第6章自动化 练习题

第6章自动化

练习题

一、判断题（对的写T，错的写F）

(1)方块图中各线段表示的是信号关系，而不是指具体的物料或能量。

(2)方框图中，每个方块图代表系统中一个环节，如被控制量。

(3)方块图之间用一条带有箭头的直线表示它们相互间的联系，线上箭头表示信号传递的

方向，线上字母说明传递信号的名称。

(4)被控制对象仅指被控制（调节）的工艺设备和机器。

(5)被控制对象的建模方法主要有机理方法和辩识方法。

(6)控制规律是自动化系统功能的主要体现。

(7)最普遍的控制规律是PID（比例-微分-积分控制）。

(8)对具体的控制要求，被控制量只能是一个。

(9)被控制量不同，所采用的操作量也不同。

(10)给定值（设定值）就是希望控制量应该具有的数值。

(11)控制信号是控制器的输出，执行器的输入。

(12)在控制器内，设定值与测量值进行比较得出偏差值，按一定的控制规律(比例、比例积

分、比例积分微分)发出相应的输出信号后去推动执行器。

(13)偏差值e(t) =测量值y(t)-设定值r(t) 。

(14)按设定值的形式不同，自动控制系统分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系

统。

(15)开环控制系统不是反馈控制系统，闭环控制系统是反馈控制系统。

(16)随动控制系统特点是设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输出随之而

变化。

(17)程序控制系统的设定值也是变化的，但它是已知的时间函数，即根据需要按一定时间

程序变化。

(18)对过程控制系统的基本要求是快速性、准确性和可靠性。

(19)控制系统的稳定性是指系统在受到外来作用时，虽然会有一个过渡过程，但经过一定

的时间后，过渡过程会结束，最终恢复到稳定工作状况。

(20)控制系统无论在设定作用时，还是在受到扰动作用时，其准确性均指被控变量的稳定

值与设定值保持一致的程度。

(21)过程控制系统的过渡过程是指一个过程控制系统在外作用下从原有稳定状态过渡到另

一个稳定状态的过程。

(22)对于在阶跃扰动作用下的控制系统，过渡过程的最大偏差是被控变量第一个波的峰值

与原设定值之差。

(23)最大偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大程度的物理量，也是影响过渡过程

稳定性的一个动态指标。

(24)衰减比越小，过渡过程的衰减程度越小，意味着控制系统的振荡程度越加剧烈，稳定

性也就越低。

(25)对过渡过程，一般希望最大偏差或超调量、余差小一些，过渡时间短一些，这样控制

质量就好一些，但也有矛盾，不能同时给予保证。

(26)衰减比是指过渡过程曲线上，相邻两个峰值之比。

(27)从对过程控制系统的基本性能要求综合考虑(稳定、迅速)，衰减比n在4~10之间为宜。

(28)上升时间是指过渡过程曲线从零上升至第一次到达新稳定值所需的时间。

(29)响应时间是指从扰动发生起至被控变量建立起新的平衡状态止的一段时间。

