过程控制工程综合练习题

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1、过程控制工程综合练习题2015/06/251．某一管式加热炉的控制系统如图1所示，被控变量为工艺介质出口温度T；P为控制阀后的燃气压力，而Ps为燃气气源压力（系统主要干扰之一）；Tm与Pm分别表示T、P的测量信号；u为控制阀的开度；Psp、Tsp分别表示控制器TC11、PC21的设定值。（1）试描述该控制系统完整的方块图，并注明每一模块的输入输出信号；（2）选择控制阀的气开/气关形式，并解释选择的原因；（3）确定控制器PC21、TC11的正反作用，以构成负反馈控制系统。图1管式加热炉工艺介质出口温度控制

2、系统121．考虑上述温度控制系统，当控制器PC21为“自动”、控制器TC11为“手动”时，对于PC21的设定值阶跃变化，对应的过程响应曲线如图2所示。假设压力变送器PT21的量程为0.0~0.40MPa；而温度变送器TT11的量程为200~400℃。（1）试指出温度控制器TC11对应的广义被控对象的输入输出信号；（2）计算该广义对象的特征参数K、T、τ；（3）若TC11采用PID控制器，试整定其PID参数Kc、Ti、Td。基于对象特性参数的PID整定法控制器类型KcTiTdλ取值P0PIT0PIDT图2

3、针对控制器PC21设定值变化的过程阶跃响应123．根据工艺过程的要求，需要用水将NaOH溶液稀释，对应的控制系统如图3所示。假设NaOH溶液质量流量计FT31的仪表量程为0~30T/hr，而FT32的仪表量程为0~120T/hr，而且两流量计均为线性DDZ-III仪表，输出信号为4~20mADC。另外，K为某一比值计算单元，其输入输出满足以下关系。（1）试获得K值与实际流量比F1/F2之间的函数关系；（2）假设NaOH溶液的质量浓度为20%，需要将其浓度稀释成5%。试确定K值。若F1的变化范围为10~2

4、0T/hr，试计算I2与I3的变化范围。图3溶液稀释过程的比值控制124．某一锅炉汽包水位的三冲量控制系统如题图4所示，图中加法器的运算式为，其中IL为液位调节器LC41的输出，IS为经开方后的蒸汽质量流量测量值，IW为经开方后的给水质量流量测量值（假设IL、IS、IW的单位均为百分量%，取值范围0~100）。为确保锅炉安全，给水阀选用气关阀。（1）试画出该系统的完整方块图，并注明每一模块的输入输出信号；（2）选择LC41的正反作用与系数C1、C2、C3的符号，以构成负反馈系统，并说明你的选择原理；（3

5、）若蒸汽流量仪表FT32的量程范围为0~20T/hr，给水流量仪表FT33的量程范围为0~25T/hr。假设给水阀为线性阀，其开度的最大变化范围为0~100%。对于调节阀开度的变化，对应的水量变化量为KV=0.2（T/hr）/%。为实现对蒸汽量的理想静态前馈控制，试确定系数C2、C3应满足的关系。图4锅炉汽包水位三冲量控制系统125.某一锅炉的空燃比逻辑比值控制方案如图5所示，其中FC23.SP（FC24.SP）与FC23.PV（FC24.PV）分别表示流量控制器FC23（FC24）的给定值与过程值，P

6、C22.OP表示压力控制器PC22的输出；“LS”模块表示低选器，其输出FC23.SP取两输入中的较小者；“HS”模块表示高选器，其输出FC24.SP取两输入中的较大者。假设燃料量与空气量的检测仪表FT23、FT24均为质量流量仪，且仪表量程分别为0–5T/hr、0–100T/hr，流量仪测量输出RFm、RAm的范围均为0–100（%）；乘法器输出为KFA×RAm，其中KFA为无因次的乘法系数。假设工艺过程所希望的空气/燃料质量比为18:1。试回答：（1）KFA如何设定，以满足工艺要求？（2）该系统采用

7、蒸汽压力变送器PT22来反映产汽与用汽的平衡关系，试确定压力控制器PC22的正反作用，以构成负反馈控制系统。（3）假设该系统初态为稳定状态，当蒸汽用量增加或减少时，试描述该系统的自动控制过程。图5锅炉空燃比逻辑比值控制方案126.某一换热器如图6所示，要求采用蒸汽流量RV控制工艺介质的出口温度T2。试依据下列情况设计相应的控制方案，并给出带控制的流程图。情况#1：工艺介质流量RF与蒸汽入口压力PV均比较稳定；情况#2：RF稳定，而PV变化频繁；情况#3：RF变化频繁，而PV比较稳定；情况#4：RF与PV

8、均变化频繁。图6换热器被控对象127．考虑某一氨冷却器，控制目标为维持工艺介质出口温度T的恒定，操作变量为液氨的流量Ra，目前采用如图7所示的单回路控制方案。操作经验表明该方案存在一定的危险性：当工艺介质入口温度过高时，温度控制器TC31将大幅度地增加液氨流量，这样可能导致氨冷却器内的液面过高，使液氨进行氨气管线而损坏压缩机。工艺过程要求控制工程师设计一新的控制方案以防止液面超高，这里假设控制阀为气开阀。（1）试设计一个多回路控制方案，以实