下载文档原格式
第3章思考题与习题1.基本练习题（1）在过程控制中，哪些仪表是属于过程控制仪表？在过程控制系统中，大多数调节器是电动的，而执行器多数是气动的，这是为什么？气动单元组合仪表与电动单元组合仪表各单元之间的标准统一信号又是如何规定的？答：1）在过程控制中，过程控制仪表有：调节器、电/气转换器、执行器、安全栅等。
2）调节器选电动的因为电源的问题容易解决，作用距离长，一般情况下不受限制；调节精度高，还可以实现微机化。
执行器多数是气动的,因为执行器直接与控制介质接触，常常在高温、高压、深冷、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、易爆等恶劣条件下工作，选气动的执行器就没有电压电流信号，不会产生火花，这样可以保证安全生产和避免严重事故的发生。
3）气动仪表的输入输出模拟信号统一使用0.02~0.1MPa的模拟气压信号。
电动仪表的输入输出模拟信号有直流电流、直流电压、交流电流和交流电压四种。
各国都以直流电流和直流电压作为统一标准信号。
过程控制系统的模拟直流电流信号为4~20mADC,负载250 Q ；模拟直流电压信号为1~5V DCo（2）某比例积分调节器的输入、输出范围均为4-20mADC,若设5 = 100%、7； = 2min , 稳态时其输出为6mA；若在某一时刻输入阶跃增加1mA,试求经过4min后调节器的输出。
答：由比例积分公式（3-1）所示：y = l e+lfedt• Tj 丿稳态时:yb=6mA,（3）简述DDZ-III型全刻度指示调节器的基本组成、工作状态以及开关S广丄的作用。
(3-1)依题意：p = —= 100%,Kj,即Ap =1, e=l；4min 后：=9mA答：1）调节器由控制单元和指示单元组成。
控制单元包括输入电路、PD与PI电路、输出电路、软手动与硬手动操作电路;指示单元包括输入信号指示电路和给定信号指示电路。
2）工作状态：自动、软手动、硬手动三种。
3） 6~亠为自动、软手动、硬手动联动切换开关。
过程系统稳态模拟技术一、简介过程系统稳态模拟技术是一种在过程工程领域中常用的技术，用于模拟和分析工业过程中的稳态行为。
通过建立数学模型并进行仿真，可以帮助工程师和研究人员更好地理解和优化工业过程，提高生产效率和产品质量。
二、稳态模拟的意义2.1 稳态与动态稳态是指系统的输入和输出在一段时间内保持不变的状态，而动态则是指系统处于不断变化的状态。
稳态模拟主要关注系统在稳定运行条件下的性能和行为，可以帮助工程师预测和优化系统的稳态运行。
2.2 应用领域稳态模拟技术广泛应用于化工、石油、能源、制药等工业领域。
它可以用于设计和改进工业过程，优化操作条件，减少能源消耗，提高产品质量，降低生产成本。
三、稳态模拟的基本步骤3.1 构建数学模型稳态模拟的关键是建立准确的数学模型来描述系统的行为。
数学模型一般基于物质和能量守恒原理以及系统的物理特性。
常见的建模方法包括质量平衡、能量平衡和动力学方程等。
3.2 参数估计与校准在进行模拟之前，需要获取系统中的各种参数和初始条件。
这些参数可以通过实验、测量和文献调研获得。
然后需要对参数进行估计和校准，以确保模拟结果的准确性。
3.3 求解数学模型一旦数学模型和参数确定，就可以利用数值求解方法求解模型。
常用的求解方法包括有限差分法、有限元法、微分方程求解器等。
求解结果将给出稳态下系统的性能和行为。
3.4 模拟结果分析对模拟结果进行分析是评估系统性能和提出优化方案的关键。
可以通过分析模拟结果的敏感性、稳定性、能量损失等指标来评判系统运行的优劣，并提出改进措施。
四、稳态模拟技术的应用案例4.1 化工过程优化稳态模拟技术可以帮助化工工程师优化生产过程。
例如，在炼油厂中，通过稳态模拟可以预测不同操作条件下的产物分布、能耗和废弃物产生量，以优化操作参数，提高生产效率和利润。
4.2 石油勘探与开发稳态模拟技术在石油勘探与开发中也有广泛应用。
通过对油藏稳态模拟，可以预测油藏内的油气分布情况和流动规律，帮助工程师制定开发计划，提高油气采收率。
