“过程控制工程”综合练习题_2016
过程控制工程综合练习题
2016/06/03
1．某一管式加热炉的控制系统如图1所示，被控变量为工艺介质出口温度T；P 为控制阀后的燃气压力，而P s为燃气气源压力（系统主要干扰之一）；T m与P m分别表示T、P的测量信号；u为控制阀的开度；P sp、T sp分别表示控制器TC11、PC21 的设定值。
（1）试描述该控制系统完整的方块图，并注明每一模块的输入输出信号；
（2）选择控制阀的气开/气关形式，并解释选择的原因；
（3）确定控制器PC21、TC11的正反作用，以构成负反馈控制系统。
燃气
图1 管式加热炉工艺介质出口温度控制系统
2．考虑上述温度控制系统，当控制器PC21为“自动”、控制器TC11为“手动”
时，对于PC21的设定值阶跃变化，对应的过程响应曲线如图2所示。假设压力变送器PT 21的量程为0.0 ~ 0.40 MPa；而温度变送器TT 11的量程为200 ~ 400℃。
（1）试指出温度控制器TC11对应的广义被控对象的输入输出信号；
（2）计算该广义对象的特征参数K、T、τ；
（3）若TC11采用PID 控制器，试整定其PID 参数K c、T i、T d。
基于对象特性参数的PID整定法
控制器类型K
c
T i T dλ取值
P
1T
Kτλ
????
???
+
????
∞0 0
λ=
PI
1T
Kτλ
????
???
+
????
T 0 λτ=
PID
1T
Kτλ
????
???
+
????
T /2
τ0.2
λτ
=?
图2 针对控制器PC21设定值变化的过程阶跃响应
3．根据工艺过程的要求，需要用水将NaOH 溶液稀释，对应的控制系统如图3所示。假设NaOH 溶液质量流量计FT31的仪表量程为0 ~ 30 T/hr ，而FT32的仪表量程为0 ~ 120 T/hr ，而且两流量计均为线性DDZ-III 仪表，输出信号为 4 ~ 20 mA DC 。另外，K 为某一比值计算单元，其输入输出满足以下关系
324(4)I K I mA =+?-。
（1） 试获得K 值与实际流量比F 1/F 2之间的函数关系；
（2） 假设NaOH 溶液的质量浓度为20%，需要将其浓度稀释成5%。试确定
K 值。若F 1的变化范围为10 ~ 20T/hr ，试计算I 2 与 I 3 的变化范围。
F 2
F 1
NaOH 溶液
水
图3 溶液稀释过程的比值控制
4． 某一锅炉汽包水位的三冲量控制系统如题图4所示，图中加法器的运算式为
W S L O I C I C I C C I 3210+++=，其中I L 为液位调节器LC 41的输出，I S 为经开方后
的蒸汽质量流量测量值，I W 为经开方后的给水质量流量测量值（假设I L 、I S 、I W 的单位均为百分量%，取值范围0 ~ 100）。为确保锅炉安全，给水阀选用气关阀。
（1） 试画出该系统的完整方块图，并注明每一模块的输入输出信号； （2） 选择LC 41的正反作用与系数C 1、C 2、C 3的符号，以构成负反馈系
统，并说明你的选择原理；
（3） 若蒸汽流量仪表FT 32的量程范围为0 ~ 20 T/hr ，给水流量仪表FT 33
的量程范围为0 ~ 25 T/hr 。假设给水阀为线性阀，其开度的最大变化范围为 0 ~ 100 %。对于调节阀开度的变化，对应的水量变化量为K V = 0.2（T/hr ）/ %。为实现对蒸汽量的理想静态前馈控制，试确定系数C 2、C 3应满足的关系。
汽包
省煤器
图4 锅炉汽包水位三冲量控制系统
5. 某一锅炉的空燃比逻辑比值控制方案如图5所示，其中FC23.SP（FC24.SP）与FC23.PV（FC24.PV）分别表示流量控制器FC23（FC24）的给定值与过程值，PC22.OP表示压力控制器PC22的输出；“LS”模块表示低选器，其输出FC23.SP 取两输入中的较小者；“HS”模块表示高选器，其输出FC24.SP取两输入中的较大者。假设燃料量与空气量的检测仪表FT23、FT24均为质量流量仪，且仪表量程分别为0 – 5 T/hr、0 – 100 T/hr，流量仪测量输出R Fm、R Am的范围均为0 – 100（%）；乘法器输出为K F A×R Am，其中K F A为无因次的乘法系数。假设工艺过程所希望的空气/燃料质量比为18:1。试回答：
（1）K F A如何设定，以满足工艺要求？
（2）该系统采用蒸汽压力变送器PT 22来反映产汽与用汽的平衡关系，试确定压力控制器PC 22的正反作用，以构成负反馈控制系统。
（3）假设该系统初态为稳定状态，当蒸汽用量增加或减少时，试描述该系统的自动控制过程。
燃料F A
图5 锅炉空燃比逻辑比值控制方案
6. 某一换热器如图6所示，要求采用蒸汽流量R V控制工艺介质的出口温度T2。试依据下列情况设计相应的控制方案，并给出带控制的流程图。
情况#1：工艺介质流量R F与蒸汽入口压力P V均比较稳定；
情况#2：R F稳定，而P V变化频繁；
情况#3：R F 变化频繁，而P V比较稳定；
情况#4：R F 与P V均变化频繁。
蒸汽
凝液
图6 换热器被控对象
7．考虑某一氨冷却器，控制目标为维持工艺介质出口温度T的恒定，操作变量为液氨的流量R a，目前采用如图7所示的单回路控制方案。操作经验表明该方案存在一定的危险性：当工艺介质入口温度过高时，温度控制器TC31将大幅度地增加液氨流量，这样可能导致氨冷却器内的液面过高，使液氨进行氨气管线而损坏压缩机。工艺过程要求控制工程师设计一新的控制方案以防止液面超高，这里假设控制阀为气开阀。
（1）试设计一个多回路控制方案，以实现正常情况下的温度定值控制，同时确保异常情况下氨冷却器内液位也不会超上限（液位上限对应的测
量值为L max），并将控制方案标注在工艺流程图上；
（2）画出该控制系统的控制方块图，并标明每一个方块的输入输出信号；
（3）确定每一个控制器的正反作用，以构成负反馈控制回路；
（4）假设所有的控制器均采用PI控制律，试提出相应的防积分饱和措施，并给出控制器的内部结构；
（5）假设新的控制系统初态为稳定状态，且液位较高但不超上限。若此时工艺介质入口温度突然大幅度升高，试描述该系统的自动控制过程。
汽氨
图7 氨冷却器工艺介质出口温度单回路控制方案
8．考虑如图8 所示的油罐，要求隔离外部的空气，以避免油品氧化或污染环境，工业上常用N2作为气封气体。为保护油罐，要求通过调节进气阀与排空阀来控制罐顶压力P，使其稳定并略大于大气压。为安全起见，进气阀V A为气开阀，而排空阀V B为气关阀。图中，u1、u2分别为施加到控制阀上的实际控制信号，可操作范围均为0 – 100%。
（1）试设计一个控制方案以实现上述要求，并将其标注在工艺流程图上；
（2）描述该控制系统的控制方块图，并标明每一个方块的输入输出信号；
（3）给出两控制阀的分程函数（假设压力控制器的输出为u，可操作范围为0 – 100%）；
（4）确定控制器的正反作用，以构成负反馈控制回路；
