《过程控制工程》期末复习题答案70261521510016181.docx

《过程控制工程》期末复习题答案70261521510016181.docx

《《过程控制工程》期末复习题答案70261521510016181.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《过程控制工程》期末复习题答案70261521510016181.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

《过程控制工程》期末复习题答案70261521510016181

《过程控制工程》期末复习题答案

一、（每空1分）

1、强，弱

2、简单均匀控制，串级均匀控制，双冲量均匀控制

3、比例，积分，微分

4、泵，风机和压缩机

5、经验法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法

6、串级，前馈，比值，均匀，分程，选择性任选三个

7、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统

8、线性型、等百分比（或对数）型、抛物线型、快开型

9、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统

10、控制器、控制阀、受控对象、测量变送器

11、换热器、加热炉、锅炉（再沸器、冷凝器、加热器等）

12、比例积分（PI）控制

13、衰减比、超调量与最大动态偏差、余差

14、10：

1，4：

1

15、换热器、加热炉、锅炉、再沸器、冷凝器、加热器中任选三种

16、精馏塔塔身、冷凝器、再沸器、回流罐、间接产品质量指标

二、（10分）选择题

1、C2、B3、C4、C5、B6、A7、B8、B9、A10、B

三、（每题5分）

1、

（1）副控制器的正反作用改变，而主控制器的正反作用不改变。

（2）调节阀口径由30变为20，则调节阀的静态增益Kv减小，为保证副回路的控制品质不变，则应该减小副控制器的比例度，积分时间不需要改变。

由于主控制器对副回路中副对象、副回路控制阀具有鲁棒性，所以主控制器的比例度和积分时间不需要改变。

2、保证整个闭环构成一个负反馈。

3、分程控制是指用一个控制器来控制两个或两个以上的控制阀，每个控制阀工作在控制器的某个信号区间。

主要应用场合：

（1）用于扩大调节阀的可调范围

（2）用于控制两种不同的工艺介质，以满足工艺生产的要求

（3）用于生产安全的防护措施

4、固定极限流量法和可变极限流量法。

固定极限流量法：

可靠性高，投资少，适用于固定流量的场合

可变极限流量法：

适用于压缩机负荷经常波动的场合。

5、所谓三冲量控制是指锅炉汽包液位控制系统中，分别引入汽包液位、蒸汽流量和给水流量三个信号，经过一定运算后，共同控制一只控制阀。

引入三冲量控制是因为汽包液位是系统的受控变量，是保证锅炉正常运行的必要指标。

而锅炉的汽包液位存在严重的虚假液位情况，单纯根据汽包水位进行控制会导致汽包液位波动严重，控制效果差，甚至会影响事故。

而这个虚假液位现象与锅炉的给水流量和蒸汽流量密切相关，引入蒸汽流量信号可以及时克服蒸汽流量波动对汽包水位的影响，并有效克服虚假液位引起的控制系统的误动作。

引入给水流量信号可以及时克服给水压力变化对汽包液位的影响。

6、控制器的参数整定是指根据已定的控制方案，通过参数调整来确定控制器的最佳参数值，以使系统获得好的控制质量。

经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法

7、一般水位特性，蒸气流量提高，导致水位下降。

但汽包水位特殊，蒸气流量提高，饱和水迅速汽化，水容积增大，水位上升。

与一般水位动态特性叠加，表现为水位先升后降，称为“虚假液位”。

这种反相变化特性给控制带来困难，可以采用双冲量和三冲量控制。

8、对于具有积分作用的控制器，只要被调量与设定值之间存在偏差，其输出会不停地变化，如果由于某种原因导致偏差无法消除，则经过一段时间调节器的输出将进入深度饱和状态，是为积分饱和现象。

产生的条件

（1）控制器有积分作用。

（2）控制器输入偏差长期存在。

9、当压缩机的负荷降低到一定程度，气体的排出量会出现强烈的振荡，因而机身也发生剧烈振动，这种现象称为喘振。

10、前馈控制系统基于干扰调节，更及时，但对受控变量是开环控制，而且一种前馈控制系统只能克服一种干扰；反馈控制系统基于偏差调节，对受控变量是闭环控制，能够克服各种干扰。

