过程控制系统复习资料
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复习要点：一、重点章节：、、第三章：各种过程检测参数的检测方法、温度变送器工作原理。
第四章：PID调节器的作用、DDZ－Ⅲ调节器的组成、数字调节器的结构和特点；执行器的种类、调节阀的选择（5点）、电－气转换器、电－气阀门定位器作用。
第六章：过程控制系统设计的要求、单回路控制系统的设计步骤和方法（§6.2）、单回路控制系统的工程整定方法（三种）第七章: 串级控制系统的特点、串级控制系统设计（重点：副回路的设计）；前馈控制系统的特点、前馈控制系统的结构形式。
二、重点习题：第一章：1－2、1－4第二章：2－1、2－4、2－5第三章：3－2、3－4、3－5（6）、3－9第四章：4－1、4－5、4－8、4－9第六章：6－1、6－5、6－7（8）、6－9、6－10第七章：7－3、7－8综合复习题一、填空题：1.衰减振荡过程的品质指标有：（余差e ）、( 衰减比n和衰减率ψ)、（最大偏差和超调量）、（过渡过程时间t s）、( 峰值时间t p ) 。
p52.下图是定值液位控制系统在扰动作用下的响应曲线，该系统存在的余差e 为（）cm，衰减比n为（）。
3.DDZ—Ⅲ型调节器采用（24 ）VDC供电，接受来自变送器的（1～5VDC）测量信号作为输入, 与1～5VDC 给定信号进行比较，然后对其偏差进行（PID ）运算，输出统一标准信号是（4~20mA ）的直流信号。
4.电磁流量计是根据（电磁感应）原理工作的，它能够测量具有一定（导电介质）的液体的流量。
5.在流量标准节流装置的取压方式有：（孔板）、（喷嘴）、（文丘里管）三种，其中压力损失最小的是（文丘里管）。
p546.典型调节器理想流量特性有快开特性、（直线）特性、（对数）特性和（抛物线）特性四种。
其中应用最广的是（对数）特性调节阀。
p1167.转子流量计是由生产厂家用（常温水）和（空气）在标准状态下进行刻度的。
在实际使用，必须根据（被测介质）与工作状态重新刻度。
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过程控制复习资料* 过程控制系统课后习题解答(不完全版注：红⾊为未作答题⽬)1.1过程控制系统中有哪些类型的被控量？答：被控量在⼯业⽣产过程中体现的物流性质和操作条件的信息。
如：温度、压⼒、流量、物位、液位、物性、成分。
1.2过程控制系统有哪些基本单元组成？与运动控制系统有⽆区别？答：被控过程或对象、⽤于⽣产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执⾏机构、报警保护盒连锁等其他部件构成。
过程控制系统中的被控对象是多样的，⽽运动控制系统是某个对象的具体控制。
1.3简述计算机过程控制系统的特点与发展。
答：特点：被控过程的多样性，控制⽅案的多样性，慢过程，参数控制以及定值控制是过程控制系统的主要特点。
发展：⼆⼗世纪六⼗年代中期，直接数字控制系统(DDC )，计算机监控系统(SCC );⼆⼗世纪七⼗年代中期，标准信号为4?20mA 的DDZ 川型仪表、DCS 、PLC ;⼋⼗年代以来，DCS 成为流⾏的过程控制系统。
1.4衰减⽐n 和衰减率①可以表征过程控制系统的什么性能？答：⼆者是衡量震荡过程控制系统的过程衰减程度的指标。
1.5最⼤动态偏差与超调量有何异同之处？答：最⼤动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最⼤偏差量，⼀般表现在过渡过程开始的第⼀个波峰，最⼤动态偏差站被控量稳态值的百分⽐称为超调量，⼆者均可作为过程控制系统动态准确性的衡量指标。
2.2通常描述对象动态特性的⽅法有哪些？答：测定动态特性的时域⽅法；测定动态特性的频域⽅法；测定动态特性的统计相关⽅法。
2.4单容对象的放⼤系数 K 和时间常数T 各与哪些因素有关，试从物理概念上加以说明，并解释 K , T 的⼤⼩对动态特性的影响？答： T 反应对象响应速度的快慢，T 越⼤，对象响应速度越慢，动态特性越差。
