一、 填空题
1．定比值控制系统包括：（开环比值控制系统 ）、（ 单闭环比值控制系统）和（双闭环比值控制系统 ）。
2．控制阀的开闭形式有（气开 ）和（气关 ）。
3．对于对象容量滞后大和干扰较多时，可引入辅助变量构成（ 串级）控制系统，使等效对象时间常数（减少 ），提高串级控制系统的工作频率。
4．测量滞后包括测量环节的（ 容量滞后）和信号测量过程的（纯滞后 ）。
5．锅炉汽包水位常用控制方案为：（单冲量水位控制系统 ）、（双冲量控制系统 ）、（三冲量控制系统 ）。
6．泵可分为（ 容积式）和（离心式 ）两类，其控制方案主要有：（出口直接节流）、 （调节泵的转速）、（调节旁路流量）。
7．精馏塔的控制目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益最大或总成本 最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统，分别是： 物料平衡控制、（ 能量平衡控制）、（约束条件控制 ）和（质量控制 ）。
1. 前馈控制系统的主要结构形式包括：单纯的前馈控制系统、（前馈反馈控制系统 ）和（多变量前馈控制系统 ）。
2. 反馈控制系统是具有被控变量负反馈的闭环回路，它是按着（偏差 ）进行控制的； 前馈控制系统是按（扰动）进行的开环控制系统。
3. 选择性控制系统的类型包括：（ 开关型 ）、（连续型 ）和（混合型 ）。
4. 常用控制阀的特性为（ 线性）、（快开 ）、（对数 ）、和（ 抛物线）特性。
5. 阀位控制系统就是在综合考虑操纵变量的（快速性 ）、（经济性 ）、（合理性 ）、和（有效性 ）基础上发展起来的一种控制系统。
6. 压缩机的控制方案主要有：（调速 ）、（旁路 ）和节流。
7. 化学反应器在石油、化工生产中占有很重要的地位，对它的控制一般有四个方面，
分别是：物料平衡控制、（能量平衡控制 ）、（质量控制 ）和（约束条件控制 ）。
二、 简答题
1．说明生产过程中软保护措施与硬保护措施的区别。
答：所谓生产的软保护措施，就是当生产短期内处于不正常情况时，无须像硬保护措施那 样硬性使设备停车，而是通过一个特定设计的自动选择性控制系统，以适当改变控制方式来达 到自动保护生产的目的。这样就可以减少由于停车而带来的巨大经济损失。而硬保护措施将使 得生产设备停车。
2．前馈控制主要应用在什么场合？
答：前馈控制主要用于下列场合：
(1)干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，单纯反馈控制达不到要求时； (2)主要干扰是可测不可控的变量；
(3)对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差时，可采用前馈一反馈控制 系统，以提高控制质量。
3．怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律?
答：串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量，对主变量要求较高，一般不允
许有余差，所以主控制器一般选择比例积分控制规律，当对象滞后较大时，也可引入适当的微 分作用。
串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中，副变量是不断跟随主控制器的输出 变化而变化的，所以副控制器一般采用比例控制规律就行了，必要时引入适当的积分作用，而 微分作用一般是不需要的。
4．简述均匀控制系统的控制方案。
答：以液位与流量的均匀控制为例，其控制方案有简单均匀控制与串级均匀控制两种。 从结构上来讲，简单均匀控制与一般的液位控制系统一样，串级均匀控制与一般的液位
-流量串级控制系统一样。其区别在于均匀控制与一般的控制系统目的不一样。之所以能够使 两个变量间的关系得到协调，是通过控制器参数整定来实现的。均匀控制系统中的控制器一般 都采用纯比例作用，且比例度很大，必要时才引入少量的积分作用。
5． 分程控制系统的主要应用场合有哪些?
答：分程控制系统的应用场合主要有：(1)用于扩大控制阀的可调范围，改善控制品质； (2)用于控制两种不同的介质流量，以满足工艺生产的要求，(3)用作生产安全的防护措施。
1. 积分饱和的危害是什么? 有哪几种主要的抗积分饱和措施?
答：当控制器处于积分饱和状态时，它的输出将达到最大或最小的极限值，该极限值已 超出执行器的有效输入信号范围，所以当有控制信号来的时候控制器就无法及时响应，必须等待其退出积分饱和才能响应， 这样会对系统的工作带来严重的后果，甚至会造成事故。 抗积分饱和的主要方法有限幅法、外反馈法和积分切除法。
2. 前馈控制与反馈控制的主要区别有哪些?