（5）若该控制系统初态为稳定状态、且无进出油品，若此时环境温度突然下降，试描述该系统的自动控制过程。
气源
2
图8
9．某一连续放热反应器如图9所示，其反应方程为A + B→C，仅有的控制回路为反应温度单回路控制，其操作变量为冷却水量。
（1）试设计一控制方案，以使进入反应器的两物料流量之比恒定，即满足R = F A / F B，其中R为过程所希望的实际流量比值；
（2）操作经验显示：冷却水温度变化频繁，为过程主要干扰之一，试改进原控制方案，以改善反应温度的控制性能；
（3）操作经验也显示，在某些特殊情况下，冷却系统可能不能提供充足的冷却量；此时控制反应温度TT17唯一的手段是减少反应物流量。试
设计一控制方案以自动实现上述要求。注：当冷却量充分时，该方案
要求能返回到正常状态，即：反应物流量可由人工根据生产任务设定。
图9 放热反应器控制方案
10. 某一精馏塔两端产品质量控制系统如题图10所示，并选择 T 1（精馏段灵敏板温度）、T 2（提馏段灵敏板温度）为被控变量；而操作变量为R L （冷回流量）、R V （塔底加热蒸汽量）。在某一稳定操作工况下，经阶跃响应测试，得到下列对象特性
41222 3.5 1.231
41
2.50.841
0.5s Lsp m s
s Vsp m e R
T s s R T e e s s ---??
-
?????++= ? ? ?
?????
-
?++??
。
（1） 试计算两个质量控制回路之间的静态增益阵及其相对增益矩阵，并分
析上述配对是否合适；
（2） 请设计静态前馈解耦控制系统，并在流程图上予以表示；
（3） 若需要降低提馏段灵敏板温度T 2的设定值，试解释该解耦控制系统的
动态调节过程，并与原多回路控制方案的调节过程进行比较。
R V
图10 精馏塔两端产品质量控制系统
11．某一调合过程如图11所示，调合罐为恒液面装置，两进料的流量分别为F1、F2（T/hr），两进料关键组分的质量浓度分别为C1、C2（m%），假设调合均匀，经调合进行后续工艺。希望通过调节两进料流量F1、F2来控制混合物的总流量F 与其关键组分的浓度C，主要干扰来自C1、C2的缓慢变化（假设C1＞C2）。
（1）试建立主要被控变量与其它输入变量的稳态数学函数关系；
（2）试设计相应的多变量控制方案以满足上述控制要求，同时减少回路间的耦合，并将控制方案标注在流程图上；
（3）当混合物总流量需要增加时或进料浓度C1增大时，你的控制方案如何工作，如何能减少回路间的耦合？
C F
图11
12．某炼油厂汽油催化重整装置预分馏塔如图12所示，其操作目标是切除进料中的轻组分，为后续重整反应器提供原料。工艺工程师提出的要求包括：（1）塔底产品流量R B（作为反应器的进料）必须恒定，（2）提馏段灵敏板温度T S、回流罐液位L D与塔底液位L B 需要得到有效的控制。而可操作变量包括进料量R F、回流量R L、塔顶产出量R D与加热蒸汽量R S。试设计一个多回路控制方案以满足上述要求，并尽可能减少回路间的关联。具体包括：
（1）确定被控变量CVs与操作变量MVs的合适配对；
（2）结合上述配对，设计基本控制方案，并将控制方案标注在工艺流程图上；
（3）假设系统主要干扰为塔底产品流量R B与进料轻组分含量x F，如何改善上述方案，以尽可能克服这些干扰对塔顶馏出物中重组分含量的影响？
（4）若后续反应器的生产需求量突然提高（即FC34的设定值提高），试解释你所设计的控制系统如何响应直至达到新的稳态？
R B
图12
过程控制工程课后作业 答案
第一章纸质作业答案 一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量与阀杆行程之间的关系。 调节阀的流量特性有线性型，等百分比型，快开型，抛物线型 调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑，利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性，从而使整个广义对象的特性近似为线性。 二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，也成为单回路控制系统。 简单控制系统的典型方块图为 三．按照已定的控制方案，确定使控制质量最好的控制器参数值。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解： (1) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为 (2) 被控对象：液体贮槽
被控变量：贮槽液位 操纵变量：贮槽出口流量 主要扰动变量：贮槽进口流量 五、解： (1) 选择流入量 Q为操纵变量，控制阀安装在流入管线上， i 贮槽液位控制系统的控制流程图为 为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以应选用气开形式控制阀，为“+”作为方向。 操纵变量即流入量 Q增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“+”作用方向。由于 i 控制阀与被控对象都是“+”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 (2) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为
为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于全开状态，所以应选用气关形式控制阀，为“-”作为方向。 操纵变量即流出量 Q增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“-”作用方向。由于 o 控制阀与被控对象都是“-”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 六、（1）加入积分作用后，系统的稳定性变差，最大动态偏差增大、余差减小 加入适当的微分作用后，系统的稳定性编号，最大动态偏差减小，余差不变。 （2）为了得到相同的系统稳定性，加入积分作用后应增大比例度，加入微分作用后应适当的减小比例度。 第二章纸质作业答案 一．由两个控制器组成，分别接受来自被控对象不同部位的测量信号。一个控制器的输出作为下一个控制器的给定值，后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构来看，两个控制器是串级工作的，称为串级控制系统。 方框图如下 二．答： 前馈控制系统方块图
控制工程基础第三版机械工业出版社课后答案