K 是系统的稳态指标，K 越⼤，系统的灵敏度越⾼，动态特性越好。
2.5对象的纯滞后时间产⽣的原因是什么？答: 被控参数位置有⼀段距离，产⽣纯滞后时间。
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1.1过程控制系统发展概述1.仪表化与局部自动化系统特点：采用的过程检测控制仪表为基地式仪表和部分单元组合，而多数是气动式仪表。
其结构方案大多数是单输入—单输出的单回路定制系统。
理论基础是频域法和根轨迹法为主体。
3.集散式控制系统 DCS：传递的信息以引起物质、能量的运动为最终目的。
强调的是其可靠性、安全性、实时性、广泛的适用性。
智能控制方法有以下几种：分级递阶智能控制、专家控制、人工神经网络控制、拟人智能控制理论等。
1.2.1 过程控制系统的特点：（ 1）过程控制系统的多样性；（2）控制方案的多样性；（ 3）物理参数控制；（4）定值控制。
1.2.2 过程控制主要针对六大参数，即温度、压力、流量、液位（物位）、成分、物性。
1.3.1 过程控制系统的组成：由控制器、执行器、被控对象、检测变送装置组成。
将偏差送到控制器。
干扰给定偏差 e(t)u(t)操作变量q(t)被控变量c(t)控制器执行器被控对象-b(t)检测变送1.3.2过程控制的分类1.按系统结构划分：（ 1）反馈控制系统，闭环（ 2）前馈控制系统（开环）（3）前馈 - 反馈复合控制系统。
2.按设定值划分：（1）定值控制系统（ 2）随动（伺服）控制系统（ 3）程序控制系统。
1.4过程控制性能指标：（1）系统必须是稳定的（最重要）（2）系统应能提供尽可能好的稳态调节（3）过渡过程1.单项控制性能指标：（ 1）衰减比和衰减率：为了保证控制席永有一定的稳定裕度，一般要求衰减比为 4:1 ～10:1 ，相当于 75%-90%，稳态。
（ 2）最大动态偏差和超调量；（ 3）残余偏差 e ss（ 4）调节时间 t s和振荡频率（快速性指标）2.1.2建立数学模型的方法1.解析法：对被控过程的工作机理非常熟悉，被控参数与控制变量的变化都与物质和能量的流动与转换有密切关系。
2. 测试法： 1）是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。
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第一章过程控制系统的概况1.2过程控制系统的基本概念a：自动控制是指在没有直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称为过程控制仪表或装置）使被控对象的工作状态或参数（压力，物位，流量，温度，ph值等）自动的按照预定的规律运行。
b：过程控制概念：采用模拟或数字控制方法对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。
1.开环控制与反馈控制的比较开环优点:结构简单，成本低廉，工作稳定，当输入信号和扰动能预先知道时，控制效果较好。
缺点：不能自动修正被控制量的偏离，系统的元件参数变化以及外来的未知扰动对控制精度影响较大。
闭环优点：具有自动修正被控制量出现偏离的能力，可以修正元件参数变化以及外界扰动引起的误差，控制精度高。
缺点：被控量可能出现振荡，甚至发散。
1.3过程控制系统的类别a：定值控制系统b：随动控制系统c：程序控制系统1.4过程控制系统的特点(1)被控对象的多样性(2)对象存在滞后（3）控制系统比较复杂（4）系统有众多过程检测仪表，控制仪表（5）控制方案丰富第二章单回路控制系统设计1.单回路控制系统定义：指由一个被控对象、一个测量变送器、一个调节器和一个执行器组成的单闭环负反馈控制系统。
2、单回路控制系统的设计前提：充分了解具体的生产工艺、生产过程和控制要求。
⏹正确选择被控变量；⏹正确选择控制变量；⏹正确选择测量变送装置；⏹正确选择调节阀的开闭型式及其流量特性；⏹正确选择控制器的类型及其正反作用，控制规律；3.被控变量的选择的一般原则-y(t)a．对控制目标具有决定性作用的工艺变量作为被控参数；b．要有足够大的灵敏度；c．能满足工艺要求；d．仪表能够实现4.被控变量的选择方法1、直接指标：对于以温度、压力、流量、液位为控制指标的生产过程，就选择温度、压力、流量、液位为被控变量。
