过程控制工程试题考试题及其答案太原理工.doc

太原理工大学现代科技学院
过程控制工程 试卷
考试方式： 开卷

题号
一
二
三
四
五
六
总分
核分人
得分

评卷人

得分

一、 填空题（每空1分，共20分）：
1．随着控制通道的增益K0的增加，控制作用 增强 ，系统的余差 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．防积分饱和措施有 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。
6．如果对象扰动通道增益增加，扰动作用 增强 ，系统的余差 增大 ，
最大偏差 增大 。
7．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(℃).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。
密 封 线

答：被控量为了流体出口温度，操纵量为蒸汽流量，调节器应选择PID调节规律。
系统结构原理图如下图所示：
四、(25分) 图2为管式加热炉温度控制系统。试确定：
1． 这是一个什么系统？画出其方框图。
2． 调节阀的作用形式；主、副调节器的正反作用；
3． 分析系统的可能经受的扰动及主要扰动；
4． 简述进料流量增大时的控制过程；
5． 如果进料流量是注意扰动，上述系统应如何改进？
答：1、这是个串级控制系统；系统方块图如下
副控
制器

执行器

副对象

主变量
设定值
主干扰
主对象

主控
制器

－
+
－
+
副干扰
主测量、变送

副测量、变送

副变量
副回路
主回路
2、调节阀为气开式，副调节器应为反作用，主调节器也应为反作用
3、可能经受的扰动有被加热物料的流量、温度、成分的变化，燃料油的管道压力、流量、成分的变化及环境温度的变化。主要扰动应该是燃料油管道压力的波动。
4、若进入加热炉的进料流量发生变化而影响到炉出口温度变化时，则由主调节器首先起控制作用，此时副回路虽不能直接克服扰动，但副回路的存在改善了过程特性，缩短了控制通道，因此控制质量有所提高。
5、此时应该选择炉膛温度作为副变量,组成串级控制系统,如下图所示:
得分

五、（11分）如图所示为锅炉液位双冲量控制系统。试问：当供水压力波动较大时
该方案是否能够满足控制要求?说明理由.如果不能,请设计出改进的方案.
答：当供水压力波动较大时，由于主要扰
动没有能够及时的克服，所以该方案不能
满足控制要求。此时应该选择供水流量作
为副变量，以水位为主变量，蒸汽压力为
前馈信号，组成前馈串级复合控制系统。
改进的方案如右图所示

时间/min
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
被调量
200.1
201.1
204.0
227.0
251.0
280.0
302.5
时间/min
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4

被调量
318.0
329.5
336.0
339.0
340.5
341.0

计算题（20分）已知对象控制通道阶跃响应曲线数据如下表所表示，调节量阶跃变化为Δu=50。

1. 用一阶惯性环节加纯迟延近似对象，求出K、T和τ值。
2. 应用动态特性参数法选择PID调节器参数。
答：1.由实验数据画出对象的阶跃响应曲线为：
解：由图可得：
所以，PID调节器参数为：

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