过程控制与自动化仪表 第三版 课后答案
第1章思考题与习题
1．基本练习题
（1）简述过程控制的特点。
答：
1．控制对象复杂、控制要求多样
2．控制方案丰富
3．控制多属慢过程参数控制
4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式
5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成
（2）什么是过程控制系统？试用方框图表示其一般组成。
答：
过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
过程控制系统的一般性框图如图1-1所示：
图1-1 过程控制系统的一般性框图
（3）单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？
答：
各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号：气动0.02 ~0.1MPa；电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。
2）数字式仪表的信号：无统一标准。
（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示。
答：
加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示：
图1-2 加热炉过程控制系统流程
图1-3 加热炉过程控制系统流程方框图
（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？ 答：
1）单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。
2）各自定义为：
衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ；
超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数：
1
100%()
y y σ=
?∞ 最大动态偏差A ：在设定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度；
静差，也称残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；
调节时间s t ：系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的5%±（2%±）范围内所需要的时间；
：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒振荡频率
n
数称为振荡频率；
t：系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间；
上升时间
p
t：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
峰值时间
p
（6）误差积分指标有什么缺点？怎样运用才较合理？
答：
误差积分指标存在的缺点是不能保证控制系统具有合适的衰减率。因此，通常先确定衰减率，然后再考虑使某种误差积分为最小。
（7）简述过程控制系统的设计步骤。
答：
过程控制系统设计的主要步骤：
1. 确定控制目标；
2．选择被控参数；
3. 选择控制量；
4. 确定控制方案；
5. 选择控制策略；
6. 选择执行器；
7. 设计报警和联锁保护系统；
8. 系统的工程设计；
9．系统投运、调试和整定调节器的参数。
（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。
答：
过程控制系统按结构不同主要分为三类：
1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。
2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够使被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
举例说明：在锅炉汽包水位控制系统中，将蒸汽流量作为前馈信号，汽包水位作为主被控参数，给水流量作为副被控参数，构成了前馈-反馈串级控制系统。
（9）两个流量控制系统如图1-4所示。试分别说明它们是属于什么系统？并画出各自的系统框图。
图1-4 两个流量控制回路示意图
答：
系统1是前馈控制系统，系统2是反馈控制系统。系统框图如图1-5如下：
测量变送
被控过程
执行器测量变送
被控过程
执行器
系统1 系统2
图1-5 两个流量控制回路方框图
（10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？ 答：
1）不是这样。
2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。
（11）构成安全火花型防爆控制系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？ 答： 1）是的。
2）因为安全火花型防爆系统必备条件之一为：现场仪表必须设计成安全火花型。 2．综合练习题
（1）简述图1-6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
LT
LC
1
Q 2
Q A
图1-6 控制系统流程图
答：
1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液位控制器来控制调节阀，从而调节Q 1（流量）来实现液位控制的作用。
2）框图如图1-7所示：
图1-7 控制系统框图
3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e (t )、控制量u (t )；执行器输入输出分别为：控制量u (t )、操作变量Q 1 (t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量Q 1 (t ) 、扰动量Q 2 (t ) ，被控量h ；所用仪表为：控制器（例如PID 控制器）、调节阀、液位测量变送器。
（2）什么是仪表的信号制？通常，现场与控制室仪表之间采用直流电流信号、控制室内部仪表之间采用直流电压信号，这是为什么？
答：
1）仪表的信号制是指在成套系列仪表中，各个仪表的输入/输出信号均采用某种统一的标准形式，使各个仪表间的任意连接成为可能。
2）通常，现场与控制室仪表之间采用直流电流信号：因为直流比交流干扰少、直流信号对负载的要求简单，而且电流比电压更利于远传信息。
控制室内部仪表之间采用直流电压信号：因为任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其他仪表的运行，同时，各个仪表具有公共接地点，可以共用一个直流电源。
（3）某化学反应过程规定操作温度为80±
5℃，最大超调量小于或等于5％，要求设计的定值控制系统，在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图1-8所示。要求：
1）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间； 2）说明该系统是否满足工艺要求。
/
图1-8 设定值干扰的过渡过程曲线示意图
答：
1）由上图可得y(∞) = 81℃，设定值r=80℃, B1=85?81=4,B2=82?81=1 稳态误差e(∞) = r ?y(∞) =80℃-81℃= ?1℃
衰减比：1
24
4:1 1
B
n
B
===，
最大超调量：
()()8581
100%100% 4.938% ()81
p
y t y
y
δ
-∞-
=?=?=
∞
过渡过程时间t s：大概在18min 左右。
2）虽然该系统最大超调满足要求，然而在规定操作温度为80℃，而最后趋于稳定的值却为81℃，因此不满足工艺要求。
（4）图1-9所示为一类简单锅炉汽泡水位控制流程图，试画出该控制系统框图，并说明其被控过程、被控参数、控制参数和干扰参数各是什么？
加
热
室
图1-9 锅炉汽泡水位控制流程图
答：
1）控制系统框图如图1-10所示：
图1-10 锅炉汽泡水位控制框图
2）被控过程：加热器+汽包；
被控参数：汽包水位；
控制参数：上水流量；
干扰参数：蒸汽流量变化。
3．设计题
（1）举出你所见到的过程控制系统的实例，并指明其被控过程、被控参数、控制参数（或控制介质）、干扰作用，画出其控制流程图和系统方框图。
略
（2）试举你所见到的前馈-反馈复合控制系统的实例，画出其控制流程图和系统方框图。
略
第2章思考题与习题
1．基本练习题
（1）简述过程参数检测在过程控制中的重要意义以及传感器的基本构成。
答：
1）过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、成分等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量的生产安全，并使生产过程按最优化目标进行。要想对过程参数实行有效的控制，首先要对他们进行有效的检测，而如何实现有效的检测，则是有检测仪表来完成。检测仪表是过程控制系统的重要组成部分，系统的控制精度首先取决与检测仪表的精度。检测仪表的基本特性和各项性能指标又是衡量检测精度的基本要素。
2）传感器的基本构成：通常是由敏感元件、转换元件、电源及信号调理/转换电路组成。
（2）真值是如何定义的？误差有哪些表现形式？各自的意义是什么？仪表的精度与哪种误差直接有关？
答：
1） 真值指被测物理量的真实（或客观）取值。 2） 误差的各表现形式和意义为：
最大绝对误差：绝对误差是指仪表的实测示值x 与真值a x 的差值，记为Δ，如式（2-1）所示：
a Δx x =- （2-1）
相对误差：相对误差一般用百分数给出，记为δ，如式（2-2）所示：
a
Δ
δ100%x =
?
