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98年 - 98 專技高考_化學工程技師：程序控制#35763

科目：技師◆程序控制 | 年份：98年 | 選擇題數：0 | 申論題數：10

試卷資訊

所屬科目：技師◆程序控制

選擇題 (0)

申論題 (10)

【已刪除】一、一熱交換器及其回饋控制系統示意圖如下，其中，ysp為設定點（0-100%）；y(t)為溫 度T(t)之量測訊號（0-100%）；e(t)=ysp-y(t)為誤差；Kc為比例控制參數（%/%）； p(t)=Kce(t)為控制器依據誤差值e(t)之大小所作的輸出改變量（%）；ub(t)為控制器輸 出“趨勢＂值（bias value, 0-100%）；u(t)=p(t)+ub(t)為控制器輸出訊號（0-100%）。  試導證當ub(t)與u(t)之關係為時（如圖中所示），此一回饋控制 器即為吾人熟知的比例積分控制器，其積分時間為何？（10 分） 
【已刪除】二、如右圖之壓力槽壓力控制系統，控制閥為FO（AirFailure-Open）型；其壓力感測器PT1 之設計使用範 圍為 0-50 psig，比例壓力控制器（PC1）之設定點 為 15 psig。當壓力槽內壓力為 15 psig時，壓力控制 器之輸出值為 12 psig（控制器輸出訊號範圍為 3- 15 psig）；當壓力槽內壓力為 25 psig時，控制閥為 全開。試問此壓力控制器應為正作用或反作用？其 比例常數Kc為何？（10 分）
【已刪除】三、如下圖(a)之熱交換器溫度控制系統，其中溫度感測器TT之量測範圍為 100-200℉；溫 度控制器TC為比例積分控制且比例帶（Proportional Band, PB）設為 25，積分時間常數 （Ti ）為 3 分鐘；線性控制閥為Air-to-Open（AO）且Cv值為 4（gallon/min/psi1/2 ）；假設 冷卻水通過控制閥之壓降固定為 25 psi。若穩態時控制器TC之輸出訊號為 12 mA （控 制器輸出訊號範圍為 4-20 mA），試問冷卻水之流量為何？若熱交換器中程序流體之 出口溫度突升高 5℉，試問此一瞬間控制器之輸出訊號為何？冷卻水之流量為何？ 圖(a)之設計雖然簡單，但是實務上圖(b)的設計方式也獲廣泛採用，試簡單評論圖(a) 設計方式的缺點及圖(b)設計方式的優點。（20 分） 
⑴使用串級控制的主要目的。（6 分）
⑵若感測器的準確性與再現性無法兼顧，則串級控制中次環路（secondary loop）的 感測器應以何者為重？（請簡述理由）（6 分）
⑶如下圖為一加熱反應程序，主要受控變數為反應器內溫度TR，假設此程序中之燃 料流量Ffuel，進料溫度Ti及流量FA等均時常變動，並明顯影響到加熱爐出口溫度 TH及反應器內的溫度控制狀況，請為此一加熱反應程序設計一套三層次串級控制 （Three Levels Cascade Control）系統，並請簡要敘述為何此串級控制系統之控制 效果通常明顯優於傳統單純的回饋控制方式。（8 分）
五、某控制器之轉移函數為GC(s)=(Tds+1)e-Ls/(Tgs+1)。今假設當GC(s)之輸入訊號的拉氏 轉移函數為X(s)=1/s時，我們希望其輸出訊號的改變能延後 1 分鐘才開始作用，且 開始作用時瞬間之輸出訊號改變量為最終穩態值改變量的一半，若已知Tg值為 5 分 鐘，則Td及L之值分別為何？（10 分）
⑴試求能 維持閉環穩定的最大比例控制器參數KC；
⑵試求一KC值使得此閉環系統之Gain Margin為 2；
⑶試求一KC值使得此閉環系統之Phase Margin為 45°。（30 分）