2、间接指标：若存在仪表无法测量产品成分或物性参数（密度、粘度等）作为被控变量时，可选择一种间接的指标作为被控变量。
过程控制复习资料140515
过程控制技术复习资料考试题型：一、单项选择题（每题2分，共20分）二、填空题（每空2分，共40分）三、简答题（每题5分，共20分）四、分析题（每题10分，共20分）复习范围：一、填空题1.过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位等一些过程变量的系统。
2.测量变送器用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号作为输出。
3.构成控制系统的基本单元有被控对象、测量变送器、控制器、执行器。
4.简单控制系统有两个通道：控制通道和扰动通道。
对被控过程而言，操纵变量至被控变量的信号联系称为控制通道；扰动至被控过程的信号联系称为扰动通道。
5.根据输出相对于输入变化的响应情况可以将过程分为自衡过程和非自衡过程两大类：。
6.自衡过程包括纯滞后过程、单容过程和多容过程。
7.在控制系统方框图中，每一条线代表系统中的一个信号，线上的箭头表示信号传递的方向，每个方块代表系统中的一个环节。
8.执行器由执行机构和调节机构（阀）两部分组成。
9.从保证控制质量的角度，选择控制阀要考虑：阀的类型、阀口径、气开气关特性、流量特性。
10.正常工况下要求控制阀开度处于15～85%之间。
11.气开阀的增益为正、气关阀的增益为负。
12.控制阀接受控制器来的控制信号，通过改变阀的开度来达到控制流量的目的。
13.阀门流量特性主要有直线、等百分比、快开、抛物线四种。
14.为了简化控制系统的分析和设计，常把执行机构、被控对象和测量变送环节合并起来看作是一个广义对象。
15.系统在自动控制作用下，从一个稳态进入另一个稳态的过程称为过渡过程。
16.当被控变量的测量值增大时，控制器的输出增大，则该控制器为“正作用”控制器；当测量值增大时，控制器输出减少，则该控制器为“反作用”控制器。
17.小的比例度对应于大的控制器增益，大的比例度对应于小的控制器增益。
18.调节器的基本控制规律有比例控制规律（P）、比例积分规律（PI）、比例微分规律（PD）、比例积分微分规律（PID）等四种类型。
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1、过程控制就是根据工业生产过程得特点,采用测量仪表执行机构计算机等自动化工具,应用控制理论,设计工业生产过程系统,实现工业生产过程自动化。
2、过程控制有多种方案,包括单回路控制系统前馈控制系统3、控制系统按照结构特点可分为反馈控制系统前馈控制系统复合控制系统。
按给定值信号特点分为定值控制系统、随动控制系统。
4、防爆技术得种类包括隔爆型本安型正压型油浸型充砂型等5、过程控制中压力检测方法有应变片式,压阻式,弹性式,液柱式。
6、半导体热敏电阻包括正温度系数PTC 负温度系数NTC 临界温度电阻CTR。
7、节流流量计基于节流变压降原理,由节流件、导压管及差压检测仪表组成。
8:物位测量方法静压式浮力式电气式超声波式。
9:过程数学模型得求取方法一般有机理建模、试验建模与混合建模。
10调节阀由阀芯阀体组成11调节阀得流量特性有直线流量特性、对数(等百分比)流量特性、抛物线流量特性与快开流量特性四种。
12:DCS得设计思想就是控制分散、管理集中。
13:在工业生产中常见得比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭环比值控制与变比值控制三种。
14、Smith预估补偿原理就是预先估计出被控过程得数学模型 ,然后将预估器并联在被控过程上,使其对过程中得纯滞后进行补偿。
15、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程与测量变送等环节组成。