（2-2） 引用误差：引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。它是相对仪表满量程的一种误差，一般也用百分数表示，记为γ，如式（2-3）所示：
max min
Δ
γ100%x x =
?- （2-3）
式中，
max
x 仪表测量范围的上限值；
min
x 仪表测量范围的下限值。
基本误差：基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。 附加误差 附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。 3) 仪表的精度与最大引用误差直接有关。
（3）某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；
答：
根据题意可知：最大绝对误差为±2℃ 则精度等级%4.0%100500
2
±=?±
=δ 所以仪表精度等级为0.4级
（4）某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？
答：
由题可得：仪表精度等级至少为0.001级。 或者0.002
（5）有一台DDZ-Ⅲ型两线制差压变送器，已知其量程为20~100kPa ，当输入信号为40kPa 和80kPa 时，变送器的输出分别是多少？
答：
由题可得：变送器输出的分别是8mA 和16mA 。
（6）设有某DDZ-Ⅲ型毫伏输入变送器，其零点迁移值
min 6
u mV DC，量程为12 mV DC。现已知变送器的输出电流为12 mA DC。试问：被测信号为多少毫伏？
答：
由题可得：被测信号为12毫伏。
（7）智能温度变送器有哪些特点？简述TT302温度变送器的工作原理。
答：
1）智能温度变送器特点为：
a）通用性强；
b）使用灵活；
c）多种补偿校正功能；
d）控制功能；
e）通信功能；
f）自诊断功能；
2) TT302温度变送器的工作原理：
a) 在结构上，它由输入模板、主电路模板和显示器三部分组成。其中，输入模板由多路转换器（MUX）、信号调理电路、A/D转换器和隔离部分组成。主板由微处理器系统、通信控制器、信号整形电路、本机调整和电源等组成，它是变送器的核心部件。显示器为液晶式微功耗数字显示器，可显示四位半数字和五位字母。
b）软件分为系统程序和功能模块两大部分。系统程序使变送器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能，同时完成各部分之间的管理；功能模块提供了各种功能，用户可以通过选择以实现所需要的功能。
（8）1151智能式差压变送器有哪些特点？它的硬件构成有哪几部分？
答：
1）1151智能式差压变送器具有如下特点：
a）测量精度高，基本误差仅为±0.1％，而且性能稳定、可靠；
b）具有温度、静压补偿功能，以保证仪表精度；
c）具有数字、模拟两种输出方式，能够实现双向数据通信；
d）具有数字微调、数字阻尼、通信报警、工程单位换算和有关信息的存储等功能。
2）硬件构成分为6部分：传感器部分，A/D转换器，CPU，HART通信部分，数/模转换及电压调整电路，监控电路。
（9）温度变送器接受直流毫伏信号、热电偶信号和热电阻信号时有哪些不同？
答：
直流毫伏信号与热电偶信号的两点区别是输入信号由直流毫伏信号变为热电偶的热电动势信号，该信号会随热电偶冷端温度的变化而变化，因而需要对其进行矫正，其矫正电压由铜电阻变化的阻值来提供。
而热电阻信号由于其他不同：它用三限制接入电路取代了冷端温度补偿电路。对铂电阻测温进行了非线性校正。非线性校正不是采用折线拟合方法而是采用正反馈方法。
（10）什么叫压力？表压力、绝对压力、负压力之间有何关系？
答：
所谓的压力是指垂直作用与单位面积上的力。表压力是指绝对压力与当地大气压力之差。绝对压力是指相对于绝对真空所测量得到的压力。负压是指绝对压力小于大气压力之时，大气压力与绝对压力之差。
（11）体积流量、质量流量、瞬时流量和累积流量的含义各是什么？
答：
体积流量是以体积表示的瞬时流量。质量流量是以质量表示的瞬时流量。瞬时流量和累积流量可以用体积表示，也可以用重量或质量表示。
瞬时流量：单位时间内流过工艺管道某截面积的流体数量。
累积流量：某一段时间内流过工艺管道某截面积的流体总量。
（12）某被测温度信号在40~80℃范围内变化，工艺要求测量误差不超过±1％，现有两台测温仪表，精度等级均为0.5级，其中一台仪表的测量范围为0~100℃，另一台仪表的测量范围为0~200℃，试问：这两台仪表能否满足上述测量要求?
答：
由题可得：这两台仪表均不能满足上述测量要求。
（13）热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？其补偿方法常采用哪几种？
答：
1）只有当热电偶的冷端温度恒定时，其热电动势才是单值函数。依据等值替换原理制成的补偿导线，虽然可以将冷端延伸到温度相对稳定的地方，但还不能保持绝对不变。因此，为了消除冷端温度不为零或变化时对测量精度的影响，可以进行冷端温度校正。
2）补偿方法常采用查表校正法和电桥补偿法。
（14）热电阻测温电桥电路中的三线制接法为什么能减小环境温度变化对测温精度的影响？
答：
三线制接法就是在热电阻根部的一端引出一根导线，而在另一端引出两根导线，分别与电桥中的相关元件相接。这种接法可利用电桥平衡原理较好的消除导线电阻的影响，所以这种接法是目前工业过程中最常用的接线方式。
2．综合练习题
（1）某一标定为100~600℃的温度计出厂前经校验，各点的测量结果值如下：
1)试求该仪表的最大绝对误差。
2）确定该仪表的精度等级。
3）经过一段时间使用后，仪表的最大绝对误差为±7℃，问此时仪表的精度等级为多少？
答：
1）仪表的最大绝对误差为：±6℃。 2）根据6
100% 1.2%500
δ
=±
?=±，可知：仪表的精度等级1.2级。 3）此时仪表的精度等级不变，仍然为1.2级。
（2）用分度号Pt100的热电阻测温，却错查了Cu50的分度表，得到的温度是250℃。问实际温度是多少？
答：
根据题意可知：实际温度为-120.8℃。
（3）若被测压力的变化范围为0.5~1.4MPa ，要求测量误差不大于压力示值的±5％，可供选用的压力表规格：量程为0~1.6MPa ，0~2.5MPa ，0~4MPa ，精度等级为1.0、1.5、2.5。试选择合适量程和精度的压力表。
答：
根据题意可知：
最大测量误差为?max ＝1.4×（＋5％）＝＋0.07 Mpa 1）量程确定：
应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处，即1.4 MPa ×3/2＝2.1 MPa 可以选量程为0～2.5 MPa 的弹簧压力表。 2）精度等级确定：
求出基本误差，以确定满足要求的精度等级。
%8.2%1005
.207
.0±=?±
=δ ，允许的精度等级为2.5级。 综上分析，选择量程为0～2.5 MPa ，精度等级为2.5级的弹簧压力表。 该表的最大绝对误差：?max ＝2.5×（＋2.5％）＝＋0.0625 MPa ，<0.07 MPa 所以满足要求。
（4）已知某负温度系数热敏电阻，在温度为298K 时阻值1()3144R T =Ω；当温度为303K 时阻值
2()2772R T =Ω。试求该热电阻的材料常数B 和298K 时的电阻温度系数α。
答：
根据半导体热敏电阻的电阻值和温度的函数近似关系如式（2-4）所示：
11()()R T R T EXP B T T
????=-?? ??
???
（2-4）
得该热电阻的材料常数00
ln ()ln ()
=227511R T R T B T
T -=
-
温度系数21()()dR T B
R T dT T α
????==-????????