11、凡是在控制系统中引入选择器的就称为选择性控制系统。

设计选择性控制系统时要考虑：

正常控制的参数、极限保护参数、操作变量；调节阀的气开、气关形式；控制器的正反作用；选择器的类型等。

12、均匀控制的目的是实现前后设备在供求关系上达到相互协调，统筹兼顾（3分）

均匀控制的特点是

（1）反映前后供求矛盾的两个变量都是变化的，且变化是缓慢的

（2）两个变量的变化均应保持在允许的范围内（2分）

13、一般水位特性，蒸气流量提高，导致水位下降。

但汽包水位特殊，蒸气流量提高，意味着汽包水位下降，饱和水迅速汽化，水容积增大，水位上升。

与一般水位动态特性叠加，表现为水位先升后降，称为“虚假液位”。

（3分）

这种反向变化特性给控制带来困难，可以采用双冲量或三冲量控制。

（2分）

14、

（1）改变原动机的转速

（2）改变往复泵的冲程，方案复杂，不宜实施

（3）改变出口旁路阀的开度。

方案简单，但总的机械效率低，经济性差。

15、实现两个或两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统。

（4分）

16、前馈控制的特点（2分）

（1）基于不变性原理，比反馈控制及时、有效

（2）前馈是开环控制

（3）前馈控制规律随对象特性的不同而不同

（4）一种前馈只能克服一种干扰

为什么采用前馈＋反馈的复合控制系统可以大大提高控制系统的品质（2分）

（1）从前馈控制角度，由于反馈，减轻了对前馈控制模型的精度要求，并可对未做前馈补偿的干扰进行校正

（2）从反馈角度，前馈控制事先起了一个粗调的作用，大大减少了反馈的负担

四、（15分）

1、控制流程图如下（10分）

2、受控变量：

水槽液位；

操作变量：

水槽的出口流量

扰动变量：

进口流量

（5分）

五、因为F1的流量是不可控的，选择F1为主动量，选择F2作为从动量，设计的单闭环比值控制系统的控制流程图如下（10分）

F1max=3600Nm3/h,F2max=2400Nm3/h,

K1＝（F2/F1）*（F1max/F2max）＝（1/1.2）*（3200/2400）=1.11（5分）

六、（20分）

1、精馏装置一般由精馏塔塔身、冷凝器、再沸器、回流罐等设备组成。

物料流程图如下图所示。

（5分）

2、精馏塔的可选操纵变量一般为：

馏出液采出量、釜液采出量、回流量、再沸器加热蒸汽量、冷凝器冷剂量。

（5分）

3、一种参考的控制方案如下：

（10分）

七、（15分）

1、串级控制系统。

方框图如下，主变量为釜内温度，副变量为夹套温度。

（5分）

（2）为了保证气源中断时冷却水继续供应，以防止釜温过高，选择气关阀。

（2分）

（3）调节阀为反作用，副对象为反作用，所以副控制器选择反作用。

主对象为正作用，副回路等效环节为正作用，所以主控制器选择反作用。

（3分）

（4）假设冷却水温度升高，则夹套内温度升高，由于T2C反作用，则控制器输出降低，气关型阀门开大，冷却水流量增加以克服冷却水温度变化对夹套温度的影响，从而减少了冷却水温度波动对釜内温度的影响，提高了控制品质。

当干扰是进料温度时，考虑使釜内温度升高的情况，则由于T1C反作用，则T1C减小，则T2C的设定值降低，T2C的输出降低，控制阀开大，冷却水流量增加，使釜内温度降低。

