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1、过程控制工程期末复习题 班级：姓名：学号： 题号一二三四五六七总分 得分 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
2、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（
3、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. PID 2、 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
4、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
5、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30 的气开阀，后来因为负荷减小，改用 20 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
6、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
7、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） 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） 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 03200Nm 3/h，F 2的流量可调，仪表量程是 02400Nm 3/h。试
8、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
9、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） 进口流量 出口流量 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 A Q经差压变送器、开方器后的信号送 往除法器， 与副物料流量 B Q的信号相除， 除法器的输出为 A B I I I， 设系统采用的是DDZ- 型仪表， hmQA/500 3 max ，hmQB/400 3 max ，工艺要求两流量的比值为 5. 0 A B Q Q K。 1、 计算流量控制器FC 的比值
10、系数K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） 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） 开方器 开方器 FC 比值设定K A Q B Q A I B I 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
11、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） 精 馏 塔 进料 F LC LC FC TC D B LR FC PC 图 5 蒸
12、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03200Nm 3/h，酸液的流量可调， 仪表量程是02000Nm 3 /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。（
13、3） 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） 。 TC 冷物料 热物料 蒸汽 冷凝水 F1 F2 酸液含碱废水 中和池 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）
14、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） 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） 加 热 炉
15、 被加热物料进口 PC PT 被加热物料出口 TT TC 燃料油 出口流量 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） 图 10 燃料气混合罐 十八、（15 分）在石油化工生产过程中，常常
16、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（151.5）。 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） QA QB 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） 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
17、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） 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
18、分） 3、试确定控制器的正反作用（5 分） 丙烯冷却器 气态丙烯 液态丙烯 乙烯裂解气 加 热 炉 被加热物料进口被加热物料出口 燃料气 图 13 精 馏 塔 进料 F 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 2011 )(GCG ip 式中， 1 G和 2 G分别为被加热介质和蒸汽的质量流量， i 和 0分别为被加热介质的进口温度和出口 温度， 1p C为被加热介质的比热容，为蒸汽的冷凝潜热。请回答下列问题： 1、主要扰动为i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，
19、应选择何种控制阀特性？（ 5 分） 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？ 图 15 PH 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 物料 加热蒸汽 G1,i G2 冷凝水 G1,o 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
20、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） 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） 原料油 天然气 图 17 LT LC FT FC FT 给水 蒸汽 汽包