中国石油大学《过程控制工程》复习试题与答案Word格式.docx
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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慵塔中，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作用调右器，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、肚值控制系统是（）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泄好，加入枳分作用后，为保证原稳左度，此时应将比例度（）。
A.增大B减小C.不变
10、在某一分离甲苯一二甲苯的精馅塔中，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。
三、简答题（每题5分）
1、在一个串级控制系统中，原来选用030的气开阀，后来因为负荷减小，改用020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左工程上常用的控制器参数整雄有几种方法
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，英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、试对该对象设汁一简单控制系统，画出系统的控制流程图（10分）
2、分别指出系统的受控变戢、操作变量和主要扰动变疑（5分）
进口流虽
出口流虽►
图1
五、（15分）计算题
工艺要求两流体的流量比为F2/F1=V,其中F】为和F2是体积流量。
F】的流量不可控，仪表量程是0〜3200Nrr?
/h,F2的流量可调，仪表量程是0〜2400Nn?
/h。
试画出控制流程图，并计算比值系数K
六、（20分）精懈塔是化工、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，达到规左的纯度。
试问
1、精馅装巻一般由哪些设备组成画出精慵塔的物料流程图（5分）
2、精馅塔可选的操纵变量是哪些（5分）
3、以精憎段指标为受控变量，设计一种精馅塔的基本控制方案，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。
1、这是什么类型的控制系统试画出北方框图，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）
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0”经差压变送器、开方器后的信号送往除法器，与副物料流虽的信号相除，除法器的输岀为I=\设系统采用的是DDZ-IH型仪表,0max=5OO〃r/力，&
max=4OO/n3//2,工艺要求两流量的比值为K=#=°
.5。
1、计算流虽控制器FC的比值系数K'
应设泄为多少（5分）
2、画出上述系统的方块图。
3、如控制阀选左为气关型，试确左控制器FC的正反作用（5分）
图3
九、（15分）某精馅塔的控制方案如图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別是什么（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馆段指标进行控制还是按照提憎段指标进行控制（5分）
图4
十、（10分）请举岀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）指岀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）画岀该系统的控制系统方框图。
（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。
蒸汽
冷凝水
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FZ/F1=V＞英中F1为含碱废水的体积流虽:
F2为酸液的体积流量。
含碱废水的流量不可控，仪表疑程是0〜3600Nm^h,酸液的流量可调，仪表量程是0〜2400Nmyh。
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。
2、计算比值系数K。
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。
含碱废水A$2酸液
中和池
图6
十三、（15分）如图7所示液体储罐，英进口流量不可控，岀口流虽可控，控制目标是保证储罐的液位怛定。
1、试对该对象设il•一简单控制系统，画出系统的控制原理方框图（5分）；
2、分別指出系统的受控变量、操纵变量和主要扰动变疑（5分）：
3、假立岀口调肖阀为气开阀，试确定控制器的正反作用（5分）。
出口流址
十四、（20分）如图8所示加热炉被加热物料岀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）画岀该串级控制系统的方框图；
2）调节阀的气开、气关形式；
3）主.副调节器的正反作用。
（20分）
1.在直接节流法中的调节阀一般是装住离心泵的入口还是出口分析其原因（10分儿
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，试确泄
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）
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MQa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疑CU,以维持耀内压力达到规定值。
1、设计一控制系统，以满足上述工艺要求。
画岀系统的控制流程图。
2、罐内的压力不允许过高，请选择控制阀的气开、气关型式。
3、确左控制器的正反作用，和各控制阀的工作信号区间。
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虽:
，使裂解气体
的温度下降到规泄的数值上。
图口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±
）J
1.指出系统中的受控对象、受控变量和操纵变蜀各是什么（5分）
2、试画出该控制系统的方框图。
3、试分析当乙烯裂解气的流疑突然增大时，该温度控制系统是如何实现温度控制的（5分）
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左的岀口温度，控制的主要目标是使被加热物料的岀口温度保持恒左，同时还要防止阀后压力过髙，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：
2、确定调节阀的气开、气关形式：
3、确龙调肖器的正反作用和选择器的类型。
图12
二十、（20分）某精慵塔采用提馅段温控的方案，以再沸器加热蒸汽虽:
作为操纵变量，提憾段工艺流程图见图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，请设汁一控制方案，使之能及时克服进料量波动这一丁•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泄数值上。
1、画岀该控制方案的控制流程图和方框图（10分）
2、试确立控制阀的气开、气关形式（5分）
3、试确肚控制器的正反作用（5分）
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
qc。
］©
）-（9?
