过控设计题
过控比赛选题参考
微流控芯片的液体混合 微全分析系统的实现 高效率热电材料的应用（制冷、发电） 高效率热电材料的应用（制冷、发电） 氢的安全高效储存 高压化学装备 高温结构的破坏 结构健康监测
其他过程装备技术（供参考） 其他过程装备技术（供参考）
温度、压力、 温度、压力、浓度的传感与测量 先进过程控制技术 传感器技术及其在过程控制中的应用 先进传热技术（紧凑式换热…） 先进传热技术（紧凑式换热… 分离过程设备及其在各个领域中的应用（ 分离过程设备旋流分离、过滤…） 气体压缩的原理与应用 过程装备的安全技术 安全阀的原理与作用：核电安全阀… 安全阀的原理与作用：核电安全阀… 宇宙飞船舱门快开结构的设计
化工、石化工业（供参考） 化工、石化工业（供参考）
化肥的作用及其生产工艺和关键设备 电子化学品的生产技术与装备， 电子化学品的生产技术与装备，如高纯硅 99.9999%）、 ）、碳化硅的生产技术 （99.9999%）、碳化硅的生产技术 石油的作用及其转变为汽油、 石油的作用及其转变为汽油、煤油和化学品 的工艺和关键设备 煤及天然气转变为汽油、 煤及天然气转变为汽油、煤油和化学品的工 艺和关键设备 生物柴油的制备 纤维素规模化制备燃料乙醇 精细化学品制造工艺及设备（化妆品） 精细化学品制造工艺及设备（化妆品） 微化工装置
生活中的过程设备原理（供参考） 生活中的过程设备原理（供参考）
咖啡机的过程原理及其改进 电冰箱的制冷原理及其发展 室内空调的原理及其发展 宇航用的咖啡机、 宇航用的咖啡机、冰箱和相关家用电器 利用室内余热加热冷空气的技术方案及节能 效果评价 自来水转化为可饮用水的过程技术 小型锅炉加热房屋的过程技术 人工心脏的过程原理及其发展 室内污染空气的净化原理及装置
发电动力过程技术（供参考） 发电动力过程技术（供参考）
过控练习题
1、现测得直线流量特性的相关数据见下表，试分别计算其相对开度在10﹪、50﹪、80﹪各变化10﹪时的相对流量变化量，并据此分析它对控制质量的影响。
2、如图的液位储槽，生产工艺要求储槽内的液位常常需要维持在某个设定值上，为确保生产过程的安全，还要绝对保证液体不产生溢出。
要求设计一个简单的控制系统1、 画出系统原理图2、选择被控参数、控制参数、测量元件、变送器、调节阀3、 选择调节器，包括调节规律和正反作用调节器（写出过程）3、如图所示，q1为过程的流入量, q2为流出量，h 为液位高度，c 为容量系数，若以q1为过程的输入量，h 为输出量，假设R1、R2为线性液阻。
要求： 1、列出该液位过程的微分方程组 2、求该液位过程的传递函数4如图所示两个水箱串联工作，其输入量为Q1，流出量为Q2、 Q3，液位h1、h2分别为两个水箱的水位，h2为被控参数，C1、C2为其容量系数，R1、R2、R12、R3为阀门的线性液阻。
要求：（1）列出液位过程的微分方程组；（2）试求液位过程的传递函数())()(120S Q S H S G =。
5、如图为加热炉温度控制系统，试分析调节阀的气开还是气关，分析调节器的正反作用（写出过程），并写出负反馈验证过程6、如图所示换热器，用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定温度。
生产工艺要求热水温度维持在一定范围（-1℃≦△T≦+1℃），试设计一个简单温度控制系统。
要求：1、选择被控参数、控制参数、测量元件、变送器、调节阀2、选择调节器，包括调节规律和正反作用调节器（写出过程）7.某一定值控制系统，阶跃扰动响应曲线如图所示，求出稳态误差、衰减比、最大超调量8.下列参数（）不属于过程特性参数。
A.放大系数KB.时间常数TC.滞后时间τD.积分时间T I9.关于DDZ—Ⅲ型变送器，说法正确的是（）。
A.现场传输信号0~~10MAB. 电流传送电流接收C. 各单元由220V单独供电D. 现场传输信号为4~~20mA10.控制系统的准确性指标是（）。
过控试题123
1、问答题（15分，每题3分）[1]串级控制系统几个测量点？几个控制目标？简单均匀控制几个测量点？几个控制目标？[2]双重控制系统（也叫阀位控制VPC），其中一个控制器测量的是过程变量，如温度，而另一个控制器测量值是什么？整个控制系统主要特点是什么？[3]比值控制系统一般用乘法器还是除法器实现？为什么？如何选择主动量和从动量？对DDZ-Ⅲ仪表，写出仪表比值系数公式和乘法器给定公式I K，其中Q A Q Amax为主动量流量和量程，Q B Q Bmax为从动量流量和量程，r为流量比值。
