西南大学培训与继续教育学院课程考试试题卷课程名称【编号】：过程控制 【1080】 A 卷考试类别:大作业 满分：100 分 从下面五题中任选两题，每题 50 分，满分 100 分。第一题。（50 分）试述过程控制技术发展过程中仪表化与局部自动化及其主要特点。第一个阶段 50 年代前后：实现了仪表化和局部自动化，其特点：1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表 2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统 3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数 4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响 5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题。第二个阶段 60 年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点：1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统 2、计算机系统开始运用于过程控制 3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制选择性控制）4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用。第三个阶段 70 年代以来：现代过程控制的新阶段计算机时代，其特点：1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制 2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用 3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用 4、集散控制系统的广泛应用。第四个阶段 80 年代以后：飞跃的发展，其特点：1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展 2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的集中、远动控制中心 3、过程控制的概念更大的发展，包括先进的管理系统、调度和优化等。第二题。（50 分）试述调节阀的选用原则。调节阀的选择原则：(1)确定公称压力，不是用 Pmax 去套 PN，而是由温度、压力、材质三个条件从表中找出相应的 PN 并满足于所选阀之 PN 值。(2)确定的阀型，其泄漏量满足工艺要求。(3)确定的阀型，其工作压差应小于阀的允许压差，如不行，则须从特殊角度考虑或另选它阀。(4)介质的温度在阀的工作温度范围内，环境温度符合要求。(5)根据介质的不干净情况考虑阀的防堵问题。(6)根据介质的化学性能考虑阀的耐腐蚀问题。(7)根据压差和含硬物介质，考虑阀的冲蚀及耐磨损问题。(8)综合经济效果考虑的性能、价格比。需考虑三个问题：a．结构简单(越简单可靠性越高)、维护方便、备件有来源- 1 - b．使用寿命；      c．价格。    (9)优选秩序。蝶阀－单座阀－双座阀－套筒阀－角形阀－三通阀－球阀－偏心旋转阀－隔膜阀。第三题。（50 分）试述调节器的参数整定方法。常见的工程整定方法有临界比例度法、衰减曲线法和经验法。(一)临界比例度法临界比例度法是先用单纯的比例作用试验求出临界比例度,然后整定调节器参数。具体方法如下:1、被控系统稳定后,把 PID 调节器的积分时间放到最大,微分时间放到零(相当于切除了积分和微分作用,只使用比例作用)。2、通过外界干扰或使 PID 调节器设定值作一阶跃变化,观察由此而引起的测量值振荡。3、从大到小逐步把 PID 调节器的比例度减小，看测量值振荡的变化是发散的还是衰减的，如是衰减的则应把比例度继续减小；如是发散的则应把比例度放大。4、连续重复 2 和 3 步骤,直至测量值按恒定幅度和周期发生振荡,即持续 4-5 次等幅振荡为止。此时的比例度示值就是临界比例度 δk。5、从振荡波形图来看,来回振荡 1 次的时间就是临界周期 Tk,即从振荡波的第一个波的顶点到第二个波的顶点的时间。如果有条件用记录仪,就比较好观察了,即可看振荡波幅值,还可看测量值输出曲线的峰-峰距离,把该测量值除以记录纸的走纸速度,就可计算出临界周期 Tk;如果是 DCS 控制或使用无纸记录仪，在趋势记录曲线中可直接得出 Tk。6、将计算所得的调节器参数输入调节器后再次运行调节系统，观察过程变化情况。多数情况下系统均能稳定运行状态，如果还未达到理想控制状态，进需要对参数微调即可。（二）衰减曲线法衰减曲线法整定调节器参数通常会按照 4:1 和 10:1 两种衰减方式进行，两种方法操作步骤相同，但分别适用于不同工况的调节器参数整定。衰减曲线法整定调节器参数具体操作如下：1、在闭合的控制系统中,将 PID 调节器变为纯比例作用,比例度放在较大的数值上。2、系统达到稳定后，通过外界干扰或使 PID 调节器设定值作一阶跃变化，观察记录曲线的衰减比。3、从大到小改变比例度，直至出现 4:1 衰减比为止，记下此时的比例度 δs(叫 4:1衰减比例度)并从曲线上得出衰减周期 Ts(在 4∶1 曲线中为峰-峰时间)。对有些控制对象，控制过程进行较快，难以从记录曲线上找出衰减比。这时只要被控量波动 2 次就能达到稳定状态,可近似认为是 4:1 的衰减过程，其波动 1 次时间为 Ts。4、得到了衰减比例度 Ps 和衰减周期 Ts 后,就可根据表中的经验公式求出 PID 调节器的 PID 参数。5、将比例度放在比计算值略大的数值上，逐步引入积分和微分作用。6、将比例度降至计算值上，观察运行，适当调整。- 2 - （三）经验法用经验法整定调节器参数是通过凑试来实现的。此时，调节系统投入闭环运行，试验人员根据曲线(被调量随时变化的曲线)来调整参数，并参考典型的整定图形参数反复凑试。直到满意为止。凑试并不是盲目的，而是有方向、有依据的探索。根据以调节器动作规律的定性分析作凑试的依据，并参考已有的经验和典型的整定图形进行凑试。在凑试之前，应先决定采用的调节器及其参数的大致范围。对流量、温度、压力和液位等被调参数来说，它们的大致范围如下:流量对象的时间常数小，但噪声大，故 δ 值应取得大一些(40-100%);不宜用 D 作用; T 可适当小些(0.1-1 分)。第四题。（50 分）试述均匀控制系统的基本原理、特点及控制规律的选择。第五题。（50 分）如图 1 所示为电容式差压测量室结构示意图，左右结构完全对称，其感压元件是一个全焊接的差动电容膜盒。玻璃绝缘层内侧的凹球面形金属镀膜作为固定电极，中间被夹紧的弹性平膜片（弹性系数为 ）作为可动电极，从而组成两个电容器 、 （初始状态时 ）。整个膜盒用隔离膜片密封，在其内部充满硅油。由隔离膜片感受两侧压力 、 的作用，通过硅油传压使弹性膜片产生位移 ，且可动极板将向低压侧靠近。视平行板电容为理想电容，试分析两电容之差与两电容之和的比值与两侧压差的关系。（参考公式 1-胡克定律： ；参考公式 2-平行板电容公式： ）图 1 电容式差压测量室结构示意图- 3 -