《过程控制系统》试题（A）答案
一、（20分）答：
搅拌器 物料入口 蒸汽 冷凝水 TC 出口 图1
（5分） 1. 影响物料出口温度的主要因素有：物料的入口温度和流量；蒸汽的入口温度、流量和压力；搅拌速度。 温度控制系统原理框图如下：
物料出 设定值 口温度 温度控制器控制阀 换热器 温度变送器 （5分）2. 当要求出口温度准确控制时，应选择比例积分控制规律。比例作用可以减小余差；积分作用可以消除误差，使出口温度准确。
（5分）3. 当控制器的积分时间常数增大时，积分作用变弱，系统稳定性变好，控制精度下降，调节速度变快。原理：积分作用是当有误差时不断累加，其过程比较缓慢，积分时间常数增大，积分作用减弱，则积分作用的过程要相对加快，对系统的控制作用要变得相对及时，因此调节速度快，系统稳定性加强；但是积分作用的减弱将使得余差变大，则控制精度降低。 （5分）4. 比例增益应增加，而积分时间常数要减小。
原因：由于微分作用的加入使系统稳定性增加，动态响应过程缩短，因此可以适当提高比例增益，加强积分作用，即减小积分时间常数。
二、（20分） 答： 出口温度
TC
原油
炉膛温度
PC
燃烧气
（5分）1. 控制方案见工艺流程图。 （5分）2. 系统的主要干扰量有燃料气流量和压力波动、原油入口的流量和温度。其中燃料气流量和压力波动的干扰在副回路中，当燃料气压力出现波动时，可通过副回路及时调整，克服干扰。
（5分）3. 控制阀采用气开阀：当燃烧气压力增大时，出口温度升高，因此主控制器为反作用；当阀开大时，压力增大，为满足负反馈，副控制器为反作用。 （5分）4. 在系统稳定的情况下，燃料气压力突然升高时，造成PC输入量增大，因为PC为反作用，所以PC输出量减小，因控制阀为气开阀，所以阀开度减小，燃料气压力降低。同时当燃料气压力升高时，在副回路还没有来得及调整时，原油出口温度有较小升高，TC输入量增大，因为TC为反作用，所以TC输出量下降，控制阀开度减小，同样使燃料压力下降，从而使原油出口温度降低。
三、（15分）答：
出口温度
Gff TC
+ 原油
炉膛温度
燃烧气
（5分）1. 控制方案见工艺流程图。
（5分）2. 欲使干扰对系统无影响，则：
Ｆ（s）Ｇpd（s） +Ｆ（s）ＧffＧv（s）Ｇ0（s）=0
Gpd（s）1= —
Gv（s）G0（s）12(5分3. 串级控制系统和前馈反馈控制系统克服干扰方式的优缺点：
①前馈反馈控制系统需要“专用”控制器，专门设计，而串级控制系统使用常规控制器即可；
②前馈反馈控制系统的前馈模型精度依赖于干扰对象特性的模型精度，必须是针对“可测”的干扰；
③前馈反馈控制系统适用于干扰量可测但不可控，而串级控制系统是可测也要可控；
④一个前馈控制通道只针对具体一个干扰量，串级控制中的副回路可以包含多个干扰量。 四、（10分）答： A流量对象 阀1 FC1 流量变送器
K
B流量对象 FC2 阀2
流量变送器
（5分）1. 控制原理图见方块图。
Fa4（5分）2. K==
Fb2.5Famax4290K’=K= ≈0.74
Fbmax2.5625 五、（10分）答：
（5分）1. 阀为气开阀，当阀开度变大时，燃料压力增大，所以PC为反作用； 当燃料压力增大时，蒸汽流量增加，所以FC为反作用；
当燃料压力低于脱火压力时，PC输入为负偏量，输出为高信号，FC输出相对为即：Ｇff= —
低信号，此时构成蒸汽流量控制系统，选择器为低选器。 （5分）2. 该控制系统的工作过程：在系统稳定时，当燃料压力高于脱火压力时，PC感受到正偏量，输出为低信号，此时低选器选通PC，构成燃料压力控制系统，此时PC输出低信号，阀开度减小，燃料压力降低；当燃料压力低于脱火压力时，重新选通FC，构成蒸汽流量控制系统。 六、（15分）答：
（5分）1. 若确定A为气开阀，A开大时罐压力升高，所以PC为反作用；若确定Ｂ为气闭阀，B开大时，罐中压力降低，因PC为反作用，构成负反馈。所以，选择A阀为气开阀，B阀为气闭阀，PC为反作用是合理的。
当控制器信号为０.０２——０.０６ＭＰａ时，Ｂ阀工作； 当控制器信号为０.０６——０.１ＭＰａ时，Ａ阀工作。
B A 0.02 0.06 0.1 （5分）２. 控制器为反作用。
控制原理方块图如下：
Ａ阀 压力控制器ＰＣ ｓｐ Ｂ阀 油罐压力对象 测量变送器
（5分）３. 系统工作过程：
储罐向外抽取物料时，罐中压力下降，ＰＣ的输入量减小，因ＰＣ为反作用，所以ＰＣ输出升高，Ｂ阀开度减小，当达到分程点时，Ｂ阀关闭，Ａ阀打开，补
充氮气，保证储罐压力正常。
七、(10分) 答：
（4分）１. Smith补偿器优点：可以克服大滞后对系统的影响，使系统控制及时准确，控制速度加快，过渡时间缩短，并且结构简单。缺点：依赖于对象模型的精度，控制器不容易实现。
R
（3分）2. 相对增益距阵可以判断多输入多输出系统的关联程度，通过相对增益矩阵的元素ij来判断。ij越接近1，则表明系统之间的关联程度越弱；ij越偏离1，表明系统之间的关联程度越强。
（3分）3. 对于PH值中和控制的非线性控制系统，在PH值接近7这个区域，增益非常大，设置为不灵敏区，采用带不灵敏区的PID控制器。因为用带不灵敏区的PID控制器使系统在不灵敏区内控制器比例增益非常小或不起作用，而在灵敏区内发挥PID的正常作用使系统性能提高。