控制工程基础习题解答 第一章 1-5．图1-10为张力控制系统。当送料速度在短时间内突然变化时，试说明该控制系统的作用情况。画出该控制系统的框图。 图1-10 题1-5图 由图可知，通过张紧轮将张力转为角位移，通过测量角位移即可获得当前张力的大小。 当送料速度发生变化时，使系统张力发生改变，角位移相应变化，通过测量元件获得当前实际的角位移，和标准张力时角位移的给定值进行比较，得到它们的偏差。根据偏差的大小调节电动机的转速，使偏差减小达到张力控制的目的。 框图如图所示。 角位移 题1-5 框图 1-8．图1-13为自动防空火力随动控制系统示意图及原理图。试说明该控制系统的作用情况。
该系统由两个自动控制系统串联而成：跟踪控制系统和瞄准控制系统，由跟踪控制系统 获得目标的方位角和仰角，经过计算机进行弹道计算后给出火炮瞄准命令作为瞄准系统的给定值，瞄准系统控制火炮的水平旋转和垂直旋转实现瞄准。 跟踪控制系统根据敏感元件的输出获得对目标的跟踪误差，由此调整视线方向，保持敏感元件的最大输出，使视线始终对准目标，实现自动跟踪的功能。 瞄准系统分别由仰角伺服控制系统和方向角伺服控制系统并联组成，根据计算机给出的火炮瞄准命令，和仰角测量装置或水平方向角测量装置获得的火炮实际方位角比较，获得瞄准误差，通过定位伺服机构调整火炮瞄准的角度，实现火炮自动瞄准的功能。 控制工程基础习题解答 第二章 2-2．试求下列函数的拉氏变换，假定当t<0时，f(t)=0。 (3). ()t e t f t 10cos 5.0-= 解：()[][ ] ()100 5.05 .010cos 2 5.0+++= =-s s t e L t f L t (5). ()?? ? ? ?+ =35sin πt t f 图1-13 题1-8图 敏感元件
过程控制工程课后习题参考答案-前三章
过程控制工程课后习题参考答案-前三章
过程控制工程 第一章单回路控制系统 1.1 何谓控制通道？何谓干扰通道？它们的特性对控制系统质量有什么影响？ 控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系； 干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。 （1）控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面） 控制通道静态放大倍数越大，系统灵敏度越高，余差越小。但随着静态放大倍数的增大，系统的稳定性变差。 控制通道时间常数越大，经过的容量数越多，系统的工作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统的质量越低，但也不是越小越好，太小会使系统的稳定性下降，因此应该适当小一些。 控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还还会使系统的稳定性降低。 （2）干扰通道特性对系统控制质量的影响：
（从K、T、τ三方面） 干扰通道放大倍数越大，系统的余差也越大，即控制质量越差。 干扰通道时间常数越大，阶数越高，或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀，干扰对被控变量的影响越小，系统的质量则越高。 干扰通道有无纯滞后对质量无影响，不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个 。 纯滞后时间τ 1.2 如何选择操纵变量？ 1）考虑工艺的合理性和可实现性； 2）控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数； 3）控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道 时间常数。干扰动通道时间常数越大 越好，阶数越高越好。 4）控制通道纯滞后越小越好。 1.3 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响？对控制系统的动态质量有何影响？ 比例度δ越小，系统灵敏度越高，余差越小。
过程控制工程试题考试题及其答案
过程控制工程试题 一、填空题（每空1分，共20分）： 的增加，控制作用增强，克服干扰的能力最1．随着控制通道的增益K 大， 系统的余差减小，最大偏差减小。 2．从理论上讲，干扰通道存在纯滞后，不影响系统的控制质量。 3．建立过程对象模型的方法有机理建模和系统辨识与参数估计。4．控制系统对检测变送环节的基本要求是准确、迅速和可靠。 5. 控制阀的选择包括结构材质的选择、口径的选择、流量特性的选择和正反作用的选择。 6．防积分饱和的措施有对控制器的输出限幅、限制控制器积分部分的输出和积分切除法。 7．如果对象扰动通道增益f K增加，扰动作用增强，系统的余差增大，最大偏差增大。 8．在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是通过旁路控制。 二、简答题（每题6分，共24分）： 1、电气阀门定位器有哪些作用
答： ①改善阀的静态特性 ②改善阀的动态特性 ③改变阀的流量特性 ④用于分程控制 ⑤用于阀门的反向动作 2.简述串级控制系统的设计原则。 答：（1）副回路的选择必须包括主要扰动，而且应包括尽可能多的扰动；（2）主、副对象的时间常数应匹配；（3）应考虑工艺上的合理性和实现的可能性；（4）要注意生产上的经济性。 3. 简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 答：简单控制系统由一个被控对象，一个检测元件和变送器，一个调节阀和一 个调节器组成。检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检测到的信号转换 为标准信号，输出到控制器。控制器用于将检测变送器的输出信号与设定值进 行比较，得出偏差，并把偏差信号按一定的控制规律运算，运算结果输出到执 行器。执行器是控制系统回路中的最终元件，直接用于改变操纵量，以克服干扰，达到控制的目的。 4. 前馈控制和反馈控制各有什么特点？为什么采用前馈-反馈复合系统将能较 大地改善系统的控制品质？ 答:前馈控制的特点是:根据干扰工作;及时;精度不高,实施困难;只对某个干扰 有克服作用.反馈的特点作用依据是偏差;不及时:精度高,实施方便,对所有干扰都有克服作用.由于两种控制方式优缺点互补, 所以前馈-反馈复合系统将能较 大地改善系统的控制品质. 三、(10分)一个如图1所示的换热器,用蒸汽将进入其中的冷物料加热到一定温度,生产工艺要求热物料出口温度维持恒定(1 T≤ ?℃).试设计一简单温度控制系统,选择被控量和操纵量，画出其结构原理图，并选择调节器的控制规律。
过程控制工程课程设计
过程控制工程 课程设计任务书 设计名称：扬子烯烃厂丁二烯装置控制模拟设计设计时间：2006.2.20~2006.3.10 姓名：毛磊 班级：自动化0201 学号：05号 南京工业大学自动化学院 2006年3月