在298K 时，0.0256α=。
（5）用差压变送器与标准孔板配套测量管道介质流量。若差压变送器量程为0~4
10Pa ，对应输出信号为4~20mA DC ，相应流量为0~320m 3/h 。求差压变送器输出信号为8mA DC 时，对应的差压值及流量值各是多少？
答：根据题意可知： 斜率 2500100004
204
=?-=
k
差压值y = 2500pa 流量值
16032010000
2500=?=
p h m /3
（6）什么是FSK 信号？HART 协议的通信方式是如何实现的？ 答：
FSK 信号：频移键控，就是用数字信号去调制载波的频率。是信息传输中使用较早的一种传输方式。HART 协议的通讯方式是由调制器、解调器、载波检测电路和时基电路构成，实现二进制的数字信号与FSK 信号之间的相互转化。
（7）利用压力表测量某容器中的压力，工艺要求其压力为1.3±0.06MPa ，现可供选择压力表的量程有0~1.6MPa ，0~2.5MPa ，0~4.0MPa ，其精度等级有1.0、1.5、2.0、2.5、4.0，试合理选用压力表量程和精度等级。
答：
根据题意可知：
最大测量误差为?max ＝±0.06 Mpa 1）量程确定：
应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处，即1.36 MPa ×3/2＝2.04 MPa 可以选量程为0～2.5 MPa 的压力表。 2）精度等级确定：
求出基本误差，以确定满足要求的精度等级。
0.06
100% 2.4%2.5
δ=±
?=± ，允许的精度等级为2.0级。 综上分析，选择量程为0～2.5 MPa ，精度等级为2.0级的压力表。 该表的最大绝对误差：?max ＝2.5×（±2.0％）＝±0.05 MPa ，<0.06 MPa 所以满足要求。 3．设计题
（1）用分度号为K 的镍铬-镍硅热电偶测量温度，在无冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为600℃，此时冷端温度为50℃。试问：实际温度是多少？如果热端温度不变，使冷端温度为20℃时，此时显示仪表指示值应为多少？
答：
1）已知冷端温度为50℃，由分布表可查得
0E(t ,0)=E(50,0)=2.022mV
又已知热电动势E=24.902+2.022=26.924mV 所以实际温度为648℃。
2）当冷端温度为20℃时，热电势为0.798 mV 26.924-0.798=26.126 mV 26.176-25.751=0.425 mV
26.17626.126
630106290.425
C --
?≈?
当冷端温度为20℃时，显示仪表指示值为629℃。
（2）某容器的正常工作压力范围为1.0~1.5MPa ，工艺要求就地指示压力，并要求测量误差小于被测压力的±5％，试选择一个合适的压力表（类型、量程、精度等级等），并说明理由。
答：
根据题意知：压力范围1.0～1.5MPa
允许最大误差：e max ＝1.5×（±5％）＝±0.075 MPa 1）量程确定：
应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处，即1.5 MPa ×3/2＝2.21 MPa 可以选量程为0～2.5 MPa 的弹簧压力表。 2）精度等级确定：
求出基本误差，以确定满足要求的精度等级。
0.075
100%3%2.5
δ=±
?=± ，允许的精度等级为3级。 综上分析，选择量程为0～2.5 MPa ，精度等级为3级的弹簧压力表。 该表的最大绝对误差：?max ＝2.5×（±3％）＝±0.075 MPa ，<=0.075 MPa 所以满足要求。
（3）如图2-1所示，利用双室平衡容器对锅炉汽包液位进行测量。已知1 4.52p =MPa ，
汽 4.52ρ=kg/m 3，液800.4ρ= kg/m 3，冷915.8ρ= kg/m 3，10.8h =m ，2 1.7h =m 。试求
差压变送器的量程，并判断零点迁移的正负方向，计算迁移量。
答：
1）差压液位计的量程为P ? ：
()()1液汽0.6800.4 4.529.84679.77P h g Pa ρρ=-=?-?=
当液位最低时，差压液位计的正、负压室的受力为：
11汽2水P P h g h g ρρ+=++ 11冷2水P P h g h g ρρ-=++
则迁移量7144.44P P P ±+-?=
-=-
变送器的量程为P=7144.444679.772464.67?-=Pa 2) 因为P+＜P-，故为负迁移；迁移量为7144.44-。
（4）某控制系统中有一个量程为20~100kPa 、精度等级为0.5级的差压变送器，在校验时发现，该仪表在整个量程范围内的绝对误差的变化范围为-0.5~+0.4kPa ，试问：该变送器能否直接被原控制系统继续使用？为什么？
答：
允许最大误差：?max ＝100×（±0.5％）＝±0.5 kPa
这个范围大于－0.5～＋0.4kPa ，所以该变送器能直接北苑控制系统继续使用。
（5）用K 型热电偶测量两点温差，其连接线路如图2-2所示。已知1t 420=℃，0t 30=℃，测得两点温差电势为15.24mV ，试求两点温差为多少？后来发现，1t 温度下的那只热电偶错用E 型热电偶，其它都正确，试求两点实际温差。
图2-1锅炉汽包液位的测量
图2-2 两点温差检测
答： 1）()
10
t ,17.241mv AB e t =
()()1010t ,t ,15.24 2.001CD AB e t e t mv =-=
经查表得：249.5t C =?
故而两点温差为12370.5t t C -=? 2）()()()()1020t ,0t ,0t ,0t ,015.24AB AB CD CD e e e e mv
--+=
则：()()()()2100t ,0
t ,0t ,0t ,015.2414.708CD AB AB CD e e e e mv =-+-=
经查表得：2360t C =? 故而两点温差为1260t t C -=?
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4~20mA DC ，负载250 Ω ；模拟直流电压信号为1~5V DC 。
（2）某比例积分调节器的输入、输出范围均为4~20mADC ，若设100%δ=、12min T =，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：
111
y e edt P T ??=
+ ???
? （3-1） 依题意：
%1001
==
p
K p ，即K p =1, e ＝1； 稳态时：y 0＝6mA ， 4min 后：
mA
dt T
e
P
y
y
9
)4
2
1
1(
1
6
e
1
14
1
=
?
+
?
+
=
??
?
?
?
?
+
+
=?
（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
1
S~
2
S的作用。
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）
1
S~
2
S为自动、软手动、硬手动联动切换开关。
（4）图3-1所示输入电路的输入/输出关系为
1
2()
o s i
V V V
=-，试问：推导这一关系的假设条件有哪些？当输入导线电阻不可忽略时，还有上述关系吗？请证明你的结论。
图3-1 输入电路图
答：
假设运算放大器是理想的即输入阻抗无穷大，T点和F点同电位，
F
V
V=
T
。
当输入导线电阻不可忽略时：
F01B
i F F
1
V V V
V-V0V2
R r R r R r
??
-+
?
-??
