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过程控制系统设计 模拟试卷 共 3 页 第 1 页 一 简答题 一 简答题 30 分 分 1 简述 P I D 控制规律各自的特点 为何 I D 作用很少单独使用 2 与简单控制相比 串级控制能使系统的控制质量得到哪些改进 3 什么是分程控制 怎样实现分程控制 4 为什么要进行燃料 送风交叉限幅控制 如何实现燃料 送风交叉限幅控制 二 计算 设计题 二 计算 设计题 70 分 分 1 某加热器出口温度控制系统如图一所示 其控制阀开度脉冲响应实验数据如下 矩形脉冲的幅值为 2 5t h 脉冲宽度为 10min 1 试画出其阶跃响应曲线 并确定其传递函数 2 画出该简单温度控制系统的设备连接示意图和结构方框图 3 若调节阀采用气关式 且要求该控制系统动态偏差较小且稳态无差 试确定控制系 统调节器的控制规律和调节器的正反作用 并整定其参数 2 图二是某工艺流程中容器液位系统的结构示意图 液位由出口调节阀来控制 来自容器 入口处的扰动主要有管道流量的变化 该扰动较大且较为频繁 来自容器出口处的扰动 有液压泵出口流量的波动等 工艺流程要求容器液位严格保持恒定 试为该容器液位系统设计一个串级 前馈控制系统 并在图二中画出设备连接示意图 同时画出控制系统的方框图 方框内的各环节用文字表示 t min 1 3 4 5 8 10 15 16 5 T 0 45 1 7 3 7 8 19 26 4 36 37 5 t min 20 25 30 40 50 60 70 80 T 33 5 27 5 21 10 4 5 1 2 8 1 1 0 5 图一 过程控制系统设计 模拟试卷 共 3 页 第 2 页 3 某加热器系统的控制流程图如图三所示 1 画出该控制系统的方框图 说明采用了哪种控制方案 2 若扰动通道传递函数用 Kd Td 和 d 模型表示 控制通道传递函数用 Kp Tp 和 p 模型来表示 试求 PC 控制器的传递函数 其它各环节的传递函数可自行定义为 Gi s i 1 2 3 当 p Tp很大时 还可用什么控制方案来提高系统的控制质量 简要说明方案的工作原 理 图三 4 燃料在炉膛内燃烧时 燃料量和风量需保持一定的比例关系 且燃烧要处于富氧状态 以 保证燃烧的充分性 若两种物料的比例关系为 1 1 25 QAmax 150T h QBmax 200T h 仪 表测量系统采用 4 20mA 输出 试设计相除方案的比值控制系统 画出控制系统方框图 求系统的比值系数 确定该方案的比值设定值 5 某一 2 2 耦合系统 其被调量 y1 y2和调节量 1 2的关系为 2 2 1 1 2 2 2 5 1 11 14 3 13 17 2 5 12 15 2 4 13 8 9 s e s e sy s e s e sy ss ss 试求该系统的相对增益矩阵 并判断回路间耦合作用的大小 若需解耦试用前馈补偿方 法进行解耦设计 求补偿器的传递函数并画出解耦系统的方框图 计算设计部分答案 1 阶跃响应为 t min 1 3 4 5 8 10 15 16 5 脉冲响应 0 45 1 7 3 7 8 19 26 436 37 5 阶跃响应 0 45 1 7 3 7 8 19 26 444 47 5 估 t min 20 25 30 40 50 60 70 80 脉冲响应 33 5 27 5 21 10 45 1 2 8 1 1 0 5 阶跃响应 59 9 71 5 80 9 91 396 499 2100 3100 8 过程控制系统设计 模拟试卷 共 3 页 第 3 页 设备连接图如图 控制器采用 PID 控制 正作用 其它略 2 容器入口的扰动为外扰 采用前馈的方案克服 容器出口的扰动为内扰 采用串级内回 路的方案克服 图略 3 采用的是前馈 反馈控制方案 PC 为前馈控制器其传递函数为 s mPvd p p d ff dp e sGsGsT sT K K sG 1 1 1 如果 p Tp很大 可以采用 Smith 预估器方案提高控制质量 工作原理等略 4 图略 88 0 08 18 d I 5 6745 1 6745 0 6745