2025年注冊(cè)化工工程師考試試卷：化工過(guò)程控制與優(yōu)化專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練與押題沖刺考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。下列選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題意）1.在化工過(guò)程控制系統(tǒng)中，用于檢測(cè)被控變量（PV）變化并將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送給控制器的裝置是（）。A.控制器（Controller）B.執(zhí)行器（Actuator）C.變送器（Transmitter）D.傳感器（Sensor）2.對(duì)于一階慣性環(huán)節(jié)+e(t)，其傳遞函數(shù)G(s)=K/(Ts+1)，若要增加系統(tǒng)的型別以提高其穩(wěn)態(tài)精度，通常的做法是（）。A.增大時(shí)間常數(shù)TB.減小時(shí)間常數(shù)TC.增大增益KD.減小增益K3.在控制系統(tǒng)的頻域分析中，描述系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)是（）。A.峰值頻率B.阻尼比C.相位裕度D.增益裕度4.某溫度控制系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)定值變化時(shí)，被控變量（溫度）先超過(guò)設(shè)定值，然后再回到設(shè)定值附近波動(dòng)，此現(xiàn)象最可能是由于（）。A.系統(tǒng)存在較大的滯后B.控制器正作用改為反作用C.系統(tǒng)存在反向干擾D.執(zhí)行器故障5.在化工過(guò)程中，對(duì)于需要精確控制液位的過(guò)程，如精餾塔的塔釜液位，常用的控制方案是（）。A.依據(jù)進(jìn)料流量控制出料流量B.依據(jù)塔頂蒸汽流量控制回流比C.依據(jù)釜液密度變化控制出料閥門(mén)開(kāi)度D.依據(jù)釜液壓力控制出料閥門(mén)開(kāi)度6.在化工過(guò)程優(yōu)化中，目標(biāo)函數(shù)是指需要（）的量，約束條件是指過(guò)程操作必須滿(mǎn)足的限制。A.最小化或最大化；等式或不等式B.保持不變；正值或負(fù)值C.最小化或最大化；大于或小于某個(gè)值D.隨機(jī)變化；固定不變7.對(duì)于單變量無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題，如果目標(biāo)函數(shù)在某個(gè)點(diǎn)處的梯度為零，則該點(diǎn)可能是（）。A.最優(yōu)解點(diǎn)B.極小值點(diǎn)C.極大值點(diǎn)D.非可行點(diǎn)8.在精餾塔的控制方案中，為了提高分離效率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，通常優(yōu)先采用（）。A.精餾段溫度控制B.提餾段溫度控制C.塔頂壓力控制D.塔釜液位控制9.在反應(yīng)過(guò)程的控制中，對(duì)于放熱反應(yīng)，為了防止反應(yīng)器溫度過(guò)高導(dǎo)致沖料或副反應(yīng)增加，常用的控制策略是（）。A.增大反應(yīng)物進(jìn)料濃度B.提高反應(yīng)器攪拌速度C.依據(jù)反應(yīng)器出口溫度反饋調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)流量D.增加催化劑用量10.工業(yè)上用于解決非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合、多變量復(fù)雜過(guò)程優(yōu)化問(wèn)題的常用方法是（）。A.最小二乘法B.單純形法C.序列二次規(guī)劃（SQP）D.遺傳算法二、填空題（每空2分，共20分）1.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在_______條件下，系統(tǒng)輸出信號(hào)拉普拉斯變換與輸入信號(hào)拉普拉斯變換之比。2.比例（P）控制器的作用是_______，其輸出與_______成比例。3.在使用頻率響應(yīng)法分析系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，若系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性曲線(xiàn)穿過(guò)(-1,0)點(diǎn)，則系統(tǒng)的_______裕度為0dB，_______裕度為0度。4.對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，其階躍響應(yīng)曲線(xiàn)出現(xiàn)超調(diào)，意味著其阻尼比ξ_______（填“大于”、“小于”或“等于”）1/√2。5.化工過(guò)程中常見(jiàn)的優(yōu)化目標(biāo)包括_______優(yōu)化、_______優(yōu)化和_______優(yōu)化。6.在化工單元過(guò)程控制中，為了克服純滯后對(duì)控制品質(zhì)的影響，可以采用_______控制策略。7.采用梯度法進(jìn)行無(wú)約束優(yōu)化時(shí)，搜索方向是沿著_______的方向。8.在PID控制中，積分（I）作用的主要作用是_______。9.對(duì)于存放在密閉容器中的液體，其液位控制屬于_______過(guò)程控制問(wèn)題。10.過(guò)程模擬技術(shù)在化工過(guò)程優(yōu)化中主要應(yīng)用于_______和_______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共10分）1.簡(jiǎn)述在化工過(guò)程中，引入控制系統(tǒng)的目的是什么？