16、仪表得精度等级又称准确等级 ,通常用引用误差作为判断仪表精度等级得尺度。
17、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n 、超调量σ与过渡过程时间ts。
静态质量指标有稳态误差ess。
18、真值就是指被测变量本身所具有得真实值,在计算误差时,一般用约定真值或相对真值来代替。
19、绝对误差就是指仪表输出信号所代表得被测值与被测参数真值之差20、引用误差就是绝对误差与仪表量程得百分比。
21、调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀、与液动调节阀三大类22、积分作用得优点就是可消除稳态误差(余差),但引入积分作用会使系统稳定性下降。
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Q = (I − 4) ∙
Qmax 16
=
I 2 −4 Q 2 max I 1 −4 Q 1 max
∙
仪表比值K =
I 2 −4 I 1 −4
K=
Q2 Q1
=
I 2 −4 Q 2 max I 1 −4 Q 1 max
∙
2 流量与测量信号成非线性关系 流量监测信号未经过开方处理时，流量与后差的关系为 Q=C ∆P当差压由零变到最大值 ∆Pmax 时，仪表处处电流为 4~20mA ，主动仪表输出电压为 0.001~0.1MP 对于电动仪表
I −4 16
=
∆φ ∆Pmax
=
Q2 Q2 max
Q2 = I − 4 ∙
R2 MAX 16
Q2 2 Q2 1
= K2 =
2 I 2 −4 Q 2 max
I 1 −4
∙
Q 1 max
2
= K′ = K2
Q 2 2 max Q 1 2 max
均匀控制，适用场合 两个被调量，一个控制量 整定 ：调节作用不能强 分程控制系统适用场合 目的：扩大可调比，适用 I（间歇 Q，不灵敏区） 自动选择控制系统：有选择器 无扰切换方法：跟踪，选择控制 场合：系统间，平自动切换，执行机构间切换 第七章 不变性原理：控制系统的被调量与扰动量绝对无关或在一定的准确度下无关 前馈反馈区别：1）控制依据不同，前馈：干扰（一对一） 反馈：偏差 2） 结构不同：前馈：开环，反馈：闭环 3） 对系统的影响不同：前馈：与稳定性无关 反馈：绝对系统的性能， 4） 经济性不同，前馈：只能针对单个干扰信号 反馈：对切干扰，反馈都可控制 前馈—反馈控制
第一章 1，过程控制的任务与目标：生产过程的总目标：应该是在可能获得的原料和能源条件下， 以最经济的途径将原物料加工的合格产品。 生产过程总目标具体表现为：生产过程的安 全性，稳定性和经济性。 2，过程控制系统有哪些部分，作用 答：1 被调量：表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的物理量 2 给定值：按生产要求被调量必须维持的希望值，简称给定值 3 控制对象：被调节的生产过程或设备称为控制对象。 4 调节机构：可用来改变进入控制对象的物质或能量的装置 5 控制量（调节量） ：由调节机构（阀门，挡板等）改变的流量或能量，用以控制被调 量的变化 6 扰动：引起被调量偏离其给定值的各种原因 7 控制过程（调节过程） ：原来处于平衡状态的控制对象，一旦受到扰动作用，被调量 就会偏离给定值， 要通过自动控制仪表或运行人员的调节作用便被调量重新恢复到新的平衡 状态的过程。 8 自动控制系统：自动控制仪表和控制对象通过信号的传递互相联系起来构成的一个自 动控制系统。 3 控制系统的分类方法 1 按被控参数分类：可分为温度，压力，流量，液位，物位，物性，成分控制系统 2 按被控量数分类：可分为单变量过程控制系统，多变量过程控制系统 3 按设定值分类：定值控制系统，随动（伺服）控制系统 4 按参数性质分类：集中参数控制系统，分布参数控制系统 5 按控制算法分类：简单，复杂，先进或高级控制系统 6 按控制器形式分类：常规仪表过程控制系统，计算机过程控制系统。 第二章 1 过程典型动态特性分为有自平衡能力和无自平衡能力。 2 建模目的：设计控制系统，参数的设置，离线研究，模型的在线辨识，设备厂家对产品研 发的依据 如何建模： 1 理论建模， 2 实验建模 如何利用： 1 离线： 实验室， matlab 仿真研究 2 在线：在线研究 3 第三章 1 控制通道对象 W(s)=(1+Ts )n ≈ 1+Ts e−τ s 1)k 增加，稳定性下降 2）T 增加控制灵敏度下降过 渡过程加长，2/T≥0.5 时为大纯滞后系统 3）τ增加动态性能下降 干扰通道对象 W(s)=
