《过程控制工程》期末复习题答案
《过程控制工程》期末复习题一、（每空1分）填空题：1、对于一个比例积分微分（PID）控制器来说，积分时间越小则积分作用越 ；微分时间越小，则微分作用越 。2、三种常用的均匀控制方案包括 、 、 。3、常规PID控制器中的P指 作用、I指 作用、 D指 作用。 4、用于输送流体和提高流体压头的机械设备统称为流体输送设备，其中输送液体并提高其压头的机械称为 ，而输送气体并提高其压头的机械称为 。5、工程上常用的几种整定PID控制器参数的方法是 、 、 、。 6、请举出我们曾经学过的三种复杂控制系统： 、 、 。7、比值系统控制系统从结构上可分为四种，分别是开环比值控制系统、 、 、 四种。 8、调节阀的固有流量特性主要有 、 、 、 四种。9、比值系统控制系统从结构上可分为四种，分别是开环比值控制系统、 、 、 四种。 10、单回路控制系统一般由 、 、 、 四个环节组成11、常见的传热设备有 、 、 等。12、要消除系统的稳态误差，通常选用 控制器。13、用来评价控制系统性能优劣的阶跃响应曲线性能指标分别是 、 、 、振荡频率和回复时间等。14、工程上进行PID控制器参数整定时，随动系统的控制品质要求衰减比为 ，定值系统中控制品质要求衰减比为 。15、常见的传热设备有 、 、 等。16、精馏装置一般由 、 、 、 等设备组成。精馏塔产品质量指标选择有直接产品质量指标和 两类。 二、选择题（10分，每小题2分）1、成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（ ）。A.PI B.PD C. PID2、 自动控制系统中控制器正、反作用的确定是根据（ ）。 A．实现闭环回路的正反馈。 B．实现闭环回路的负反馈。 C．系统放大倍数恰到好处 D．生产的安全性。3、单纯的前馈调节是一种能对（ ）进行补偿的调节系统。 A． 测量与给定之间的偏差 B． 被调量的变化 C． 干扰量的变化4、分程控制系统常要加装（ ）来达到分程的目的。 A．调节器 B.变送器 C.阀门定位器5、在某一分离异丁烷与正丁烷的精馏塔中，微小的压力波动也会影响温度的变化，同时压力波动引起的各板上温度变化的方向是一致的，此时应选择（）作为间接质量指标进行控制。 A．灵敏板温度 B.温差 C.双温差 6、如果甲乙两个广义调节对象的动态特性完全相同（如均为二阶对象），甲采用PI作用调节器，乙采用P作用调节器。当比例带的数值完全相同时，甲，乙两系统的振荡程度相比A.甲系统振荡程度比乙系统剧烈。 B.乙系统振荡程度比甲系统剧烈。 C.甲、乙两系统的振荡程度相同。7、 定值控制系统是（ ）环调节，单纯的前馈控制系统是（）环调节。A．开，闭B．闭，开C．开，开D．闭，闭8、在选择性控制系统中防积分饱合一般采用（）方法。A．限幅法B．外反馈法C．积分切除法9、控制系统在纯比例作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比例度（）。
A.增大 B.减小 C.不变10、在某一分离甲苯－二甲苯的精馏塔中，微小的压力波动也会影响温度的变化，同时压力波动引起的各板上温度变化的方向是一致的，此时应选择（）作为间接质量指标进行控制。 A．灵敏板温度 B.温差 C.双温差 三、简答题（每题5分）1、在一个串级控制系统中，原来选用file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif30的气开阀，后来因为负荷减小，改用file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif20口径，同时改用气关阀。问： （1）主、副控制器的正、反作用是否需要改变？如需要，应如何改变？ （2）主、副控制器的比例度和积分时间是否需要改变？如需要，又如何改变？ 2、为什么要考虑控制器的正、反作用选择？3、什么是分程控制系统？主要应用在什么场合？4、离心式压缩机防喘振控制方案有哪几种？各适用什么场合？5、什么是锅炉汽包水位的三冲量控制系统？为什么要引入三冲量进行控制？ 6、什么是控制器的参数整定？工程上常用的控制器参数整定有几种方法？ 7、什么是锅炉系统中汽包水位的“虚假液位”现象？说出两种能够克服虚假液位影响的控制方案。8、什么是控制器的积分饱和现象？产生积分饱和的条件是什么？ 9、什么是离心式压缩机的喘振？10、前馈与反馈控制系统相比有什么不同？11、什么是选择性控制系统？设计选择性控制系统时要考虑哪些问题？12、均匀控制系统的目的和特点是什么？（5分） 13、汽包水位的虚假液位现象是怎么回事？采用何种控制方案能够克服虚假液位的影响？（5分） 14、往复泵的流量控制方案有哪些？各有什么优缺点？（5分）15、什么叫比值控制系统？ （4分）16、前馈控制具有什么特点？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？（4分）四、（15分）如图1所示单容水槽，其进口流量来自上一工序，不可控，控制目标是保证水槽的液位恒定。1、试对该对象设计一简单控制系统，画出系统的控制流程图（10分）2、分别指出系统的受控变量、操作变量和主要扰动变量（5分）
出口流量
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图1五、（15分）计算题工艺要求两流体的流量比为F2/F1=1/1.2，其中F1为和F2是体积流量。F1的流量不可控，仪表量程是0～3200Nm3/h，F2的流量可调，仪表量程是0～2400Nm3/h。试画出控制流程图，并计算比值系数K六、（20分）精馏塔是化工、炼油生产中应用极为广泛的传热传质设备，其目的是将混合物中的各组分分离，达到规定的纯度。试问1、精馏装置一般由哪些设备组成？画出精馏塔的物料流程图（5分）2、精馏塔可选的操纵变量是哪些？（5分）3、以精馏段指标为受控变量，设计一种精馏塔的基本控制方案，并画出控制流程图。（10分） 七、（15分）某聚合反应釜内进行放热反应，釜温过高会发生事故，为此采用夹套水冷却。由于釜温控制要求较高，且冷却水压力、温度波动较大，故设置控制系统如图2所示。问：1、这是什么类型的控制系统？试画出其方框图，说明主变量和副变量分别是什么？（5分）2、选择控制阀的气开、气关型式。（2分）3、确定控制器的正反作用。