过程控制工程模拟试卷(含答案)

《过程控制工程》考试试题

一、填空（20分）

1、定值控制系统是按（）进行控制的，而前馈控制是按（）进行控制的；前者是（）环控制，后者是（）环控制。前馈控制一般应用于扰动（）和扰动（）与扰动（）的场合。

2、串级控制系统能迅速克服进入（）回路的扰动，改善（）控制器的广义对象特性，容许（）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。

二、试写出正微分与反微分控制作用的传递函数，画出它的阶跃响应，并简述各自的应用场合。（15）

三、前馈控制适用于什么场合？为什么它常与反馈控制构成前馈—反馈控制系统？对于扰动至测量值通道的传递函数为，控制作用对测量通道的传递函数为的前馈—反馈控制系统，试求前馈控制规律。（20分）

四、甲的正常流量为240kg/h，仪表量程为0~360kg/h；乙的正常流量为120NM3/h，仪表量程为0~240NM3/h。设计控制乙的单闭环比值控制系统，画出流程图并计算引入开方运算与不引入开方运算所分别设置的比值系数。（15分）

五、如图示的加热炉，采用控制燃料气的流量来保证加热炉出口温度恒定。（20分）

1、总进料量是主要扰动且不可控扰动时，设计合理的控制方案，并作简要说明。

2、当燃料气阀前压力是主要扰动且不可控扰动时，设计合理的控制方案，并作简要说明。

六、APC的涵义是什么？它主要包括哪些控制系统？（10分）

一、答：

1.定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进

行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。前馈控制一般应用于扰动（可测）和扰动（显著）与扰动（频繁）的场合。

2.串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器

的广义对象特性，容许（副）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。

二、答：

理想微分作用：；。

由于理想微分作用对高频分量要有巨大的

放大能量，无法达到。因此，实际情况：

；阶跃响应曲线如图：

当时，为正微分作用；如果则为反微分作用；当时，为的单纯比例作用。

1.微分作用可以使系统开环频率特性幅值比增大，相位提前。微分作用量适当，可以使系统的稳定域度提高，最大偏差减小，回复时间缩短；对温度和成分控制系统，往往引入微

分控制。对真正的时滞，微分作用不能改善控制品质。对噪声大的对象，微分作用会把这些高频干扰放大的很厉害，将使系统的控制质量降低。因此，对流量和液位控制系统，一般不引入微分作用。如实必要，须先将测量信号滤波。

2.反微分作用常常用在噪声很大的流量系统控制。

三、答：

1.前馈控制是按扰动而进行控制的，因此，前馈控制常用于的场合：一

是扰动必须可测，否则无法实施控制；二是必须经常有比较显著和比较频繁的扰动，否则无此必要。三是存在对被控参数影响较大且不易直接控制的扰动。

2.前馈控制是一种补偿控制。一般来讲，前馈控制无法全部补偿扰动对

被控变量所产生的影响。因此，单纯的前馈控制系统在应用中就会带来一定的局限性。为克服这一弊端，前馈控制常与反馈控制联用，构成前馈—反馈控制系统。对最主要的、显著的、频繁的无法直接控制的扰动，由前馈来进行补偿控制；对无法完全补偿的扰动影响，由反馈控制根据其对被控变量所产生的偏差大小来进行控制。

3.系统方块图如图所示。

根据补偿性原理：

，

所以我们有前馈控制规律

四、答：采用乘法器的单闭环比值控制流程框图如图所

示。

其中F1为甲流量，F2为乙流量

1.引入开方器时：

2.不引入开方器时：

五、答：

1.当总进料量是主要扰动时，控制方案如图所示。该方案为前馈—反馈

控制系统方案。如果负荷是主要扰动，我们将总进料量测出，将流量

信号送到前馈补偿装置，其输出与温度控制器的输出相迭加，作为总的控制作用。这时，当进料量发生变化后，不需要等到出现偏差，燃料量就会及时作相应的调整，结果使控制过程中的温度偏差大为减小。

当燃料压力是主要扰动时，控制方案如图所示。

该方案为被加热物料出口温度对燃料气流量的串级控制系统方案。当燃料气压力发生变化时，利用流量副环的作用，可以迅速地对扰动作出反应，调整燃料气阀门的开度，调整较为及时。但是这只是一个粗略的调整，扰动对温度的影响还需通过主环来进一步细调，使被控的主变量——被加热物料出口温度保持在希望值。

六、答：APC为英文

Advanced Process Control的第一字母缩写，意为先进控制。通常下列控制系统都归结为先进控制系统范畴：

1.状态反馈控制；

2.动态最优控制系统；

3.预测控制系统；

4.解耦控制系统；

5.软测量技术和推断控制系统；

6.适应控制系统；

7.鲁棒控制系统；

8.时滞补偿控制系统;

9.智能控制系统。

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