+=
+++
（3-2）
S T
T T B
V V
0-V V V
R r R r R r
--
+=
+++
（3-3）F
V
V=
T
，依然可以得到原结论)
(2
01i
s
V
V
V-
=
（5）什么叫无平衡无扰动切换？全刻度指示调节器是怎样保证由自动到软于动、由软手动到硬手动、再由硬手动到软手动、由软手动到自动之间的无扰切换的？
答：
在无平衡是非平衡状态下切换不产生干扰的状态，状态转换无冲击。
因为全刻度指示调节器中有PID电路，用
M
C和
I
C两个电容保证。当调节器由“软手动”切向“硬
手动”时其输出值将由原来某一数值跳跃到硬手动电位器
H
RP所确定的数值，这将会使内部过程产生内部
绕动。如要这一过程是无扰动的话，必须在切换之前就先调整电位器H RP 的位置，使其与调节器的瞬时输出一致。换句话说，就是先平衡在切换，方可保证输出无扰动。当调节器由“硬手动”切向“软手动”时，由于切换后的积分器具有保持特性，即能保证切换前的硬手动输出状态，故由硬手动切换软手动时。无需“平衡”即可做到输出无扰动。
（6）调节器的正、反作用是如何规定的？ 答：
若调节器输出随反馈值输入的增加而增加，称为正作用调节器，反之为反作用调节器。 正作用：偏差=测量值-给定值； 反作用：偏差=给定值-测量值。
（7）数字式控制器有哪些主要特点？简述其硬件的基本构成。 答：
1）数字式控制器的主要特点：采用了模拟仪表与计算机一体的设计方法，使数字式控制器的外形结构、面板布置、操作方式等保留了模拟调节器的特征；与模拟调节器相比具有更丰富的运算控制功能；具有数据通信功能，便于系统扩展；可靠性高具有自诊断功能，维护方便。
2）数字式控制器的硬件电路由主机电路，过程输入通道、过程输出通道、人/机联系部件、通信部件等。
（8）SLPC 数字式调节器的模块指令有几种主要类型？它们的操作都与什么有关？试举一例加以说明。
答：
1）SLPC 可编程调节器的功能模块指令可分为四种类型，即信号输入指令LD 、信号输出指令ST 、结束指令END 和各种功能指令。
2）所有指令都与五个运算寄存器1S ~5S 有关。
3）如加法运算的实现。加法运算的实现过程如图3-2所示。图中1S ~5S 的初始状态分别为A 、B 、C 、D 、E 。
图3-2加法运算的实现过程
加法运算程序为 LD 1X ；读取1X 数据 LD 2X ；读取2X 数据 + ；对1X 、2X 求和 ST 1Y ；将结果存入1Y ；
END ；运算结束
（9）执行器由哪几部分组成？它在过程控制中起什么作用？常用的电动执行器与气动执行器有何特点？
答：
1）执行器由执行机构和调节机构（调节阀）两部分组成。在过程控制系统中，他接受调节器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积，以控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。
2）特点：气动执行器具有结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便、防火防爆的等优点，电动执行器优点是能源取用方便。信号传输速度快和便于远传，缺点就是结构复杂。价格贵，适用于防爆要求不高或缺乏气源的场所。
（10）简述电动执行机构的组成及各部分的工作原理。
答：
主要由伺服放大器和执行器两大部分组成，电动执行器是电动单元组合仪表中的执行单元，以伺服电动机为动力的位置伺服机构。电动执行器接受调节器来的0~10mA或4~20MA的直流信号，将其线性地转换成0~900的机构转角或直线位置位移，用以操作风门、挡板、阀门等调节机构，以实现自动调节。
（11）什么叫气开式执行器和气关式执行器？它们是怎样组合的？试举两例分别说明它们的使用。
答：
1）所谓“气开”，是指当前气压信号p>0.02MPa时，阀由关闭状态逐渐打开；“气关”则相反，即指当前气压信号p>0.02MPa时，阀由全开状态逐渐关闭。
2）组合如表3-1所示：
表3-1 执行器组合表
3）举例：一般加热器选用“气开”式，这样当控制信号中断时，执行器处于关闭状态，停止加热，使设备不会因为温度过高发生事故或危险。
又如，锅炉进水的执行器则应选用“气关”式，即当控制信号中断时，执行器处于打开状态，保证有水进入锅炉，不致产生烧干或爆炸事故。
（12）在过程控制系统中，为什么要使用电-气转换器？试简述其工作原理。
答：
1）由于气动执行器有一系列优点，绝大多数使用使用电动调节仪表的系统也是用气动执行器，为使气动执行器能够接受电动调节器的控制信号，必须把调节器输出的标准电流信号转换为20~100kPa的标准气压信号。这个过程由电气转换器完成。
2）工作原理：它是按力平衡原理设计和工作的。在其内部有一线圈，当调节器（变送器）的电流信号送入线圈后，由于内部永久磁铁的作用，使线圈和杠杆产生位移，带动挡板接近（或远离）喷嘴，引起喷嘴背压增加（或减少），此背压作用在内部的气动功率放大器上，放大后的压力一路作为转换器的输出，另一路馈送到反馈波纹管。输送到反馈波纹管的压力，通过杠杆的力传递作用在铁芯的另一端产生一个反向的位移，此位移与输入信号产生电磁力矩平衡时，输入信号与输出压力成一一对应的比例关系。即输入信号从4mA.DC 改变到20mA.DC 时，转换器的输出压力从0.02～0.1MPa 变化，实现了将电流信号转换成气动信号的过程。
（13）在过程控制系统中，为什么要使用阀门定位器？它的作用是什么？ 答：
1）电气阀门定位器除了能将电信号转换为气信号外，还能够使阀杆位移与送来的信号大小保持线性关系，即实现控制器来的输人信号与阀门位置之间关系的准确定位，故取名为定位器。
2）定位器可以使用在阀的不平衡力较大或阀杆移动摩擦力较大等场合，同时还可以利用定位器来改变阀的流量特性，改变执行器的正、反作用。在分程控制中，利用定位器可以使阀在不同的信号段范围内作全行程移动。
（14）什么是调节阀的流通能力，确定流通能力的目的是什么？它是怎样计算的？ 答：
1)调节阀的流通能力指: 调节阀全开、阀前后压差为0.1MPa 、流体重度为1g/cm 3时，每小时通过阀门的流体流量（m 3或kg ）。
2)确定流通能力的目的是其调节阀的容量。
3)由流体力学理论可知，当流体为不可压缩时，通过调节阀的体积流量如式（3-4）所示：
V q A =α（3-4） 式中，α为流量系数，它取决于调节阀的结构形状和流体流动状况，可从有关手册查阅或由实验确定；
A 为调节阀接管截面积；
g 为重力加速度；r 为流体重度。
（15）什么是调节阀的流量特性？调节阀的理想流量特性有哪几种？它们各是怎样定义的？调节阀的工作流量特性与阻力系数有关，而阻力系数又是怎样定义的？它的大小对流量特性有何影响？
答：
1）理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性，也叫理想流量特性。
2）常用理想流量特性：直线流量特性、等百分比（对数）流量特性、快开特性。
3）直线流量特性是指流过调节阀的相对流量与阀门的相对开度成直线关系。等百分比流量特性是指单位行程变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量成正比关系。快开流量特性是指在小开度时就有较大的流量随着开度的增大，。流量很快达到最大，故称为快开特性。
4）阻力系数S 定义为阀全开时阀前后压差min p V ?与系统总压差p ?的比值。
5)S=1时，工作流量特性为理想流量特性。当S<1时，阀全开时流量特性减小，随着S减小，直线特性趋向快开特性，对数特性趋向直线特性，S值愈小，流量特性变形程度愈大。
（16）直通双座调节阀与直通单座相比，有何优点？它们各自适用什么场合？
答：
1）直通双座调节阀与直通单座相比，主要优点为：允许压差大。
2）直通单座适用于泄漏要求较严、压差不大的干净介质场合；直通双座调节阀适用于泄漏要求不严、压差较大的干净介质场合。
（17）智能电动执行器有哪些主要特点？它依据什么可以实现“一机多用”？
答:
1）主要特点为：具有智能化和高精度的控制功能；一体化的结构设计思想；具有智能化的自诊断与保护功能；具有灵活的组态功能，“一机多用”，提高了经济效益。
2）通过软件组态来实现“一机多用”。
（18）过程控制系统的所有仪表与装置是否都应考虑安全防爆？为什么？
答：
不是。现场的所有仪表应考虑安全防爆。非危险场所的仪表则不一定要防爆，现场仪表与非危险场所（包括控制室）之间必须经过安全栅。
（19）安全栅有在安全防爆系统中的主要作用是什么？简单齐纳式安全栅有何缺点？它是如何改进的？
答：
1）安全栅的作用是将送到现场信号能量限制在可能引起爆炸的极限能量之内。
2）缺点：一是固定的限流电阻大小难以选择。二是接地不合理通常一个信号回路只允许一点接地，两点以上接地会造成信号通过过大的缩短或形成干扰。
3）改进：第一点改进，由四个齐纳二极管和四个快速熔丝组成双重限压电路并取消了直接接地点，改为背靠背接地的齐纳二极管中心接地。第二点改进，用双重晶体管限流电路代替固定电阻，以达到近似理想的限流效果。
（20）与齐纳式安全栅相比，隔离式安全栅有何优点？
答：
隔离式安全栅与齐纳式安全栅相比较，有如下优点：
1）可以在危险区或安全区认为合适的任何一个地方接地，使用方便，通用性强；
2）隔离式安全栅的电源、信号输入、信号输出均可通过变压器耦合，实现信号的输入、输出完全隔离，使安全栅的工作更加安全可靠；
3）隔离式安全栅由于信号完全浮空，大大增强了信号的抗干扰能力，提高了控制系统正常运行的可靠性。
自动控制元件及线路课后答案
