diǎn)？什么是比值掌握系統(tǒng)，比值掌握系統(tǒng)有哪幾種類型。前饋—反響掌握系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是什么？三、綜合分析題〔共3題，第1題10分，第2,3題各12分，共34分〕1．兩水槽并聯(lián)工作，如下圖，輸入量為QQ，Q。h，h為兩個(gè)水1 2 3 1 2槽的水位。C和C分別為兩個(gè)水槽的橫截面積即容量系數(shù)，三個(gè)閥門的液阻分別為R，1 2 1R，R，液位與流出量具有線性關(guān)系。選取2h為輸出變量，不考慮管道傳2 3 2輸延遲，請(qǐng)依據(jù)流量平衡關(guān)系列寫過程的微分方程組，并求取過程的傳遞函數(shù)G(s)

H(s)。2。Q(s)1R1R1Q1hQ21h2水槽1RR32水槽23某化學(xué)反響過程要求參與反響的兩種物料保持F：F=4:3的比例，兩物料的最大流1 2F=500m3/h，F(xiàn)=210m3/h，通過觀看覺察A、B1max 2max流量計(jì)，計(jì)算比值系數(shù)K’(選用DDZ-III型儀表)③選擇調(diào)整閥的開、閉形式和調(diào)整器的正反作用方式。以下圖為加熱爐掌握方案。要求：①畫出掌握系統(tǒng)的框圖；②說明該掌握系統(tǒng)的類型；③為什么該系統(tǒng)不是串級(jí)掌握系統(tǒng)；④前饋調(diào)整器應(yīng)當(dāng)承受何種掌握律。TC原油FC燃料油過程掌握系統(tǒng)B 一、填空(每空1分，共30分)：被控過程 自動(dòng)檢測(cè) 自動(dòng)顯示 自動(dòng)掌握靜態(tài) 動(dòng)態(tài)掌握作用 輸出變量 干擾作用 輸出變量曲線 表格5.被控對(duì)象〔被控過程〕測(cè)量變送裝置調(diào)整器調(diào)整閥6.定值 隨動(dòng) 程序反響前饋前饋—反響復(fù)合7.細(xì)調(diào) 粗調(diào)8.后 前9.測(cè)量變送器差壓變送器開方器線性關(guān)系6分，共36分)：主要有三種，分別是機(jī)理法、試驗(yàn)法、機(jī)理法和試驗(yàn)法相結(jié)合的混合法。首先，依據(jù)〕，稱為過估量。IAEJ0

e(tdtmin；該指標(biāo)可以避開正負(fù)偏差相互抵消，使大小偏差都起到相應(yīng)的積分作用。選擇對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)具有打算性作用的、可直控參數(shù)的選取，還需考慮工藝過程的合理性和國內(nèi)外儀表生產(chǎn)的現(xiàn)狀。比例調(diào)整動(dòng)作快，抑制干擾力量強(qiáng)，且抑制偏差的力量隨著偏差的增大而增加；比例僅可以減小系統(tǒng)的靜差，而且可以降低系統(tǒng)的慣性，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。5．實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合肯定比值關(guān)系的掌握系統(tǒng)，稱為比值掌握系統(tǒng)。常見比值掌握系統(tǒng)、串級(jí)和比值掌握組合的系統(tǒng)、具有規(guī)律關(guān)系的比值掌握系統(tǒng)。6.對(duì)被調(diào)參數(shù)影響最顯著的主要干擾由前饋進(jìn)展補(bǔ)償，而其余次要的干擾可依靠反響來模型特性也要變化，可由反響掌握加以補(bǔ)償，因此具有肯定的自適應(yīng)力量。三、綜合分析題(第110分，第2,3題各1234分)：解：依據(jù)動(dòng)態(tài)流量平衡關(guān)系，可以列出如下增量方程：dh 11

Q

〔2〕分dt C1h

1 2hQ2dh

1 2 〔2〕分R21 2 QQ

〔2〕分dt C 2 32hQ3

2 〔2〕分R3消去中間變量，解得過程輸入變量與輸出變量之間的傳遞函數(shù)為G(s)

H(s) R2 3

〔2分〕Q(s) RRCCs2(RCRCRC

)s11 2 3 1 2 2 1 3 2 3 1解:①由于主、副流量都會(huì)發(fā)生變化，因此承受雙閉環(huán)比值掌握方案。F1F1FT1FC1KFT2FC2F2②選擇帶開方器的差壓式流量計(jì)。依據(jù)生產(chǎn)工藝要求K=F F〔4〕〔4〕

=3/4，折算成儀表的比值1max系數(shù)為：K=KF1max2max

4210③依據(jù)工藝要求，為了在故障時(shí)保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)中選擇氣開式調(diào)整閥〔靜態(tài)放大系〔4分〕3解：①FTTrTC FC

