過程控制試題及答案

三：簡答題32分1.什么是PID，它有哪三個(gè)參數(shù)，各有什么作用?怎樣控制？

答：

PID是比例-積分-微分的簡稱。其三個(gè)參數(shù)及作用分別為：（1）比例參數(shù)KC，作用是加快調(diào)節(jié)，減小穩(wěn)態(tài)誤差。（2）積分參數(shù)Ki，作用是減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度（3）微分參數(shù)Kd，作用是能遇見偏差變化趨勢(shì)，產(chǎn)生超前控制作用，減少超調(diào)量，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。2．正反方向判斷氣開氣關(guān),如何選擇？P84答：所謂起開式，是指當(dāng)氣體的壓力信號(hào)增大時(shí)，閥門開大；氣關(guān)式則相反，壓力增大時(shí)，閥門關(guān)小。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣開氣關(guān)形式的選擇，主要從工藝生產(chǎn)的安全來考慮的。詳見例題3-5氣開氣關(guān)調(diào)節(jié)閥的選擇主要是從生產(chǎn)安全角度和工藝要求考慮的，當(dāng)信號(hào)壓力中斷時(shí)應(yīng)避免損壞設(shè)備和傷害操作人員。如閥門處于開的位置時(shí)危害性小，則應(yīng)選氣關(guān)式反之選用氣開式。

3.控制器正反方向判斷P133答：所謂作用方向，就是指輸入作用后，輸出的變化方向。當(dāng)輸入增加時(shí)，輸出也增加，則成該環(huán)節(jié)為“正環(huán)節(jié)”，反之，當(dāng)輸入增加時(shí)，輸出減少，則稱“反作用”。具體步驟（1），判斷被控對(duì)象的正/反作用那個(gè)方向，主要由工藝機(jī)理確定。（2）確定執(zhí)行器的正/反作用方向由安全工藝條件決定。（3）確定廣義對(duì)象的正/反作用方向（4）確定執(zhí)行器的正/反作用方向

4.串級(jí)系統(tǒng)方框圖P176及特點(diǎn)是什么？答：特點(diǎn)（1）減小了被控對(duì)象的等效時(shí)間常數(shù)；（2）提高了系統(tǒng)工作頻率；（3）對(duì)負(fù)載變化有一定的自適應(yīng)能力。

5.前饋反饋的區(qū)別有哪些？答：（1）控制依據(jù)：反饋控制的本質(zhì)是“基于偏差來消除偏差”，前饋控制是“基于擾動(dòng)消除擾動(dòng)對(duì)被控量的影響”。

（2）控制作用發(fā)生時(shí)間方面：反饋控制器的動(dòng)作總是落后于擾動(dòng)作用的發(fā)生，是一種“不及時(shí)”的控制；擾動(dòng)發(fā)生后，前饋控制器及時(shí)動(dòng)作。

（3）控制結(jié)構(gòu)方面:反饋為閉環(huán)控制，存在穩(wěn)定性問題，即使閉環(huán)環(huán)節(jié)中每個(gè)系統(tǒng)都是穩(wěn)定的，但閉環(huán)后穩(wěn)定與否，還需要進(jìn)一步分析；前饋屬于開環(huán)控制，各環(huán)節(jié)穩(wěn)定，系統(tǒng)必然穩(wěn)定。

（4）校正范圍方面：反饋對(duì)各種擾動(dòng)都有校核作用；前饋，只對(duì)被校核的前饋擾動(dòng)有校正作用，其他則沒有。（5）控制規(guī)律方面：反饋通常是PPIPDPID等典型規(guī)律；前饋控制規(guī)律較為復(fù)雜，不好掌握。四：計(jì)算題20分1.

穩(wěn)態(tài)誤差衰減比超調(diào)量的計(jì)算，詳見課本第九頁例題。2.