自动控制元件部分课后题答案 第一章直流伺服电动机 1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定？ 答：a ：由T em =C m ΦI a 知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。b ：由T em =T 0+T 2=CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)大小决 定。 1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化？为什么？ 答：a ：电磁转矩T em =T 0+T 2可见电磁转矩也不变。由T em =C m ΦI a 知控制电流I a 也不变b ：KeKt RaTem Ke Ua n -=知T em 不变可见U a 转速升高理想空载转速变大导致转速n 升高。 1-3已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V ，额定运行时电枢电流Ia=0.4A ，转速n=3600rpm ，它的电枢电阻Ra=50欧姆，负载阻转矩To=15mN.m 。试问该电动机额定负载转矩是多少？ 答：Ea=Ua-IaRa=110-0.4×50=90V Ea=CeΦn,Ce=0.105Cm CmΦ=0.2383600 0.10590n 105.0=?=?Ea T em =T 0+T 2=CmΦIa→T 2=CmΦIa-T 0=0.40.238=0.0952-15×10-3=80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。 答：磁转矩T em =T 0+T 2可见T 2↓电磁转矩也↓。由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓Ea=Ua-IaRa 可见I a ↓知Ea↑，由Ea=CeΦn 知Ea↑知n↑ 第二章直流测速发电机 2-4某直流测速发电机，其电枢电压U=50V ，负载电阻R L =3000Ω，电枢电阻Ra=180Ω，转速n=3000rpm ，求该转速下的空载输出电压Uo 和输出电流Ia 。Ea =Ua IaRa Ia=300050=0.0167A Ea=50Ea =50+3000 50×180=53空载Uo =Ea =53第三章步进电动机 3-8某五相反应式步进电动机转子有48个齿，试分析其有哪几种运行方式及对应的步距角，并画出它们的矩角特性曲线族。 答:5相单5拍A→B→C→D→E→A Θb ==?=48 5360NZr 360 1.5°T emA =-T jmax sin(Θe )T emB =-T jmax sin(Θe -52π)T emC =-T jmax sin(Θe -5 4π)
自动控制原理课后习题答案
1.2根据题1.2图所示的电动机速度控制系统工作原理 （1）将a,b 与c,d 用线连接成负反馈系统； （ 2）画出系统 框图。 c d + - 发电机 解： （1） a 接d,b 接c. （2） 系 统 框 图 如下 1.3题1.3图所示为液位自动控制系统原理示意图。在任何情况下，希望页面高度c 维持不变，说明系统工作原理并画出系统框图。
解： 工作原理：当打开用水开关时，液面下降，浮子下降，从而通过电位器分压，使得电动机两端出现正向电压，电动机正转带动减速器旋转，开大控制阀，使得进水量增加，液面上升。同理，当液面上升时，浮子上升，通过电位器，使得电动机两端出现负向电压，从而带动减速器反向转动控制阀，减小进水量，从而达到稳定液面的目的。 系统框图如下： 2.1试求下列函数的拉式变换，设t<0时，x(t)=0: (1) x(t)=2+3t+4t 2 解： X(S)= s 2 +23s +38 s
(2) x(t)=5sin2t-2cos2t 解：X(S)=5 422+S -242+S S =4 2102+-S S (3) x(t)=1-e t T 1- 解：X(S)=S 1- T S 11+ = S 1-1 +ST T = ) 1(1 +ST S (4) x(t)=e t 4.0-cos12t 解：X(S)=2 212 )4.0(4 .0+++S S 2.2试求下列象函数X(S)的拉式反变换x(t)： (1) X(S)= ) 2)(1(++s s s 解：= )(S X )2)(1(++s s s =1 122+-+S S t t e e t x ---=∴22)( (2) X(S)=) 1(1 522 2++-s s s s 解：=)(S X ) 1(1522 2++-s s s s =15 12+-+S S S
过程控制工程课后作业 答案
第一章纸质作业答案 一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量与阀杆行程之间的关系。 调节阀的流量特性有线性型，等百分比型，快开型，抛物线型 调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑，利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性，从而使整个广义对象的特性近似为线性。 二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，也成为单回路控制系统。 简单控制系统的典型方块图为 三．按照已定的控制方案，确定使控制质量最好的控制器参数值。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解： (1) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为 (2) 被控对象：液体贮槽
被控变量：贮槽液位 操纵变量：贮槽出口流量 主要扰动变量：贮槽进口流量 五、解： (1) 选择流入量 Q为操纵变量，控制阀安装在流入管线上， i 贮槽液位控制系统的控制流程图为 为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以应选用气开形式控制阀，为“+”作为方向。 操纵变量即流入量 Q增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“+”作用方向。由于 i 控制阀与被控对象都是“+”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 (2) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为
为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于全开状态，所以应选用气关形式控制阀，为“-”作为方向。 操纵变量即流出量 Q增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“-”作用方向。由于 o 控制阀与被控对象都是“-”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 六、（1）加入积分作用后，系统的稳定性变差，最大动态偏差增大、余差减小 加入适当的微分作用后，系统的稳定性编号，最大动态偏差减小，余差不变。 （2）为了得到相同的系统稳定性，加入积分作用后应增大比例度，加入微分作用后应适当的减小比例度。 第二章纸质作业答案 一．由两个控制器组成，分别接受来自被控对象不同部位的测量信号。一个控制器的输出作为下一个控制器的给定值，后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构来看，两个控制器是串级工作的，称为串级控制系统。 方框图如下 二．答： 前馈控制系统方块图
过程控制工程课后习题参考答案-前三章
过程控制工程课后习题参考答案-前三章
过程控制工程 第一章单回路控制系统 1.1 何谓控制通道？何谓干扰通道？它们的特性对控制系统质量有什么影响？ 控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系； 干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。 （1）控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面） 控制通道静态放大倍数越大，系统灵敏度越高，余差越小。但随着静态放大倍数的增大，系统的稳定性变差。 控制通道时间常数越大，经过的容量数越多，系统的工作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统的质量越低，但也不是越小越好，太小会使系统的稳定性下降，因此应该适当小一些。 控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还还会使系统的稳定性降低。 （2）干扰通道特性对系统控制质量的影响：
（从K、T、τ三方面） 干扰通道放大倍数越大，系统的余差也越大，即控制质量越差。 干扰通道时间常数越大，阶数越高，或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀，干扰对被控变量的影响越小，系统的质量则越高。 干扰通道有无纯滞后对质量无影响，不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个 。 纯滞后时间τ 1.2 如何选择操纵变量？ 1）考虑工艺的合理性和可实现性； 2）控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数； 3）控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道 时间常数。干扰动通道时间常数越大 越好，阶数越高越好。 4）控制通道纯滞后越小越好。 1.3 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响？对控制系统的动态质量有何影响？ 比例度δ越小，系统灵敏度越高，余差越小。
自动控制原理_课后习题及答案
第一章绪论 1-1试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答：1开环系统 (1)优点:结构简单，成本低，工作稳定。用于系统输入信号及扰动作 用能预先知道时，可得到满意的效果。 (2)缺点：不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化， 外来未知扰动存在时，控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量 偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。 它是一种按偏差调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。 1-2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？试举例说明之。 解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。 闭环控制系统常采用负反馈。由1-1中的描述的闭环系统的优点所证 明。例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉 子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。 1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非线性，定常，时变）？ （1） （2） （3） （4） （5）