1.课程设计内容： 学习《过程控制工程》课程和下厂毕业实习2周后，在对扬子烯烃厂丁二烯装置的实际过程控制策略、实习环节的控制系统以及相应的组态软件有一定的认识和了解的基础上，针对扬子烯烃厂丁二烯装置，设计一个复杂控制系统（至少包含一个复杂回路和3-5个简单回路），并利用组态软件进行动态仿真设计，调节系统控制参数，使控制系统达到要求的控制效果。 1)独立完成设计任务，每个人根据下厂具体实习装置，确定自己的课程设 计题目，每1-3人/组； 2)选用一种组态软件（例如：采用力控组态软件）绘制系统工艺流程图； 3)绘制控制系统原有的控制回路； 4)利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软 件，对控制系统进行组态； 5)改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 6)调节控制参数，使性能指标达到要求； 7)写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计 思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出 说明，并对所完成的设计做出评价，对自己整个设计工作中经验教训， 总结收获。 2. 进度安排（时间3周） 1)第1周选用一种组态软件绘制系统工艺流程图；绘制控制系统原有的 控制回路； 2)第2周利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利 用组态软件，对控制系统进行组态； 3)第3周(1-3) 改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 调节控制参数，使性能指标达到要求； 4)第3周(4) 书写课程设计说明书 5)第3周(5) 演示、答辩
(完整版)过程控制系统与仪表课后习题答案完整版汇总
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
《控制工程基础》王积伟_第二版_课后习题解答(完整)
第一章 3 解：1)工作原理：电压u2反映大门的实际位置，电压u1由开（关）门开关的指令状态决定，两电压之差△u＝u1－u2驱动伺服电动机，进而通过传动装置控制 大门的开启。当大门在打开位置，u2＝u 上：如合上开门开关，u1＝u 上 ，△u＝0， 大门不动作；如合上关门开关，u1＝u 下 ，△u<0，大门逐渐关闭，直至完全关闭， 使△u＝0。当大门在关闭位置，u2＝u 下：如合上开门开关，u1＝u 上 ，△u>0，大 门执行开门指令，直至完全打开，使△u＝0；如合上关门开关，u1＝u 下 ，△u＝0，大门不动作。 2)控制系统方框图 4 解：1)控制系统方框图
2)工作原理： a)水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h ’由浮球顶杆的长度给定，杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。当有扰动（水的使用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低（升高），通过杠杆机构是进水阀的开度增大（减小），进入水箱的水流量增加（减小），水位升高（降低），浮球也随之升高（降低），进水阀开度增大（减小）量减小，直至达到新的水位平衡。此为连续控制系统。 b) 水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h ’由浮球拉杆的长度给定。杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。当有扰动（水的使用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低（升高），到一定程度后，在浮球拉杆的带动下，电磁阀开关被闭合（断开），进水阀门完全打开（关闭），开始进水（断水），水位升高（降低），浮球也随之升高（降低），直至达到给定的水位高度。随后水位进一步发生升高（降低），到一定程度后，电磁阀又发生一次打开（闭合）。此系统是离散控制系统。 2-1解： （c ）确定输入输出变量（u1，u2） 22111R i R i u += 222R i u = ?-= -dt i i C u u )(1 1221 得到：11 21221222 )1(u R R dt du CR u R R dt du CR +=++ 一阶微分方程 （e ）确定输入输出变量（u1，u2） ?++=i d t C iR iR u 1 211 R u u i 2 1-=
《过程控制工程》期末考试复习题及参考答案
过程控制工程复习题 （课程代码392217） 一、选择题（请从下列选项中选出正确的一项） 1、下列不属于单回路反馈控制系统的是（） 选项A）被控对象 选项B）被测对象 选项C）测量变送 选项D）控制器和控制阀 答案：B 2、在工业控制中，使用最多的控制系统是（） 选项A）单回路反馈控制系统 选项B）串级控制系统 选项C）比值控制系统 选项D）前馈控制系统 答案：A 3、下列中对干扰通道特性对控制质量影响描述错误的是（） 选项A）K f增加，余差增加，系统稳定性不变 选项B）T f增加，过渡过程时间减小 选项C）T f增加，振荡幅值减小 选项D）τf增加，余差减小 答案：D 4、下列中对控制对象特性对控制质量影响描述错误的是（） 选项A）一般希望放大倍数K0大些好，易于调节 选项A）一般希望控制通道时间常数小些好，但不能过小 选项C）控制通道时间常数越小越好，系统才灵敏 选项D）时间常数大，系统的工作频率低 答案：D 5、下列对操纵变量选择原则描述错误的是（） 选项A）操纵变量必须可控 选项A）选择通道放大倍数相对大的 选项C）选择干扰通道时间常数小一点的 选项D）选择通道的纯滞后尽量小 答案：C 6、下列中对控制通道特性对控制质量影响描述错误的是（） 选项A）K0增加，余差增加，系统稳定性不变 选项B）T0增加，过渡过程时间增加 选项C）T0增加，系统频率变慢 选项D）τ0增加，稳定程度大大降低 答案：A 6、下图的曲线中，哪一条是对数流量特性的是（）
选项A）1 选项B）2 选项C）3 选项D）4 答案：B 7、在控制系统中，能准确、快速、及时地跟踪设定值的变化的系统属于（）选项A）随动系统 选项B）定值系统 选项C）程序系统 选项D）以上都不是 答案：A 8、在过程控制系统中，系统的设定值保持不变的系统属于（） 选项A）随动系统 选项B）定值系统 选项C）程序系统 选项D）以上都不是 答案：B 9、在过程控制系统中，系统的设定值有规律变化的系统属于（） 选项A）随动系统 选项B）定值系统 选项C）程序系统 选项D）以上都不是 答案：C 10、用来表征生产设备或过程运行是否正常而需要加以控制的物理量是（）选项A）被控对象 选项B）被控变量 选项C）操纵变量 选项D）测量值 答案：B 11、受控制器的操纵，使被控变量保持在设定值的物理量是（） 选项A）被控对象 选项B）设定值 选项C）操纵变量 选项D）测量值 答案：C 12、一阶环节的传递函数是（） 选项A）K/(Ts+l) 选项B）K/Tis
