过程控制习题.docx
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过程控制习题
第一章单回路反馈调节系统
1.设计单回路调节系统，被调变量和调节变量的选择原则是什么？
2.调节通道、干扰通道特性可以用哪些特征参数来表示，各参数对过渡过程有何影响？
3.为什么大的负荷变化或工况变化有时会影响系统的调节质量？
怎样解决？
4.测量滞后、信号传递滞后常常对调节质量产生不良影响，一般可用哪些方法克服？
5.在自控系统设计系统中，调节阀特性选择原则是什么？
6.在单回路中调节器的调节规律是根据什么原则确定的？
为什么要对调节器参数进行整定，通常有哪些方法？
各参数的变化对过渡过程的影响有哪些规律？
7.为什么有的流量（或压力）调节系统不稳定时在调节器与与调节阀之间家一个一阶滞后环节会变好？
8.组成单回路调节系统时，如何考虑各环节的时间常数匹配？
9.自动调节系统间为什么会产生相关？
你知道哪些克服方法？
10.由手动向自动切换后如何快速判断切换是无扰动的？
调节系统投运前应做好哪些准备工作？
11.用反应曲线法、衰减曲线法整定调节器参数的要点是什么？
12.根据给出条件，试分析下列被调对象中影响被调变量温度T2的因素。
12题图
a．Q1、P1不可控，P2较稳，对象滞后较小时，设计一单回路调节系统；
b．若仅P2被动较大但对象滞后较大时，设计一调节系统。
13.设槽内液位高度H为被调变量，试根据不同工艺要求选调节变量：
（1）若要求槽内物料对以后工序能稳定供料时；
13题图
（2）若要求物料在槽内有一定停留时间时；
（3）若要求来多少物料就需处理多少物料时。
14.设调节系统的干扰、调节二通道传递函数为Gf=KfWf,且无零点。
P=KpWp,为只分析对象特性影响，令Wf=Wp;调节器为正比例作用，比例度为求：
（1）调节系统静差；并说明干扰KfKp对的影响关系。
（2）若调节、干扰通道特性都为二阶的；调节器仍为比例作用，设过渡过程衰减比为n：
1时，其偏差Ymax与Kf、Kp及n的关系如何？
15.某单回路温度调节系统，调节器的，T1=1时有满意的过渡过程，经过一段的运行时间由于变送器损坏，将原量程为100的换一个200的，问；
（1）调节器仍为原整定参数，能否得到与原来差不多的过渡过程？
与原来比有何变化？
（2）需怎样调整才能得到与原来差不多的过渡过程？
能否得到原调节精度？
16.对于介质压力和温度都较高的流量调节系统，为克服与密封件的磨擦及不平衡力的影响，需装阀门定位器，但系统却因此产生振荡（定位起本身没问题）这时应采取什么措施？
为什么？
17.工艺设备不变的情况下自控人员可以通过哪些环节改善广义对象的特性？
举例说明。
18.用量程为1200mm水柱的气动差变作液位变送器，工作特性为线性的气动调节阀流量范围为0~10。
求变送器及调节阀的放大倍数。
19.已知用QDZ型仪表组成的调节系统中，流过调节阀的介质密度为，工艺系统两个压力稳定点内压力差为；阀全开时，阀上压降为，选定其流通能力C=100，理想流量特性为对数的，求正常生产流量为情况下，调节阀的放大倍数。
型仪表的温度调节系统，如图所示。
20题图反应釜温度控制系统
釜内温度50左右，工艺要求控制精度，调节阀理想特性为线性，管路阻力分配系数S=，全开流量为100理想可调节范围。
试
（1）选用测温元件及温度变送器量程：
理想线性发开度（R0=30）公式：
k=
（2）计算流量在；时绝对测量变送器的绝对放大倍数；
（3）计算调节阀的绝对放大倍数。
21.若一个自控系统，在比例控制的基础上分别增加：
（1）适当的积分作用；
（2）适当的微分作用。
试问：
（1）这两种情况下对系统的稳定性、最大动态偏差、残差分别有何影响？
并说明原因。