（6） （7） 解答：（1）线性定常（2）非线性定常（3）线性时变 （4）线性时变（5）非线性定常（6）非线性定常 （7）线性定常 1-4如图1-4是水位自动控制系统的示意图，图中Q1，Q2分别为进水流量和出水流量。控制的目的是保持水位为一定的高度。 试说明该系统的工作原理并画出其方框图。 题1-4图水位自动控制系统 解答： (1) 方框图如下： ⑵工作原理：系统的控制是保持水箱水位高度不变。水箱是被控对象，水箱的水位是被控量，出水流量Q2的大小对应的水位高度是给定量。当水箱水位高于给定水位，通过浮子连杆机构使阀门关小，进入流量减小，水位降低，当水箱水位低于给定水位时，通过浮子连杆机构使流入管道中的阀门开大，进入流量增加，水位升高到给定水位。 1-5图1-5是液位系统的控制任务是保持液位高度不变。水箱是被控对象，水箱液位是被控量，电位器设定电压时（表征液位的希望值Cr）是给定量。
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自动控制元件 2．输入信号是电枢电压a u ，输出信号是电机转角θ。绘出直流电动机动态框图，标出)(s I a ， ),(),(s T s E em a 及扰动力矩)(s T c 。 3．绘出直流电动机电枢控制的调节特性和机械特性曲线，标出始动电压、理想空载转速和堵转转矩，标出电动机、发电机和反接制动状态。 4．直流电动机的主要优点和缺点是什么？ 优点：力矩大，控制容易。 缺点：有机械换向器，有火花，摩擦大，维护较复杂，价高，结构复杂。 5.电机铁心多用硅钢片叠压而成。采用片状材料的目的是什么？ 减小涡流损耗 6.性能优良的永磁直流力矩电动机现在一般采用什么永磁材料？ 钕铁硼 e t K K 、大，电枢扁平状。 7.与直流伺服电动机相比，直流力矩电动机的e K 、t K 有什么特点？电枢的几何形状有什么特点？ 二．（20分） 1.异步电动机等效电路图中s s r 1'2上的热损耗表示什么？
2.简述两相对称绕组产生椭圆形旋转磁场的条件。 3画出两相电机幅相控制时的电路图。 3．磁场) F- =ω表示什么磁场？为什么？ A sin(x t 4.绘出圆形旋转磁场时异 步电动机的两条典型机械 特性曲线（转子电阻大和小）。 5．推导两相伺服电动机传递函数) s s GΩ =,并说明其中的参数与静态特性曲线 ( U /) (s ( ) 的关系。
6．绘出三相异步电动机 从基频向下变频调速时 的机械特性。 7.异步电动机从基频向下变频调速时，若电压保持不变将产生什么现象？用公式说 明。 8．一台三相异步电动机空载转速是1450 r/min，电源频率50 Hz。这是几极电机？ 为什么？ 三、（7分） 1.简述永磁同步电机同步运行时的工作原理，画出必要的图形，写出电磁转矩公式。 2.写出磁阻同步电动机电磁转矩表达式并说明参数的含义。 3.哪种同步电动机不加鼠笼绕组就能 自行起动并具有较大的起动转矩？ （） 绘出它的机械特性曲线。
自动控制原理课后答案(第五版)
第 一 章 1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。 图1-2 液位自动控制系统 解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液 位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度 不变。 工作原理：当电位电刷位于中点（对应 r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的 开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度r c ，一旦流入水量或流出水量 发生变化时，液面高度就会偏离给定高度 r c 。 当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度 r c 。 反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度 r c 。 系统方块图如图所示：
1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统 （１） 222 )()(5)(dt t r d t t r t c ++=； （２）)()(8) (6)(3)(2 233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++； （３） dt t dr t r t c dt t dc t ) (3)()()(+=+； （４）5cos )()(+=t t r t c ω； （５）?∞-++=t d r dt t dr t r t c τ τ)(5)(6)(3)(； （６）)()(2 t r t c =； （７）???? ?≥<=.6),(6,0)(t t r t t c 解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2 ()r t ，所以该系统为非线性系统。 （2）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。 （3）该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，所以该系统为线性系统，但第一项 () dc t t dt 的系数为t ，是随时间变化的变量，因此该系统为线性时变系统。 （4）因为c(t)的表达式中r(t)的系数为非线性函数cos t ω，所以该系统为非线性系统。 （5）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。 （6）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，表示二次曲线关系，所以该系统为非
(完整版)过程控制系统与仪表课后习题答案完整版汇总
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
自动控制原理-课后习题答案
态性能。 1-3 试阐述对自动控制系统的基本要求。 解：自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、准确性和快速性。 稳定性是对系统最基本的要求，不稳定的系统是无法正常工作的，不能实现预定控制任务。系统的稳定性，取决于系统的结构和参数，与外界因素无关。所谓稳定性是指：当受到外作用后（系统给定值发生变化或受到干扰因素影响），系统重新恢复平衡的能力以及输出响应动态过程振荡的振幅和频率。简单来讲，若一个系统稳定，则当其在外部作用下偏离原来的平衡状态，一旦外部作用消失，经过一定时间，该系统仍能回到原来的平衡状态。反之，系统不稳定。 准确性是衡量系统控制精度的指标，用稳态误差来表示。当系统达到稳态后，稳态误差可由给定值与被控量稳态值之间的偏差来表示，误差越小，表示系统的输出跟随给定输入信号的精度越高。 快速性反应系统输出响应动态过程时间的长短，表明系统输出信号跟踪输入信号的快慢程度。系统响应越快，说明系统的输出复现输入信号的能力越强，表明性快速性越好。 在同一个系统中，上述三方面的性能要求通常是相互制约的。 1-4 直流发电机电压控制系统如图所示，图1-17（a）为开环控制，图1-17（b）为闭环控制。发电机电动势与原动机转速成正比，同时与励磁电流成正比。当负载变化时，由于发电机电枢内阻上电压降的变化，会引起输出电压的波动。 （1）试说明开环控制的工作原理，并分析原动机转速的波动和负载的变化对发电机输出电压的影响。
（2）试分析闭环控制的控制过程，并与开环控制进行比较，说明负载的作用。 （a）（b） 图1-17 直流发电机电压控制系统 解：（1）这是一个通过调节原动机励磁，控制输出电压的直流发电机系统。 控制作用的实现是输入信号电压控制原动机励磁的电压输出，再有原动机励磁的输出电压控制直流发电机的输出电压，进一步带动负载工作。 由于发电机电动势与原动机转速成正比，同时与励磁电流成正比，所以当原动机转速降低时，发电机输出电压同时降低。当负载增加时，输出电压同样降低。 （2）该闭环控制系统反馈信号从输出电压得到直接送入电源输入端，形成负反馈控制。当发电机输出电压减小时，原动机励磁增加，进而使发电机输出电压回升。 1-5 图1-18所示为水位控制系统，分析系统工作原理，指出系统被控对象、被控量、控制器、检测反馈元件、执行元件、给定输入量、干扰量、输出量，并画出系统原理方框图。
自动控制元件(第四版)习题答案资料
自动控制元件(第四版) 习题答案
部分习题答案，仅供参考！ 直流测速发电机 1.为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势? 答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S 极下的磁力线，因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。 由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A始终与处在N极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。 2. 如果图 2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、 B电刷的极性如何? 答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a，S 极下导体cd中电势由d指向c。电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B与线圈的d端相接触，故此时A电刷为正，B电刷为负。 当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体ab 处于S极下，这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相
