化工生产过程控制知识点

化工生产过程控制知识点姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.化工生产过程控制的基本任务是什么？

A.提高产量

B.提高质量

C.保证安全和环保

D.以上都是

2.控制系统的基本组成包括哪些部分？

A.控制对象

B.控制器

C.控制元件

D.检测元件

E.输入输出设备

F.以上都是

3.根据控制作用的特点，控制系统可以分为哪两大类？

A.开环控制系统

B.闭环控制系统

C.开放式控制系统

D.封闭式控制系统

E.半闭环控制系统

4.常见的调节器有哪些？

A.PI调节器

B.PD调节器

C.PID调节器

D.FF调节器

E.模拟调节器

5.控制系统的稳定性分析通常采用哪种方法？

A.奈奎斯特稳定判据

B.稳定区域判据

C.Bode图判据

D.奇点判据

6.什么是指令控制系统？

A.指令环节的控制系统的统称

B.不考虑反馈环节的控制系统的统称

C.由计算机控制的所有生产过程

D.以上都不是

7.什么是指示控制系统？

A.不进行自动调节的控制系统

B.仅通过手动调整来控制系统的状态

C.通过传感器直接对控制系统进行控制

D.以上都不是

8.什么是指令指示控制系统？

A.结合指令控制和指示控制的复合控制系统

B.同时使用指令控制和指示控制的系统

C.只使用指令控制和指示控制的系统

D.以上都不是

答案及解题思路：

1.D

解题思路：化工生产过程控制的基本任务是综合性的，包括提高产量、质量，保证安全和环保等多方面。

2.F

解题思路：控制系统包括控制对象、控制器、控制元件、检测元件等部分，共同构成完整的控制回路。

3.A,B

解题思路：控制系统按控制作用的特点可以分为开环和闭环两大类。

4.A,B,C,E

解题思路：调节器是控制系统中用于调节和优化过程参数的关键设备，常见的有PI、PD、PID和模拟调节器。

5.A

解题思路：控制系统的稳定性分析通常采用奈奎斯特稳定判据，这是基于系统传递函数的频率特性进行分析的方法。

6.A

解题思路：指令控制系统指的是指令环节的控制系统的统称，通常不包括反馈环节。

7.A

解题思路：指示控制系统是不进行自动调节的控制系统，完全依赖人工操作。

8.A

解题思路：指令指示控制系统是指结合指令控制和指示控制的复合控制系统，两者并存。二、填空题1.化工生产过程控制的主要目的是保证生产过程的稳定、安全和高效。

2.控制系统的功能指标主要包括稳定性、准确性和快速性。

3.控制系统的类型包括开环控制系统、闭环控制系统和自适应控制系统。

4.常见的调节器有比例调节器、积分调节器、微分调节器和比例积分微分（PID）调节器。

5.控制系统的稳定性分析通常采用频域法、时域法和根轨迹法等方法。

答案及解题思路：

答案：

1.保证生产过程的稳定、安全和高效。

2.稳定性、准确性和快速性。

3.开环控制系统、闭环控制系统和自适应控制系统。

4.比例调节器、积分调节器、微分调节器和比例积分微分（PID）调节器。

5.频域法、时域法和根轨迹法。

解题思路：

1.对于第一题，我们需要理解化工生产过程控制的重要性，保证生产过程的稳定、安全和高效是控制的主要目的。

2.第二题考查对控制系统功能指标的理解，稳定性指的是系统在受到干扰后能恢复到稳态的能力；准确性是指控制系统输出值与期望值之间的接近程度；快速性是指系统响应速度的快慢。

3.第三题涉及到控制系统的分类，开环控制系统没有反馈环节，闭环控制系统有反馈环节，自适应控制系统可以根据环境变化自动调整控制参数。

4.第四题要求列举常见的调节器，比例调节器根据误差比例进行调节；积分调节器根据误差积分进行调节；微分调节器根据误差变化率进行调节；PID调节器综合了比例、积分和微分调节器的特点。

5.第五题考查控制系统的稳定性分析方法，频域法通过分析系统的频率响应来判断稳定性；时域法通过分析系统的动态响应来判断稳定性；根轨迹法通过分析系统极点的变化来判断稳定性。三、判断题1.化工生产过程控制的主要任务是保证产品质量和提高生产效率。（√）