过程控制系统与仪表习题答案
第3章 习题与思考题 3-1 什么是控制器的控制规律控制器有哪些基本控制规律 解答： 1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。 3-2 双位控制规律是怎样的有何优缺点 解答： 1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。 2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。 3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差 解答： 产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系： 为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差 解答： 1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：? =edt T y 11 2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间试述积分时间对控制过程的影响。 解答：
1）?=edt T y 1 1 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。 2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱，在数值上，T i =1／K i 。显然，T i 越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。 3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA ，若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ，某时刻，输入阶跃增加，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化为多少 解答： 由比例积分公式：??? ? ??+=?edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==p K p ，即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋； 稳态时：y 0＝5mA ， 5min 后：mA edt T e P y y )7.05()52.02 12.0(151110±=??±±?+=???? ??++ =? 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响调整比例度时要注意什么问题 解答：P74 1）控制器的比例度P 越小，它的放大倍数p K 就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也越强，反之亦然，比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现。 2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的，超出这个量程的比例输出是不可能的。 所以，偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程（16mA ），避免控制器处于饱和状态。 3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么为什么常用实际为分控制规律 解答：
《过程控制工程》期末复习题_85961521510003093
《过程控制工程》期末复习题 一、（每空1分）填空题： 1、对于一个比例积分微分（PID）控制器来说，积分时间越小则积分作用越；微分时间越小，则微分作用越。 2、三种常用的均匀控制方案包括、、。 3、常规PID控制器中的P指作用、I指作用、 D指作用。 4、用于输送流体和提高流体压头的机械设备统称为流体输送设备，其中输送液体并提高其压头的机械称为，而输送气体并提高其压头的机械称为。 5、工程上常用的几种整定PID控制器参数的方法是、、、 。 6、请举出我们曾经学过的三种复杂控制系统：、、。 7、比值系统控制系统从结构上可分为四种，分别是开环比值控制系统、、 、四种。 8、调节阀的固有流量特性主要有、、、 四种。 9、比值系统控制系统从结构上可分为四种，分别是开环比值控制系统、、 、四种。 10、单回路控制系统一般由、、、四个环节组成 11、常见的传热设备有、、等。 12、要消除系统的稳态误差，通常选用控制器。 13、用来评价控制系统性能优劣的阶跃响应曲线性能指标分别是、、、振荡频率和回复时间等。 14、工程上进行PID控制器参数整定时，随动系统的控制品质要求衰减比为，定值系统中控制品质要求衰减比为。 15、常见的传热设备有、、等。 16、精馏装置一般由、、、等设备组成。精馏塔产品质量指标选择有直接产品质量指标和两类。
二、选择题（10分，每小题2分） 1、成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（）。 A. PI B. PD C. PID 2、自动控制系统中控制器正、反作用的确定是根据（）。 A．实现闭环回路的正反馈。 B．实现闭环回路的负反馈。 C．系统放大倍数恰到好处 D．生产的安全性。 3、单纯的前馈调节是一种能对（）进行补偿的调节系统。 A．测量与给定之间的偏差 B．被调量的变化 C．干扰量的变化 4、分程控制系统常要加装（）来达到分程的目的。 A．调节器 B.变送器 C.阀门定位器 5、在某一分离异丁烷与正丁烷的精馏塔中，微小的压力波动也会影响温度的变化，同时压力波动引起的各板上温度变化的方向是一致的，此时应选择（）作为间接质量指标进行控制。 A．灵敏板温度 B.温差 C.双温差 6、如果甲乙两个广义调节对象的动态特性完全相同（如均为二阶对象），甲采用PI作用调节器，乙采用P作用调节器。当比例带的数值完全相同时，甲，乙两系统的振荡程度相比 A. 甲系统振荡程度比乙系统剧烈。 B. 乙系统振荡程度比甲系统剧烈。 C. 甲、乙两系统的振荡程度相同。 7、定值控制系统是（）环调节，单纯的前馈控制系统是（）环调节。 A．开，闭 B．闭，开 C．开，开 D．闭，闭
最新过程控制练习题(带答案)