）=G22
式中，G|和分别为被加热介质和蒸汽的质量流量，0和久分别为被加热介质的进口温度和岀口
温度，C刃为被加热介质的比热容，2为蒸汽的冷凝潜热。
请回答下列问题：
1、主要扰动为Q时，应选何种控制阀特性（5分）
2、主要扰动为G】时，应选何种控制阀特性（5分）
3、设泄值经常变动时，应选择何种控制阀特性（5分）
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捲不佳。
（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
图15PH值中和过程
二十三、（15分）精慵塔是化工、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
的各组分分藹，达到规立的纯度。
1、精餾装置一般由哪些设备组成画岀精馅塔的物料流程图（5分）
2、以精憾段指标为受控变量，设计一种精饰塔的基本控制方案，并画出控制流程图。
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疑指标的影响。
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泄。
如果工艺上燃料气的热值经常波动，且对原料汕出口温度控制要求很髙。
（1）试设讣一个控制系统，并画出该控制系统的控制流程图（5分）
（2）画岀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）
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。
2、确泄调节阀的气开、气关形式（5分）
3、确泄控制器LC和FC的正反作用（5分）
图17
二十六、（15分）图18所示为甲苯.二甲苯精慵塔控制流程图。
1、试简述图中各■控制系统的作用（7分）
2、图2中是按精馅段指标进行控制的方案，试简述按精馅段指标进行控制的方案适用于哪些情况（3分）
为了提高控制质疑，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戢指标的影响。
图18
《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
llx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、精餾塔塔身、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）调廿阀口径由30变为20,则涮节阀的静态增益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囤
（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。
固泄极限流量法：
可靠性髙，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，经过一泄运算后，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疑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。
引入给水流疑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左的控制方案，通过参数调整来确泄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，蒸气流量提髙，导致水位下降。
但汽包水位特殊，蒸气流量提髙，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疑控制。
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，北输出会不停地变化，如果由于某种原因导致偏差无法消除，则经过一段时间调宵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左程度，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盯，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。
1K凡是在控制系统中引入选择器的就称为选择性控制系统。
设讣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；
调石阀的气开、
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，蒸气流量提髙，导致水位下降。
但汽包水位特殊，蒸气流量提髙，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”。
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。
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泄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）
进口流址
2、受控变量：
水槽液位；
操作变量：
水槽的岀口流量
扰动变量：
五、因为F】的流量是不可控的，选择Fi为主动量，选择F2作为从动虽，设计的单闭环比值控制系
统的控制流程图如下（10分）
Fimax=3600Nm/h,F2max=2400Nm^h,
Ki=（Fz/Fi）*（FWF2max）=（V）*（3200/2400）=（5分）
六、（20分）
1、精馅装置一般由精慵塔塔身、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）
器確液
七、（15分）
1.串级控制系统。
方框图如下，主变咼为釜内温度，副变虽为夹套温度。
（2）为了保证气源中断时冷却水继续供应，以防止釜温过髙，选择气关阀。
（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。
（4）假设冷却水温度升髙，则夹套内温度升髙，由于T2C反作用，则控制器输岀降低，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彫响，从而减少了冷却水温度波动对釜内温度的影响，提髙了控制品质。
当干扰是进料温度时，考虑使釜内温度升髙的情况.则由于T】C反作用，则T】C减小，则T2C的设左值降低，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）
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；
2、各系统的操纵变量、受控变疑分別是
塔顶温度，回流疑
塔压冷凝器冷剂流疑
贮槽液位塔顶采出液流量
进料流捲进料流量
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，精傭段指标控制。
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。
（1）受控变量：
被加热物料岀口温度：
操纵变量：
加热蒸汽流量：
受控对彖：
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：
（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）
1、（5分）:
2、（5分）:
受控变量：
储罐液位（2分）
储罐的出口流疑（2分）
扰动变呈:
：
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）。
I•四、2、控制系统方框图如下：
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。
因为调盯阀装在泵的入口，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，所以调肖阀一般装在泵的入口。
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。
十六、
1、气
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