2.什么是過(guò)程優(yōu)化的可行域？在優(yōu)化過(guò)程中，為什么要考慮可行域？四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某液位控制系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為G(s)=1/(10s+1)。假設(shè)輸入擾動(dòng)為單位階躍信號(hào)，試求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差（用終值定理計(jì)算）。2.某反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)，采用PID控制器。已知被控對(duì)象傳遞函數(shù)為G(s)=2/(s(s+2))，控制器傳遞函數(shù)為Gc(s)=Kc(1+0.1s+0.01s2)。試求該閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。五、論述題（10分）結(jié)合你所學(xué)知識(shí)，論述在精餾塔控制中，為什么精餾段溫度控制和提餾段溫度控制不能同時(shí)作為主要的控制方案？并簡(jiǎn)述精餾塔常用的控制方案及其優(yōu)缺點(diǎn)。試卷答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.B3.D4.A5.A6.A7.A8.A9.C10.C二、填空題1.零初始條件2.控制作用；偏差信號(hào)（或誤差信號(hào)）3.相位；增益4.小于5.產(chǎn)量；能耗；安全6.前饋控制（或串級(jí)控制，視具體情境）7.梯度（負(fù)梯度）8.消除靜差9.開(kāi)環(huán)10.建立模型；尋找最優(yōu)操作條件三、簡(jiǎn)答題1.答：引入控制系統(tǒng)的目的在于克服干擾、抑制擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，使被控變量保持在設(shè)定值附近，確保過(guò)程參數(shù)的穩(wěn)定，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善操作環(huán)境，保證生產(chǎn)安全。2.答：可行域是指滿(mǎn)足所有約束條件（包括等式約束和不等式約束）的所有設(shè)計(jì)變量的集合。過(guò)程優(yōu)化的目標(biāo)是在可行域內(nèi)尋找能使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)（最大或最?。┲档狞c(diǎn)。考慮可行域是因?yàn)閷?shí)際化工過(guò)程操作必須滿(mǎn)足各種物理、化學(xué)和工程上的限制，如設(shè)備能力、物料平衡、相平衡、安全規(guī)范等，超出可行域的操作是無(wú)效或危險(xiǎn)的操作。四、計(jì)算題1.解：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=1/(10s+1)。輸入擾動(dòng)為單位階躍信號(hào)r(t)=1，其拉普拉斯變換為R(s)=1/s。系統(tǒng)在擾動(dòng)作用下的輸出Y(s)=G(s)R(s)=(1/(10s+1))*(1/s)=1/(s(10s+1))。穩(wěn)態(tài)誤差ess=lim(s->0)sY(s)=lim(s->0)s*[1/(s(10s+1))]=lim(s->0)1/(10s+1)=1/1=1。答：系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為1。2.解：被控對(duì)象傳遞函數(shù)Gp(s)=G(s)=2/(s(s+2))?？刂破鱾鬟f函數(shù)Gc(s)=Kc(1+0.1s+0.01s2)。閉環(huán)傳遞函數(shù)Gcl(s)=Gc(s)Gp(s)/(1+Gc(s)Gp(s))。Gcl(s)=[Kc(1+0.1s+0.01s2)*(2/(s(s+2)))]/[1+Kc(1+0.1s+0.01s2)*(2/(s(s+2)))]=[2Kc(1+0.1s+0.01s2)/(s(s+2))]/[1+2Kc(1+0.1s+0.01s2)/(s(s+2))]=[2Kc(1+0.1s+0.01s2)/(s(s+2))]/[(s(s+2)+2Kc(1+0.1s+0.01s2))/(s(s+2))]=2Kc(1+0.1s+0.01s2)/(s(s+2)+2Kc(1+0.1s+0.01s2))=[2Kc(s2+0.1s+0.01s3)]/(s3+2s2+2Kc(s2+0.1s+0.01s3))答：閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為[2Kc(s2+0.1s+0.01s3)]/(s3+2s2+2Kc(s2+0.1s+0.01s3))。五、論述題答：精餾塔的溫度是衡量塔內(nèi)各板組分濃度的間接指標(biāo)。精餾段溫度主要反映塔頂附近組分的濃度變化，而提餾段溫度主要反映塔底附近組分的濃度變化。如果同時(shí)以精餾段和提餾段溫度作為主要的控制變量，當(dāng)塔內(nèi)發(fā)生擾動(dòng)（如進(jìn)料量、進(jìn)料組成變化）導(dǎo)致溫度分布改變時(shí)，兩個(gè)溫度會(huì)同時(shí)變化，并且變化的趨勢(shì)和幅度可能并不一致，使得控制器難以判斷是應(yīng)該調(diào)整上升蒸汽量還是下降液量來(lái)恢復(fù)平衡，導(dǎo)致控制效果不佳，分離效果下降。精餾塔常用的控制方案包括：1.餾出液流量控制方案：以餾出液流量作為控制變量，通過(guò)調(diào)節(jié)上升蒸汽量來(lái)穩(wěn)定餾出液組成。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接控制產(chǎn)品質(zhì)量。缺點(diǎn)是當(dāng)進(jìn)料量或組成變化時(shí)，會(huì)引起塔內(nèi)操作參數(shù)（溫度、壓力）波動(dòng)較大，控制精