化學工程 93 年程序控制考古題

考慮一迴流裝置，如Fig. 1a 所示。反應器進料，由出口高溫產物，加以預熱處理。 此反應器連同熱交換器之系統方塊圖，如Fig. 1b 所示。 其中各部分之轉移函數如下： 1 ) ( ) ( ) ( 1 1 1 0 1 + = = s K s G s T s T τ ； 1 ) ( ) ( ) (

2 2 4 2 + = = s K s G s T s T τ ； 1 ) ( ) ( ) (

3 3 3

+ = = s K s G s T s T τ 試求 ？ = ) ( ) ( 0 4 s T s T （10 分） 若 1 2 1 = =τ τ , 2 3 = τ 和 1 3 1 = = K K ， 試問為使此迴流裝置穩定之迴流穩態增益 2 K 數值大小範圍應為何？（15 分） 若 2 K =0.5，且輸入之溫度變化為 ) sin( 2 ) ( 0 t t T = 時， 試求當 0 >> t 時，迴流系統輸出溫度變化情況如何，即 ？ = >>0 4 ) ( t t T （15 分） 二、一般化工程序的動態行為，可以一階帶時延的模式表示如下： s d p e s K s G − + = 1 ) ( τ 假設經開迴路測試得知 1 = p K ，且以Ziegler-Nichols 閉迴路法求得之極限增益 cu K 及極限頻率 u ω 分別為 cu K =14.9 及 u ω =1.65。試估計τ 及d 值。（20 分） （承上）請問若採用PI 控制器 ) 1 1 ( ) ( s K s G I c c τ + = ，其中 3 = c K 且 τ τ = I 來進行控制，則控制系統之增益邊限（gain margin）及相角邊限（phase margin） 各為多少？（10 分） Fig. 1a T0 T3 T4 + Fig. 1b G2(s) T2(s) T1(s) T3(s) G3(s) T4(s) T0(s) G1(s) ＋ 九十三年專門職業及技術人員 考試試題 代號：01560 類 科： 化學工程技師 全一張 （背面） 高等考試建築師、技師、民間之公證人 暨普通考試不動產經紀人、地政士 三、考慮一個火爐加熱系統，如Fig. 2 所示。其功能係將進料加熱，以便將預熱後之進料 送入反應器反應，傳統的控制方式是直接以出口溫度的量測迴授回來操縱燃油量，假 設用以加熱之燃油壓力擾動非常大，致使燃油量變異大，造成控制品質不佳。請問要 如何改進？試直接修改Fig. 2 之控制架構圖（繪於答案紙上），並簡述您所建議的控 制新架構。（15 分） 四、PI 控制器常有飽和問題，為克服此問題，一個改進的方法如Fig. 3 所示。試說明此 架構具有使PI 控制器防止重置飽和（anti-reset windup）的功能。 （Hint：依 * u u < 及 * u u > 兩種情況探討控制器作動。）（15 分） Flue gas Fuel TC to reactor Fig. 2 Feed FC + + E(s) KC Fig. 3 u(s) u*(s) u* u Slope=1 1 TIs + 1