過程控制模擬考試題(存儲版)
【正文】 (s)Z(s)E(s)U(s)Q (s)Y(s)+F (s)1）系統(tǒng)框圖Wc(s)：調(diào)節(jié)器（LC）；Wv(s)：調(diào)節(jié)閥（控制給水）；W0(s)：汽包過程； Wm(s):溫度測量變送(LT)； F (s)：擾動量；Y(s)：熱物料溫度。如果一、二次擾動的作用使主、副被控參數(shù)一個增大(爐出口溫度升高)，另一個減小(燃料量減少，即爐膛溫度降低)，此時主、副調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥的方向是相反的，調(diào)節(jié)閥的開度只要作較小變動即滿足控制要求。（20分）某聚合反應(yīng)釜內(nèi)進行放熱反應(yīng)，釜溫過高會發(fā)生事故，為此采用夾套水冷卻。3）進行仿真試驗研究：在實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化中，往往需要對一些復(fù)雜龐大的設(shè)備進行某些試驗研究，例如某單元機組及其控制系統(tǒng)能承受多大的沖擊電負(fù)荷，當(dāng)沖擊電負(fù)荷過大時會造成什么后果。接觸式測溫的主要特點是：方法簡單、可靠，測量精度高。3)當(dāng)過程本身存在多個時間常數(shù)，在選擇控制參數(shù)時，應(yīng)盡量設(shè)法把幾個時間常數(shù)錯開，使其中一個時間常數(shù)比其它時間常數(shù)大得多，同時注意減小第二、第三個時間常數(shù)。通常要求ts愈短愈好。穩(wěn)定邊界法簡單方便，容易掌握和判斷。設(shè)y2升高，則通過T1C的控制作用，控制調(diào)節(jié)閥開度增大，冷卻水流量增加以使釜內(nèi)溫度降低，起到副反饋的控制作用。3）根據(jù)上述計算結(jié)果設(shè)置調(diào)節(jié)器的參數(shù)值。3）最大偏差A(yù)(或超調(diào)量σ)對于定值系統(tǒng)來說，最大偏差是指被控參數(shù)第一個波的峰值與給定值的差，最大偏差(或超調(diào)量)是表示被控參數(shù)偏離給定值的程度，是衡量系統(tǒng)性能的一個重要指標(biāo)。答案選擇控制參數(shù)的一般原則是：1)控制通道的放大系數(shù)K0要適當(dāng)大一些；時間常數(shù)T0要適當(dāng)小一些；純滯后τ0愈小愈好，在有純滯后τ0的情況下，τ0和T0之比應(yīng)小一些(小于1)，若其比值過大，則不利于控制。接觸式測溫是通過測量體與被測介質(zhì)的接觸來測量物體溫度的。答案建模目的1）設(shè)計過程控制系統(tǒng)和整定調(diào)節(jié)器參數(shù)：在過程控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計和整定時，是以被控過程的數(shù)學(xué)模型為依據(jù)的，它是極其重要的基礎(chǔ)資料。（10分），測得焙燒爐出口爐氣的溫度變化如下表所示，試求1）畫出階躍響應(yīng)曲線，2）求溫度對象的數(shù)學(xué)模型（一階加延時）。(3)一次擾動和二次擾動同時存在假設(shè)加熱爐串級系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥為氣開式，主、副調(diào)節(jié)器均為反作用。對于定值控制(如雙閉環(huán)比值控制中的主回路)可按單回路系統(tǒng)進行整定。其原則是：在生產(chǎn)過程中起主導(dǎo)作用或可測但不可控、且較昂貴的物料流量一般為主動量，其余的物料流量以它為準(zhǔn)進行配比，為從動量。1) 選擇對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行和環(huán)境保護具有決定性作用的、可直接測量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)。3)考慮介質(zhì)的性質(zhì)。與機理分析法相比，試驗法建模的主要特點是不需要深入了解過程的機理。（20分）串級控制系統(tǒng)框圖如下圖（以加熱爐為例），簡述其工作原理。串級控制系統(tǒng)，就其主回路(外環(huán))來看是一個定值控制系統(tǒng)，而副回路(內(nèi)環(huán))則為一個隨動系統(tǒng)。如果擾動量不大，經(jīng)過副回路的及時控制一般不影響爐出口溫度；如果擾動的幅值較大，雖然經(jīng)過副回路的及時校正，仍影響爐出口溫度，此時再由主回路進一步調(diào)節(jié)，從而完全克服上述擾動，使?fàn)t出口溫度調(diào)回到給定值上來。