反，于是线圈电势的方向也变为由a到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。 4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值? 答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL∝n2。同样可以证明ea∝n2。因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。所以，直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。为了改善线性度，采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，即规定了最高工作转速。 第三章 1. 直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定? 答;直流电动机的电枢电流不仅取决于外加电压和本身的内阻，而且还取决于与转速成正比的反电势（当?=常数时）
自动控制原理_课后习题及答案
第一章绪论 1- 1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答：1 开环系统 （1）优点:结构简单，成本低，工作稳定。用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。 （2）缺点：不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量偏离给定 值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。它是一种按偏差 调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。 1- 2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？试举例说明之。 解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。闭环控制系统常采用负反馈。由1-1 中的描述的闭环系统的优点所证明。例如，一个温度控 制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。 1- 3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非线性，定常，时变）？ （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） 解答：（1）线性定常（2）非线性定常（3）线性时变（4）线性时变（5）非线性定常（6）非线性定常（7）线性定常 1-4如图1-4是水位自动控制系统的示意图，图中Q1, Q2分别为进水流量和出水流量。控制的目的是保持水位为一定的高度。试说明该系统的工作原理并画出其方框图。 题1-4 图水位自动控制系统 解答： （1）方框图如下：
给定水位 实际水温 浮子 杠杆 阀门 水箱 ⑵工作原理：系统的控制是保持水箱水位高度不变。水箱是被控对象，水箱 的水位是被控量，出水流量Q2的大小对应的水位高度是给定量。当水箱水位 高于给定水位，通过浮子连杆机构使阀门关小，进入流量减小，水位降低， 当水箱水位低于给定水位时，通过浮子连杆机构使流入管道中的阀门开大， 进入流量增加，水位升高到给定水位。 1- 5图1-5是液位系统的控制任务是保持液位高度不变。水箱是 被 控对象，水箱液位是被控量，电位器设定电压时（表征液 位的希望值Cr ）是给定量。 题1-5图 液位自动控制系统 解答： （1） 液位自动控制系统方框图: （2）当电位器电刷位于中点位置（对应Ur ）时，电动机不动，控制阀门有一 定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等。 从而液面保持在希望高度上 一旦流入水量或流出水量发生变化，例如当液面升高时，浮子位置也相应升 高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一事实 上的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的液位流 量减少。此时，水箱液面下降，浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中 点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度。反之，若水箱液位下 降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入量，使液位升到给定的高度。 1-6题图1-6是仓库大门自动控制系统的示意图，试说明该系统的工作原 理，并画出其方 框图 题1-6图仓库大门自动控制系统示意图 解答： （1）仓库大门自动控制系统方框图:
自动控制元件及线路试题及答案
自动控制元件 一．（20分） 1. 1台永磁直流力矩电机，反电势系数),rad/s V/( 2=e K 摩擦转矩m N 2.0?=f T ，转动惯量3104-?=J kg ?m 2，电感02.0=a L H 。连续堵转时电流A 51=I ，电压V 201=U 。 （1）求机电时间常数m τ，电磁时间常数e τ，连续堵转的电磁转矩1T 。 答案：33e 1410s 510s 10N m m T ττ--=?=?=?，， （2）电枢电压2U =25V ，求起动时的输出转矩20T 和此电压对应的空载转速20ω。 答案：202012.3N m 12.3rad/s T ω=?=， （3）电机转速rad/s 103=ω，电磁转矩m N 23?=T 时，求电枢电压3U 和输出 转矩30T 。 答案：33024V 1.8N m U T ==?， （4）写出该电机的传递函数)(/)(s U s a Ω。 答案： （4） 2()0.50.5()(0.041)(0.0051)0.000020.041 a s U s s s s s Ω=≈++++ 2．输入信号是电枢电压a u ，输出信号是电机转角θ。绘出直流电动机动态框图，标出)(s I a ，),(),(s T s E em a 及扰动力矩)(s T c 。 答案： 3．绘出直流电动机电枢控制的调节特性和机械特性曲线，标出始动电压、理想空载转速和堵转转矩，标出电动机、发电机和反接制动状态。 答案：
4．直流电动机的主要优点和缺点是什么？ . 优点：力矩大，控制容易。 缺点：有机械换向器，有火花，摩擦大，维护较复杂，价高，结构复杂。 5.电机铁心多用硅钢片叠压而成。采用片状材料的目的是什么？ 5.减小涡流损耗。 6.性能优良的永磁直流力矩电动机现在一般采用什么永磁材料？ 6.钕铁硼。 7.与直流伺服电动机相比，直流力矩电动机的e K 、t K 有什么特点？电枢的几何形状有什么特点？ 7.e t K K 、大，电枢扁平状。 二．（20分） 1.异步电动机等效电路图中s s r -1' 2上的热损耗表示什么？ 答案.电机一相绕组产生的机械功率。 2.简述两相对称绕组产生椭圆形旋转磁场的条件。 答案.两相电流相位差：090θ<< 两相电压相位差90o，幅值不等。 3画出两相电机幅相控制时的电路图。 4.绘出圆形旋转磁场时异步电 动机的两条典型机械特性曲线（转子电阻大和小）。 5．推导两相伺服电动机传递函数)(/)()(s U s s G Ω=,并说明其 中的参数与静态特性曲线的关系。 答案： d (,)d T J U T t ωωω==?，
自动控制原理课后习题答案
. 第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答： 自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。 闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。 闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。 < 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。 答： 自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。 稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。 准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的精度
过程控制系统与仪表习题答案
第3章 习题与思考题 3-1 什么是控制器的控制规律控制器有哪些基本控制规律 解答： 1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。 3-2 双位控制规律是怎样的有何优缺点 解答： 1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。 2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。 3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差 解答： 产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系： 为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差 解答： 1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：? =edt T y 11 2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间试述积分时间对控制过程的影响。 解答：