（5分）

八、（15分）

1、（5分）

，

；

2、方框图如下（5分）

3、正作用。

（5分）

九、

1、塔顶温度控制系统，塔压控制系统，塔顶贮槽液位控制系统，进料流量控制系统，塔釜液位控制系统，加热蒸汽流量控制系统；（5分）

2、各系统的操纵变量、受控变量分别是

塔顶温度，回流量

塔压冷凝器冷剂流量

贮槽液位塔顶采出液流量

进料流量进料流量

塔釜液位塔底采出液流量

加热蒸汽量加热蒸汽流量

3、能量平衡控制，精馏段指标控制。

（5分）

十、要求学生能够灵活运用过程控制工程课程中所讲授的知识来对某一实际过程控制系统进行简单的分析和设计，考察学生对基本知识的掌握程度。

（10分）

十一、

（1）受控变量：

被加热物料出口温度；操纵变量：

加热蒸汽流量；受控对象：

蒸汽加热器（3分）

（2）干扰：

加热蒸汽压力；被加热物料的流量、温度、成分、环境温度等（2分）

（3）控制系统方框图如下：

（5分）

（4）选择气开阀；控制器为反作用；（5分）

十二（15分）

1、设计的单闭环比值控制系统的控制流程图如下（5分）

2、F1max=3600Nm3/h,F2max=2400Nm3/h,

K1＝（F2/F1）*（F1max/F2max）＝（1/1.2）*（3600/2400）=1.25（5分）

3、因为F1的流量是不可控的，选择F1为主物料，选择F2作为从物料。

（2分）

4、当主物料增加时，通过比值器，使得从物料流量控制器的给定值发生变化，使从物料的流量也发生变化，从而保证两种物料之间的比值关系。

（3分）

十三、（15分）：

1、（5分）：

2、（5分）：

受控变量：

储罐液位（2分）

操作变量：

储罐的出口流量（2分）

扰动变量：

进口流量（2分）

3、出口流量增加，液位下降，对象反作用，调节阀为气开阀，所以控制器选正作用（5分）。

十四、1、控制系统方框图如下：

（5分）

2、调节阀为气开阀（5分）

3、压力控制器取反作用，温度控制器取反作用（5分）。

十五、1、装在离心泵的出口。

因为调节阀装在泵的入口，调节阀会产生较大的压降，导致离心泵入口压力过低，使液体部分汽化，使得泵丧失排送能力，这叫气缚。

或者汽化后的蒸汽在离心泵出口又急剧的冷凝，会对离心泵的叶轮和机壳产生较大的冲蚀，从而损坏离心泵，这叫气蚀。

这两种情况都会影响离心泵的正常工作，所以调节阀一般装在泵的入口。

（10分）

2．控制流程图如下：

优点：

方案简单易行。

缺点：

小流量的时候，总的机械效率过低。

（5分）

十六、

1、气关阀，失气时全开，避免压力过低和喘振

2、PC为正作用，FC为正作用

3、为低选器

十七、（15分）

1、可设计一分程控制系统来满足上述要求，控制流程图如下

2、阀A为气关阀，阀B为气开阀

3、PC为反作用，A阀工作在0.02-0.06Mpa区间，B阀工作在0.06-0.1Mpa区间

二十五、（20分）

1、该系统为三冲量控制系统。

三个冲量分别为汽包水位、给水流量、蒸汽流量。

（5分）

从结构上说，它实质上是前馈－串级控制系统。

液位控制器LC与流量控制器FC构成串级控制。

蒸汽流量的波动是引起汽包水位变化的一个因素，是干扰作用，将蒸汽流量作为前馈信号引入∑计算单元改变FC的设定值，这是按干扰量进行控制的，是前馈作用。

（5分）

2、当产生的蒸汽作为工艺生产的热源时，调节阀选为气关阀。

（5分）

3、FC为正作用，LC为反作用。

（5分）

十八、（15分）

1、受控对象：

丙烯冷却器；（2分）

受控变量：

乙烯裂解气的出口温度；（1分）

操纵变量：

气态丙烯流量（2分）

2、

该温度控制系统方框图如下：

（5分）

图中：

为乙烯裂解气的出口温度；

为乙烯裂解气的出口温度设定值。

3、当乙烯裂解气的流量突然增大，会导致乙烯裂解气的出口温度增大。

则控制器输入偏差增大，控制器根据偏差的大小产生控制作用来开大控制阀开度，增加气态丙烯的流量，使冷却器内蒸汽压减小，丙烯的汽化温度降低，冷热两种流体的传热平均温差增加，使得传热量增加，降低乙烯裂解气的出口温度，使之恢复到设定值。

