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过程控制系统试题库

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勾厚政 编辑

宿迁学院 机电系 自动化学科

2011年6月3日星期五

第一章 绪论

1．1．过程控制（英文：Process Control）通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术最重要的组成部分之一

1．1-1．过程控制是生产过程自动化的简称，泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中的连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。

1．1-2．连续生产过程的特征是：生产过程中的各种流体，在连续（或间歇）的流动过程中进行着物理化学反应、物质能量的转换或传递。

1．1-3．从控制的角度，通常将工业生产过程分为三类，即：连续型、离散型和混合型。过程控制主要是针对连续生产过程采用的控制方法。

1．1-4．过程控制的主要任务是对生产过程中的有关参数进行控制——“工业四大参数”是：温度、压力、流量、物（液）位的自动控制，使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前

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提下，使连续生产过程自动地进行下去。

1．1-5．过程控制系统的定义：为实现对某个工艺参数的自动控制，由相互联系、制约的一些仪表、装置及工艺对象、设备构成的 一个整体

1．1-6．在讨论控制系统工作原理时，为清楚地表示自动控制系统各组成部分的作用及相互关系，一般用原理框图来表示控制系统。

1．1-7．过程控制系统的主要任务是：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。

1．1-8．过程控制的特点：

⑴．控制对象——被控过程复杂、控制要求多样

⑵．控制方案丰富多彩

⑶．控制过程大多数属于慢过程与参数控制

⑷．定值控制是过程控制的主要形式

⑸．过程控制系统由规范化的、系列化的检测与控制仪表或自动化装置组成

1．2．过程控制的发展概况

1．2-0．过程控制的发展历程，就是过程控制装置（自动化仪表）与系统的发展历程

1．2-1．过程控制装置与系统的发展过程

1．局部自动化阶段（20世纪 50～60年代）：自动化仪表安装在现场生产设备上，只具备简单的测控功能

2．模拟单元仪表控制阶段（20世纪60～70年代）：控制仪表集中在控制室，生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，送往控制室。操作人员可以在控制室监控生产流程各处的状况。

3．集散控制阶段（20世纪70年代中期至今）

1．2-2．过程控制策略与算法发展

1．3．过程控制系统的性能指标

1．3-1．干扰阶跃响应和给定阶跃响应的区别：

1．3-2．系统阶跃响应的单项性能指标

⑴．衰减比、衰减率

衰减比：

n?y1B?(1);n取整数，习惯上常表示为n:1,例如4:1、10:1 y3B2y1?y3y1?1?3?1?

y1y1n衰减率：

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⑵．最大动态偏差、超调量

最大动态偏差：

y1

y超调量:

??1y(?)?100%

⑶．残余偏差：系统设定值

r与稳态值y(?)的差值，即e(?)?r?y(?)

⑷．调节时间、峰值时间、振荡频率

调节时间:

tS

峰值时间:

tp

振荡频率:

?

1．3-3． 系统阶跃响应的综合性能指标

⑴．偏差积分IE（Integral of Error）

⑵．绝对偏差积分IAE(Integral Absolute value of Error)

⑶．平方偏差积分ISE（Integral of Squared Error）

⑷．时间与绝对偏差乘积积分ITAE(Integral of Time multiplied by the Absolute value of Error)

1．3-4-1．某换热器的温度控制系统，给定值为200 ℃。在阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示。试求最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间。

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解：最大偏差：

A = 230-200 = 30℃；

余差： C= 205-200 = 5℃；

衰减比： n = y1: y3 = 25:5 = 5:1 1．3-4-2．某被控过程工艺设定温度为900℃，要求控制过程中温度偏离设定值不得超过80℃。现设计的定值温度控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图，试求最大动态偏差、衰减比、振

荡周期，该系统能否满足工艺要求？

解：

最大动态偏差：

A?950?900?50

衰减比：

n?y1950?90050???5 y3910?90010振荡周期：

T?45?9?36min

50＜80！能满足工艺要求。

1．3-4-3．某化学反应器工艺规定的操作温度为（900±10）℃，考虑安全因素，要求控制过程中温度偏离设定值不得超过80℃。现设计的定值温度控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图，

试求最大动态偏差、衰减比、振荡周期，该系统能否满足工艺要求？

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解：

最大动态偏差：

A?950?900?50

衰减比：

n?y1950?90842???4.2 y3918?90810振荡周期：

T?45?5?40min

余差：

C?908?900?8℃

50＜80！能满足工艺要求。

过渡过程时间：47min

1．3-4-4．某化学反应器工艺规定的操作温度为（800±10）℃，考虑安全因素，要求控制过程中温度最高值不得超过850℃。现设计的定值温度控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图，试

求最大动态偏差、余差、衰减比、过渡时间（±2%！）和振荡周期，该系统能否满足工艺要求？

解：

最大动态偏差：

A?845?800?45℃

余差：

C?805?800?5℃

衰减比：

n?y1845?80540???4：1 y3815?80510过渡过程时间：25min

振荡周期：

T?20?7?13min

5＜10！能满足工艺要求。

1．3-4-5．某发酵过程工艺规定的操作温度为（40±2）℃，考虑发酵效果，要求控制过程中温度偏离给定值最大不得超过6℃。现设计的定值温度控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如下图，试求

最大偏差、衰减比、余差、过渡时间（±2%！）和振荡周期，该系统能否满足工艺要求？

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