(若差压法测量流量，选用开方器)[4]控制阀为何设有不同的流量特性？一般有哪几种特性？[5]在液位控制系统中，由于入口液流溅落到液位上，使液位测量噪声很大，在这种情况下，如何选择PID参数，为什么？2、（20分）图1为压力控制实验装置流程。
[1]试分析调节阀气开/气关型式（压力罐耐压0.1MPa），并分析控制器PC的作用方式。
[2]为了快速克服干扰的影响，请设计一串级控制系统，并分别给出主、副控制器的作用方式。
（画出带控制点工艺流程图）图1 压力实验装置3、（20分）如图2所示工业油罐，某种油品和空气有反应。
为了防止油和空气反应，需加入N2将油和空气隔离。
为恒定油罐内N2压力，[1]请在入口和出口设计两个调节阀，说明调节阀气开/气关方式，并设计一分程控制系统，画出带控制点工艺流程图，说明控制器作用方式。
[2]画出入口阀和出口阀分程关系图。
图2 工业油罐4、（20分）如图4所示锅炉燃烧系统，为了防止燃气压力过高，而使燃烧器脱火，请设计一超驰控制系统。
画出带控制点工艺流程图，标明阀门作用方式，选择两个控制器正反作用，选择低选或高选。
图4 锅炉燃烧系统简图5、（25分）图3为一工业用冷却器，为了使热流体出口温度恒定，[1]（5分）请设计一温度控制系统。
画出带控制点工艺流程图。
为了使气氨不带液，选择控制阀气开/气关方式，选择温度控制器正反作用。
过控33道例题
《过程控制仪表与系统》作业1-电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？2-说明现场仪表与控制室仪表之间的信号传输及供电方式。
0-10mA的直流电流信号能否用于两线制传输方式？为什么？3-简单描述集散控制系统的结构和主要特点？4-何谓比例控制规律、积分控制规律和微分控制规律？它们各有哪些特点？5-什么是放大系数K，时间常数T和滞后时间 ？6-为什么积分控制规律一般不单独使用，而微分控制规律不能单独使用？7-一台DDZ一Ⅲ型温度比例控制器，测量的全量程为0～1000℃。
当指示值变化100℃，控制器比例度为80％，求相应的控制器输出将变化多少？8-试写出PID控制器的输入、输出之间的数学表达式，并说明其中各参数的意义。
9-某台DDZ一Ⅲ型比例积分控制器，比例度为100％，积分时间为2min。
稳态时，输出为5mA。
某瞬间，输入突然增加了0.2mA，试问经过5min后，输出将由5mA变化到多少？10-某台 DDZ一Ⅲ型比例积分微分控制器，其比例δ=80％，积分时间 TI=0. 4min，微分时间TD=2．4min，微分放大倍数KD=10。
假定输出初始值为 6mA。
在t=0+时施加 0．4mA 的阶跃输入信号。
试分别写出在该阶跃信号作用下，其比例、积分、微分的输出表达式，画出三部分的输出响应曲线，并计算出在t=24s时该控制器的输出电流为多少？11-何谓变送器的量程调整、零点调整和零点迁移？12-什么是FSK信号？HART协议通信方式是如何实现的？13-简述电容式差压变送器的工作原理。
14-气动执行器是如何实现正反作用的？什么叫气开阀，什么叫气关阀？根据什么原则选择调节阀的气开气关型式？15-何谓调节阀的流量特性？常用的流量特性有哪几种？。
理性情况下和工作情况下有何不同？16-有两个调节阀，其可调比R1=R2=30，第一个阀的最大流量Q1max=100m3/h，第二个阀的最大流量Q2max=4m3/h，采用分程调节时，可调比可在达到多少？17-已知阀的最大流量Qmax=50m3╱h，可调范围R=30。
过控习题整理
过控习题整理1.对于如图所⽰的压⼒控制系统，假设贮罐温度不变，主要⼲扰为P 1、P 2。