1）?=edt T y 1 1 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。 2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱，在数值上，T i =1／K i 。显然，T i 越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。 3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA ，若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ，某时刻，输入阶跃增加，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化为多少 解答： 由比例积分公式：??? ? ??+=?edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==p K p ，即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋； 稳态时：y 0＝5mA ， 5min 后：mA edt T e P y y )7.05()52.02 12.0(151110±=??±±?+=???? ??++ =? 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响调整比例度时要注意什么问题 解答：P74 1）控制器的比例度P 越小，它的放大倍数p K 就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也越强，反之亦然，比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现。 2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的，超出这个量程的比例输出是不可能的。 所以，偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程（16mA ），避免控制器处于饱和状态。 3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么为什么常用实际为分控制规律 解答：
自动控制原理课后习题答案
第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答： 自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。 闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。 闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。 答： 自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。 稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。 准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的精度越高，准确性越好。当准确性与快速性有矛盾时，应兼顾这两方面的要求。 1-3 请给出图1-4炉温控制系统的方框图。 答：
最新过程控制练习题(带答案)
练习题 一、填空题1．定比值控制系统包括：（开环比值控制系统）、（单闭环比值控制系统）和（双闭环比值控制系统）。 2．控制阀的开闭形式有（气开）和（气关）。3．对于对象容量滞后大和干扰较多时，可引入辅助变量构成（串级）控制系统，使等效对 象时间常数（减少），提高串级控制系统的工作频率。 4．测量滞后包括测量环节的（容量滞后）和信号测量过程的（纯滞后）。5．锅炉汽包水位常用控制方案为：（单冲量水位控制系统）、（双冲量控制系统）、（三冲量控制系统）。 6．泵可分为（容积式）和（离心式）两类，其控制方案主要有：（出口直接节流）、（调节泵的转速）、（调节旁路流量）。 7．精馏塔的控制目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益最大或总成本最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统，分别是：物料平衡控制、（能量平衡控制）、（约束条件控制）和（质量控制）。 1.前馈控制系统的主要结构形式包括：单纯的前馈控制系统、（前馈反馈控制系统）和（多变量前馈控制系统）。 2.反馈控制系统是具有被控变量负反馈的闭环回路，它是按着（偏差）进行控制的；前馈控制系统是按（扰动）进行的开环控制系统。 3.选择性控制系统的类型包括：（开关型）、（连续型）和（混合型）。 4.常用控制阀的特性为（线性）、（快开）、（对数）、和（抛物线）特性。 5.阀位控制系统就是在综合考虑操纵变量的（快速性）、（经济性）、（合理性）、和（有效性）基础上发展起来的一种控制系统。 6.压缩机的控制方案主要有：（调速）、（旁路）和节流。 7.化学反应器在石油、化工生产中占有很重要的地位，对它的控制一般有四个方面，分别是：物料平衡控制、（能量平衡控制）、（质量控制）和（约束条件控制）。 二、简答题1．说明生产过程中软保护措施与硬保护措施的区别。 答：所谓生产的软保护措施，就是当生产短期内处于不正常情况时，无须像硬保护措施那样硬性使设备停车，而是通过一个特定设计的自动选择性控制系统，以适当改变控制方式来达到自动保护生产的目的。这样就可以减少由于停车而带来的巨大经济损失。而硬保护措施将使得生产设备停车。 2．前馈控制主要应用在什么场合？答：前馈控制主要用于下列场合： （1）干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，单纯反馈控制达不到要求时；（2）主要干扰是可测不可控的变量； （3）对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差时，可采用前馈一反馈控制系统，以提高控制质量。 3．怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律? 答：串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量，对主变量要求较高，一般不允许有余差，所以主控制器一般选择比例积分控制规律，当对象滞后较大时，也可引入适当的微分作用。 串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中，副变量是不断跟随主控制器的输出变化而变化的，所以副控制器一般采用比例控制规律就行了，必要时引入适当的积分作用，而微分作用一般是不需要的。
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第一章 绪论 1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答：1开环系统 (1) 优点:结构简单，成本低，工作稳定。用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。 (2) 缺点：不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量 偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。它是一种按偏差调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。 1-2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？试举例说 明之。 解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。 闭环控制系统常采用负反馈。由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。 1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非 线性，定常，时变）？ （1）22 ()()() 234()56()d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+ （2）()2()y t u t =+ （3）()()2()4()dy t du t t y t u t dt dt +=+ （4）() 2()()sin dy t y t u t t dt ω+= （5）22 ()() ()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++= （6）2() ()2() dy t y t u t dt +=
自动控制元件部分课后题答案
自动控制元件 部分课后题答案 第一章 直流伺服电动机 1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定？ 答：a ：由T em =C m ΦI a 知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。 b ：由T em =T 0 +T 2 =CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)大小 决定。 1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化？为什么？ 答：a ：电磁转矩T em =T 0 +T 2可见电磁转矩也不变。由T em =C m ΦI a 知控制电流 I a 也不变 b ：KeKt RaTem Ke Ua n -=知T em 不变可见U a 转速升高理想空载转速变大导致转速n 升高。 1-3已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V ，额定运行时电枢电流Ia=0.4A ，转速n=3600rpm ，它的电枢电阻Ra=50欧姆，负载阻转矩To=15mN.m 。试问该电动机额定负载转矩是多少？ 答：Ea= Ua- IaRa=110-0.4×50=90V Ea=Ce Φn, Ce=0.105Cm Cm Φ=0.2383600 0.10590n 105.0=?=?Ea T em =T 0 +T 2=CmΦIa→T 2=CmΦIa -T 0 =0.40.238=0.0952-15×10-3=80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。 答：磁转矩T em =T 0 +T 2可见T 2 ↓电磁转矩也↓。由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