2）變比值控制 單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制是實現(xiàn)兩種物料流量間的定值控制，在系統(tǒng)運行過程中其比值系數(shù)希望(并設(shè)定)是不變的。但該方案中Q1不受控制、易受干擾。3）比例微分控制規(guī)律(PD)：具有超前作用，對容量滯后過程可改善系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)?？刂破鳎ㄕ{(diào)節(jié)器）作用：將給定信號與過程被控量的檢測信號進行綜合運算，控制執(zhí)行器的動作，以保證被控量的穩(wěn)定或按一定規(guī)律變化。調(diào)節(jié)閥對數(shù)流量特性曲線的斜率即放大系數(shù)是隨行程(開度)的增大而遞增的。由于該模型的參數(shù)直接與設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)有關(guān)，因此對新設(shè)備的研究和設(shè)計具有重要意義。3）前饋—反饋控制系統(tǒng)(復(fù)合控制系統(tǒng))：開環(huán)前饋控制的最主要的優(yōu)點是能針對主要擾動及時迅速地克服其對被控參數(shù)的影響；對于其余次要擾動，則利用反饋控制予以克服，使控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時能準(zhǔn)確地使被控量控制在給定值上。熱物料溫度必須滿足生產(chǎn)工藝要求，故設(shè)計下圖所示溫度控制系統(tǒng)流程圖。 （15分）某生產(chǎn)過程中，冷物料通過加熱爐對其進行加熱。由于它沒有被控量的反饋，所以也稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。特點：機理分析法建模的最大特點是當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備還處于設(shè)計階段就能建立其數(shù)學(xué)模型。對數(shù)(等百分比)流量特性：是指單位相對行程的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關(guān)系。執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）作用：在過程控制中，執(zhí)行器(亦稱執(zhí)行機構(gòu))大多采用閥的形式，控制各種氣體或液體的流量與流速，是過程控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，其特性好壞對控制質(zhì)量的影響是很大的。2）比例積分控制規(guī)律(PI)：適用控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控參 數(shù)不允許有余差的場合。同時方案結(jié)構(gòu)較簡單，因而在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中得到廣泛應(yīng)用。不過雙閉環(huán)比值控制方案所用設(shè)備較多、投資較高，而且投運比較麻煩。(1)燃料壓力、熱值變化f2和煙筒抽力變化f3——二次擾動或副回路擾動擾動f2和f3先影響爐膛溫度，于是副調(diào)節(jié)器立即發(fā)出校正信號，控制調(diào)節(jié)閥的開度，改變?nèi)剂狭浚朔鲜鰯_動對爐膛溫度的影響。串級控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與電力傳動自動控制系統(tǒng)中的雙環(huán)系統(tǒng)相同，其系統(tǒng)特點與分析方法亦基本相同。試畫出該系統(tǒng)的框圖，并確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反作用方式。答案試驗法建模是在實際的生產(chǎn)過程(設(shè)備)中，根據(jù)過程輸入、輸出的實驗數(shù)據(jù)，即通過過程辨識與參數(shù)估計的方法建立被控過程的數(shù)學(xué)模型。2)考慮事故狀態(tài)下減少經(jīng)濟損失，保證產(chǎn)品質(zhì)量。所以，必須
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