试指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与被控对象，并画出该系统的⽅块图2.对于如图所⽰的加热炉温度控制系统，试(1)指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量; (2)画出该系统的⽅块图3.(1) 列写过程微分⽅程组；(2) 画出⽅框图；(3) 求传递函数P spsp )()()(12s Q s H s G p4.对于如图所⽰的加热炉温度控制系统，试(1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与控制⽬标; (2)画出该系统的⽅块图；(3)选择控制阀的“⽓开-⽓关”形式;(4)指出该控制系统的“⼴义对象”及物理意义。
思考题对于⼀般的⾃衡过程，分析采⽤纯⽐例控制器存在稳态余差的原因；引⼊积分作⽤可消除稳态余差的原因分析，以及为什么引⼊积分作⽤会降低闭环控制系统的稳定性？引⼊微分作⽤可提⾼控制系统的稳定性，但为什么实际⼯业过程中应⽤并不多？ ? 如何确定PID 参数？5.(1)如何选择控制阀的 “⽓开⽓关”？(2)如何选择温度控制器的正反作⽤，以使闭环系统为负反馈系统？对于⼀般的⾃衡过程，当设定值或扰动发⽣阶跃变化时，为什么采⽤纯⽐例控制器会存在稳态余差？引⼊积分作⽤的⽬的是什么，为什么引⼊积分作⽤会降低闭环控制系统的稳定性？ ? 引⼊微分作⽤的⽬的是什么，为什么实际⼯业过程中应⽤并不多？燃料spsp6.热平衡⽅程:λ---冷凝潜热；C1--⽐热容控制通道静态增益:从静态增益补偿的⾓度从动态特性变化的⾓度 (Why?)7.控制器的正反作⽤选择2111)(G T T G C λ=-11121G G C G T K p ∝=??=λ凝液G 1G2KpKv选等百分⽐阀G1G2T p K v选快开阀稳定性变差燃料油8.有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统⼗分相似。
试问如何来区分它们？试分析判断下图所⽰的两个系统各属于什么系统？说明其理由。
兰州理工大学过控作业答案
锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。
汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。
水位过高，会使蒸汽带液。
降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。
而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。
因此，必须对汽包水位进行严格的控制。
图1-16是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：(1)画出该控制系统方块图；(2)指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么 (3)当蒸汽负荷忽然增加，该系统如何实现自动控制|答：(1)(2)被控对象：锅炉汽包。
被控变量：锅炉汽包水位。
操纵变量：锅炉给水量。
扰动量：冷水温度、压力、蒸汽压力、流量，燃烧状况等。
(3)当蒸汽负荷突然增加，会导致汽包水位下降，液位变送器检测到液位h 下降信号并与设定水位h0进行比较，将偏差信号传给控制器，控制器使执行器动作，增大阀门开度，使冷却水流量增加，从而降低加热室燃烧程度，进一步使得汽包液位升高。
.评价过程控制的衰减振荡过渡过程的品质指标有哪些有哪些因素影响这些指标 :答：（1）稳态误差ss e ；ss e =r-)(y ∞ 影响因素：开环增益，系统型号，输入信号； （2）衰减比n=1B /2B ; 影响因素：阻尼； （3）超调量σ=∞)(∞)()(y y t y p -×100% ;影响因素：闭环主导极点的衰减率；（4）过渡过程时间s t ； 影响因素：扰动动作时间的长短。
]某化学反应器工艺规定操作温度为(800±10)℃。
为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。
现运行的温度控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1-13所示。
(1) 分别求出稳态误差，衰减比、过渡过程时间。
(2) 说明此温度控制系统是否满足工艺要求。