解题思路：化工生产过程控制的核心目标是通过精确的监控和调节，保证产品质量的稳定性和提高生产效率，降低成本，因此该说法正确。

2.控制系统的功能指标只包括稳定性和响应速度。（×）

解题思路：控制系统的功能指标不仅包括稳定性和响应速度，还包括其他如鲁棒性、抗干扰性、精度等。因此，该说法错误。

3.串级控制系统适用于多个变量同时控制的场合。（√）

解题思路：串级控制系统通过将多个控制回路串联起来，实现对多个变量的同时控制，适用于复杂的生产过程控制，因此该说法正确。

4.分程控制系统适用于温度控制。（×）

解题思路：分程控制系统通过在控制系统中设置多个分程点，使控制作用在特定的操作区间内进行调节，通常适用于某些特定的生产过程，如液位控制，而非温度控制。因此，该说法错误。

5.比例积分微分（PID）控制器是一种线性控制器。（×）

解题思路：PID控制器是一种典型的非线性控制器，通过比例、积分和微分三个作用实现对过程的控制。尽管它在设计时假设系统是线性的，但在实际应用中，许多生产过程是非线性的。因此，该说法错误。

答案及解题思路：

答案：

1.√

2.×

3.√

4.×

5.×

解题思路：

1.结合化工生产过程控制的目标，理解保证产品质量和提高生产效率是控制的核心任务。

2.通过对控制系统功能指标的全面理解，认识到稳定性和响应速度只是其中的一部分。

3.根据串级控制系统的定义和工作原理，判断其适用于多个变量的同时控制。

4.分析分程控制系统的应用场景，得出其不适用于温度控制的结论。

5.通过对PID控制器工作原理的理解，判断其非线性特性。四、简答题1.简述化工生产过程控制的基本任务。

解题思路：首先概述化工生产过程控制的目的，然后具体阐述其基本任务，包括参数监控、异常处理、优化操作和保证安全等方面。

答案：

化工生产过程控制的基本任务包括：实时监控生产过程的关键参数，如温度、压力、流量等；及时检测并处理异常情况，防止发生；优化生产操作，提高生产效率和产品质量；保证生产过程的安全性，防止环境污染。

2.简述控制系统的基本组成。

解题思路：阐述控制系统的组成部分，包括传感器、执行器、控制器、被控对象等，并简要说明每个部分的功能。

答案：

控制系统的基本组成包括：传感器，用于检测被控对象的物理量；执行器，根据控制器的指令改变被控对象的参数；控制器，根据设定值与反馈值之间的偏差进行运算，输出控制指令；被控对象，即受控制系统控制的实际生产设备或过程。

3.简述控制系统的类型及其特点。

解题思路：列举常见的控制系统类型，如开环控制系统、闭环控制系统等，并描述每种类型的特点。

答案：

控制系统主要分为开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统无反馈环节，结构简单，但控制效果不稳定；闭环控制系统具有反馈环节，能够根据反馈信号调整控制动作，控制效果更稳定，但结构复杂。

4.简述调节器的种类及其作用。

解题思路：列举常见的调节器种类，如比例调节器、积分调节器、微分调节器等，并说明它们的作用。

答案：

调节器种类包括比例调节器、积分调节器、微分调节器等。比例调节器根据偏差大小进行控制；积分调节器对偏差进行积分，用于消除稳态误差；微分调节器对偏差的变化率进行控制，提高系统的响应速度。

5.简述控制系统的稳定性分析方法。

解题思路：介绍控制系统的稳定性分析方法，如劳斯胡尔维茨稳定判据、奈奎斯特稳定判据等，并说明其应用。

答案：

控制系统的稳定性分析方法包括劳斯胡尔维茨稳定判据和奈奎斯特稳定判据等。劳斯胡尔维茨稳定判据通过系统特征方程的根的分布判断系统的稳定性；奈奎斯特稳定判据通过系统开环传递函数的频率特性判断系统的稳定性。五、论述题1.论述化工生产过程控制对提高生产效率和产品质量的重要性。