练习题 一、填空题1．定比值控制系统包括：（开环比值控制系统）、（单闭环比值控制系统）和（双闭环比值控制系统）。 2．控制阀的开闭形式有（气开）和（气关）。3．对于对象容量滞后大和干扰较多时，可引入辅助变量构成（串级）控制系统，使等效对 象时间常数（减少），提高串级控制系统的工作频率。 4．测量滞后包括测量环节的（容量滞后）和信号测量过程的（纯滞后）。5．锅炉汽包水位常用控制方案为：（单冲量水位控制系统）、（双冲量控制系统）、（三冲量控制系统）。 6．泵可分为（容积式）和（离心式）两类，其控制方案主要有：（出口直接节流）、（调节泵的转速）、（调节旁路流量）。 7．精馏塔的控制目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益最大或总成本最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统，分别是：物料平衡控制、（能量平衡控制）、（约束条件控制）和（质量控制）。 1.前馈控制系统的主要结构形式包括：单纯的前馈控制系统、（前馈反馈控制系统）和（多变量前馈控制系统）。 2.反馈控制系统是具有被控变量负反馈的闭环回路，它是按着（偏差）进行控制的；前馈控制系统是按（扰动）进行的开环控制系统。 3.选择性控制系统的类型包括：（开关型）、（连续型）和（混合型）。 4.常用控制阀的特性为（线性）、（快开）、（对数）、和（抛物线）特性。 5.阀位控制系统就是在综合考虑操纵变量的（快速性）、（经济性）、（合理性）、和（有效性）基础上发展起来的一种控制系统。 6.压缩机的控制方案主要有：（调速）、（旁路）和节流。 7.化学反应器在石油、化工生产中占有很重要的地位，对它的控制一般有四个方面，分别是：物料平衡控制、（能量平衡控制）、（质量控制）和（约束条件控制）。 二、简答题1．说明生产过程中软保护措施与硬保护措施的区别。 答：所谓生产的软保护措施，就是当生产短期内处于不正常情况时，无须像硬保护措施那样硬性使设备停车，而是通过一个特定设计的自动选择性控制系统，以适当改变控制方式来达到自动保护生产的目的。这样就可以减少由于停车而带来的巨大经济损失。而硬保护措施将使得生产设备停车。 2．前馈控制主要应用在什么场合？答：前馈控制主要用于下列场合： （1）干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，单纯反馈控制达不到要求时；（2）主要干扰是可测不可控的变量； （3）对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差时，可采用前馈一反馈控制系统，以提高控制质量。 3．怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律? 答：串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量，对主变量要求较高，一般不允许有余差，所以主控制器一般选择比例积分控制规律，当对象滞后较大时，也可引入适当的微分作用。 串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中，副变量是不断跟随主控制器的输出变化而变化的，所以副控制器一般采用比例控制规律就行了，必要时引入适当的积分作用，而微分作用一般是不需要的。
2017年春季学期四川农业大学《过程控制工程》复习题
《过程控制工程》复习题 一、选择题（请从下列选项中选出正确的一项） 1、下列不属于单回路反馈控制系统的是（） 选项A）被控对象 选项B）被测对象 选项C）测量变送 选项D）控制器和控制阀 答案：B 2、在工业控制中，使用最多的控制系统是（） 选项A）单回路反馈控制系统 选项B）串级控制系统 选项C）比值控制系统 选项D）前馈控制系统 答案：A 3、下列中对干扰通道特性对控制质量影响描述错误的是（） 选项A）K f增加，余差增加，系统稳定性不变 选项B）T f增加，过渡过程时间减小 选项C）T f增加，振荡幅值减小 选项D）τf增加，余差减小 答案：D 4、下列中对控制对象特性对控制质量影响描述错误的是（） 选项A）一般希望放大倍数K0大些好，易于调节 选项A）一般希望控制通道时间常数小些好，但不能过小 选项C）控制通道时间常数越小越好，系统才灵敏 选项D）时间常数大，系统的工作频率低 答案：D 5、下列对操纵变量选择原则描述错误的是（） 选项A）操纵变量必须可控 选项A）选择通道放大倍数相对大的 选项C）选择干扰通道时间常数小一点的 选项D）选择通道的纯滞后尽量小 答案：C 6、下列中对控制通道特性对控制质量影响描述错误的是（） 选项A）K0增加，余差增加，系统稳定性不变 选项B）T0增加，过渡过程时间增加 选项C）T0增加，系统频率变慢 选项D）τ0增加，稳定程度大大降低 答案：A 6、下图的曲线中，哪一条是对数流量特性的是（）
选项A）1 选项B）2 选项C）3 选项D）4 答案：B 7、在控制系统中，能准确、快速、及时地跟踪设定值的变化的系统属于（）选项A）随动系统 选项B）定值系统 选项C）程序系统 选项D）以上都不是 答案：A 8、在过程控制系统中，系统的设定值保持不变的系统属于（） 选项A）随动系统 选项B）定值系统 选项C）程序系统 选项D）以上都不是 答案：B 9、在过程控制系统中，系统的设定值有规律变化的系统属于（） 选项A）随动系统 选项B）定值系统 选项C）程序系统 选项D）以上都不是 答案：C 10、用来表征生产设备或过程运行是否正常而需要加以控制的物理量是（）选项A）被控对象 选项B）被控变量 选项C）操纵变量 选项D）测量值 答案：B 11、受控制器的操纵，使被控变量保持在设定值的物理量是（） 选项A）被控对象 选项B）设定值 选项C）操纵变量 选项D）测量值 答案：C 12、一阶环节的传递函数是（） 选项A）K/(Ts+l) 选项B）K/Tis
过程控制工程试卷一标准答案
过程控制工程试卷一标准答案 一．填空题(每空1分，共10分) 1. 比例（P） 2. 开环、单闭环、双闭环 3. 外反馈法 4. 锅炉汽包水位的控制 5. 临界比例度，衰减振荡，响应曲线 6. 生产的安全性 二．单项选择题（每题2分，共10分） 1. 答案：D 2. 答案：D 3. 答案：C 4. 答案：B 5. 答案：D 三．判断题（每题2分，共10分） 1. 答案：√ 2. 答案：√ 3. 答案：√ 4. 答案：× 5. 答案：× 四．简答题（每题6分，共30分） 1．离心泵有哪几种控制方案？ 答：（1）直接节流法 （2分） （2）旁路法 （2分） （3）调速法 （2分） 2．系统的操纵变量应如何选择？ 答:（1）选择对选定的被控变量影响比较大的输入变量。 (1.5分) （2）选择输入变量对被控变量作用比较快的。 (1.5分) （3）选择输入变量中变化范围比较大(这样可使被控变量比较容易控制)。(1.5分) （4）选择使 Ττ尽量减小。 (1.5分) 3.工程上引起测量误差的原因是什么?