（2）为了得到相同的系统稳定性，应如何调整比例度，并说明理由。
（3）试总结调节器P、PI、PD和PID动作规律对系统控制质量的影响。
22.有哪些方法可以解决系统中调节阀处于小开度产生振荡？
23.蒸汽加热器出口温度调节系统，气动调节器在手动输出蒸汽流量为，出口温度稳定在200，当手动输出阶跃为时，蒸汽流量为11出口温度经18分钟稳定在21；又当手动输出稳定在，而开大手阀A，物料流量增加出口温度经分钟后稳定在195。
试计算调节通道和干扰通道的绝对放大倍数及时间常数的近似值。
23题图蒸汽加热器出口温度调节系统
24．一个废热回收换热器，如图所示。
热流体是从反应器出来的产物，其温度为300+25。
试设计一个简单调节系统，并用两种方式定量的计算讨论你所设计系统的调节质量，对这个换热器进行了一次特性测试，当热流体从稳定流量增加了50后测得t2的变化情况如下：
时间（min）
0
2
3
5
10
15
20
温度t2（c）
0
10
25.实验设备如图所示，线性调节阀流量范围压力变送器量程为0~;流量差变量程1000mmH2O（相当流量为0~h）再实验时在稳态下，阀信号由~,结果压变输出由~,开方器输出由650~750mm水柱，问：
25题图压力容器实验装置
（1）压变信号与阀信号间的绝对，相对放大倍数各是多少？
调节阀的、压力变送器、压力罐的绝对和相对放大倍数各是多少？
（2）罐内压力变化多少？
26.画出下列调节系统的方框图，其中调节器传函为Gc调节阀为Gv调节通道Gp为变送器为Gm;P0为干扰，干扰通道函数为Gf.
（a）（b）
（c）（d）
26题图压力、流量系统
27.已知列管式换热器温度调节系统如图，设温度对象的传函为：
Gp（s）=K0/（T1S+1）（T2S+1）,调节器PID规律，调节阀Gv=Kv/Tvs+1，温变
Gm（S）=Km/（Tm1S+1）（Tm2S+1）.若干扰通道与通道特性相同，试画出下面两种情况的方框图
干扰来自蒸汽压力波动；
干扰来自进料温度T1波动。
27题图管式换热器温度调节系统
28、试画出图示液面调节系统方块图。
设备部分传递函数分别为调节器Gc，变送器Cm调节阀膜头Gv阀开度为Xv压力为P1P2及液位高度H2，入口流量Q，对出口流量Q2的影响关系为
28题图压力容器液位控制系统
29、气动调节阀的执行机构的正、反作用是如何定义的？
在结构上有何不同？
调节阀的气开、气关形式如何实现的？
（画简图表达出来）在使用时应根据什么原则选择？
30、调节阀流量系数C是什么含义？
如何根据C值选择调节阀口径？
什么是调节阀的可调比？
串联管路、并联管路的S100值对调节阀的可调比有何影响？
31、什么是调节阀的结构特性、固有流量特性（理想流量特性）、和工作流量特性（安装流量比特性）？
32、某一线性被控过程的控制系统中调节阀与工艺管道串联使用，其全开时阀阻比S100=，试决定调节阀的流量特性。
33、试确定下列控制系统中调节阀的开关形式及调节器的正、反作用。
33题图
34、一个间歇生产的夹套式反应釜，放热反应，用冷冻盐水量控制釜内温度在10摄氏度左右，（测量元件带有金属保护管）工艺要求控制误差（动、静态）越小越好。
人工操作用改变盐水量对釜内温度响应曲线如图，其釜内温度过高容易发生冲料事故，盐水压力和温度变化对釜内温度影响较大，试
设计一个单回路调节系统，且确定调节器正反作用及调节阀开关形式。
调节器作用规律并说明理由
画出调节系统方块图
选用测温元件各类及变送器量程。
34题图
35、在所有单闭环控制回路均为开环时某一控制过程的开环增益矩阵为
试推导出其相对增益矩阵，并选出最好的变量配对，并分析此时过程是否需要解耦。
第二章串级、比值、均匀调节系统
1、说明串级调节、比值调节、均匀调节特点及应用场合。
2、为什么采用串级调节可以改善对象特性，工作频率的提高取决于什么？