论述：

化工生产过程控制是保证生产效率和产品质量的关键环节。以下从几个方面论述其重要性：

（1）提高生产效率：通过实时监测和调整生产过程，减少人为操作失误，提高生产线的运行稳定性，降低能源消耗，从而提高生产效率。

（2）保证产品质量：生产过程控制有助于实时监测产品指标，保证其符合质量标准，减少不合格品的产生，提高产品质量。

（3）提高安全性：化工生产过程涉及高温、高压、易燃易爆等危险因素，生产过程控制有助于实时监测生产环境，预防发生。

（4）优化生产成本：通过合理调节生产过程，降低能源消耗，提高原材料利用率，降低生产成本。

解题思路：

首先阐述化工生产过程控制对提高生产效率和产品质量的重要性，然后从提高生产效率、保证产品质量、提高安全性、优化生产成本四个方面进行论述。

2.论述控制系统功能指标对控制系统设计的影响。

论述：

控制系统功能指标是评价控制系统功能的重要依据，对控制系统设计具有直接影响。以下从几个方面论述控制系统功能指标对控制系统设计的影响：

（1）确定系统结构：控制系统功能指标直接影响系统结构的选择，如稳定性、响应速度、抗干扰能力等。

（2）选择控制器参数：控制系统功能指标决定了控制器参数的设置，如比例、积分、微分参数等。

（3）优化控制策略：控制系统功能指标有助于优化控制策略，提高控制效果。

（4）确定系统调试方法：控制系统功能指标对系统调试方法有指导作用，有助于提高调试效率。

解题思路：

首先阐述控制系统功能指标对控制系统设计的影响，然后从确定系统结构、选择控制器参数、优化控制策略、确定系统调试方法四个方面进行论述。

3.论述调节器在化工生产过程控制中的应用。

论述：

调节器是化工生产过程控制中的核心元件，广泛应用于各种控制系统。以下从几个方面论述调节器在化工生产过程控制中的应用：

（1）温度控制：调节器用于控制加热或冷却过程，保证温度稳定。

（2）压力控制：调节器用于控制压力容器中的压力，保证安全运行。

（3）流量控制：调节器用于控制流体输送过程中的流量，实现精确控制。

（4）液位控制：调节器用于控制储罐中的液位，保证生产稳定。

解题思路：

首先阐述调节器在化工生产过程控制中的应用，然后从温度控制、压力控制、流量控制、液位控制四个方面进行论述。

4.论述控制系统稳定性分析方法在实际工程中的应用。

论述：

控制系统稳定性分析是保证控制系统稳定运行的重要手段。以下从几个方面论述控制系统稳定性分析方法在实际工程中的应用：

（1）确定系统稳定性：通过对控制系统进行稳定性分析，确定系统是否满足稳定运行条件。

（2）设计控制器参数：稳定性分析有助于设计控制器参数，提高控制系统功能。

（3）改进控制系统：通过稳定性分析，找出控制系统中的不稳定因素，进行改进。

（4）预防系统故障：稳定性分析有助于预防系统故障，提高系统可靠性。

解题思路：

首先阐述控制系统稳定性分析方法在实际工程中的应用，然后从确定系统稳定性、设计控制器参数、改进控制系统、预防系统故障四个方面进行论述。

答案及解题思路：

1.答案：

（1）提高生产效率：实时监测和调整生产过程，减少人为操作失误，提高生产线的运行稳定性，降低能源消耗。

（2）保证产品质量：实时监测产品指标，保证其符合质量标准，减少不合格品的产生。

（3）提高安全性：实时监测生产环境，预防发生。

（4）优化生产成本：合理调节生产过程，降低能源消耗，提高原材料利用率。

解题思路：

从提高生产效率、保证产品质量、提高安全性、优化生产成本四个方面进行论述。

2.答案：

（1）确定系统结构：控制系统功能指标直接影响系统结构的选择，如稳定性、响应速度、抗干扰能力等。

（2）选择控制器参数：控制系统功能指标决定了控制器参数的设置，如比例、积分、微分参数等。

（3）优化控制策略：控制系统功能指标有助于优化控制策略，提高控制效果。

（4）确定系统调试方法：控制系统功能指标对系统调试方法有指导作用，有助于提高调试效率。

解题思路：

从确定系统结构、选择控制器参数、优化控制策略、确定系统调试方法四个方面进行论述。

3.答案：

（1）温度控制：调节器用于控制加热或冷却过程，保证温度稳定。

（2）压力控制：调节器用于控制压力容器中的压力，保证安全运行。

（3）流量控制：调节器用于控制流体输送过程中的流量，实现精确控制。

（4）液位控制：调节器用于控制储罐中的液位，保证生产稳定。

解题思路：

从温度控制、压力控制、流量控制、液位控制四个方面进行论述。

4.答案：

（1）确定系统稳定性：通过对控制系统进行稳定性分析，确定系统是否满足稳定运行条件。

（2）设计控制器参数：稳定性分析有助于设计控制器参数，提高控制系统功能。

（3）改进控制系统：通过稳定性分析，找出控制系统中的不稳定因素，进行改进。

（4）预防系统故障：稳定性分析有助于预防系统故障，提高系统可靠性。

解题思路：

从确定系统稳定性、设计控制器参数、改进控制系统、预防系统故障四个方面进行论述。六、计算题1.计算一个一阶系统的传递函数。

给定一个一阶系统的输入为\(R(s)\)，输出为\(C(s)\)，已知系统的微分方程为\(\frac{dC(t)}{dt}2C(t)=R(t)\)。

求系统的传递函数\(G(s)=\frac{C(s)}{R(s)}\)。

2.计算一个二阶系统的传递函数。

一个二阶系统的输入为\(R(s)\)，输出为\(C(s)\)，已知系统的微分方程为\(\frac{d^2C(t)}{dt^2}4\frac{dC(t)}{dt}4C(t)=R(t)\)。