（3分）4、如果干扰是冷却水的温度波动和进料温度波动时，试简述其控制过程。（5分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg图2八、（15分）计算题如图3所示为一单闭环比值控制系统。主物料A的流量file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.gif经差压变送器、开方器后的信号送往除法器，与副物料流量file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.gif的信号相除，除法器的输出为file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.gif，设系统采用的是DDZ-Ⅲ型仪表，file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.gif，file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif，工艺要求两流量的比值为file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.gif。1、 计算流量控制器FC的比值系数file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.gif应设定为多少？（5分）2、 画出上述系统的方块图。（5分）3、 如控制阀选定为气关型，试确定控制器FC的正反作用（5分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image027.gif图3九、（15分）某精馏塔的控制方案如图4所示。1、试分析该控制方案由哪些控制系统组成？（5分）2、指出各个控制系统的操纵变量和受控变量分别是什么？（5分）3、请判断该控制方案是物料平衡控制还是能量平衡控制？是按照精馏段指标进行控制还是按照提馏段指标进行控制？（5分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image028.gif图4 十、（10分）请举出一种你在生产或生活中所见到的控制系统的例子，并运用过程控制工程中所学到的知识对该控制系统的设计和实施进行分析和说明。内容包括：（1）过程的工艺，控制的要求， （2）控制方案的设计（3）控制器控制规律的选择（4）用到的自控设备（5）其它相关的内容十一、（15分） 如图5所示为一蒸汽加热器温度控制系统。（1）指出该系统中的受控变量、操纵变量、受控对象分别是什么？（3分）（2）该系统可能的干扰有哪些？（2分）（3）画出该系统的控制系统方框图。（5分）（4）如果被加热物料过热易分解时，试确定控制阀的气开、气关型式和控制器的正、反作用。（5分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image029.gif图 5 蒸汽加热器的温度控制 十二、（15分）计算题在含碱废水的处理过程中，往往采用加酸中和的方法，使得处理后的废水的PH值为7。现有一工业含碱废水处理流程，工艺流程如图6所示。工艺要求F2/F1=1/1.2，其中F1为含碱废水的体积流量，F2为酸液的体积流量。含碱废水的流量不可控，仪表量程是0～3600Nm3/h，酸液的流量可调，仪表量程是0～2400Nm3/h。1、 试设计一比值控制系统以满足上述工艺要求，并画出该系统的控制流程图和方框图。（5分）2、 计算比值系数K。（5分）3、 主物料和从物料分别是什么？（2分）4、 简述当主物料变化时，系统的控制过程。（3分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image030.gif图6十三、（15分）如图7所示液体储罐，其进口流量不可控，出口流量可控，控制目标是保证储罐的液位恒定。1、试对该对象设计一简单控制系统，画出系统的控制原理方框图（5分）；2、分别指出系统的受控变量、操纵变量和主要扰动变量（5分）；3、假定出口调节阀为气开阀，试确定控制器的正反作用（5分）。
出口流量
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图7 十四、（20分）如图8所示加热炉被加热物料出口温度与燃料油压力的串级控制系统，工艺安全条件是：一旦发生重大事故，立即切断燃料油的供应。试确定： 1）画出该串级控制系统的方框图；（5分）2）调节阀的气开、气关形式；（5分） 3）主、副调节器的正反作用。（10分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image033.gif图8十五、（15分）在离心泵的流量控制中，往往采用直接节流的方案。试问：1、在直接节流法中的调节阀一般是装在离心泵的入口还是出口？分析其原因（10分）。 2、给出直接节流法控制离心泵流量的控制流程图（5分） 十六、（15分）压缩机吸入罐压力与压缩机入口流量选择性控制系统如图9所示。为防止吸入罐压力过低导致吸入罐被吸瘪，又防止压缩机流量过低而产生喘振的双重目的，试确定1、系统中气体返回控制阀的开、闭形式（5分）2、控制器的正、反作用（5分）3、选择器的类型（5分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image035.gif图9十七、（15分）图10所示为一燃料气混合罐，罐内压力需要控制。一般情况下，通过改变甲烷流出量QA 来维持罐内压力。当罐内压力降低到QA =0时仍不能使其回升时，则需要调整来自燃料气发生罐的流量QA ，以维持罐内压力达到规定值。1、设计一控制系统，以满足上述工艺要求。画出系统的控制流程图。（5分）2、罐内的压力不允许过高，请选择控制阀的气开、气关型式。（5分）3、确定控制器的正反作用，和各控制阀的工作信号区间。（5分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image036.gif图10 燃料气混合罐十八、（15分）在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯气化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定的数值上。