F原油流量GPD加熱 T爐TT〔2分〕

〔5分〕〔2分〕④該系統(tǒng)相當(dāng)于將前饋掌握器FC移動(dòng)到了掌握回路內(nèi)，此時(shí)，可以承受P掌握器，則對(duì)原油流量的變化仍能通過FC來轉(zhuǎn)變?nèi)剂嫌偷牧髁?，起到靜態(tài)前饋的作用，但是不能〔3分〕C試題一、填空題〔15空，每空2分，共30分〕過程掌握系統(tǒng)可以簡化為調(diào)整器和 兩大局部。余差為零的過程掌握系統(tǒng)稱為 調(diào)整系統(tǒng)。建立被控過程數(shù)學(xué)模型的方法主要有三種，分別是試驗(yàn)法、 法和混合法。個(gè)掌握過程處于平衡狀態(tài)當(dāng)其受到干擾時(shí)其輸出量在無人或者無掌握裝置干預(yù)下，能夠自動(dòng)恢復(fù)到原來或者的平衡態(tài)，則稱該過程具有 特性。響應(yīng)曲線法是通過測(cè)取過程的 響應(yīng)曲線或 響應(yīng)曲線來辨識(shí)數(shù)學(xué)模型的。常用的調(diào)整器參數(shù)的工程整定方法中，屬于開環(huán)整定方法的是 法。國產(chǎn)調(diào)整閥流量特性有直線特性、等百分比特性和 特性三種。串級(jí)掌握系統(tǒng)中，位于副回路的干擾稱為 干擾。基于 組成的自動(dòng)掌握系統(tǒng)稱為前饋掌握系統(tǒng)。在前饋—反響掌握系統(tǒng)中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性由 掌握來保證，而由 效減小因主要干擾所致的被控量的動(dòng)態(tài)偏差。生產(chǎn)過程中保護(hù)性措施有硬保護(hù)措施和軟保護(hù)措施兩種，其中選擇性掌握系統(tǒng)屬于 保護(hù)措施。開關(guān)型選擇性掌握系統(tǒng)一般用于系統(tǒng)的 保護(hù)。一種構(gòu)造形式的掌握系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)均勻掌握主要在于 定。二、簡答題〔共3題，每題8分，共24分〕衡量過程掌握系統(tǒng)性能優(yōu)劣的綜合性能指標(biāo)中，ISE并指出其特點(diǎn)。某個(gè)單回路過程掌握系統(tǒng)，被控過程的靜態(tài)放大系數(shù)Ko注：需要給出分析過程，只給出最終結(jié)果不得分。F1F2F1T表示，主流量變送器用F2T表示，比值掌握器用K表示，主流量掌握器用F1C表示，副流量掌握器用F2C表示，主Gp1表示，副對(duì)象用Gp2表示，主調(diào)整閥用GV1表示，副調(diào)整閥用GV2表示，主流量給定用F1r表示，試畫出用上述各部件的英文表示所組成的雙閉環(huán)比值掌握系統(tǒng)的等效方塊構(gòu)造圖〔留意：框圖中不允許消滅中文說明，否則不得分。并說明當(dāng)主流量發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)會(huì)如何自行調(diào)整來保持肯定的比值關(guān)系？三、綜合分析題〔第1題10分，第2,3,4題各12分，共46分〕〔40±2〕℃，考慮安全因素，要求掌握過程中溫度偏離設(shè)定值不得超過6℃?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的定值溫度掌握系統(tǒng)，在最大階躍擾動(dòng)作用下的過渡過程曲線如以下圖，試求最大偏差、衰減比、余差、過渡時(shí)間〔2%穩(wěn)態(tài)值即到達(dá)穩(wěn)定來確定〕和振蕩周期。單容水槽如下圖，輸入量為Q，由排水泵掌握流出量Q保持恒定，h1 2的水位。A為水槽的橫截面積即容量系數(shù)，閥門的液阻為R。選取Q為過程的輸入變1 1量，水槽水位h為過程的輸出變量，不考慮管道傳輸延遲，請(qǐng)依據(jù)流量平衡關(guān)系列寫過程的微分方程組，并求取過程的傳遞函數(shù)G(s) H(s)。Q(s)1RQR1 1hQh2水槽以下圖為加熱爐掌握方案，原料油在加熱爐中被加熱到給定溫度。要求：①畫出掌握的氣開、氣關(guān)形式和調(diào)整器的正、反作用方式。此設(shè)計(jì)如以下圖構(gòu)造所示的掌握系統(tǒng)來滿足生產(chǎn)要求。①畫出該掌握系統(tǒng)的框圖；②說明④當(dāng)冷卻水溫度上升時(shí)，簡述系統(tǒng)的掌握過程。過程掌握系統(tǒng)試卷C 一、填空(每空2分，共30分)：1.廣義對(duì)象 2.無差3.機(jī)理4.自衡5.階躍脈沖6.反響曲線7.快開8.二次9.不變性原理10.反響 前饋11.軟12.限值13.調(diào)整器二、簡答題(每題8分，共24分)：ISEJ

e(t)2dtmin；該指標(biāo)加大了對(duì)大偏差0〔8分〕由于被控對(duì)象的靜態(tài)放大系數(shù)Ko“﹣Kv變送器的靜態(tài)放大系數(shù)KmKc×Kv×