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1、过程控制是根据工业生产过程的特点，采用测量仪表执行机构计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程系统，实现工业生产过程自动化。
2、过程控制有多种方案，包括单回路控制系统前馈控制系统3、控制系统按照结构特点可分为反馈控制系统前馈控制系统复合控制系统。
按给定值信号特点分为定值控制系统、随动控制系统。
4、防爆技术的种类包括隔爆型本安型正压型油浸型充砂型等5、过程控制中压力检测方法有应变片式，压阻式，弹性式，液柱式。
6、半导体热敏电阻包括正温度系数PTC 负温度系数NTC 临界温度电阻CTR。
7、节流流量计基于节流变压降原理，由节流件、导压管及差压检测仪表组成。
8：物位测量方法静压式浮力式电气式超声波式。
9：过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。
10调节阀由阀芯阀体组成《11调节阀的流量特性有直线流量特性、对数（等百分比）流量特性、抛物线流量特性和快开流量特性四种。
12：DCS的设计思想是控制分散、管理集中。
13：在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭环比值控制和变比值控制三种。
14、Smith预估补偿原理是预先估计出被控过程的数学模型，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后进行补偿。
15、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环节组成。
16、仪表的精度等级又称准确等级，通常用引用误差作为判断仪表精度等级的尺度。
17、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n 、超调量σ和过渡过程时间ts。
静态质量指标有稳态误差ess。
18、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。
19、绝对误差是指仪表输出信号所代表的被测值与被测参数真值之差20、引用误差是绝对误差与仪表量程的百分比。
21、^22、调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀、和液动调节阀三大类23、积分作用的优点是可消除稳态误差（余差），但引入积分作用会使系统稳定性下降。
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闭环控制系统和开环控制系统有什么不同？
答：开环控制系统中控制装置与被控对象之间只有顺向作用，而无反向联系；开环控制系统较为简单不能保证消除误差，抗干扰能力差，控制精度不高。
闭环控制系统的输出信号通过反馈环节返回到输入端；根据偏差控制被测量可以偏差减小或消除，闭环系统较为复杂，闭环控制系统使系统的稳定性变差。
自动控制系统主要哪几部分组成？各组成部分在系统中的作用是什么？
答：一般自动控系统包括被控对象，检测变送单元，控制器、执行器1、被控对象：是植被控制的工业设备或装置。
2、检测变送单元：测量被控变量，并按一定规律将其转化为标准信号，输出作为测量值，即把被控变量转化为测量值。
3、控制器：被控变量的测量值与设定值进行比较得出的偏差信号，并控制某种预定的控制变量进行运算，给出控制信号。
4、执行器：接收控制器送来的控制信号直接改变操纵变量