图11是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要求控制在（15±1.5）℃。1、指出系统中的受控对象、受控变量和操纵变量各是什么？（5分）2、试画出该控制系统的方框图。（5分）3、试分析当乙烯裂解气的流量突然增大时，该温度控制系统是如何实现温度控制的？（5分） file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image038.gif图11十九、（20分）如图12所示使用燃料气的加热炉，其工艺流程是燃料气在加热炉中燃烧，使被加热物料加热到一定的出口温度，控制的主要目标是使被加热物料的出口温度保持恒定，同时还要防止阀后压力过高，试设计一选择性控制系统以满足上述控制要求。 1、画出该选择性控制系统的控制流程图；（10分）2、确定调节阀的气开、气关形式；（5分） 3、确定调节器的正反作用和选择器的类型。（5分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image039.gif 图12二十、（20分）某精馏塔采用提馏段温控的方案，以再沸器加热蒸汽量作为操纵变量，提馏段工艺流程图见图13。工艺上进料量经常波动，且是不可控的。为了提高控制质量，请设计一控制方案，使之能及时克服进料量波动这一干扰对塔底质量指标的影响，又能够消除其它干扰对塔底温度的影响，使塔底温度控制在一定数值上。1、画出该控制方案的控制流程图和方框图（10分）2、试确定控制阀的气开、气关形式（5分）3、试确定控制器的正反作用（5分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image040.gif 图13
二十一、（15分）图14所示系统中，采用蒸汽加热物料。该过程的热量衡算式可表示为file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image042.gif式中，file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image044.gif和file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image046.gif分别为被加热介质和蒸汽的质量流量，file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image048.gif和file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image050.gif分别为被加热介质的进口温度和出口温度，file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image052.gif为被加热介质的比热容，file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image054.gif为蒸汽的冷凝潜热。请回答下列问题：1、主要扰动为file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image056.gif时，应选何种控制阀特性? （5分）2、主要扰动为G1时，应选何种控制阀特性? （5分）3、设定值经常变动时，应选择何种控制阀特性？（5分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image057.gif图14二十二、PH值中和过程的稳态特性大体如图15所示。采用PID控制规律时在某些工作点的控制质量不佳。问：（1）能否通过控制阀的流量特性选择来解决？为什么？ （2）选用非线性控制规律行不行？file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image058.gif图15PH值中和过程二十三、（15分）精馏塔是化工、炼油生产中应用极为广泛的传热传质设备，其目的是将混合物中的各组分分离，达到规定的纯度。试问1、精馏装置一般由哪些设备组成？画出精馏塔的物料流程图（5分）2、以精馏段指标为受控变量，设计一种精馏塔的基本控制方案，并画出控制流程图。（5分）3、如果工艺上进料量经常波动，且是不可控的。为了提高控制质量，请增加一控制方案，使之能及时克服进料量波动这一干扰对塔顶质量指标的影响。（5分） 二十四、（10分）图16为一管式加热炉，工艺要求用天然气做为燃料，使原料油出口温度保持恒定。如果工艺上燃料气的热值经常波动，且对原料油出口温度控制要求很高。（1）试设计一个控制系统，并画出该控制系统的控制流程图（5分）（2）画出该控制系统的方框图（3分）（3）该控制系统在工程实施时应注意哪些问题（2分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image059.gif图16二十五、（20分）已知某大型锅炉汽包水位控制系统如图17所示，所产生的蒸汽作为工艺生产中的热源。试问：1、该系统属于何种类型的控制系统？分析该控制系统的特点。（10分）2、确定调节阀的气开、气关形式（5分）3、确定控制器LC和FC的正反作用（5分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image060.gif图17二十六、（15分）图18所示为甲苯-二甲苯精馏塔控制流程图。1、试简述图中各控制系统的作用（7分）2、图2中是按精馏段指标进行控制的方案，试简述按精馏段指标进行控制的方案适用于哪些情况？（3分）3、如果工艺上进料量经常波动，且是不可控的。为了提高控制质量，请增加一控制方案，使之能及时克服进料量波动这一干扰对塔顶质量指标的影响。（5分）file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image061.gif图18
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