（5分）

十九、（20分）

1、控制流程图如下：

（10分）

2、从安全角度考虑，选择调节阀为气开阀。

（5分）

3、根据对控制器正反作用的分析，有PC控制器为反作用控制器，TC为反作用控制器。

（4分）

为了在阀后压力过高（PC的输出很低）的条件下能够选择PC控制器进行控制，则选择低选器（1分）

二十、（20分）

1、采用前馈－反馈控制（根据塔釜温度进行反馈控制，根据进料量进行前馈控制），控制流程图如下：

（5分）

或采用如下前馈＋串级控制方案

控制系统方框图如下：

（5分）

2、选择气关阀，（提馏段温度控制，对塔釜采出液纯度要求较高，失气时控制阀打开，加大加热蒸汽量，使得釜液大量汽化返回到塔釜，确保塔釜采出液的纯度）。

（5分）

3、TC控制器选择正作用。

（5分）

二十一（15分）：

，则控制通道增益

（1）主要扰动为

时，受控对象控制通道增益与

无关，为常数，所以选线性阀

（2）主要扰动为

时，

增大，

减小，为保证

不变（定值控制），则必须增大

，受控对象的控制通道增益随

的增加而减小，希望控制阀的增益随着

的增大而增大，所以选择对数阀（增益随流量的增大而增大）。

（3）受控对象控制通道增益为

，不随

的变化而变化。

当设定值经常变化时，应选择线性阀。

二十二

（1）不可以通过调节阀的流量特性选择来解决。

因为过程的稳态增益随着加碱量的变化规律是先增大，然后逐渐降低，存在一个拐点，而所有流量特性的调节阀的增益都是随着流量而单调变化（对数阀随流量增加而降低，快开阀随流量增加而减小），没有一种阀可完全补偿PH中和过程的非线性。

（2）根据图中曲线的特点，可以选择非线性控制规律，分段线性化，可分成三段。

二十三（15分）

1、精馏装置一般由精馏塔塔身、冷凝器、再沸器、回流罐等设备组成。

物料流程图如下图所示。

（5分）

2、一种参考的能量平衡控制方案如图（5分）

3、增加进料量对塔顶温度的前馈控制，控制方案如下图（5分）

二十四、（10分）

（1）设计一原料油出口温度对炉膛温度的串级控制系统，控制流程图如下（5分）：

（2）控制方框图如下（3分）：

（3）（2分）

炉膛温度测点的选择，应具有代表性，反应快

为了保护设备，炉膛温度不应有较大波动，参数整定时，副控制器不应整定的过于灵敏。

炉膛测温元件及保护套管材料必须耐高温

二十五、（20分）

1、该系统为三冲量控制系统。

三个冲量分别为汽包水位、给水流量、蒸汽流量。

（5分）

从结构上说，它实质上是前馈－串级控制系统。

液位控制器LC与流量控制器FC构成串级控制。

蒸汽流量的波动是引起汽包水位变化的一个因素，是干扰作用，将蒸汽流量作为前馈信号引入∑计算单元改变FC的设定值，这是按干扰量进行控制的，是前馈作用。

（5分）

2、当产生的蒸汽作为工艺生产的热源时，调节阀选为气关阀。

（5分）

3、FC为正作用，LC为反作用。

（5分）

二十六、（15分）

1、该系统是温差控制的方案。

塔顶根据温差控制回流量LR，采用温差控制是因为在甲苯－二甲苯的精馏塔中，塔顶和塔底产品的相对挥发度差值较小，压力变化对温度的影响要比成分变化对温度的影响大，即此时微小的压力变化也会影响成分与温度之间的关系，由于压力对各层塔板上温度的影响的方向和大小基本是一致，此时可以分别在塔顶和灵敏板测取温度，然后取这两个温度的差值作为受控变量，则压力对温度变化的影响就基本被消除了。

塔顶回流罐液位控制和塔釜液位控制是为了保证回流罐和塔釜有一定的蓄液量而设置的。

这两个系统可保证整个塔的物料平衡。

再沸器加热蒸汽量的定值控制系统，是为了能有恒定的蒸汽量返回到精馏塔，以保证精馏过程中的能量需求。

（7分）

2、

（1）适用于塔顶产品纯度要求比塔底高的情况

（2）气相进料的情况

（3）塔底、提馏段塔板上的温度不能很好的反映产品成分变化时。

（3分）

3、设计一针对进料量的前馈控制系统，在图2的基础上增加一前馈控制回路。

（5分）