答：前馈控制与反馈控制的主要区别有以下：
1） 控制的依据 被控变量的偏差 干扰量的大小
2） 检测的信号
3） 控制作用发生的时间 偏差出现后 偏差出现前
4） 系统结构
5） 控制质量
6） 控制器
专用控制器
7） 经济性和可靠性 一种系统可克服多种干扰 对每一种都要有一个控制系统
3. 什么叫比值控制系统?其类型有哪些？
答：实现两个或两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通 常为流量比值控制系统，用来保持两种物料的流量保持一定的比值关系。 类型有：开环比值、单闭环和双闭环，以及变比值控制等。
4. 串级控制系统中副变量应如何选择?
答：串级控制系统中副变量的选择原则是：
(1)主、副变量间应有一定的内在联系，副变量的变化应在很大程度上能影响主变量的 变化；
(2)通过对副变量的选择，使所构成的副回路能包含系统的主要干扰；
(3)在可能的情况下，应使副回路包含更多的主要干扰，但副变量又不能离主变量太近；
(4)副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防“共振”的发生
5. 什么是多冲量控制系统? 主要应用场合是什么？
所谓多冲量控制系统，是指在控制系统中，有多个变量信号，经过一定的运算后，共 同控制一只执行器，以使某个被控的工艺变量有较高的控制质量。
多冲量控制系统这个名称主要在锅炉的给水系统控制中应用比较广泛。
三、 分析题
1、图示为某管式加热炉原油出口温度分程控制系统，两分程阀分别设置在瓦斯气和燃料油 管线上。工艺要求优先使用瓦斯气供热，只有瓦斯气量不足以提供所需热量时，才打开 燃料油控制阀作为补充。根据上述要求确定：
1）A、B两控制阀的开闭形式及每个阀的工作信号段（假定分程点为0.06MPa）；
2）确定控制器的正、反作用；
3）画出该系统的方块图，并简述该系统的工作原理。
解：1）A、B 均为气开式
A：0.02~0.06MPa；B：0.06~0.10MPa
2）控制器为“反作用”
3）系统方块图
工作原理：（1）当出口温度高于设定温度时，仅A阀打开工作，B关闭；
（2）当出口温度低于设定温度时，A 和B 阀同时工作。
2、图示为油品储罐N2 封分程控制系统。其工作原理为：1）向油罐注油时，排空气；
2）从油罐抽油时，放氮气。根据已知内容确定：
1）控制阀A和B的类型，确定控制器的正、反作用；
2）控制阀A和B的分程区域；
3）画出该系统的方块图，并简述该系统的工作原理。
解：1）控制阀A应选气开阀，则控制器应为反作用，B 阀应选气闭。
2）分程区域：为了保证安全，不使贮罐压力过高，能源中断时氮气阀A应该关闭，放空 阀B 打开，所以B阀应在小信号段，A 阀在高信号段。
3）系统方块图
工作原理：A阀（充N2）采用气开式，B 阀（放空）为气闭式，控制器为反作用。
（1）向油罐注油时P↑→PC↓（&0.06MPa） →A阀全关、B阀开→P↓；
（2）从油罐抽油时P↓→PC↑（&0.06MPa）→B 阀全关、A 阀开→P↑。
四、 计算题
1、某前馈-串级控制系统如图所示。已知：先进PID在火电厂锅炉 汽包水位控制中的应用
第1章绪论小的情况下，不能采用单冲量水位控制系统。双冲量水位控制系统的优点：能在负荷变化频繁的工况下比较好的完成水位调节任务，在给水压力比较平稳时采用双冲量水位控制系统是能够达到调节要求的。双冲量水位控制系统的缺点：调节作用不能及时的反应给水侧的扰动，当给水侧扰动时，调节系统等于单冲量调节，因为，如果给水管压力经常有波动，给水调节阀前后压差不易保持正常时，不宜采用双冲量调节。三冲量水位控制系统以锅炉水位为主控信号，蒸汽流量为前馈信号，给水流量为控制器的反馈信号来控制给水流量，它以物料平衡关系为依据，能适应负荷的快速变化，它不仅能克服“虚假水位”的影响，也能克服由于给水压力变化等因素引起给水流量变化的影响，从而使系统有更好的动态响应和静态特征。