3、为什么用串级调节克服幅值大、频率高的干扰效果比单闭环回路系统好？
4、串级系统的设计原则有哪些？
5、怎样选择串级调节系统中主、副调节器的调节规律？
试证明只要主调节器有积分作用就可以消除主变量余差？
6、串级调节系统中若副对象时间常数太小，整个系统稳定性不好时你有哪些解决方法？
7、试证明串级调节系统中主副调节器正反作用可用下面两格判断式确定：
（副调节器+）（调节器+）（副对象+）=（—）（主调节器+）（副对象+）=（—）
8、说明以DTL—12仪表组成的串级调节系统投运步骤。
9、用衰减曲线法如何整定串级调节系统，主副调节器之参数？
10、填空
（1）串级调节系统中，一般副对象的时间常数应当比主对象（），对（）变量的选择是设计串级调节的关键。
（2）串级系统中，副回路对进入其中的干扰具有（）能力，因此设计时要把（）干扰包括回路内，并在参数整定时把副调节器的比例度整得（），以使系统的抗干扰（）使这类干扰对主变量的影响（）。
（3）当对象的容量滞后（），用单回路调节不能满足质量要求时，可用串级调节，可选择一个（）的辅助变量组成副回路使对象的等效（）缩小，以提高系统的工作频率。
（4）一般采用流量为副参变量的串级调节系统，是因为在引入副回路后，系统对进入副回路的压力或流时波动具有（）的反应速度和（）的克服能力，而且对改善调节（）有利，对于被控制变量调节品质要求（）、对象（）较大、干扰影响（）等场合宜采用。
（5）在串级均匀调节系统中，必须对（）回路选择合适的（）规律及（）。
因（）作用规律对过度过程的影响与均匀调节的目的是相违背的，故（）采用。
12、炼油厂催化剂化装置中，反应后结焦的催化剂通过加料器由热风将它由提升管进入再生器（见图），工艺要求一次风量必须随压力的变化快速、准确的矫正。
但对压力的调节质量要求不高，组成了压力一一流量串级调节系统。
问：
此系统中主、副对象特性有什么特点？
此系统投运、进行参数整定时应非常注意什么？
对主、副回路工作频率有何要求？
12题图炼油厂催化剂化装置
13、某氨厂合成塔用热点T1与敏点T2组成串级调节系统如图所示系统投运后，不论怎样调整调节器参数，主、副变量记录曲线都几乎同步等形波动，如曲线图示。
且调节质量很差，经实测主、副对象的时间常数分别为T2=13分，T1=15分。
试分析原因。
13题图氨厂合成塔温度控制系统
14、某炼油厂用初馏塔顶温度与回流量组成串级调节系统，如图。
该系统副回路单独投运时，比较平稳，而切入串级后，只要在主调上稍加一些微分，其输出电流表指针就激烈波动，甚至整个调节系统都不稳定了。
经了解，δ%主=30%T1=5分钟过程曲线尚好。
其后又加微分作用，但一点都加不上去，稍一动微分旋钮，输出就激烈摆动（调节器本身没有问题）系统应采用何种投运步骤才对？
主调节器的δ%，Td应为多少才合适？
14题图
15、某炼油厂加热炉，为保证物料出口温度稳定，设置了入图示调节系统。
该系统投运后经参数整定，确定δ%主=40%，δ%副=10%，得到记录曲线如图a所示。
主变量平稳，但副变量波动剧烈。
后来据说为了安全，从新调整了调节器参数，得到如图b所示过程曲线。
问：
那种整定正确？
为什么？
为使调节系统在大的扰动下能安全运行，应采取什么措施为好？
15题图炼油厂加热炉温度与回流量组成串级调节系统
16、试确定下列调节系统中调节阀的开关形式及主、副调节器的正反作用。
16题图
17、某厂脱丁烷塔提馏段温度调节系统如图。
系统投运后出现：
当蒸汽压力正常时调节过程比较满意；但当蒸汽压力变低时，过程曲线出现有规则的较大脉动，如图。
通过对设备考察发现，在这种情况下冷凝水管线间歇式排水，且频率与上曲线差不多。
你建议如何改进此系统？
并进行定性分析改进根据？
17题图
18．对均匀调节系统的动态过程有些什么要求？