數(shù)學(xué)建模類大題。

簡答題（40分）過程控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么？熱電阻在使用時(shí)要注意什么？為什么？請(qǐng)畫出具體電路！何謂調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式？在選用氣動(dòng)執(zhí)行器時(shí)需考慮哪些內(nèi)容？前饋控制與反饋控制各有什么特點(diǎn)？什么是比值控制系統(tǒng)？請(qǐng)畫出一個(gè)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖示為氯乙烯裝置中的聚合反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)，氯乙烯在釜中進(jìn)行聚合反應(yīng)生成聚氯乙烯。反應(yīng)中放出的熱量由夾套中流動(dòng)的冷卻水源源不斷地帶走。聚合反應(yīng)·釜的反應(yīng)溫度是聚合反應(yīng)生產(chǎn)中的最重要參數(shù)。如果反應(yīng)溫度高于給定值，會(huì)使產(chǎn)品報(bào)廢，甚至?xí)鸨āＨ绻磻?yīng)溫度低于給定值，會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量下降。為使反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度為恒值，設(shè)計(jì)了圖示的控制系統(tǒng)。試確定圖中所有控制系統(tǒng)的類型并畫出結(jié)構(gòu)圖。試確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式以及調(diào)節(jié)器的正反作用。（10分）反應(yīng)釜反應(yīng)釜氯乙烯冷卻水水夾套出料TT1TC1TT2TC2三、簡答題（40分）過程控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么？溫度檢測儀表可分為哪兩大類？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？圖示為一充滿介質(zhì)的管道，現(xiàn)欲測量流動(dòng)介質(zhì)的溫度。請(qǐng)畫出熱電偶安裝位置！熱電偶在使用時(shí)要注意什么？何謂調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式？在選用氣動(dòng)執(zhí)行器時(shí)需考慮哪些內(nèi)容？前饋控制能否單獨(dú)使用？為什么？四、在石油化工生產(chǎn)過程中，常常利用液態(tài)丙烯汽化吸收裂解氣體的熱量，使裂解氣體的溫度下降到規(guī)定數(shù)值上。圖中是一個(gè)簡化的丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)。被冷卻的物料是乙烯裂解氣，其溫度要求控制在（15±1.5）℃。如果溫度太高，冷卻后的氣體會(huì)包含過多的水分，對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品造成質(zhì)量下降；如果溫度太低，乙烯裂解氣會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶析出，杜塞管道。圖6-3指出系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操作變量各是什么？試畫出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。試確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式以及調(diào)節(jié)器的正反作用。（10分）五、在環(huán)保中為了消除工廠煙道氣中SO2等有害氣體對(duì)大氣的污染，其方法之一是將煙道氣送入高速旋轉(zhuǎn)的吸收塔內(nèi)與霧狀石灰水即Ca（OH）2反應(yīng)。Ca（OH）2與SO2反應(yīng)生成CaSO4沉淀，從而消除了SO2，保護(hù)了環(huán)境。為了提高SO2的吸收效率，在煙氣進(jìn)入吸收塔之前必須使其溫度控制在150℃，若當(dāng)煙氣溫度過低時(shí)則用蒸汽加熱。當(dāng)溫度過高時(shí)，可用冷空氣對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足吸收效率的要求，試設(shè)計(jì)一個(gè)過程控制系統(tǒng)。（20去吸收塔去吸收塔煙囪煙囪蒸汽冷空氣蒸汽冷空氣二、填空1、答：變送器2、答：隨動(dòng)系統(tǒng)3、答：單位面積上的壓力即物理學(xué)上的壓強(qiáng)。4、答：單位時(shí)間內(nèi)流過管道截面流體的體積。5、答：。20-100KPa6、答：當(dāng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)在不需要人工和設(shè)備的干預(yù)下，能重新取得平衡三、簡答題過程控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么？答：（1）、系統(tǒng)由系列生產(chǎn)的過程檢測控制儀表組成（2）、被控對(duì)象的多樣性（3）、控制方案的多樣性（4）、控制過程屬慢過程（5）、定值控制是過程控制中的一種主要控制形式。答：分接觸式測溫和非接觸式測溫。接觸式測溫的優(yōu)點(diǎn)：簡單、可靠，測量精度高。缺點(diǎn)：有滯后，有上限。非接觸式測溫的優(yōu)點(diǎn)：測量范圍廣，無上限，速度快缺點(diǎn)：誤差大熱電偶使用時(shí)要使用補(bǔ)償導(dǎo)線和冷端溫度補(bǔ)償，熱電偶在使用補(bǔ)償導(dǎo)線和冷端溫度補(bǔ)償。使用補(bǔ)償導(dǎo)線是因?yàn)闊犭娕加少F重金屬做成，而熱電偶到變送器距離較遠(yuǎn)，使用貴重金屬則太貴，而使用與貴重金屬特性相近的便宜金屬代替，這就是補(bǔ)償導(dǎo)線。熱電偶的分度表是在冷端溫度為0℃，而在正常使用時(shí)很難保證環(huán)境溫度為0這樣會(huì)使測量出來的電動(dòng)勢(shì)有誤差，因此必須采用冷端溫度補(bǔ)償電路。4答：氣開閥：有控制氣壓信號(hào)（即調(diào)節(jié)器有輸出信號(hào)）時(shí)閥門打開、無控制氣壓信號(hào)（即調(diào)節(jié)器有輸出信號(hào)）時(shí)閥門關(guān)閉。