(30)在过渡过程曲线上，系统输出响应达到一个允许误差范围的稳态值所需的最小时间，

称为响应时间。

(31)余差是过渡过程终了时设定值与被控变量的稳态值之差。

(32)余差是反映控制系统稳定程度的一项指标。

二、简答题与论述题

1、在锅炉汽包水位的人工控制中，人的眼、脑、手分别担负什么作用，控制过程是什么？

2、一个简单的自动控制系统由几部分组成，各是什么，如何工作的？

3、画出简单控制系统的方框图，并标注所传递的信号。

4、何谓执行器，什么器件或装置可作为执行器使用？

5、何谓被控对象，主要研究它的什么特性，锅炉汽包水位自动控制的被控对象是什么？

6、何谓被控制量，锅炉汽包水位自动控制的被控制量是什么？

7、何谓控制量（或操作量），锅炉汽包水位自动控制的操作量是什么？

8、何谓扰动，锅炉汽包水位自动控制的扰动有哪些？

9、开环控制系统的特点是什么，画出其方框图，并举例说明。

10、什么是闭环控制系统，其特点是什么，请列举一个闭环控制系统的实例加以说明。

11、什么是反馈控制系统，两个分类各是什么，各分类有何特点？

12、比较开环控制系统和闭环控制系统的不同点。

13、何谓定值控制系统，其主要任务是什么，为什么？

14、举一定值控制系统实例，画出该系统方框图，并给出被控变量和控制变量的具体所指。

15、简述下图所示的恒温箱温度控制系统的工作过程。

16、画出下图所示的恒温箱温度控制系统的方框图。

17、请画图说明在阶跃扰动作用下，控制系统过渡过程的各种形式和各自特点。

18、请写出比例控制的表达式，并简答其特点。

19、请写出积分控制的表达式，并简答其特点。

参考答案

一、判断题（对的写T，错的写F）

题号 1-5 6-10 11-15 16-20 21-25 26-30 31-32

答案TFTFT TTFTF TTFTT TTTTT TFTTT FTTTF TF

二、简答题与论述题

1、在锅炉汽包水位的人工控制中，人的眼、脑、手分别担负什么作用，控制过程是什么？

人的眼、脑、手三个器官，分别担负了测量、判断和运算、执行三个作用，来完成测量、求偏差、再控制以纠正偏差的过程，保持汽包水位的恒定。

工作过程：

（1）用眼睛观察玻璃液位计中水位高低，并通过神经系统告诉大脑；

（2）大脑根据眼睛看到的水位高度，加以思考并与要求的水位标准值进行比较，得出偏差大小和方向，然后根据操作经验发出命令给执行机构；

（3）根据大脑发出的命令，用双手去改变给水阀门开度，使蒸汽的消耗量与给水量相等最终使水位保持在设定的标准值上。

2、一个简单的自动控制系统由几部分组成，各是什么，如何工作的？

一个简单的自动控制系统由4个基本部分组成：被控制对象、传感器或变送器、控制器和执行器。

控制器是自动化系统的大脑，接受传感器（变送器）来的测量信号，并与被控制量的设定值进行比较，得到实际测量值与设定值的偏差，然后根据偏差信号的大小、变化率和被控制对象的动态特性，经过思维和推理，决定采用什么样的控制规律，以使被控制量快速、平稳、准确地到达所预定的目标值。