按设定值的不同自动控制系统可以分为哪几类？答：按设定值的不同，将自动控制系统分为三大类1、定值控制系统2、随动控制系统3、程序控制系统
对系统运行的基本要求是什么？过程控制系统的单项性能指标有哪些？他们分别表示了对系统哪一方面的性能要求？答：基本要求包括静态和动态两个方面，一般可以归纳为稳准快，过渡过程的单项性能指标1、衰减比n放映了系统的稳定性2、超调量与最大动态偏差Emax，衡量过渡过程动态准确性3、回复时间Ts衡量控制系统快速性4、余差描述静态准确性的指标
一阶自衡非振荡过程的特性参数有哪些（过程特性的一般分析）？各有何物理意义？答：一阶自衡非振荡过程的特性参数有K、T、To K：放大系数T：时间常数To:纯滞后时间
什么是控制器的控制规律，常规控制的基本控制规律有哪些？他们各有什么特点？答：控制器的控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律常规控制器的基本控制规律有比例控制P积分控制I和微分控制D各种控制规律的特点：1、比例控制规律，控制速度很快，输出输入成正比，不具备消除偏差的性质是有差调节。
2、积分控制规律：输出与偏差的积分成正比，控制速度较慢主要特点是能够消除余差3、微分控制规律：输出与偏差变化速度成正比，有超前控制的有点，不能消除余差
工业实际使用的控制规律主要有哪几种？试分别简述它们的适用场合。
答：工业生产实际中使用的控制规律有比例控制P，比例积分控制PI比例积分微分控制PID 三种1、液位、一般要求不高，用P或PI控制规律2、流量：时间常数小，测量信息中夹杂有噪音，用PI或加反微分3、压力：液体介质的时间常数小，气体介质的时间常数中等，用P或PI。
4、温度和成分分析：容量滞后较大宜用PID控制规律。
什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性？两者有什么关系？系统设计时应如何选择控制阀的流量特性？答：理想流量特性：控制阀两端压差恒定时的流量特性为理想流量特性，又称固有流量特性。
工作流量特性是指控制阀的相对开度与相对流量之间的关系称为工作流量特性。
理想流量特性：是工作流量特性的理想化模型
何为串级控制？画出一般串级控制系统的典型方框图，并指出它在结构上与简单控制系统有什么不同？答：串级控制系统是由两个控制器想连接组成，其中一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值。
与简单控制系统的区别：1、串级控制系统将原被控对象分解为两个串联的被控对象2、主控制器的输出值作为副控制器的设定值3、串级控制系统的主环是一个定值控制系统副回路是一个随动控制系统
如何选择串级控制系统中主、副控制器的正反作用？它们与控制阀的开关形式有关系？答：串级控制系统中副控制器作用方式的选择是根据工艺安全要求在选定控制阀的气开，气关形式后，按照使副回路构成副反馈系统的原则来确定的，因此，副控制器的作用方式与副对象特性及控制阀的气开气关有关，其选择方法与简单控制系统中控制器正反作用的方法相同，串级控制系统中主控制器作用方式的选择完全由工艺情况确定，而与控制阀的气开，气关形式及副控制器的作用方式完全无关，即只需根据主对象特性，选择与其作用方向相反的主控制器的正反作用。
自动控制的基本方式：1、开环控制系统2、闭环控制系统；自动控制系统的分类：1、定值控制系统2、随动控制系统3、程序控制系统；被控量的选择方法：1、选择直接参数作为被控变量2、选择间接参数作为被控变量；操纵变量：在过程控制系统中，把用来克服扰动对被控变量的影响、实现控制作用的变量称为操作变量。
控制阀的组成：执行机构和调节机构
执行机构分为：电动、气动、和液动；控制阀的结构形式：1、直通单座控制阀（结构小、泄漏量小易于保证关闭甚至完全切断）2、直通双座3、角型（流路简单，阻力较小，不易堵塞，适用在高压差，高粘度，含有悬浮物和颗粒物质流体的控制）4、隔膜5、三通；理想流量特性的分类：1、线性流量特性2、等百分比流量特性3、快开流量特性4、抛物线流量特性；控制器参量整定的方法1、理论计算法2、工程整定法（1、经验凑试法2、临界比例度法3、衰减曲线法）。