氣關(guān)閥：無控制氣壓信號(hào)（即調(diào)節(jié)器有輸出信號(hào)）時(shí)閥門打開、有控制氣壓信號(hào)（即調(diào)節(jié)器有輸出信號(hào)）時(shí)閥門關(guān)閉。在選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)要注意：（1）、調(diào)節(jié)閥的尺寸。（2）、氣開、氣關(guān)的選擇（3）、調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇（4）調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)5、答：不能單獨(dú)使用。原因：1、開環(huán)控制2、只能針對(duì)一種擾動(dòng)3、只能對(duì)可測不可控制的擾動(dòng)。4、前饋調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)起來較困難。四、解：答：（１）被控對(duì)象為丙烯冷卻器；被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度；操作變量為氣態(tài)丙烯的流量。該系統(tǒng)的方塊圖如圖所示。調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)，調(diào)節(jié)器的正作用。為確保事故狀態(tài)下設(shè)備和人身安全，調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥為保證系統(tǒng)是負(fù)反饋，己知對(duì)象為負(fù)作用的對(duì)象，所以空氣流量調(diào)節(jié)器為正作用。五、答：根據(jù)題意1、可選擇出口處煙氣溫度為被控參數(shù)。2、可分別選擇蒸汽和冷空氣作控制參數(shù)。3、應(yīng)該選用分程控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其原理框圖如下：調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥1對(duì)象測量變送調(diào)節(jié)閥24、因?yàn)闊煔鉁囟葹?50℃，故選擇熱電阻元件為測量元件，DDZ-Ⅲ5、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律選擇PI調(diào)節(jié)器6、為確保事故狀態(tài)下設(shè)備和人身安全，蒸汽調(diào)節(jié)閥為氣開閥?？諝庹{(diào)節(jié)閥也為氣關(guān)閥。7、為保證系統(tǒng)是負(fù)反饋，己知對(duì)象為正作用的對(duì)象，所以溫度調(diào)節(jié)器為反作用。8、畫出流程圖。1－2圖1.6為溫度控制系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的框圖，簡述其工作原理；指出被控過程、被控參數(shù)和控制參數(shù)。解：乙炔發(fā)生器中電石與冷水相遇產(chǎn)生乙炔氣體并釋放出熱量。當(dāng)電石加入時(shí)，內(nèi)部溫度上升，溫度檢測器檢測溫度變化與給定值比較，偏差信號(hào)送到控制器對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，將控制作用于調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)冷水的流量，使乙炔發(fā)生器中的溫度到達(dá)給定值。系統(tǒng)框圖如下：被控過程：乙炔發(fā)生器被控參數(shù)：乙炔發(fā)生器內(nèi)溫度控制參數(shù)：冷水流量1－3常用過程控制系統(tǒng)可分為哪幾類?答：過程控制系統(tǒng)主要分為三類：1.反饋控制系統(tǒng)：反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)被控參數(shù)與給定值的偏差進(jìn)行控制的，最終達(dá)到或消除或減小偏差的目的，偏差值是控制的依據(jù)。它是最常用、最基本的過程控制系統(tǒng)。2．前饋控制系統(tǒng)：前饋控制系統(tǒng)是根據(jù)擾動(dòng)量的大小進(jìn)行控制的，擾動(dòng)是控制的依據(jù)。由于沒有被控量的反饋，所以是一種開環(huán)控制系統(tǒng)。由于是開環(huán)系統(tǒng)，無法檢查控制效果，故不能單獨(dú)應(yīng)用。3.前饋－反饋控制系統(tǒng)：前饋控制的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠迅速及時(shí)的克服主要擾動(dòng)對(duì)被控量的影響，而前饋—反饋控制利用反饋控制克服其他擾動(dòng)，能夠是被控量迅速而準(zhǔn)確地穩(wěn)定在給定值上，提高控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。3－4過程控制系統(tǒng)過渡過程的質(zhì)量指標(biāo)包括哪些內(nèi)容？它們的定義是什么？哪些是靜態(tài)指標(biāo)？哪些是動(dòng)態(tài)質(zhì)量指標(biāo)？答：1.余差(靜態(tài)偏差）e：余差是指系統(tǒng)過渡過程結(jié)束以后，被控參數(shù)新的穩(wěn)定值y(∞)與給定值c之差。它是一個(gè)靜態(tài)指標(biāo)，對(duì)定值控制系統(tǒng)。希望余差越小越好。衰減比n:衰減比是衡量過渡過程穩(wěn)定性的一個(gè)動(dòng)態(tài)質(zhì)量指標(biāo)，它等于振蕩過程的第一個(gè)波的振幅與第二個(gè)波的振幅之比，即：n＜1系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，是發(fā)散振蕩；n=1,系統(tǒng)也是不穩(wěn)定的，是等幅振蕩；n＞1,系統(tǒng)是穩(wěn)定的，若n=4,系統(tǒng)為4：1的衰減振蕩，是比較理想的。衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性也可以用衰減率φ4．最大偏差A(yù)：對(duì)定值系統(tǒng)，最大偏差是指被控參數(shù)第一個(gè)波峰值與給定值C之差，它衡量被控參數(shù)偏離給定值的程度。過程過渡時(shí)間t