过程控制工程

北京化工大学北方学院2010—2011学年第二学期

过程控制工程期中测验班级：姓名：学号：分数：填空(每空2分，总分30分)单回路反馈控制系统由被控对象、测量变送、控制器、执行器4个环节组成。串级控制系统中为避免共振，主被控对象时间长数T01应大于副被控对象时间常数T02。T01应当符合三倍T02?前馈控制系统中除单纯前馈之外，还有前馈反馈控制系统和前馈串级控制系统。比值控制系统可划分为开环、单闭环、双闭环、变比值和串级比值控制系统。选择性控制系统可分为开关型、连续型、混合型选择性控制系统。简答题(每题2分，总分10分)控制阀气开、气闭形式的选择原则是什么？答：控制阀气开、气闭形式的选择原则是安全原则，当因故障使得控制阀失去信号的时候，其位置应当是的生产过程处于安全状态。如果控制阀气开、气闭对生产过程安全无形象，则本着节约能量原则进行选择。为什么串级控制系统具有一定的自适应能力？答：串级控制系统具有一定的自适应能力主要体现在副回路上，当副控制器的放大倍数kC2足够大时，等效副回路的特性只取决于测量变送环节的放大倍数Km2，副回路等效环节几乎与副对象的特性没有关系。也就是说如果副控制器的放大倍数足够大，副对象的非线性、时变性对控制系统的影响是微乎其微的。什么是负反馈路控制系统？形成负反馈的条件是什么？答：将系统输出的一部分反送到系统的收入端，如果削弱系统的输入则为负反馈，如果增强输入则为正反馈。其开环传递函数的符号之积应当为负，即其各环节的符号相乘应当等于-1，所以应当满足：Sign{GC}{GV}{GO}{Gm}=-1被控变量的选择原则是什么？答：应当尽量选择质量指标参数作为被控变量。当不能选择质量指标参数作被控变量时，应当选择一个与产品质量指标有单值对应关系的间接指标参数作为被控变量。所选间接指标参数应具有足够大的灵敏度，以便反映产品质量的变化。选择被控变量时需考虑到工艺的合理性和国内、外仪表生产的现状。简述三作用控制器参数对控制系统的动态质量和静态质量有何影响？

答：比例放大倍数KC增加：比例控制作用增强，导致系统余差减小，系统趋向震荡。积分时间T.增加：积分控制作用减弱，导致系统消除余差慢，系统趋向稳定。微分时间TD增加：微分控制作用增强，导致系统克服容量滞后能力增强，系统趋向不稳定。判断题（每题10分，总分20分）下面中间储水槽上各有一个控制系统，两个控制系统有什么不同？各是什么控制系统？图a中控制器FC的输入信号是储水槽流出流量，控制阀开度变化能影响储水槽流出流量，构成反馈系统，是串级控制系统的副回路，所以是串级控制系统。图b中控制器FC的输入信号是储水槽流入流量，控制阀开度变化不能影响储水槽流入流量，构不成反馈系统，所以是前馈一反馈控制系统。2.下面是负压干燥设备上的一个控制系统。用热水通过夹套进行加热，如果温2.下面是负压干燥设备上的一个控制系统。用热水通过夹套进行加热，如果温答：1）故障状态控制阀失去信号时，控制阀应当开度最小以保证产品质量，所以控制阀应当选择气开式。2）当系统受扰使得加套温度升高，副控制器T2C测量信号增加。要使得加套温度减低，热水阀开度应当减小。因为控制阀是气开阀，作用其上的信号应当减小。副控制器T2C测量信号增加要求其输出减小，故副控制器T2C为反作用控制器。3）当系统受扰使得干燥器内温度升高，主控制器T1C测量信号增加。要使得干燥器内温度减低，加套温度应当降低。主控制器T1C的输出信号时副控制器T2C的给定，应当使得副控制器T2C的给定降低。主控制器T1C测量信号增加要求其输出减小，故主控制器T1C为反作用控制器。下以天然气为燃料的锅炉防脱火控制系统如图所示，分析确定该方案中控制阀的开闭形式、控制器的正反作用及选择器的类型，要求说明原因。（15分）答：1）故障状态控制阀失去信号时，控制阀应当关闭以保证天然气不会大量进入炉膛之内，所以控制阀应当选择气开式。2）图中P1C为正常工作蒸汽压力控制器。当蒸汽流量增加时，蒸汽压力降低，P1C测量信号降低。此时应当加大天然气流量，控制阀开度应当增加。所以P1C为反作用控制器。3）图中P2C为防脱火天然气压力控制器。当天然气压力增加时，P2C测量信号增加。此时应当减小天然气流量，控制阀开度应当减小。所以P2C为反作用控制器。4）当天然气压力增加到脱火限时，P2C输出信号迅速降低，此时选择器应当选中P2C输出信号，所以选择器应当是低值选择器。下面是一个固相原料溶解过程。用皮带传送带输送原料，皮带长度为L=100m，皮带传送速度为v=0.2m/s；用管道注入溶剂。溶解过程要求溶液达到一定浓度要求后输送到下个工序，设计一单回路控制系统对浓度进行控制（浓度控制用AC表示）（25分）。1）估算该生产过程中的纯滞后时间；2）选择被控变量；3）选择控制变量，并说明理由；4）如果溶剂是可燃液体，选择控制阀的开、闭形式；控制器的正反作用。

纯滞后之间t=L/v=100/0.2=500[s]；被控变量为溶解槽内浓度；选择溶剂为控制变量，如果选择原料为控制变量则控制通道内有明显的纯滞后存在，控制通道内有纯滞后存在会大大恶化控制质量；因为溶剂是可燃液体，当因故障使