调节器参数怎样整定？
19．均匀调节系统和定值系统？
20．判断下列各系统哪个应为均匀调节系统？
20题图
21．常用的比值调节方案有几种？
试画控制方案方框图并加以说明各方案的特点。
串级比值与变比值调节在系统结构上有什么不同？
22．如何计算比值器、乘法器、除法器、分流器的比值系数，为什么其值与仪表类型（气动、电动Ⅱ型、Ⅲ型表）无关？
比值系数的大小有否限制？
为什么？
23．当比值系数K>1，且用DDZ—Ⅱ型加法器作比值器时如何实施比值系数？
24．比值调节系统中，从动流量调节器的参数整定有什么特点？
用节流装置测量时，有无开方器比值系数为什么不一样？
在什么情况下可不用开方器？
25．为什么静态比值调节不能保持动态过程中一定的比值关系？
你有什么方法解决？
26．用气动、电动Ⅱ型、Ⅲ型单元组合仪表测量时，流量与变送信号间有通用关系式吗？
请写出来。
27．试将四种常见的比值调节系统控制流程图画成方框图。
设调节器传函为GC调节阀为GV变送器为Gm1，流量对象为Gp1各流量管道压力变化量化为主要干扰，它们对输出流量的传函分别为Gif=Pi（s）/Qi（s）,i=1,2
28．填空：
在比值调节系统中，用节流装置而又不用开方器测流量时，由于节流件特性是（）。
其（）随负荷变化较大时（）性的抗（）能力降低。
29．用水和氢氧化钠配制6～8%NaOH溶液，要求H2O/30%NaOH=（4～）：
1范围内可调整，方案如图示。
30%NaOH溶液正常流量700kg/h最大流量为900kg/h（测量计标尺：
，，，2，，3，5，6，，8×10n）
求：
①水的流量计量程②当水流量计量程选3200kg/h时能否满足要
30题图29题图
30．天然气加氢比值调节系统如图已知：
①混合气体中的H2含量为10%（体积比）；②加氢气中的H2含量为74%（体积比）；③天然气仪表量程范围为0～3200Nm3/h,加氢气量程为0～500Nm3/h。
求仪表比值系数K。
⑵若方案仍如上图的实验装置，天然气正常流量为G1=7m3/h;加氢气G2=250升/时，G1m=10m3/h,G2m=300升/时，求K=？
31．用石脑油为原料在一段转化炉制备生产合成氨的合成气，流程如图
31题图32题图
工艺要求水碳比（H2O/C）3：
7，已知石脑油平均分子量为122。
含碳量为%（重量比），蒸汽表量程为0～140T/h，石脑油表量程为0～8000Nm3/h。
求蒸汽与石脑油气比值系统的比值系数。
32．加热炉燃料油需加入雾化蒸汽，雾化情况影响燃烧，进而影响温度调节质量，会浪费资源，在采用蒸汽压力单回路调节时，油调节阀变化不大情况下尚可，但若变动大，便不能满足雾化要求，有的采用油阀后压力与蒸汽压力比值调节，如图。
问：
①此种系统结构能否保持比较准确的流量比？
理论根据是什么？
（用计算公式定性说明）
②用此法对工艺管道设备等有什么要求？
③调节对象发生什么情况会产生错误动作？
④在什么情况下用压力比调节比用流量比调节好？
33．某聚合车间混合槽的串级比值调节系统如图。
工艺要求碳氢相和水相比为4：
1进槽，已知碳氢表量程为G1m=h,水相表量程为G2m=20m3/h
问①比值系数多大？
②设G1正常为4m3/h,用配比器时比值系数为多少？
（气动配比器运算式为P1=KAPA，P2=KBPB，KA，KB连续可调且KA/KB=～25）
③若G1从4m3/h→6m3/h,K应该多大？
④若G1从4→h使K不变，
工艺比值变化如何？
⑤画出系统方框图。
33题图36题图
34．一单闭环流量比值调节系统，主流量是水，付流量是石灰液，系统中用电动加法器作比值器。
由于生产实际需要比值用人工调整范围为G从/G主=～，现场实验证明，G主出现最大值略小于5000kg/h，用节流件测流量，比值器的K=～3，问：