《化工过程分析与合成》课程教学大纲制定人：吴淑晶教学团队审核人：门勇开课学院审核人：饶品华课程名称：化工过程分析与合成/ Analysis and Synthesis of Chemical Engineering Process课程代码：040323适用层次（本/专科）：本科学时：32 学分：2 讲课学时：30 上机/实验等学时：2 考核方式：考查先修课程：高等数学、物理化学、化工原理、化学反应工程适用专业：化学工程与工艺教材：张卫东，孙巍，刘君腾．化工过程分析与合成(第二版)．国家精品课程教材，北京：化学化工出版社，2011．主要参考书：1.姚平经．过程系统工程．上海：华东理工大学出版社，2009.2.王弘轼．化工过程系统工程．北京：清华大学出版社，2006.3.都健．化工过程分析与综合．大连：大连理工大学出版社，2009.一、本课程在课程体系中的定位培养学生应用系统工程的观点和方法研究化工过程系统模拟、分析、优化和合成的基本能力。
二、教学目标1.培养学生的工程意识。
2.培养学生从系统工程的角度分析问题和解决问题的基本能力。
3.培养学生应用系统工程的观点和方法研究化工过程系统模拟、分析、优化和合成的基本能力。
三、教学效果通过本课程的学习，学生可具备：1.掌握化工工程分析和合成的基本概念和基本内容。
2.掌握化工过程系统模拟与分析的基本原理和方法。
3.掌握化工过程系统优化与合成的系统工程方法。
4.了解理论知识与工程实际的联系，培养学生的工程意识。
5.从系统工程的角度分析问题和解决问题的基本能力。
6.应用系统工程的观点和方法研究化工过程系统模拟、分析、优化和合成的基本能力。
四、教学内容与教学效果对照表五、教学内容和基本要求第1章绪论教学内容：化工过程；化工过程生产操作控制；化工过程的分析与合成；化工过程模拟系统；化工企业CIPS技术；人工智能技术在化工过程中的应用。
教学要求：了解化工过程生产操作控制；掌握化工过程分析与合成的基本概念及主要研究内容；了解化工企业CIPS技术；了解人工智能技术在化工过程中的应用。
一、主要内容• 系统时域分析（性能指标的定义、二阶欠阻尼系统计算） • 稳定性（概念、充要条件、劳斯判据） •稳态误差（概念、求解、与系统型别关系）二、基本概念1） 典型输入信号2） 动态过程和稳态过程在典型输入信号作用下，任何一个控制系统的时间响应可以分成动态过程和稳态过程两部分。
1．动态过程动态过程又称过渡过程或瞬态过程，指系统在典型输入倍导作用下，系统输出量从初始状态到最终状态的响应过程。
表现为衰减、发放或等幅振荡形式。
用动态性能描述动态过程的时域性能指标。
2．稳态过程稳态过程又称为稳态响应。
系统在典型输入情号作用下，当时间t 趋于无穷时，系统输出量的表现方式。
反映系统输出量最终复现输入量的程度。
用稳态性能描述稳态过程的时域性能指标。
3） 动态性能指标通常以阶跃响应来定义动态过程的时域性能指标• 延迟时间T d (delay time)：响应曲线第一次达到其终值A(m)的一半所需的时间；• 上升时间T r (rise time)：响应从终值的10％上升到终值的90％所需的时间，对于有振荡的系统，亦可定义为响应从零第一次上升到终值所需的时间；• 峰值时间T p (peak time)：响应超过其终值到达第一个峰值所需的时间；• 调节时间T s (settle time)：响应到达并保持在终值的5％之内所需的最短时间； •超调量σ％：4） 稳定性• 平衡位置：• 稳定性：指系统和扰动消失后，由初始偏差状态恢复到原平衡状态的性能。
•线性控制系统的稳定性：在初始扰动的影响下，其动态过程随时间的推移逐渐衰减并趋于零(原平衡点)，则称系统浙近稳定。
5） 稳态性能——稳态误差通常用在阶跃函数、斜坡面数或加速度函数作用下系统的稳态误差来报述。
用于衡量系统的控制精度和抗干扰能力。
•误差的基本定义– 在系统输入端定义的误差： – 在系统输出端定义的误差： • 稳态误差：•系统型别：为开环系统在s 平面坐标原点上的极点重数。