求系统的传递函数\(G(s)=\frac{C(s)}{R(s)}\)。

3.计算一个三阶系统的传递函数。

一个三阶系统的输入为\(R(s)\)，输出为\(C(s)\)，已知系统的微分方程为\(\frac{d^3C(t)}{dt^3}6\frac{d^2C(t)}{dt^2}11\frac{dC(t)}{dt}6C(t)=R(t)\)。

求系统的传递函数\(G(s)=\frac{C(s)}{R(s)}\)。

4.计算一个比例积分微分（PID）控制器的参数。

设PID控制器的输入为\(E(s)=R(s)C(s)\)，其中\(R(s)\)是参考输入，\(C(s)\)是系统输出。

已知比例增益\(K_p\)，积分时间\(T_i\)，微分时间\(T_d\)。

求PID控制器的传递函数\(G_{PID}(s)=\frac{U(s)}{E(s)}\)，其中\(U(s)\)是控制器的输出。

5.计算一个串级控制系统的传递函数。

设串级控制系统由两个子系统组成，子系统1的传递函数为\(G_1(s)=\frac{C_1(s)}{R(s)}\)，子系统2的传递函数为\(G_2(s)=\frac{C_2(s)}{C_1(s)}\)。

求整个串级控制系统的传递函数\(G_{total}(s)=\frac{C_2(s)}{R(s)}\)。

答案及解题思路：

1.一阶系统传递函数：

解题思路：将微分方程转化为传递函数形式，即\(\frac{dC(t)}{dt}2C(t)=R(t)\)转化为\(sC(s)2C(s)=R(s)\)。

答案：\(G(s)=\frac{1}{s2}\)。

2.二阶系统传递函数：

解题思路：类似一阶系统，将微分方程转化为传递函数形式，即\(\frac{d^2C(t)}{dt^2}4\frac{dC(t)}{dt}4C(t)=R(t)\)转化为\(s^2C(s)4sC(s)4C(s)=R(s)\)。

答案：\(G(s)=\frac{1}{s^24s4}\)。

3.三阶系统传递函数：

解题思路：将三阶微分方程转化为传递函数形式。

答案：\(G(s)=\frac{1}{s^36s^211s6}\)。

4.PID控制器参数计算：

解题思路：PID控制器的传递函数为\(G_{PID}(s)=K_p\frac{K_i}{s}K_ds\)，其中\(K_p\)为比例增益，\(K_i\)为积分增益，\(K_d\)为微分增益。

答案：\(G_{PID}(s)=K_p\frac{K_i}{s}K_ds\)。

5.串级控制系统传递函数：

解题思路：根据串级控制系统的定义，整个系统的传递函数为\(G_{total}(s)=G_2(s)\cdotG_1(s)\)。

答案：\(G_{total}(s)=\frac{C_2(s)}{R(s)}=G_2(s)\cdotG_1(s)\)。七、案例分析题1.分析一个化工生产过程中，如何通过控制系统提高产品质量。

案例背景：

某化工企业生产苯酚，其生产过程中涉及到苯酚的合成、精制和包装等环节。

案例分析：

（1）通过在线分析仪表实时监测产品成分，保证产品质量符合国家标准。

（2）采用先进的控制系统对反应温度、压力、流量等关键参数进行精确控制，减少副反应的发生。

（3）优化工艺流程，减少物料损耗，提高产品纯度。

（4）实施定期维护和校准，保证控制系统稳定运行。

2.分析一个化工生产过程中，如何通过控制系统提高生产效率。

案例背景：

某化肥生产企业采用尿素合成工艺，生产过程中涉及到合成、冷却、分离等环节。

案例分析：

（1）利用先进的控制系统对反应器进行精确控制，实现快速、稳定的反应过程。

（2）采用高效分离技术，提高产品收率，减少原料浪费。

（3）优化操作参数，降低能耗，提高生产效率。

（4）实施设备故障预测和维护，减少设备停机时间。

3.分析一个化工生产过程中，如何通过控制系统提高设备利用率。

案例背景：

某炼油厂生产汽油，其生产过程中涉及到原油蒸馏、催化裂化等环节。

案例分析：

（1）采用先进的控制系统对关键设备进行实时监控，保证