①用这个比值器能否满足这个调整范围？
②主、付流量计的量程选多大为好。
35一单闭环气动流正常运行时主流量QA=100Nm3/h,QB=200Nm3/h,QAm=125,Qpm=250,孔板测流量。
问：
调节系统有开方器和没用开方器时，理论上由定值器给乘法器的信号应为多大？
36．一变比值流量调节系统如图正常稳态下要求QA=100Kg/h（量程为125），QB=200Kg/h，希望FC调节器的测量值指示在仪表刻度的50%处，试确定B物料量的变送器量程。
37．为保证乙炔加氢反映的正常进行，须严格控制进反应器的脱乙烷塔塔顶C馏分与氢气之间的比例（当知道乙炔在C2组份中含量时，即反应乙炔与氢气之比）。
若氢量过低乙炔转化不完全，但若或高使乙炔收率降低，同时反应剧烈，温升过高有烧毁催化剂的危险。
由于反应器分两段，因一、二段乙炔加氢的负荷随催化剂活性的降低而变化，所以H2根据负荷的情况以相应的比例（如在开车初期使一段转化70%，二段转化30%）进入反应器（可用比值偏值器或负荷分配器—运算式为IX=I出+β。
β为偏值量）将加入氢气总量进行合理分配。
另外，工艺还要求所设计的控制系统，必须满足进反应器的C2组分流量平稳的同时，乙烷塔的塔压也应稳定。
工艺流程如图，且有了调节阀。
试设计控制系统并画在图中，同时画出系统方框图。
37题图
38工艺要求天然气与水蒸气流量比为1：
3（重量），当蒸汽/天然气比值低于时，天然气过量了，为防止析碳应及时报警，由气动QDZ-Ⅱ型仪表组成比值调节系统如图。
流量信号经开方器，量程：
Gm=10000m3/hGm=27000m3/h.求：
系统的比值器系数和高限信号器给定值。
38题图
第三章前馈、分程、选择性调节系统
1．前馈调节与反馈调节有哪些不同？
前馈—反馈调节有什么特点？
怎样判断可用静态前馈调节？
或动态前馈调节？
超前调节作用与前馈调节作用概念相同否？
2．按绝对不变性原理，前馈模型由什么决定？
在处理模型实施时应考虑那些问题？
3．为什么一般情况下前馈模型可用形势代替?
设计时,根据什么选定前馈模型的形式,试分析前式中T1>T2和T14.在单变量前馈一一反馈调节系统投运时,如何用单闭环调节系统确定静态前馈系数?
根据是什么?
5.在什么情况下用前馈一一反馈调节而不用单回路反馈调节?
或串级调节?
（左图为何种调节形式并画出方框图
5题图
6.如何选择前馈变量?
前馈调节系统的设计原则有哪些?
7多变量前馈调节系统扰动通道和调节通道传递矩阵由什么级成?
多变量前馈模型由什么确定?
8.前馈一一反馈调节系统如何进行参数整定和投运?
用加法器对前馈信号和反馈调节信号进行综合时应注意什么问题?
9.试画出下列调节系统方框图.
塔液位控制系统
连消塔出口温度控制系统
塔顶温度控制系统
10.就下例证明:
若反馈调节系统是稳定的话,则相应的前馈一一反馈调节系统也是稳定的.
设,FFc=,TC=Gc
10题图
11.工艺需严格控制加热炉物料出口温度,进行原设有流量调节系统,但为保持物料在容器1中有足够的停留时间,并要防止溢出和抽空（正常流量为20～30T/h）需经常改变流量调节器的给定值（每次提降约为2T/h左右）经分析,它为主要干扰,今为使液体与流量都能兼顾,并增强服流量对出口温度的影响,增设如图控制回路.
11题图
经实测燃料量对出口温度通道的传函为,进料量对出口温度通道的传函为问:
①调节系统属于哪类?
②对流量调节器参数整定有什么要求?
③前馈调节器模型为何?
你认为应当用动态,还是静态前馈好,为什么?
④判断加法器各种号的符号,C值应为多少?
12.在哪钟结构的前馈调节系统中对调节阀的我要求更严格一些?
为什么?
13.比例调节系统与静态前馈调节系统有什么共同点和不同点?
14.试分析图示控制系统中,①有几个控制回路?
