高考申論題
111年
[化學工程] 化學程序工業(包括質能均衡)
第 一 題
📖 題組：
三、考慮在一儲槽經泵的流量輸送過程，在正常操作下，藉由流量控制其輸送 的流量，如圖 1。但當打入儲槽的液位量不夠時，可能會造成泵的空蝕 （Cavitation）。（每小題 10 分，共 20 分） 圖 1：泵輸送儲槽過程
三、考慮在一儲槽經泵的流量輸送過程，在正常操作下，藉由流量控制其輸送 的流量，如圖 1。但當打入儲槽的液位量不夠時，可能會造成泵的空蝕 （Cavitation）。（每小題 10 分，共 20 分） 圖 1：泵輸送儲槽過程
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
設計一個超馳控制（Override Control），並說明你設計的概念。
思路引導 VIP
看到「超馳控制 (Override Control)」與「保護設備 (防止泵空蝕)」的關鍵字，應立刻聯想到使用選擇器 (Selector Switch) 的雙控制器架構。解題重點在於引入『液位控制器 (LC)』作為安全防護，並透過『低值選擇器 (Low Selector)』在液位過低時強制接管流量控制，以維持泵浦所需的淨正吸入水頭 (NPSH)。
小題 (二)
在上述的控制結構下，若控制器為 PI 控制，應如何防止積分飽和
（Reset Windup）的發生？你可以以控制結構的方塊圖（Block
Diagram），說明你設計的概念。
思路引導 VIP
- 釐清題意：了解『積分飽和 (Reset Windup)』的定義，並結合題目情境（液位不足導致抽不到液體，流量產生持續誤差），分析為何 PI 控制器會發生積分飽和。
- 提出解法：防止積分飽和最標準的控制設計是『抗飽和機制 (Anti-windup)』，尤其是『反算追蹤法 (Back-calculation and tracking)』或『條件積分法 (Conditional integration)』。