然而三冲量汽包水位控制系统,控制效果与控制器PID参数选择关系很大,而常用的参数整定方法步骤繁琐,搜索效率较低,且不一定最优,控制效果常出现大的振荡和超调。过以上对汽包水位动态特性的分析和各种控制方案的比较，可以得出以下几条结论:①单冲量和双冲量水位控制系统，无法克服汽包“虚假水位”现象，水位波动幅度较大，难以把汽包水位稳定在一定的范围内。而且，随着锅炉向大容量发展，锅炉容量越大，对汽包水位的允许波动范围的要求就越严格，所以，单冲量和双冲量水位控制系统不能适应锅炉发展的要求。②三冲量汽包水位控制系统充分考虑了“虚假水位”的影响，设置前馈环节对蒸汽流量引起的汽包水位波动进行提前补偿，尤其在适当添加了动态前馈之后，不仅最大限度地降低了“虚假水位”动态偏差和调节时间，而且对静态品质没有影响。③串级前馈、反馈控制结构，构成主、副调节双回路，既能提高系统的响应速度，又能有力地克服内环给水压力等所造成的扰动。④汽包水位对象具有惯性纯延迟和无自衡能力的特性，是具有多个调节变量如蒸汽流量、给水流量和汽包压力和各种干扰因素的复杂系统。⑤对给水流量检测信号进行一阶惯性环节滤波，削弱了电动执行机构的振动，不仅有利于保持给水压力和汽包水位的稳定，而且能降低能量消耗，延长了设备寿命。锅炉汽包水位控制系统的模糊控制理论研究，旨在将模糊控制理论引进锅炉水位系统的优化运行与控制，提高控制水平和运行效率。模糊控制器是一种近年来发展起来的新型控制器，其优点是不要求掌握受控对象的数学模型，而根据人工控制规则组织控制决策表，然后由该表决定控制量的大小.在汽包实际运行过程中，经验丰富的操作人员往往能通过观察汽包水位和蒸汽流量的变化情况，采用手动操作，有效地克服“虚假液位”现象，使汽包工作在良好的状态下。因此，只要将他们的操作经验和知识正确地进行归纳、总结，找出相应的模糊控制规则，在此基础上建立汽包水位模糊控制系统，就能取得比PID类控制系统有更好地控制效果。虽然模糊控制存在控制精度较低，被控参数会在期望值附近波动等问题，但是模糊控制方式用于汽包水位控制时，这些问题不会有任何负面影响。这是因为汽包正常工作时允许水位在一定范围内波动，只要设法使模糊控制引起的汽包水位波动和误差小于汽包正常工作的允许范围.在本文我们吸取已发展成熟的三冲量串级控制方案和模糊控制的优点，设计出以自适应模糊控制器为核心的锅炉汽包水位智能控制系统。第5章汽包水位模糊控制5.1概述由于过程传递函数中含有积分环节,电厂锅炉汽包属非自平衡对象"积分环节的存在导致了积分作用的产生,闭环控制中易产生振荡"当采用常规PID控制算法控制非自平衡对象时,由于积分环节的作用叠加,易产生积分饱和现象"另外,由于常常存在给水管道或给水泵的扰动!发电机组功率需求指令的不断变化和煤种及燃煤发热质的不确定性等因素,使得系统动态特性经常大幅度地变化,如给水压力及给水流量和蒸汽压力及蒸汽流量的不断变化!炉膛热负荷的不确定性变化等,从而造成常规给水自动控制系统的运行常常需要运行人员的频繁手动干预"由于存在前述的扰动因素,从而不同程度地引起汽包虚假水位现象,尤其是系统在低负荷情况下出现不同程度的时滞及非最小相位行为,且此时给水流量又难以精确测量"采用单一的常规水位反馈控制系统无法有效地实施控制,即使采用能够反映动态特性的三冲量给水控制系统,但由于锅炉水位对象数学模型难以精确建立,而且现场又存在较多干扰,其动态特性也不断变化,采用各种自校正措施又会使系统结构复杂,整定困难,同时仍然存在误差,所以在现场工况变动后三冲量控制系统也难以适应新的控制要求"然而,对于一些难以实现自动控制的生产过程,由有经验的操作人员进行手动控制,却往往可以收到令人满意的控制效果"实际上,在生产过程中,由于种种原因,对某些设备或生产环节至今仍必须由人的手动控制来完成"在这样的事实面前,人们重新研究和考虑人的手动控制行-13-
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