②判断，,,的正反作用;
14题图例15题图例
③确定加法器a,b,c符号;④画出系统方框图.
15.分程调节有什么特点?
都可用在哪些场合?
（在生产过程控制中有什么作用?
）已知两阀调节系统中,各阀的动作信号范围如图示,哪种是分程调节系统?
哪种不是?
16.两阀的分程调节系统中调节阀的开关形式有几种?
如何确定?
如何划分调节器输出信号范围?
常有哪些实现分程动作的方法?
某工艺生产设备需设置两阀的分程调节系统,从安全角度看,两阀均应用选用气开式的,而
从自控角度看,又应仅是一个为气开式的,现阀结构又小,不能安装定们器,你有几种方法解决?
并具体说明原理.
17.分程调节中,对调节阀组合特性有什么要求?
对调节阀间最小流量和泄露量与一般调节系统要求有什么不同?
分程调节系统中调节器正,反作用方向如何确定?
系统投运和参数整定时,应注意哪些问题?
18.画出吸收塔气动液位分程调节系统的调节阀的分程范围,并指出调节器正反作
用.
18题图
工艺要求:
①当液位高度在正常范围为液位最大高度的20～60%时,吸收塔的液位全部由阀A控制,经水力透平回收能量后,去再生塔.
②当液位高度在液位最大高度60～80%时,打开C阀并使其开度能达到最大,液位超过其最大高度90%时,D阀开,进行调节.
③当液位高度下降其最大高度40%以下,为保证水力透平正常工作和塔的液封,打开B阀,使半贫液回流透平.
④已知塔内径正常液面与排出水平管距离h=6m饱含的富液正常流量为1240T/h,介质比重为吸收塔压P=27kg/,70%的富液经调节阀A（正常时全开）和水力透平后进入再生塔底（压力为进行内蒸,富液的30%流经D阀（正常开度为70%）.
求:
塔液位对象调节通道传函数.
19.什么叫选择性调节?
在生产过程控制中起哪些作用?
什么叫安全软限控制?
在保护性取代调节系统中,经常工作的调节器和不经常工作的调节器,在参数鉴定上是否相同?
为什么?
20.如何理解把工艺限制（约束）条件构成的逻辑关系加到通常的调节系统以构成选择性调节?
怎么确定选择器功能?
21什么是调节器的输出饱和?
在选择性调节系统中为什么要注意解决积分饱和问题?
简单选择性调节系统中原则性解决积分饱和有哪些方法?
在串级调节的选择性调节的选择性调节系统如何防积分饱和?
是否在各种有积分调节器的选择性调节系统中,都有积分饱和现象?
为什么?
22.选择性调节系统在什么情况下要考虑号匹配?
匹配原则是什么?
23.判断下列系统中选择器能（高选或低选）及调节器正反作用,画出方块图（,PC,TC为正常调节器）
a）防P2过高脱火b）防H过低抽空c）防T过高
24.什么叫开关选择调节?
有什么特点?
在何种情况下采用?
如何确定选择性调节器的调节规律?
25.加热炉使用两种燃料且压力有波动,又要求尽量烧弛放气,在它到达仍不能满足要求时再使用燃料油,为此设计了温度一一流量串级调节并可对调节变量选择的调节系统,如图,设燃料热值与流量成比例,调节器输出与流量成比例;弛放气表量程.,油表量程为实施方案应如何办?
（应增加什么单元表?
如何进行信号匹配?
）
26.蒸汽锅炉压力调节系统（题27图）为保证燃料合理燃烧,用选择器怎样实现燃料与供风量,降燃料量时则应先降燃料量后降风量）设风量与燃料间的比值系数为K,试画出控制流程图.
26题图
27.压力为100Kg/蒸汽辅助锅炉,正常情况下蒸汽全部通过透平作动力,其抽汽进中压管网（40Kg/）如图.为保证透平正常运转,要求:
①高压蒸汽P高<（100+2）kg/.②中压蒸汽中>cm2;否则由压力调节器,和控制分程阀A,B阀节（分程动作如图示）
27题图
试:
①确定调节器的正反作用;
②确定选择器的功能
③正常时调节器和的输出为多少？
.
28.乙烯装置中的甲烷化器使进料气在催化剂作用下除去其中（CO+→+）温
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