答:(1)仪表本身的误差。 （2分） (2)安装不当引入的误差。 （2分） (3)测量的动态误差。 （2分） 4．写出具有自衡的非振荡过程的一阶和二阶工业过程动态特性数学模型。 答：具有时滞的一阶环节：τs e Ts K s G ?+=1 )( （3分） 具有时滞的二阶非振荡环节：τs e s T s T K s G ?++= ) 1)(1()(21 （3分） 5．简述加热炉常用的串级控制方案有哪些？ 答：（1）炉出口温度与炉膛温度的串级控制； (1.5分) （2）炉出口温度与燃料油阀后压力的串级控制； (1.5分) （3）炉出口温度与燃料油流量的串级控制； (1.5分) （4）采用压力平衡式控制阀的控制。 (1.5分) 五．在某生产中，需求参与反应的甲、乙两种物料保持一定比值。若已知正常操作时，甲流量q 1=7m 3/h ，乙流量q 2=250L/h 。两个流量均采用孔板测量并配用开方器，甲流量的测量范围为0～10m 3/h ，乙流量的测量范围为0～300L/h 。根据要求设计保持q 2/q 1比值的控制系统，试求采用DDZ-Ⅲ型仪表组成系统时的比值系数K 。（10分） 答：根据工艺指标，应选甲流量q 1为主流量，乙流量q 2为副流量。已知q 1=7m 3/h ，q 2=250L/h ，q 1max =10m 3/h ，q 2max =300L/h （2分） 实际流量与其测量信号为线性关系，则仪表比值系数： 0357.010*7250 31 2=== ?q q k （4分） 19.110*300 10*0357.03max 2max 1===q q k K （4分） 六．如图所示为一典型精馏塔的流程图，试设计一个按提馏段质量指标精馏塔控制方案（画在题 的图上）。（10分）
控制工程基础课后答案
第二章 2.1求下列函数的拉氏变换 （1）s s s s F 2 32)(23++= （2）4310)(2+-=s s s F （3）1)(!)(+-= n a s n s F （4）36 )2(6 )(2++=s s F （5） 2222 2) ()(a s a s s F +-= （6）)14(21)(2 s s s s F ++= （7）52 1 )(+-= s s F 2.2 （1）由终值定理：10)(lim )(lim )(0 ===∞→∞ →s t s sF t f f （2）1 10 10)1(10)(+-=+= s s s s s F 由拉斯反变换：t e s F L t f ---==1010)]([)(1 所以 10)(lim =∞ →t f t 2.3（1）0) 2()(lim )(lim )0(2 =+===∞ →→s s s sF t f f s t )0()0()()()](['2''0 ' 'f sf s F s dt e t f t f L st --==-+∞ ? )0()0()(lim )(lim '2''0f sf s F s dt e t f s st s --=+∞ →-+∞ +∞→? 1 )2()(lim )0(2 2 2 ' =+==+∞→s s s F s f s (2)2 ) 2(1 )(+= s s F , t te s F L t f 21)]([)(--==∴ ,0)0(2)(22' =-=--f te e t f t t 又，1 )0(' =∴f 2.4解：dt e t f e t f L s F st s --?-==202)(11 )]([)( ??------+-=2121021111dt e e dt e e st s st s
过程控制工程方案设计题
1．考虑如题图1所示的系统，希望将质量分数为50%的NaOH溶液稀释为30%。NaOH控制阀受其它控制器（未在图中展示）控制。由于50% NaOH溶液的流量变化频繁，希望设计一个比值控制方案，通过控制稀释水的流量以达到稀释要求。50%NaOH溶液的标称流量（即设计值）为100 kg/hr。假设选用的两个流量变送器为质量流量计，其输出信号与质量流量成线性比例关系。50%NaOH溶液的变送器量程为0到200 kg/hr，水的变送器量程为0到160 kg/hr。请详细描述其比值控制方案，并计算控制系统所涉及的比值系数。 2 题图1 混合过程
2． 考虑如题图2所示的制氢反应器。同锅炉一样，该反应器需要通过燃料和空气进行燃烧 才能提供反应所需要的能量（为简单起见，温度控制系统并未全部在图中画出）。甲烷和水蒸气反应产生氢气，反应方程为 4222CH +2H O CO +4H 该反应发生在反应器的内部管道中，管道内填充着反应所需的催化剂。为避免催化剂结焦，保证反应混合物中水蒸气富余十分重要。如果碳沉积在催化剂表面，将会使催化剂中毒。通过保证输入混合物中水蒸气富余，就可以避免此种现象。然而，过多的水蒸气又会引起能量消耗过大。工程部门估算，应当保证的最佳甲烷-水比为R1（质量比）。请设计一套控制方案，可使实际比例维持在最佳比例；并且在生产过程中，无论产量增加或减少，都要保证反应混合物中水蒸气富余（即高于最佳比例）。注意：甲烷需求量由另外专门的信号控制。 题图2 制氢反应器
3．氯化反应用于对废水处理厂的最终排放物进行消毒处理。环保部门要求废水中维持一定的氯含量剩余。为了达到这个要求，通常在接触池的开始位置，测量废水中的游离氯离子的残余量，如题图3所示。通常在过滤器的流出物中，加入次氯酸钠水溶液来控制接触池中游离氯离子的残余量。废水厂有两个平行的过滤水流，它们将在氯接触池中混合。根据池中的游离氯离子的残余量分别向两个水流中加入次氯酸钠。 a)设计一套控制方案，来控制接触池开始处的氯离子的残余量。 b)由于接触池中将会发生一系列的反应，氯离子真实残余量并不等于进入接触池的氯离子 含量。环保局对氯离子真实残余量很感兴趣。因此，在接触池的出口处安装了第二台分析器。请设计一套控制方案来控制流出物中的氯离子残余量。 题图3 污水氯接触池
过程控制 李文涛 课后习题答案
不知道谁弄的 和我们要求的课后作业相似度很大，值得参考，另外答案准确度应该还行。 （1）最大偏差A —被控变量偏离给定值的最大数值 （给定值为800） A=843-800=43 C 超调量B —第一个波峰值与新稳定值之差 B=843-808=35 C 衰减比B1：B2 — 相邻两个波峰值之比 ( 843-808)/(815-808)=5 余差值 被控变量的新稳定值与给定值之偏差C=808-800=8 C 振荡周期 过渡过程同向两个波峰间间隔时间为周期T=20-5=15min 工艺规定的操作温度为800±9）C ，表示给定值为800C ，余差为9C ,由（1）得出的最大偏差A=43C <50C ，余差 C=8C <9C ，所以该系统满足要求。 （1 ） （2）由图可知： ,22030250,30s T s 10%)10*196/()0196(/)]0()([ x y y k （阶跃扰动为稳态值的10%，即k=10） （P36）计算法：阶跃响应表达式 )(/)()(0 y t y t y )(0) (10)2()( t t e t T t y （）