}解：（1）稳态误差ss e =805-800=5衰减比: 1B =845-805=40; 2B =815-805=10;n=B1/B2=4:1 过渡过程时间: s t =25min,(2) 给定最大偏差值：850-800=50℃；最大偏差：845-800=45℃ 由于最大偏差值为45℃，不超过50℃，故满足工艺要求。
过控试卷
华侨大学08-09学年第二学期期末考试试卷（A ）一 填空题（10分，每空1分）1. 调节系统在纯比例作用下已整定好，加入积分后，为保证原稳定度，此时应将比例度 。
2．表示调节阀流通能力的参数是 。
3.调节阀的流量特性是指 之间的关系，理想流量特性是指在 情况下得到的流量特性。
4.串级控制系统与单回路相比控制效果有显著的提高，主要体现在哪三方面： 、 、 。
5. 换热器温度控制系统如图1所示，若被加热流体出口温度过低会副流量B Q 之比为A BQ K Q =则比值系数α的值为 。
二、简答题30%（每题5分）1. 常用的评价控制系统动态性能的单项性能指标及误差积分指标有哪些？它们各有何特点？2. 如果系统中主、副回路的工作周期十分接近，例如分别为三分钟和两分钟，也就是说正好运行在共振区内，应采取什么措施来避免系统的共振，这种措施对控制系统的性能有什么影响？3. 试简述采用基于阶跃响应方法测试被控对象数学模型的方法与步骤？（假设对象是0()(1)nk G s Ts =+） 4. 基本模糊控制器由哪几部分组成，简述各部分在构成控制系统中的作用？5. 什么叫比值控制系统？常用比值控制方案有哪些？并比较其优缺点？6. 什么是调节阀的可调比？串联管系的100S 值，并联管系的100S '值对调节阀的可调比有何影响？三、对象传递函数3()4s e G s s -=，调节器采用PI 动作。
试用稳定边界法，估算调节器的整定参数。
（8分）有关参数整定如下表所示四、图2为聚合釜温度控制系统。
试问：（1）它是什么类型的控制系统。
（2）聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故，试确定执行器的气开、气关形式。
（3）确定主、副控制器的正反作用。
（4）简述当冷却水的压力波动时系统的控制过程。
（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述控制系统是否能满足要求？哪些地方需要改进？（6）当夹套内的水温作为副变量构成串级控制时，试确定主、副控制器的正、反作用。
《过控习题-7-2
第七章 线性系统状态空间设计方法
第二次作业
七．试求系统 u x x ⎥⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=112122211220&，[]x y 111= 的各种标准形（对角，可控形，可观形）
八．已知系统（A,b,c ），试按可控性、可观性分别进行规范分解。
⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=341010121A ，⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡=100b ，[]111-=c 。
九．将下列系统 { A,B,C }，进行能观性子空间分解（P272.例7-6）。
⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=010100110A ，⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=011000B ，⎥⎦
⎤⎢⎣⎡=010100c 前面按书上例7-6做，但若取T2=[1 1 1]时，能观性子空间分解的结果如何？
十．设受控系统传递函数为 )
2)(1(10)()(++=s s s s u s y 试用状态反馈使闭环极点配置在 –2，-1+j,-1-j 。
十一．设受控系统传递函数为 )
2)(1()1(10)()(+++=s s s s s u s y 试研究采用状态反馈使闭环极点配置在–2，-1+j,-1-j 的可能性。
（提示：从可控标准形、可观标准形两个方面进行讨论。
）
十二．试证明：（A-BK ）B 的列可由（B ，AB ）的列线性组合。
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