3、画出简单控制系统的方框图，并标注所传递的信号。

4、何谓执行器，什么器件或装置可作为执行器使用？

执行器是执行控制器所输出的控制作用，是自动化系统的手和脚。

执行器可以是电动机、阀门或由它们所组成的复杂的电子－机械装置。

5、何谓被控对象，主要研究它的什么特性，锅炉汽包水位自动控制的被控对象是什么？

被控制对象是指被控制（调节）的工艺设备、机器或生产过程。

主要研究它的动态特性，即在运动过程中所表现出来的动态行为。

锅炉汽包水位自动控制的被控对象是锅炉汽包。

6、何谓被控制量，锅炉汽包水位自动控制的被控制量是什么？

被控制量是表征生产设备或过程运行是否正常而需要加以控制的物理量，是调节所要维持为规定值的热工量，是被控对象的输出。

锅炉汽包水位自动控制的被控制量是汽包水位。

7、何谓控制量（或操作量），锅炉汽包水位自动控制的操作量是什么？

操作量是受控制装置(控制器)操纵，并使被控变量保持在设定位的物理量或能量，是执行器的输出、被控对象的输入。

锅炉汽包水位自动控制的操作量是注入的给水量。

8、何谓扰动，锅炉汽包水位自动控制的扰动有哪些？

在生产过程中，凡是影响被控变量的各种外来因素都叫扰动(又称干扰)，它是被控对象的输入。

锅炉汽包水位自动控制的扰动有：水压力、水流量、蒸汽负荷变化。

9、开环控制系统的特点是什么，画出其方框图，并举例说明。

开环控制系统的输出与其输入按一定比例改变以趋于预定目标值，系统的输出不反馈到输入端来。

方框图：

开环控制系统举例略。

10、什么是闭环控制系统，其特点是什么，请列举一个闭环控制系统的实例加以说明。

凡是系统的输出信号对控制作用有直接影响的控制系统，就称作闭环控制系统。

任何一个信导沿着箭头方向传递，最后又回到原来的起点，从信号的传递角度来看，构成了一个闭合回路，所以，闭环控制系统必然是一个反馈控制系统

闭环控制系统举例略。

11、什么是反馈控制系统，两个分类各是什么，各分类有何特点？

把输出信号通过测量变送器又引回到输入端，称为反馈。

分类：

（1）负反馈

特点：系统输出端送回的信号与设定值相减，即取负值与设定值相加。过程控制系统一般采用的是负反馈。

（2）正反馈

特点：反馈信号取正值与设定值相加。

12、比较开环控制系统和闭环控制系统的不同点。

开环：系统的输出不反馈到输入端来。

闭环：系统的输出反馈到输入端，并取负值与设定值相加。

由于闭环控制系统采用了负反馈，因而使系统的输出信号受外来扰动和内部参数变化小，具有一定的抑制扰动提高控制精度的特点，稳定性始终是一个重要问题。

开环控制系统则不能做到达一点，但其结构简单容易构成，稳定性不是重要问题。

13、何谓定值控制系统，其主要任务是什么，为什么？

定值控制系统：设定值恒定不变的控制系统。

系统的任务就是要克服扰动对被控变量的影响。

因为引起这类系统输出参数(被控变量)波动的原因不是设定值的改变，而是各种扰动。

14、 举一定值控制系统实例，画出该系统方框图，并给出被控变量和控制变量的具体所指。

举例略（锅炉汽包水位控制系统就是一个定值控制系统）。

方框图形式如下，但要具体指明4个环节都是什么。

作过程。

被控变量是恒温箱的温度，经热电偶测量

并与以达到控制温度的

目的16、画出下图所示的恒温箱温度控制系统的方框图。

15、 简述下图所示的恒温箱温度控制系统的工设定值比较后，其偏差经过放大器放大，

控制电动机的转向，然后经过传动装置，移动

变压器的活动触点位置，结果使偏差减少，直

到温度达到设定值为止。

控制活动触点的位置可，因为控制变压器活动触点的位置即改变

了输入电压，则通过电阻丝的电流将产生变化，

使恒温箱得到不同的温度。

方框图：

17、请画图说明在阶跃扰动作用下，控制系统过渡过程的各种形式和各自特点。

过程

过程 的要求：稳定、迅速、准确，

是所荡衰减过程

符合稳定要求，但不够迅

速。e ）非振荡发散过程

18、请写出比例控制的表达式，并简答其特点。

（a ）发散振荡过程

特点：不稳定

（b ）等幅振荡特点：不稳定

（c ）衰减振荡符合对系统基本性能希望的。

（d ）非振特点：非振荡衰减过程

（特点：不稳定

比例控制表达式：

()()()()()00C e t u t u K e t u δ=+=+

式中，u 为调节器的输出，e 为调节器的输入，Kc 为比例增益，δ为比例带。 制方式

间变化的情况

统的响应速度越快，但稳定性越差 19、请写出积分控制的表达式，并简答其特点。

积分控制表达式：比例控制特点：

（1）最简单的控（2）是一种有差调节

（3）不适合给定值随时（4）比例增益Kc 越大，静差越小，系

()()()()()00100t t

I I u t u K e t dt u e t dt T =+=+∫∫ 式中，u 为调节器的输出，e 为调节器的输入，为积分速度，为积分时间。 积分控制的特点：牺牲了动态品质来换取稳态性能的改善

程比较缓慢

生产上很少单独使用，往往将积分调节和比例调节二者结合起来

I K I T （1）是一种无差调节

（2）积分调节的过渡过（3）系统的稳定性较差

（4）积分控制规律在工业，组成所谓的PI 控制

（5）积分速度K 越大，响应速度越快，但稳定性越差I