选取t1=140s,t2=250s 对应 )2(),1(0 t t h h ，其中t2>t1> 由式（）可得 e h T t t )21(0 1)1( ， e h T t t )22(0 1)2( 取自然对数并联立求解，得)] 2(1ln[)]1(1ln[1 200t t t t T h h ； （ )] 2(1ln[)]1(1ln[)]2(1ln[1)]1(1ln[20000t t t t t t h h h h 为计算方便，选取 632.0)2(,39.0)1(0 t t h h 代入式（）和（）则 T=2（t2-t1)=s 220)140250(2 ; s t t 302501402212 ; 10%)10*196/()0196(/)]0()([ x y y k 。 (1)影响物料出口温度的主要因素有：蒸汽压力、流量，冷物料温度、压力、流量。 (2)被控参数选热物料的出口温度，因为它直接决定着产品的质量；调节参数选蒸汽流量，因为它可以控制。 (3)从工艺安全和经济性的角度考虑，应该保证在系统发生故障时，调节阀处于闭合状态，避免因换热器温度过高而发生损坏和不必要的浪费。所以选择气开式。 (4) 被控参数为热物料的出口温度，因此调节规律选择PID 。温度变送器Km 为"+"；调节阀为气开，即Kv 为"+"；对于被控对象，当阀门开度增大时，热物料的出口温度升高，即K0为"+"。由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以调节器的Kp 为"+"，即为反作用。 (5) 大修后变送器的量程由500℃变为300-200=100℃，变送器的放大倍数将发生变化，从而导致广义对象特性放大倍数发生变化： 032.005004 200 K ，00516.0200 300420'K K 系统的过渡过程将会发生变化，系统可能不稳定，此时，应该减小PID 调节器的比例放大系数，使p p K K 5 1 ' ，以保
过程控制工程基础习题及答案
西南科技大学成教学院德阳教学点 《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案 班级：姓名：学号：成绩： 一、填空题 1、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环节组成。 2、仪表的精度等级又称准确度级，通常用引用误差作为判断仪表精度等级的尺度。 3、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n 、超调量°和过渡过程时间t s；静态质量指标有稳态误差e ss。 4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。 5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调 节阀禾口液动调节阀三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。 7、积分作用的优点是可消除稳态误差（余差），但引入积分作用会使系统稳定性下降。 8在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、 双闭环比值控制和变比值控制三种。 9、Smith预估补偿原理是预先估计出被控过程的数学模型，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后进行补偿。 10、随着控制通道的增益K o的增加，控制作用增强，克服干扰的能力最大， 系统的余差减小，最大偏差减小。 11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后，不影响系统的控制质量。 12、建立过程对象模型的方法有机理建模和系统辨识与参数估 计___ 。 13、控制系统对检测变送环节的基本要求是、迅速和H
14、控制阀的选择包括结构材质的选择、口径的选择、流量特性的选择和正反作用的选择。 15、防积分饱和的措施有对控制器的输出限幅、限制控制器积分部分的输出和积分切除法。 16、如果对象扰动通道增益K f增加，扰动作用增强，系统的余差增大， 最大偏差增大。 17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是通过旁路控制。 名词解释题 1、衰减比答：衰减比n定义为: B B2 衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。为保证系统足够 的稳定程度，一般取衰减比为4:1?10:1。 2、自衡过程 答：当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新 的平衡状态的性质称为自衡性。称该类被控过程为自衡过程。 3、分布式控制系统 答：分布式控制系统DCS,又称为集散控制系统，一种操作显示集 中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系统。 DCS 的设计思想是“控制分散、管理集中”
过程控制工程课程设计(doc 15页)
过程控制工程课程设计(doc 15页)
过程控制工程 课程设计任务书 设计名称：扬子烯烃厂丁二烯装置控制模拟设计设计时间：2006.2.20~2006.3.10 姓名：毛磊 班级：自动化0201 学号：05号 南京工业大学自动化学院 2006年3月
1.课程设计内容： 学习《过程控制工程》课程和下厂毕业实习2周后，在对扬子烯烃厂丁二烯装置的实际过程控制策略、实习环节的控制系统以及相应的组态软件有一定的认识和了解的基础上，针对扬子烯烃厂丁二烯装置，设计一个复杂控制系统（至少包含一个复杂回路和3-5个简单回路），并利用组态软件进行动态仿真设计，调节系统控制参数，使控制系统达到要求的控制效果。 1)独立完成设计任务，每个人根据下厂具体实习装置，确定自己的课程设 计题目，每1-3人/组； 2)选用一种组态软件（例如：采用力控组态软件）绘制系统工艺流程图； 3)绘制控制系统原有的控制回路； 4)利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软 件，对控制系统进行组态； 5)改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 6)调节控制参数，使性能指标达到要求； 7)写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计 思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出 说明，并对所完成的设计做出评价，对自己整个设计工作中经验教训， 总结收获。 2. 进度安排（时间3周） 1)第1周选用一种组态软件绘制系统工艺流程图；绘制控制系统原有的 控制回路； 2)第2周利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利 用组态软件，对控制系统进行组态； 3)第3周(1-3) 改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 调节控制参数，使性能指标达到要求； 4)第3周(4) 书写课程设计说明书 5)第3周(5) 演示、答辩